(57)【要約】【課題】固体高分子形燃料電池システムにおいて燃料処理装置部を集合配置し、発電を行うセルスタック部を各電力需要地点に分散配置する場合に、セルスタック部で発生した水分を有効に利用したい。【解決手段】固体高分子形燃料電池システム内で発生した凝縮水をドレントラップと燃料ガス供給管を利用することにより、水の戻し配管を設けることなく、システム内の水源として利用でき、また排水の熱をその場で利用できることによりシステムのエネルギー効率を向上させることができる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を主成分とする一次燃料から水素ガスを主成分とし気体及びまたは液体の水分を含む燃料ガスを発生させる燃料処理装置部と当該燃料ガス中の水素ガスと空気または空気を主成分とする気体中の酸素ガスを反応させて電気を発生させるセルスタック部を主構成要素とする固体高分子形燃料電池システムにおいて、当該燃料処理装置部と当該燃料処理装置部から離れて電力需要地点近傍に単機または複数機分散配置したセルスタック部までの間を配管により連絡し当該燃料ガスを輸送供給せしめ、当該配管内に発生した凝縮水及びセルスタック部において発電に伴い発生する水分の一部または全部を凝縮水として合わせ回収し、当該配管を利用して燃料処理装置部内の水蒸気改質装置の水源として再利用することを特徴とする当該固体高分子形燃料電池システム内で発生した水の再利用システム構成方法。
【請求項２】
請求項1に記載の固体高分子形燃料電池システム内で発生した水の再利用システムの構成方法であって、当該セルスタック部の空気極側から排出する凝縮水及び水蒸気を含む排気を冷却して得られる凝縮水の一部または全部を、当該セルスタック部の燃料極部から排出する未反応の水素ガスを含む排気の一部または全部を触媒燃焼させて発生させた燃焼熱により加熱蒸発させ、当該水蒸気を当該セルスタック部の燃料極側に供給される燃料ガスに注入し当該燃料ガスの昇温と加湿に利用し、また当該セルスタック部の空気極側に供給される空気または空気を主成分とする気体に注入し当該空気または空気を主成分とする気体の昇温と加湿に利用することを特徴とする請求項1記載の固体高分子形燃料電池システム内で発生した水の再利用システム構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
炭化水素を主成分とする一次燃料から水素ガスを主成分とし気体及びまたは液体の水分を含む燃料ガスを発生させる燃料処理装置部と当該燃料ガス中の水素ガスと空気または空気を主成分とする気体中の酸素を反応させて電気を発生させるセルスタック部を主構成要素とする固体高分子形燃料電池システム内で発生した水の再利用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素を製造しその水素を燃料として燃料電池を介して電気を発生し合わせて排熱を回収し利用する技術が開発されつつある。その一つとして固体高分子形燃料電池システムがある。
【０００３】
水素を製造する方法の一つとして水蒸気改質を利用するものが一般的である。水蒸気改質には水が必要である。また燃料電池からは水が発生する。さらに固体高分子形燃料電池に供給される燃料ガスや空気などは一定の温度と湿度を必要とする。
【０００４】
固体高分子形燃料電池システムを構成する燃料処理装置部と発電をするセルスタック部が離れて配置される場合にはシステム内で発生した水の有効利用が図りがたい。
【特許文献１】特開2002−372199号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水を必要とする水蒸気改質装置と水を生成する燃料電池本体（セルスタック部）が離れて配置される場合に、当該水分の有効再利用のためには当該生成水を水蒸気改質装置に戻すための輸送システムが障害となっていた。またセルスタック部で必要とされる供給燃料ガスと空気の湿度を維持するために当該水の有効再利用のシステムが構築されていない。これらの問題を解決することが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、既存の燃料配管を利用してシステム内生成水をシステム内の水を必要とする部位に移送させることにより、新たに水の輸送手段を設けることなく水の有効再利用を図らんとするものである。併せて未反応の水素ガスを触媒燃焼させてその燃焼熱を利用して当該水をシステム内の加湿昇温に用いるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、以上のように構成するため、システム内の水の有効再利用が図れることに加え、回収熱と未反応の水素ガスの燃焼熱を利用してシステム内の加湿昇温をするためシステムのエネルギー効率を高める利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
燃料ガスを供給する配管とセルスタック部近傍の配管であって凝縮水が滞留する部分をドレントラップを介して気水分離し凝縮水のみを十分な口径を有する共用主管に戻し重力とポンプを利用して水蒸気改質装置まで搬送する。あわせて、当該凝縮水の一部を未反応の水素ガスの燃焼熱を利用してシステム内の加湿昇温をするため装置に搬送する。
【実施例１】
【０００９】
図1は、本発明の固体高分子形燃料電池システム内で発生した水の再利用システム構成方法の1実施例であって、31は燃料ガス供給用主縦管、32は燃料ガス供給用主横管、33は燃料極と空気極を有するセルスタック部、34は水蒸気改質装置を含む燃料処理装置部である。35は燃料極への燃料ガス供給管、36は空気極への空気供給管、37は燃料極からの未反応の水素ガスを含む排気の取り出し管、38は空気極からの高温の生成水を含む排気の取り出し管、39は気水分離を行い水だけを通過させるドレントラップである。40は空気極への供給空気と空気極からの高温排気を熱交換させる熱交換器であり、41は当該高温排気を冷却するための冷却器である。42は燃料極からの未反応の水素ガスを含む排気を触媒を用いて燃焼させる当該燃焼熱により凝縮水を過熱蒸発させるための触媒燃焼加湿器である。図中の矢印の方向に余剰の凝縮水を流下せしめドレンタンク43に集め水蒸気改質装置の水源として再利用される。また、触媒燃焼加湿器12により発生した高温の水蒸気によりセルスタック部3に供給される燃料ガスと空気が加湿昇温できる。
【００１０】
図2は触媒燃焼加湿器42の1実施例の詳細構成図である。容器23の内部に凝縮水を貯めるための水槽22を配置し、また触媒ペッレット6を通気口を有する仕切り板4、5と水槽22に囲まれた空間に充填する。水槽22の外壁には触媒燃焼により発生した熱を水槽に伝導するための金属製の突起部を設ける。容器23の下部空間の上部付近に燃料極からの未反応の水素ガスを含む排気を供給するための供給口25を設ける、また温度センサー20からの信号を受けて当該供給口25を開閉するための電磁弁26を設ける。また空気を取り入れるための空気口2を容器23の下部空間の底部より高い位置まで挿入して設ける、また当該流入空気量を制御するためのダンパー3を設ける、さらに最下部付近にドレントラップ8を配置したドレン管9を配置する。水槽23の中の下限水位25を制御するための水位検知器24と水槽23内の水を加熱するための電気ヒーター7と当該電気ヒーター7の電源を温度センサー19からの信号により開閉するための開閉器21を設けるまた水槽22の上部には凝縮水の注入管13と水槽22内の水のオーバーフローのためのドレントラップ8を配置したオーバーフロー管10を設ける。容器23の上部空間には燃焼排ガスのための排気筒11と陣笠14を設ける。また水槽22の上部には蒸気噴出し管12を設け、当該蒸気により加湿昇温すべき部位に接続させる。
【００１１】
図2の触媒燃焼加湿器は、立ち上がり時期には電気ヒーターで水温を高めて、触媒燃焼が開始する温度まで触媒ペレット充填層を間接的に昇温させる。一定温度まで到ると電源が切れる。その後は触媒反応により昇温し容器23の上部に設けた温度センサー20が上限温度検知したら、電磁弁26が閉止する。水槽22内の水位が下限に達した時も電磁弁26
が閉止する。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
固体高分子形燃料電池が普及する段階では、本発明の形態が集合住宅や多目的商業施設に展開される。その場合には本発明は、水供給設備の簡素化とシステムのエネルギー効率や経済効率を高めることができる。また廃水量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】固体高分子形燃料電池システム内で発生した水の再利用システム構成の実施方法を示した説明図である。（実施例1）
【図２】触媒燃焼加湿器の構成の実施方法を示す説明図である（実施例2）
【符号の説明】
【００１４】
2  空気口
6  触媒ペレット
7  電気ヒーター
8  ドレントラップ  
12  蒸気噴出し管
22  水槽
23  容器
31  燃料ガス供給用供給主縦管  
32  燃料ガス供給用供給主横管
33  セルスタック
34  燃料処理装置
42  触媒燃焼加湿器
43  ドレンタンク    
【図１】
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【図２】
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