(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスから改質ガスを生成する改質器と、水蒸気改質反応に必要な原料水を改質器に供給する原料水供給路と、燃料極及び酸化剤極からなる一対の電極間に電解質膜を挟持させてなり、燃料極に供給される改質ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを用いて発電を行う電解質型燃料電池と、改質器から電解質型燃料電池の燃料極に改質ガスを供給する改質ガス供給路に配され、改質ガスを冷却する熱交換器と、熱交換器の改質ガス出口側に配され、改質ガス流から凝縮水を排水する気水分離部を内蔵したフロート式トラップと、気水分離部を内蔵したフロート式トラップから排水される凝縮水を原料水供給路に合流させる凝縮水排水路とを備え、気水分離部を内蔵したフロート式トラップは入口と出口の弁室側端部にそれぞれ気水分離部としての円板状の気水分離板が取り付けられていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質器と電解質型燃料電池を備えた燃料電池発電システムにおいて、システム内に発生する凝縮水の処置・対策を行った燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池発電システムは、例えば特開２００１−１５５７４８号公報に示されている。ここに開示の燃料電池発電システムを図４に示す。固体高分子電解質型燃料電池１は、固体高分子電解質膜を挟んだ酸化剤極２及び燃料極３から構成される。酸化剤極２には酸化剤供給路４を通して酸化剤ガスＡとして例えば空気が供給される。供給された空気は、酸化剤極２と接する所定の通路を下流側へ流れるときに、空気中の酸素が必要量だけ電極反応して消費され、残りのガスａは残りのガス排出路５を通して外部へ排出される。
【０００３】
燃料極３の上流側は、改質ガス供給路６を介して改質器７に連通される。改質器７には燃料ガス供給路８を通して天然ガス等の燃料ガスＸ及び原料水供給路９を通して水蒸気改質反応に必要な原料水Ｙが供給される。改質器７は、自身を加熱するための燃焼部１０を備え、燃焼部１０には原燃料ガス供給路１１を通して原燃料ガスＦが供給される。
【０００４】
燃焼部１０で原燃料ガスＦを燃焼させると、改質器７で燃料ガスＸと原料水Ｙとの水蒸気改質反応が起こり、水素リッチな改質ガスＧが生成する。改質器７で生成された改質ガスＧは、改質ガス供給路６を介して燃料極３に供給され、燃料極３と接する所定の通路を下流側へ流れるときに、改質ガスＧ中の水素が必要量だけ電極反応して消費され、残りのオフガスｇはオフガス排出路１２を介して原燃料ガス供給路１１の原燃料ガスＦ流に合流される。
【０００５】
上記従来技術の公報には開示されていないが、改質ガス供給路６には改質ガスＧの温度を下げるための熱交換器が配される。熱交換器は、改質ガスの温度を改質器４の高温の作動温度から電解質型燃料電池１の低温の作動温度に低下させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の燃料電池発電システムでは、改質ガスと共に凝縮水が電解質型燃料電池の燃料極に供給されてしまう。そのため、電解質型燃料電池の発電効率が低いという問題があった。従って、本発明の技術的課題は、電解質型燃料電池の発電効率を高めた燃料電池発電システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、燃料ガスから改質ガスを生成する改質器と、水蒸気改質反応に必要な原料水を改質器に供給する原料水供給路と、燃料極及び酸化剤極からなる一対の電極間に電解質膜を挟持させてなり、燃料極に供給される改質ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを用いて発電を行う電解質型燃料電池と、改質器から電解質型燃料電池の燃料極に改質ガスを供給する改質ガス供給路に配され、改質ガスを冷却する熱交換器と、熱交換器の改質ガス出口側に配され、改質ガス流から凝縮水を排水する気水分離部を内蔵したフロート式トラップと、気水分離部を内蔵したフロート式トラップから排水される凝縮水を原料水供給路に合流させる凝縮水排水路とを備え、気水分離部を内蔵したフロート式トラップは入口と出口の弁室側端部にそれぞれ気水分離部としての円板状の気水分離板が取り付けられていることを特徴とする燃料電池発電システムにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、改質器から電解質型燃料電池の燃料極に改質ガスを供給する改質ガス供給路に配されて改質ガスを冷却する熱交換器の改質ガス出口側に、改質ガス流から凝縮水を排水する気水分離部を内蔵したフロート式トラップを配し、気水分離部を内蔵したフロート式トラップは入口と出口の弁室側端部にそれぞれ気水分離部としての円板状の気水分離板が取り付けられているものである。そのため、電解質型燃料電池の燃料極には気水分離部を内蔵したフロート式トラップによって凝縮水の排除された改質ガスが供給され、電解質型燃料電池の発電効率が高められる。また、本発明は、気水分離部を内蔵したフロート式トラップから排水される凝縮水を、水蒸気改質反応に必要な原料水を改質器に供給する原料水供給路に合流させたものである。そのため、改質ガス流から分離された凝縮水が水蒸気改質反応に必要な原料水として再利用され、燃料電池発電システムの運転効率が高められる。
【０００９】
【実施例】
上記の技術的手段の具体例を示す実施例を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施例の燃料電池発電システムの構成を示す図であり、図２は図１のトラップの断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図１において、図４で示した従来技術と同一の構成要素には同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００１０】
改質器７から電解質型燃料電池１の燃料極３に改質ガスＧを供給する改質ガス供給路６に、改質ガスＧの温度を改質器７の作動温度である約７００度Ｃから電解質型燃料電池１の作動温度である約８０度Ｃに冷却するため熱交換器１３が配される。熱交換器１３は、改質ガスＧを冷却水Ｗで冷却する水熱交換器である。
【００１１】
熱交換器１３の改質ガス出口１４側に、改質ガスＧ流から凝縮水Ｄを排水するトラップ１５が配される。オフガス排出路１２に、オフガスｇ流から凝縮水Ｄを排水するトラップ１６が配される。残りのガス排出路５に、残りのガスａ流から凝縮水Ｄを排水するトラップ１７が配される。トラップ１５，１６，１７は気水分離部を内蔵したフロート式トラップである。
【００１２】
トラップ１５，１６，１７を図２及び図３に示す。トラップのケーシングは、ステンレス製薄板を円筒状に成形した上本体２１と、同じくステンレス製薄板を略半球状に成形した下本体２２を、それぞれ合せ面で溶接して形成される。上本体２１の上部側面に、ガスと凝縮水の混合流を導入する入口２４が取り付けられる。上本体２１の入口２４と同軸上に、ガスの出口３１が取り付けられる。入口２４と出口３１の弁室２３側端部にはそれぞれ気水分離部としての円板状の気水分離板３２，３３が取り付けられる。
【００１３】
ケーシングの内部に弁室２３が形成され、弁室２３内に球形密閉フロート２６が自由状態で配される。下本体２２には、フロート２６が降下した場合に着座するためのフロート座２５が設けられる。フロート座２５は、フロート２６の浮上降下によって開閉される弁口２７の中心軸と平行に且つ平行方向を長手にして２条に弁室２３の内部に向かって凸状に形成される。下本体２２のフロート座２５と対向する位置には、弁口２７と排水口２８を設けた弁座部材２９を、下本体２２に取り付けるための取付け部としての貫通孔３０が設けられる。
【００１４】
入口２４から弁室２３内に流入するガスと凝縮水の混合流は、入口側の気水分離板３２にまず衝突して第１段の気水分離が行われ、質量の大きな凝縮水は下方に滴下し、一方質量の小さいガスは滴下することなく出口３１側の気水分離板３３に再度衝突して第２段の気水分離が行われる。２段階の気水分離によって凝縮水の分離されたガスは出口３１から排気される。
【００１５】
下方に滴下した液体は弁室２３内に溜り、その液位が徐々に上昇してフロート２６をその浮力によって上昇させ（図２において破線で示す位置）、フロート座２５と弁口２７から離座させることにより、弁室２３内の凝縮水が排水口２８から排水される。凝縮水が排水されて弁室２３内の液位が低下すると、フロート２６が降下してフロート座２５と弁口２７上に着座し、ガスの排水口２８からの漏出が防止される。
【００１６】
トラップ１５の排水口２８から排水される凝縮水Ｄは凝縮水排水路３４を介して、トラップ１６の排水口２８から排水される凝縮水Ｄは凝縮水排水路３５を介して、トラップ１７の排水口２８から排水される凝縮水Ｄは凝縮水排水路３６を介して、原料水供給路９の原料水Ｙ流に合流される。トラップ１５の出口３１からは凝縮水の排除された改質ガスＧが排気されるので、電解質型燃料電池１の発電効率を高めることができる。トラップ１５の排水口２８から排水される凝縮水Ｄは原料水Ｙ流に合流されて再利用されるので、燃料電池発電システムの運転効率を高めることができる。トラップ１６とトラップ１７の排水口２８から排水される凝縮水Ｄはシステム外に排水してもよいが、原料水Ｙ流に合流させることにより、再利用することができる。トラップ１６の出口３１から排気されるオフガスｇは排気してもよいが、原燃料ガスＦ流に合流させることにより、再利用することができる。また、トラップ１６の出口２４からは凝縮水の排除されたオフガスｇが排気されるので、燃焼部１０の燃焼効率を高めることができる。
【００１７】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、改質ガス流から凝縮水を排水して凝縮水の排除された改質ガスを電解質型燃料電池の燃料極に供給することにより、電解質型燃料電池の発電効率を高めることができ、また、改質ガス流から分離された凝縮水を原料水供給路に合流させて再利用することにより、燃料電池発電システムの運転効率を高めることができるという優れた効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の燃料電池発電システムの構成を示す図である。
【図２】図１のトラップの断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】従来の燃料電池発電システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１  高分子電解質型燃料電池
２  酸化剤極
３  燃料極
４  酸化剤ガス供給路
５  残りのガス排出路
６  改質ガス供給路
７  改質器
８  燃料ガス供給路
９  原料水供給路
１０  燃焼部
１１  原燃料ガス供給路
１２  オフガス排出路
１３  熱交換器
１４  改質ガス出口
１５，１６，１７  トラップ
２３  弁室
２４  入口
２５  フロート座
２６  フロート
２７  弁口
２８  排水口
３１  出口
３２  気水分離板
３３  気水分離板
３４，３５，３６  凝縮水排水路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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