(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小孔を有し上下方向に間隔を設けて配置された複数の蒸発皿と、該蒸発皿を格納する格納容器と、該格納容器を貫通して最上部の蒸発皿に水を供給する給水管と、前記格納容器に設けられた蒸気取出管と、前記格納容器の周囲に設けられ内部を加熱する加熱装置と、を備え、
前記蒸発皿に設けられた小孔の数は上方の蒸発皿より下方の蒸発皿にゆくに従い少なくなり、最下層の蒸発皿には小孔が設けられておらず、
前記給水管に設けられ、給水管が供給する水の量を水が最下層の蒸発皿に溜まらないように制御する流量制御弁と、
前記給水管に設けられ、給水管が供給する水の量を計量する流量計と、をさらに備えることを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項２】
前記蒸気取出管は、燃料電池のアノードに接続され、蒸気取出管から得られる水蒸気は、該燃料電池の脱脂工程に用いられ、
前記加熱装置は、水蒸気がアノードに到達するまでに凝縮しないように前記格納容器の内部を加熱することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、少量の過熱蒸気を発生する蒸気発生装置に係わり、特に溶融炭酸塩型燃料電池の発電前処理工程の脱脂工程で蒸気を注入する蒸気発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にない特徴を有しており、水力、火力、原子力に続く発電システムとして注目を集め、現在鋭意研究が進められている。
【０００３】
図３は、溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構造図である。本図に示すように燃料電池１２は、電解質板３１と、電解質板３１を挟むアノード３２（電極）とカソード３３（電極）、アノード３２にアノードガス２を供給するアノードガス流路３４及びカソード３３にカソードガス３を供給するカソードガス流路３５から構成される。電解質板３１は、焼結したセラミックス粉末からなる平板であり、その間隙に炭酸塩を高温の溶融状態で保持するようにしてある。この製造方法は、支持材のＬｉＡｌＯ２粉末と炭酸塩の粉末を予め混合して成形する方法と、ＬｉＡｌＯ２粉末のみで成形して後から炭酸塩を含浸させる方法とがあり、炭酸塩を含浸させる方法がよく用いられる。アノード３２及びカソード３３は、それぞれ焼結した金属粉末からなる平板で、電解質板３１を間に挟持する。単一の電池（単セル）は、アノード３２、電解質板３１及びカソード３３から構成される。アノードガス流路３４は導電性を有しアノード３２に沿って水素を含むアノードガス２を流す。カソードガス流路３５も導電性を有しカソード３３に沿って酸素及び炭酸ガスを含むカソードガス３を流す。
【０００４】
このような溶融炭酸塩型燃料電池が工場で組立られ、現地に据え付けられた後、発電する前処理工程に電解質板３１に対する脱脂工程と炭酸塩を含浸させる含浸工程とがある。脱脂工程は電解質板３１を形成するときに使用した結合剤、可塑剤などの有機物が残されているのを除去する工程である。これらの有機物は焼結により炭化された状態で残留しており、蒸気の注入により除去される。
【０００５】
図４は従来出力１〜１０ｋｗ程度の小規な溶融炭酸塩型燃料電池の脱脂工程に用いられた蒸気発生装置を示す。タンク４０には純水４５を入れ、この純水４５を加熱するヒータ４１がタンク４０周囲に設けられている。タンク４０の底部にはアノードガス供給管４２が設けられ、頂部には蒸気取出管４３が設けられアノードに接続されている。アノードガス供給管４２には流量計４２ａが設けられており、タンク４０内の水位より上の位置に圧力計４４が設けられている。
【０００６】
ヒータ４１により加熱してゆくと、タンク４０内の圧力によってきまる飽和蒸気が発生する。アノードガスをアノードガス供給管４２より供給すると、水中では気泡４６となり、この気泡内のアノードガスには飽和蒸気がタンク内の圧力に応じて一定量含まれるようになり、蒸気取出管４３よりアノードに供給される。これによりアノードガスの供給量とタンク内圧を計測することによりアノードに供給する蒸気量がわかる。本装置は簡単な構造であるため信頼性が高くかつ安価であるためよく使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図４で示した蒸気発生装置の場合、実験室で行う小規模な溶融炭酸塩型燃料電池には適しているが、１００ｋｗ以上となると必要とされる蒸気量も多くなるり、これに対応出来なくなる。またアノードガスが水中を通過する際の圧損が大きくなる。さらに発生する蒸気が飽和蒸気であるため途中で凝縮しアノードまで届かないものも生じる。
【０００８】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、要求される蒸気量に対応でき、過熱蒸気を発生することのできる蒸気発生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によると、小孔を有し上下方向に間隔を設けて配置された複数の蒸発皿と、該蒸発皿を格納する格納容器と、該格納容器を貫通して最上部の蒸発皿に水を供給する給水管と、前記格納容器に設けられた蒸気取出管と、前記格納容器の周囲に設けられ内部を加熱する加熱装置と、を備え、前記蒸発皿に設けられた小孔の数は上方の蒸発皿より下方の蒸発皿にゆくに従い少なくなり、最下層の蒸発皿には小孔が設けられておらず、前記給水管に設けられ、給水管が供給する水の量を水が最下層の蒸発皿に溜まらないように制御する流量制御弁と、前記給水管に設けられ、給水管が供給する水の量を計量する流量計と、をさらに備えることを特徴とする蒸気発生装置が提供される。
【００１０】
また、本発明の好ましい実施形態によると、前記蒸気取出管は、燃料電池のアノードに接続され、蒸気取出管から得られる水蒸気は、該燃料電池の脱脂工程に用いられ、前記加熱装置は、水蒸気がアノードに到達するまでに凝縮しないように前記格納容器の内部を加熱する。
【００１２】
【作用】
請求項１の発明によると、加熱装置により格納容器内および各蒸発皿は加熱される。最上部の蒸発皿に供給された水は、一部はそこで蒸発し他は小孔より下の蒸発皿に落下し、同様にして落下してゆくにつれ蒸発してゆく。蒸発皿の小孔を通り落下する水滴の量は下にゆくほど少なくなるので、小孔の数もこれに応じて少なくしてゆく。最下層の蒸発皿には小孔を設けないこと構成にし、流量制御弁が、給水管が供給する水の量を水が最下層の蒸発皿に溜まらないように制御することにより、蒸発皿上で全ての水分を蒸発させることができる。格納容器内の温度を発生蒸気の加熱温度とすることにより発生した蒸気は加熱蒸気となり蒸気取出管から取り出される。また、供給された水を流量計により計量し、発生した蒸気は加熱蒸気となって目的地（例えば、アノード）に到達するよう加熱温度を設定すれば、計量した量の蒸気を目的物（アノード）に供給することができる。
【００１３】
請求項２の発明によると、蒸気取出管は、燃料電池のアノードに接続され、蒸気取出管から得られる水蒸気は、該燃料電池の脱脂工程に用いられ、加熱装置は、水蒸気がアノードに到達するまでに凝縮しないように前記格納容器の内部を加熱するので、供給された純水は全て蒸発し加熱蒸気となってアノードに到達する。これにより、例えば流量計により水蒸気発生装置に供給される水の量を計量することで計量値がアノードに供給される水蒸気量になる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。各図において、共通部分には同一の符号を使用する。図１は、実施例の蒸気発生装置を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。２０は蒸気発生装置を示す。２１は格納容器で円筒より構成され、内部に底部を貫通して給水管２２が設けられ、先端より少し下がった位置より蒸発皿２４がほぼ等間隔で取付けられている。各蒸発皿２４の中心を給水管２２が貫通し、各蒸発皿２４には小孔２５が多数設けられている。この小孔２５の数は上段より下段にゆくに従い少なくなり、最下段では零となっている。格納容器２１の頂部には蒸気取出管２６が設けられている。格納容器２１の周囲には電気ヒータ２７が設けられ、内部を過熱状態にする。なお電気ヒータ２７の代わりにガスまたは液体バーナを用いることもできる。給水管２２には流量制御弁２３と給水量を計量する流量計２８が設けられ、予め設定した流量となるように流量制御弁２３を制御する。
【００１６】
図２は実施例の蒸気発生装置２０を燃料電池発電装置に取付けたブロック図である。蒸気発生装置２０は燃料電池１２のアノードＡに接続される。接続時期は発電開始前の脱脂工程であり、脱脂後取り外す。燃料電池発電装置は、天然ガス等を水蒸気８と混合した燃料ガス１を水素を含むアノードガス２に改質する改質器１０と、炭酸ガスと酸素を含むカソードガス３と水素を含むアノードガス２とから発電する燃料電池１２とを備えており、改質器１０で作られるアノードガス２は燃料電池１２に供給され、燃料電池１２の内でその大部分を消費してアノード排ガス４となり、燃焼用ガスとして改質器１０の燃焼室Ｃｏへ供給される。
【００１７】
改質器１０ではアノード排ガス４中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を燃焼室Ｃｏで燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスにより改質室Ｒｅを加熱し、改質室Ｒｅで改質触媒により燃料ガス１を改質してアノードガス２とする。アノードガス２は燃料電池１２のアノードＡに供給される。また燃焼室Ｃｏを出た燃焼排ガス５は空気予熱器１３で冷却された後、凝縮器１４及び気水分離器１５により水分を除去され、低温ブロワ１６で加圧され、空気６と合流してカソードガス３となる。このカソードガス３はカソードＣ内をカソード循環ブロワ１９により循環し電池反応により発生した熱を除去する。カソードガス３は燃料電池１２内で一部が反応して高温のカソード排ガス７となり、その一部は改質器１０の燃焼室Ｃｏへ供給され、他の一部は空気６を圧縮するタービン圧縮機１７で動力を回収した後、さらに排熱回収蒸気発生装置１８で熱エネルギを回収して系外に排出される。なお、この排熱回収蒸気発生装置１８で発生した水蒸気８が天然ガスと混合されて燃焼ガス１となる。
【００１８】
次に図１に示す蒸気発生装置２０の動作について説明する。電気ヒータ２７により格納容器２１内を過熱状態にし、給水管２２より純水を供給する。供給量は最下段の蒸発皿２４に水が溜まらない程度がよい。水の供給量は蒸気発生量となるので、蒸発皿２４の寸法と段数は、計画量の水が供給された場合、最下段の蒸発皿２４に水が溜まらない程度となるように決められている。これにより各蒸発皿２４より発生した蒸気は格納容器内で過熱蒸気になり、アノードＡに供給される。過熱の温度はアノードＡに到達するまでに凝縮しないように設定する。水の供給量は流量計２８により計量される。供給された純水は全て蒸発し過熱蒸気となってアノードＡに到達するので水の計量値が蒸気供給量となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は格納容器内に複数の蒸発皿を上下方向に所定の間隔で設け、蒸発皿には小孔を設けて各蒸発皿に水が伝わるようにし、最上段の蒸発皿へ水を供給するようにして格納容器を加熱し、過熱蒸気を発生するようにしたので、水の供給量に応じて過熱蒸気を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の蒸気発生装置を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図２】実施例の蒸気発生装置を燃料電池発電装置に接続した場合のブロック図を示す。
【図３】溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構造を示す図である。
【図４】従来の小規模な蒸気発生装置を示す図である。
【符号の説明】
１  燃料ガス
２  アノードガス
３  カソードガス
４  アノード排ガス
５  燃焼排ガス
６  空気
７  カソード排ガス
８  水蒸気
１０  改質器
１２  燃料電池
１３  空気予熱器
１４  凝縮器
１５  気水分離器
１６  低温ブロワ
１７  タービン圧縮機
１８  排熱回収蒸気発生装置
１９  カソード循環ブロワ
２０  蒸気発生装置
２１  格納容器
２２  給水管
２３  流量制御弁
２４  蒸発皿
２５  小孔
２６  蒸気取出管
２７  電気ヒータ
２８  流量計
Ｃｏ  燃焼室
Ｒｅ  改質室
【図１】
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【図２】
0003591006.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003591006.tif 000005