JP2009081084A - Fuel cell power generation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池発電装置の水の補給経路の汚れを抑制できる装置に関する。 The present invention relates to an apparatus capable of suppressing contamination of a water supply path of a fuel cell power generator.
図3は、従来のこの種の燃料電池発電装置のガス系および水系の基本構成を示すフロー図である。冷却水タンク14に蓄えられた冷却水としての純水は、冷却水タンク14と燃料電池スタック16とを循環する電池冷却水配管17を経由し、ポンプ41によって燃料電池スタック16へと送られ、燃料電池スタック16を所定の温度に冷却した後、再び冷却水タンク14へ戻される。又、冷却水タンク14に貯留した純水の一部は、ポンプ42を備えた改質用水配管13を通流し、燃料ガスと共に燃料改質手段12へ送られての水蒸気改質反応に利用され水素を生成する。生成した水素含有ガスは、燃料電池スタック16の燃料極へ供給される。燃料改質手段12は、水蒸気改質反応に使用される改質触媒を加熱するためのバーナーとこのバーナーに空気を送るブロア43を備えている。燃料極から排出する残余のガスは、燃料改質手段12に備えたバーナーで燃焼される。ブロア44は、燃料電池スタック16の空気極に空気を供給する。バーナーから排出される燃焼排ガスと、空気極から排出される空気極排ガスは、生成水回収貯留手段10に供給されてガス中の水分が回収水として回収される。生成水回収貯留手段10は、回収した水分を貯留する回収水タンク1と、空気極と回収水タンク1を連通する配管2と、配管2に備えて空気極排ガスを冷却して水分を凝縮させる冷却器18と、バーナーと回収水タンク1を連通する配管3と、配管3に備えて燃焼排ガスを冷却して水分を凝縮させる冷却器19とを備える。水分を回収された後のガスは、回収水タンク1の排気口11から外部に排出される。
回収水タンク1の水中と冷却水タンク14は配管6で接続されており、その途中にポンプ4と電気式脱イオン装置5が備えられている。冷却水タンクの水位は、水位計で計測されており、冷却水水位が低下すると、回収水タンク1から電気式脱イオン装置5で純化された純水が供給される。
このように反応生成水や燃焼生成水を回収して再利用すれば、外部から水を補給しなくとも燃料電池スタック16の発電運転を継続することができるが、燃料電池発電装置の運転負荷が低く、十分に水を回収できない時や、水を回収する冷却器が汚れなどにより水回収性能が低下した時や、漏水時などの異常事態が発生すると系の水量が不足し、発電運転の継続が困難となる。そこで、イオン交換樹脂筒7と遮断弁8を組み込んだ補給水配管9が備えられている。この補給水配管9を通して水道水をイオン交換樹脂筒7で純化して回収水タンク1に送り、さらに回収水とともに冷却水タンク14へと送ることによって冷却水の補給が行われるよう構成されている。
このような燃料電池発電装置において、生成水通流経路の汚れの一つである微生物の繁殖を防止する手段として、特許文献1の装置が知られている。特許文献1の装置の特徴は、補給水を純水または強酸性水に変換する滅菌手段に通流させた後、回収水タンク1へ水を供給していることである。
The water in the recovered
If the reaction product water and combustion product water are collected and reused in this way, the power generation operation of the
In such a fuel cell power generation device, the device of
上記のごとく燃料電池発電装置においては、漏水等による回収水不足を考慮して電池冷却水系に水を補給する配管が組み込まれており、イオン交換樹脂筒7で純化され、さらには電気式脱イオン装置5で純化された水が補給されている。従来の一般的な燃料電池発電装置では純化は通常1台のイオン交換樹脂筒のみによって行われていたが、補給水配管9にイオン交換樹脂筒7を設けると、補給水配管9の内部は水の流れがなく、滞留するので、イオン交換樹脂筒7の出口から回収水タンク1に至る配管の内部は、イオン交換樹脂筒7により塩素が処理された純水が充填された状態となり、配管には、ぬめり、藻、バクテリアなどの汚れが発生し、補給によってこれらの汚い水が回収水タンク1に入ったり、あるいは配管が閉塞したりする等の不具合が生じる。
このため、最近の燃料電池発電装置では図3のように、電気式脱イオン装置5を組み込んで純化する方式がしばしば用いられている。しかしながら、この電気式脱イオン装置5はシリカが存在すると正常な純化作用ができないので、前段にイオン交換樹脂筒を組み込み、このイオン交換樹脂筒で水道水中のシリカを除去したのち電気式脱イオン装置で純化する方式とする必要がある。なお、このようにイオン交換樹脂筒でシリカを除去したのち電気式脱イオン装置で純化する方式とした場合にも、イオン交換樹脂筒が正常に機能するまでにはある程度の時間通水することが必要であるため、この間イオン交換樹脂筒でのシリカの除去が不十分となり、電気式脱イオン装置の純化性能が低下してしまうという問題点がある。
As described above, in the fuel cell power generator, piping for supplying water to the battery cooling water system in consideration of a shortage of recovered water due to water leakage or the like is incorporated, purified by the ion
For this reason, in recent fuel cell power generators, as shown in FIG. 3, a method of incorporating an
本発明は、このような従来の燃料電池発電装置の問題点を考慮してなされたもので、本発明の目的は、電気式脱イオン装置を組み込んだ給水配管とイオン交換樹脂筒を組み込んだ補給水配管を備える燃料電池発電装置において、給水配管へ汚れた水を供給したり、配管の閉塞を生じたりすることなく安全に運転され、電気式脱イオン装置の純化性能が維持できる燃料電池発電装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such problems of the conventional fuel cell power generation device. The object of the present invention is to supply water supply pipes incorporating an electric deionization device and ion exchange resin cylinders. In a fuel cell power generation apparatus having a water pipe, the fuel cell power generation apparatus can be operated safely without supplying dirty water to the water supply pipe or causing the pipe to be blocked, and the purification performance of the electric deionization apparatus can be maintained. Is to provide.
本発明者は、水の滞留部分を無くせば汚れが滞留しないことに着目し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の燃料電池発電装置の特徴は、炭化水素系原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを得る燃料改質手段と、アノード極に前記燃料ガス、カソード極に酸化剤ガスをそれぞれ導入して電気化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックから排出されるカソード極排ガスおよび前記燃料改質手段から排出される燃焼排ガスから生成水を回収して回収水として貯留する生成水回収貯留手段と、前記燃料電池スタックに冷却水を循環させる電池冷却水循環手段と、水道水を脱イオンして脱イオン水を製造し前記生成水回収貯留手段へ供給するイオン交換樹脂筒と、前記生成水回収貯留手段に貯留した水を純化して前記電池冷却水循環手段に純水を補給する電気式脱イオン装置とを備えた燃料電池発電装置において、前記電気式脱イオン装置により処理された純水の一部を前記イオン交換樹脂筒へ戻す循環配管と、前記純水の一部を前記循環配管を経由して前記イオン交換樹脂筒へ送水するポンプとを備えたことである(請求項1の発明)。
また、本発明の燃料電池発電装置の特徴は、請求項1に記載の燃料電池発電装置において、前記循環配管は遮断弁を備えたことである(請求項2の発明)。
また、本発明の燃料電池発電装置の特徴は、請求項1に記載の燃料電池発電装置において、前記循環配管は流量調節弁と逆止弁とを直列に配置して備えたことである(請求項3の発明)。
The inventor of the present invention has completed the present invention, paying attention to the fact that dirt is not retained if the water retaining portion is eliminated.
That is, the fuel cell power generator of the present invention is characterized by a fuel reforming means for obtaining a fuel gas by steam reforming a hydrocarbon-based raw fuel gas, the fuel gas at the anode electrode, and an oxidant gas at the cathode electrode, respectively. The produced water is recovered from the fuel cell stack that is introduced and generates electric energy by an electrochemical reaction, the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell stack, and the combustion exhaust gas discharged from the fuel reforming means, and used as recovered water. Generated water collecting and storing means for storing, battery cooling water circulating means for circulating cooling water to the fuel cell stack, and ion exchange resin for producing deionized water by deionizing tap water and supplying it to the generated water collecting and storing means A fuel cell comprising a cylinder and an electric deionization device that purifies the water stored in the generated water recovery storage means and replenishes the battery cooling water circulation means with pure water In the electric apparatus, a circulation pipe for returning a part of the pure water treated by the electric deionization apparatus to the ion exchange resin cylinder, and a part of the pure water through the circulation pipe for the ion exchange resin cylinder And a pump for feeding water to the water (invention of claim 1).
The fuel cell power generator according to the present invention is characterized in that, in the fuel cell power generator according to
The fuel cell power generator according to the present invention is characterized in that, in the fuel cell power generator according to
上記のごとく、電気式脱イオン装置により処理された純水の一部を補給水配管に設けられたイオン交換樹脂筒の上流側へと戻す循環配管20を備え、この循環配管20に純水を流せば、イオン交換樹脂筒7およびイオン交換樹脂筒7より下流の補給水配管9内の水の長期にわたる滞留がなくなるので、藻、ぬめり、バクテリアなどの汚れの発生が抑制され、イオン交換樹脂筒7の性能劣化が防止される。また、イオン交換樹脂筒7は、補給水供給開始とともに直ちに純化機能を発揮する。したがって上記のごとく構成すれば、汚れた水を供給したり、配管の閉塞を生じたりすることなく安全に運転され、電気式脱イオン装置の純化性能が維持可能となる。
As described above, the
本発明の燃料電池発電装置の概略構成図を図1に示す。図1において、図3に示した従来のガス系および水系の構成要素と同一機能を有する構成要素には同一符号が付されている。
本発明の燃料電池発電装置は、炭化水素系原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを得る燃料改質手段と、アノード極に前記燃料ガス、カソード極に酸化剤ガスをそれぞれ導入して電気化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックから排出されるカソード極排ガスおよび前記燃料改質手段から排出される燃焼排ガスから生成水を回収して回収水として貯留する生成水回収貯留手段と、前記燃料電池スタックに冷却水を循環させる電池冷却水循環手段と、水道水を脱イオンして脱イオン水を製造し前記生成水回収貯留手段へ供給するイオン交換樹脂筒と、前記生成水回収貯留手段に貯留した水を純化して前記電池冷却水循環手段に純水を補給する電気式脱イオン装置とを備え、さらに、前記電気式脱イオン装置により処理された純水の一部を前記イオン交換樹脂筒へ戻す循環配管と、前記純水の一部を前記循環配管を経由して前記イオン交換樹脂筒へ送水するポンプとを備えている。そして、前記循環配管は遮断弁を備えることが望ましい。
図1に示した実施例の構成と、図3の従来例の構成との相違点は、給水配管6の電気式脱イオン装置5の出口側から補給水配管9のイオン交換樹脂筒7の入口側へと水を戻す循環水配管20が備えられ、循環水遮断弁21が組み込まれていることにある。
したがって、この実施例の構成においては、ポンプ4の運転中に循環水遮断弁21を適宜開閉することによって、補給水配管9内の水の長期間にわたる滞留がなくなり、藻、ぬめり、バクテリアなどの汚れの発生が防止され、電気式脱イオン装置5の純化性能が維持可能となる。また、本構成では、循環水が常時循環しているので、補給を開始すると直ちにイオン交換樹脂筒7の純化機能が得られることとなる。
図2は、本発明の燃料電池発電装置における、別の概略構成図である。図2においても、図3に示した従来例、あるいは図1に示した実施例のガス系および水系の構成要素と同一機能を有する構成要素には同一符号が付されている。図1の弁21に換えて、前記循環配管は流量調節弁と逆止弁とを直列に配置している。
図2に示した実施例の構成の特徴は、給水配管6の電気式脱イオン装置5の出口側から補給水配管9のイオン交換樹脂筒7の入口側へと水を戻すために備えられた循環水配管20Aに、循環水量調節弁22と逆止弁23が組み込まれていることにある。本実施例のごとく、オリフィスや弁等の流量調整機能を組み込めば、ポンプ4が運転されているときには微量の循環水がこの循環水配管に循環されるため、電磁弁等の電気品を設置しなくとも図1の実施例と同様の効果が得られることとなる。
A schematic configuration diagram of the fuel cell power generator of the present invention is shown in FIG. 1, components having the same functions as those of the conventional gas and water components shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
The fuel cell power generator according to the present invention includes a fuel reforming means for obtaining a fuel gas by steam reforming a hydrocarbon-based raw fuel gas, and an electric gas by introducing the fuel gas into the anode electrode and the oxidant gas into the cathode electrode, respectively. A fuel cell stack that generates electrical energy by a chemical reaction, and a generated water that collects the generated water from the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell stack and the combustion exhaust gas discharged from the fuel reforming means and stores it as recovered water Recovery and storage means, battery cooling water circulation means for circulating cooling water to the fuel cell stack, ion exchange resin cylinders that deionize tap water to produce deionized water and supply the generated water collection and storage means, An electrical deionization device that purifies the water stored in the generated water recovery and storage means and replenishes the battery cooling water circulation means with pure water; and A circulation pipe for returning a part of pure water treated by the apparatus to the ion exchange resin cylinder; and a pump for feeding a part of the pure water to the ion exchange resin cylinder via the circulation pipe. . And it is desirable for the circulation piping to be provided with a shut-off valve.
The difference between the configuration of the embodiment shown in FIG. 1 and the configuration of the conventional example of FIG. 3 is that the inlet of the ion
Therefore, in the configuration of this embodiment, by appropriately opening and closing the circulating water shut-off
FIG. 2 is another schematic configuration diagram of the fuel cell power generator of the present invention. Also in FIG. 2, the same reference numerals are given to components having the same functions as the gas system and water system components of the conventional example shown in FIG. 3 or the embodiment shown in FIG. Instead of the
2 is provided for returning water from the outlet side of the
1 回収水タンク
2 反応オフガス配管
3 配管
4,41,42 ポンプ
5 電気式脱イオン装置
6 配管
7 イオン交換樹脂筒
8,21,22,32 弁
9 補給水配管
10 生成水回収貯留手段
11 排気口
12 燃料改質手段
13 改質用水配管
14 電池冷却水循環手段
15 水位計
16 燃料電池スタック
17 電池冷却水配管
18,19 冷却器
20 循環配管
23 逆止弁
43,44 ブロア
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電気式脱イオン装置により処理された純水の一部を前記イオン交換樹脂筒へ戻す循環配管と、前記純水の一部を前記循環配管を経由して前記イオン交換樹脂筒へ送水するポンプとを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。 Fuel reforming means for obtaining a fuel gas by steam reforming a hydrocarbon-based raw fuel gas, and a fuel that generates electric energy by an electrochemical reaction by introducing the fuel gas into the anode electrode and the oxidant gas into the cathode electrode, respectively. A battery stack, a generated water recovery and storage means for recovering the generated water from the cathode electrode exhaust gas discharged from the fuel cell stack and the combustion exhaust gas discharged from the fuel reforming means and storing it as recovered water; and the fuel cell stack Battery cooling water circulating means for circulating cooling water, ion-exchange resin cylinders that deionize tap water to produce deionized water and supply the generated water collecting and storing means, and water stored in the generated water collecting and storing means In a fuel cell power generator comprising an electric deionizer for purifying the battery cooling water circulation means and replenishing the battery cooling water circulation means with
A circulation pipe for returning a part of pure water treated by the electric deionizer to the ion exchange resin cylinder, and a pump for feeding a part of the pure water to the ion exchange resin cylinder via the circulation pipe And a fuel cell power generator.
2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the circulation pipe includes a flow rate adjusting valve and a check valve arranged in series.
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