JP3290395B2 - 燃料電池用直接接触式凝縮水回収システム及び直接接触式水蒸気凝縮器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池排ガスか
ら水の回収および回収した水の処理を行う燃料電池用直
接接触式凝縮水回収システム及び直接接触式水蒸気凝縮
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の燃料電池からの水回収例を
示す構成説明図である。図において、１０１は燃料電池
システム、１０２は改質器、１０３は改質器内バーナ、
１０４は改質器燃焼排ガス供給配管、１０５は空気極排
ガス供給配管、１０６は排ガス水回収用ガス−水系隔壁
式水蒸気凝縮器、１０７は２次冷却水循環ポンプ、１０
８は２次冷却水、１０９は冷却塔、１１０は排気管、１
１１は凝縮水配管、１１２は水タンク、１１３は凝縮水
ポンプ、１１４は水処理装置、１１５はイオン交換樹
脂、１１６は空気極、１１７は燃料極、１１８は冷却
部、１１９は熱利用装置、１２０は水蒸気分離器、１２
１は水蒸気、１２２は水蒸気、１２３は電池冷却水、１
２４は都市ガス、１２５は空気である。

【０００３】まず、原燃料である都市ガス１２４と燃料
電池システム１０１内の水蒸気分離器１２０から供給さ
れる水蒸気１２２を混合した混合ガスが、改質器１０２
へと供給され、都市ガス１２４と水蒸気分離器１２０か
ら供給される水蒸気１２２とを反応させて主燃料である
水素が生成される。改質器１０２内では都市ガス（メタ
ンを主成分とする炭化水素）１２４と水蒸気１２２を触
媒上で反応させて水素を生成する水蒸気改質反応が行わ
れる。この反応は吸熱反応であるので、改質器１０２を
一定温度に維持するために、燃料極１１７から排出され
る余剰水素を改質器１０２内のバーナ１０３で燃焼させ
ている。この結果、改質器１０２からの燃焼排ガスは炭
酸ガス、水蒸気、窒素、酸素の混合ガスとして排出され
る。この改質器燃焼排ガスは、改質器燃焼排ガス供給配
管１０４を通って、排ガス水回収用ガス−水系隔壁式水
蒸気凝縮器１０６に導かれる。

【０００４】一方、空気極１１６と燃料極１１７におい
て発電反応により発生した熱は、冷却部１１８において
電池冷却水１２３により熱回収される。熱回収した電池
冷却水は水蒸気分離器１２０を介して、吸収式冷凍機等
の熱利用装置１１９に導かれる。また空気１２５中の酸
素が発電反応に使われた空気極１１６の排ガスおよび発
電反応により生成した水蒸気は、水蒸気、窒素、酸素の
混合ガスとして空気極１１６から空気極排ガス供給配管
１０５により導かれて、やはり排ガス水回収用ガス−水
系隔壁式水蒸気凝縮器１０６に導かれ、内部で改質器燃
焼排ガスと混合される。

【０００５】従来から排ガスからの水回収には、金属面
を介した隔壁式熱交換器である排ガス水回収用ガス−水
系隔壁式水蒸気凝縮器１０６が用いられている。図２に
見られるように、２次冷却水循環ポンプ１０７により循
環力を与えられて循環して冷却塔１０９で放熱される２
次冷却水１０８は、排ガス水回収用ガス−水系隔壁式水
蒸気凝縮器１０６において改質器燃焼排ガスと空気極排
ガスの混合排ガスとの間で熱交換を行う。

【０００６】上述の熱交換により、排ガス水回収用ガス
−水系隔壁式水蒸気凝縮器１０６において改質器燃焼排
ガスと空気極排ガスの混合排ガスは冷却される。その結
果、排ガス中に含まれる水蒸気は凝縮し、凝縮水が発生
する。この凝縮水は凝縮水配管１１１を通って水タンク
１１２に回収される。また、残りの排ガス成分は、排気
管１１０により外気へと放出される。水タンク１１２に
蓄積された凝縮水は、凝縮水ポンプ１１３を介して水処
理装置１１４に送られて、内部のイオン交換樹脂１１５
によりわずかに残存している炭酸ガスおよびリン酸等の
除去を行って純水とした後、燃料電池冷却水の補給水と
して再利用される。なお、補給水を純水とするのは、そ
の低電気伝導率により空気極および燃料極における電気
的絶縁を確保するためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池からの
水回収においては、水蒸気凝縮器として金属面を介した
ガス−水系および水−水系の隔壁式水蒸気凝縮器を用い
ていた。この隔壁式水蒸気凝縮器は高価で、かつ体積お
よび質量も大きい。また、排ガス冷却により生成した凝
縮水を回収するための水タンクが必要となるため、燃料
電池システム本体のコストおよび容積を増加させてしま
う欠点を有していた。また、凝縮水中に含まれる炭酸ガ
スおよびリン酸の除去は水処理装置中のイオン交換樹脂
によって行われており、処理水の電気伝導率を一定値以
内に保つため前記イオン交換樹脂を２ないし３カ月毎に
交換する必要があった。さらに、凝縮水中に含まれるリ
ン酸が隔壁式水蒸気凝縮器内および凝縮水配管内に付着
するため、これを除去するための清掃が、燃料電池を停
止させて水蒸気凝縮器内部全般および凝縮水配管内に渡
って必要となるという欠点を有していた。

【０００８】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、極めて経済的でコンパクトであり、かつ保守の容易
な燃料電池用直接接触式凝縮水回収システム及び直接接
触式水蒸気凝縮器を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、改質器排ガスと空気極排ガスの混合ガスで
ある燃料電池排ガスを直接接触式水蒸気凝縮器の下部に
導き、上部および排ガス入口近傍から散水されたガス冷
却水との直接接触により排ガス冷却を行うことにより、
低い圧力損失で高効率な凝縮水回収を可能とすることを
特徴とする。

【００１０】また本発明は、前記直接接触式水蒸気凝縮
器の内部を多孔付き半円状棚板を縦に複数段組み合わせ
た構造とし、前記多孔付き半円状棚板が開口比（前記直
接接触式水蒸気凝縮器の横断面積に対する棚板の非占有
面積の割合を示す）１５ないし３０％であり、棚板１ｍ
² 当たりの孔数が３２００ないし４０００個でその孔径
が３ないし７mmであり、かつガス冷却部高さ１ｍ当たり
の棚板の枚数が６ないし１４枚であることを特徴とす
る。

【００１１】また本発明は、凝縮水貯水部から循環ポン
プを介して冷却塔に送られる凝縮水の一部を再び凝縮水
貯水部の脱炭酸手段に戻し、外壁から内部に向かって側
面に沿うように取り付けられかつ外気を取り入れる空気
取り入れ口を持ったジェットポンプ付きノズルから動力
不要のジェットポンプ効果により前記空気取り入れ口か
ら吸い込まれた空気と共に前記凝縮水貯水部内に噴出す
る。これにより、排ガス凝縮水中に含まれる炭酸ガス成
分をガス化して除去し、空気排出口より排出することが
可能となることを特徴とする。

【００１２】また本発明は、前記脱炭酸手段に隣接し
て、水面より低い高さを持つ第２の仕切板で前記脱炭酸
手段と仕切られた脱リン酸手段を設け、前記脱リン酸手
段を透明性に富むリテーナを挟んだ水面より高い高さの
２枚の金属金網でなる第３の仕切板で垂直に複数仕切っ
た構造とし、前記２枚の金属製金網間に直流電圧を印加
して電気分解を行うことによりリン酸の除去を可能と
し、また前記金網の交換により清掃が容易となることを
特徴とする。

【００１３】従来の燃料電池用凝縮水回収システムと
は、隔壁式水蒸気凝縮器に比べ安価、小型であり高効率
な直接接触式水蒸気凝縮器を適用し、特別な脱炭酸装置
が不要となる点、およびリン酸除去と清掃が容易に行
え、高価なイオン交換樹脂の交換頻度が減少する点が大
きく異なる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態
例を示す構成説明図、図２は図１の直接接触式水蒸気凝
縮器の一例を示す拡大斜視図、図３は図１の多孔付き半
円状棚板の一例を示す拡大平面図である。図において、
１は燃料電池システム、２は改質器内バーナ、３は改質
器、４は改質器燃焼排ガス供給配管、５は空気極排ガス
供給配管、６は直接接触式水蒸気凝縮器、７は直接接触
式水蒸気凝縮器排ガス入口、８はガス冷却部、９は多孔
付き半円状棚板、９０１は半円状棚板９に設けられた多
数の孔、１０はガス冷却水入口、１１はガス冷却水噴霧
ノズル、１２はガス冷却水、１３は排気管、１４は第１
の仕切板、１５は空気バブリング用噴出水配管、１６は
脱炭酸手段、１７は空気取り入れ口、１８はジェットポ
ンプ付きノズル、１９は空気排出口、２０は第２の仕切
板、２１は脱リン酸手段、２２はリテーナを挟む２枚の
金属製金網からなる第３の仕切板、２３は直流電源装
置、２４は凝縮水貯水部、２５は水位検知装置、２６は
凝縮水出口、２７は循環ポンプ、２８は分岐弁、２９は
冷却塔、３０は流量調整弁、３１は電池冷却水ポンプ、
３２は水処理装置、３３はイオン交換樹脂、３４は空気
極、３５は燃料極、３６は冷却部、３７は熱利用装置、
３８は水蒸気分離器、３９は水蒸気、４０は水蒸気、４
１は電池冷却水、４２は都市ガス、４３は空気である。
図２に示すように、直接接触式水蒸気凝縮器６の内部に
は多孔付き半円状棚板９が相対しながら縦方向に等間隔
に複数段組み合わせて設置され、前記多孔付き半円状棚
板９には、図３に示すように多数の孔９０１が設けられ
る。なお、図２においてガス冷却水噴霧ノズル１１を省
略し、図２および図３において、孔９０１の一部を省略
する。

【００１５】すなわち、改質器内バーナ２の燃焼により
改質器３から排出される改質器燃焼排ガスは改質器燃焼
排ガス供給配管４により、また空気極３４より排出され
る空気極排ガスは空気極排ガス供給配管５により導かれ
て改質器燃焼排ガス供給配管４と合流し、双方の排ガス
が混合された後、直接接触式水蒸気凝縮器６の下部排ガ
ス入口７に送られる。

【００１６】直接接触式水蒸気凝縮器６の内部のガス冷
却部８において、排ガスは複数の多孔付き半円状棚板９
で仕切られた内部を蛇行しながら上昇し、上部のガス冷
却水入口１０および排ガス入口近傍の噴霧ノズル１１よ
り散水されたガス冷却水１２と対向流で直接接触するこ
とによりガス冷却を行い、排ガス中の水蒸気を凝縮す
る。このとき多孔付き半円状棚板９は、低圧力損失でか
つ高効率にガスの冷却を行うための最適な開口比、孔
数、孔径および棚板間隔により構成されている。

【００１７】ガス冷却水１２により十分に冷却された排
ガスは、排気管１３から排出される。排ガスを冷却した
ガス冷却水１２と回収された凝縮水は、第１の仕切板１
４で仕切られた直接接触式水蒸気凝縮器の凝縮水貯水部
２４に落下し、蓄えられる。

【００１８】一方、循環ポンプ２７および分岐弁２８を
介して冷却塔２９に送られる凝縮水の一部は空気バブリ
ング用噴出水配管１５を通って凝縮水貯水部２４の底部
側面の脱炭酸手段１６に導かれ、外部に空気取り入れ口
１７を持つジェットポンプ付きノズル１８から、ジェッ
トポンプ効果により空気取り入れ口１７から吸い込まれ
た空気と共に凝縮水貯水部２４の内部に噴出し、内部に
回転水流を発生させる。噴出された空気は、排ガス凝縮
水中に含まれる炭酸ガスを脱気作用により除去して凝縮
水貯水部２４の上部に設けられた空気排出口１９より外
部に排出される。

【００１９】空気によりバブリングされた凝縮水は、第
２の仕切板２０を通った後、次の脱リン酸手段２１にお
いて、設置されている複数の、第３の仕切板２２である
リテーナを挟む２枚の金属製金網を通過する。前記の２
枚の金網間には直流電源装置２３により直流電圧が印加
されており、通過する際に排ガス凝縮水中に含まれるリ
ン酸はリン酸化合物として析出され除去される。析出し
たリン酸化合物は前記金網をリテーナごと交換すること
により容易に除去される。

【００２０】脱リン酸された凝縮水は、凝縮水出口２６
を経て循環ポンプ２７により分岐弁２８を介して冷却塔
２９に送られ、冷却される。冷却塔２９で冷却された
後、流量調整弁３０を介して、一方は再び直接接触式水
蒸気凝縮器６の上部のガス冷却水入口１０および下部排
ガス入口７近傍の噴霧ノズル１１より散水され、他方は
電池冷却水ポンプ３１を介して水処理装置３２に送られ
る。この凝縮水は前記脱炭酸手段１６および脱リン酸手
段２１において脱炭酸および脱リン酸処理が施されてい
るものの、前記脱炭酸手段１６および脱リン酸手段２１
での除去対象外成分である鉄イオン等が溶存しているた
め、前記水処理装置３２内部のイオン交換樹脂３３によ
りこれらを除去して純水とした後、電池冷却水の補給水
として空気極３４および燃料極３５の冷却部３６へ送ら
れる。なお、前記流量調整弁３０は凝縮水貯水部２４に
設置された水位検知装置２５と電気的に接続され、凝縮
水貯水部２４の水位により流量調整弁３０の開度調整が
行われ、電池冷却水ポンプ３１へ向かう流量が制御され
ている。

【００２１】本発明の燃料電池用直接接触式凝縮水回収
システムでは、改質器３の排ガスと空気極３４の排ガス
の混合ガスである燃料電池排ガスを直接接触式水蒸気凝
縮器６の下部に導き、上部のガス冷却水入口１０および
排ガス入口７近傍の噴霧ノズル１１から散水されたガス
冷却水１２と直接接触させてガス冷却を行う。この際、
排ガス中に含まれる水蒸気が冷却され、潜熱を放出して
凝縮する。この凝縮水は、上部および排ガス入口近傍か
ら散水させたガス冷却水と共に直接接触式水蒸気凝縮器
６の最下部に設けられた凝縮水貯水部２４に蓄えられ
る。

【００２２】このとき、ガス冷却を行う多孔付き半円状
棚板９の開口比が１５％未満の場合、排ガスの圧力損失
が増大し、３０％を超える場合はガス冷却効率が低下す
るため不適当となる。また棚板９の１ｍ² 当たりの孔数
が３２００個未満の場合、ガス冷却効率の低下を招き、
４０００個を超える場合はガス冷却効率の上昇が認めら
れるものの極めてわずかな上昇であるため、加工コスト
を考慮すると不適当となる。棚板９の孔径については３
mm未満の場合ガス冷却水の落下量が減少して冷却効率が
低下し、７mmを超える場合は冷却水が柱状に落下して排
ガスとの接触面積が著しく減少するため、やはり冷却効
率が低下して不適当となる。さらにガス冷却部８の高さ
１ｍ当たりの棚板９の枚数が６枚未満の場合はガス冷却
水の散水口から凝縮水貯水部２４までの所要落下時間、
即ち排ガスとガス冷却水の接触時間が短くなるためガス
の冷却効率が低下し、１４枚を超える場合はガス冷却効
率が上昇するものの排ガスの蛇行が急になることから圧
力損失が増大し不適当となる。

【００２３】従って多孔付き半円状棚板９は、開口比１
５ないし３０％であり、棚板９の１ｍ² 当たりの孔数が
３２００ないし４０００個でその孔径が３ないし７mmで
あり、かつガス冷却部８の高さ１ｍ当たりの棚板９の枚
数が６ないし１４枚としている。

【００２４】一方、凝縮水貯水部２４から循環ポンプ２
７を介して冷却塔２９へ送られる水の一部を再度凝縮水
貯水部２４の脱炭酸手段１６に戻し、ジェットポンプ付
きノズル１８から前記凝縮水貯水部２４内に噴出させ
る。このジェットポンプ付きノズル１８は直接接触式水
蒸気凝縮器６外に空気取り入れ口１７を持っており、水
を噴出させる際、ジェットポンプ効果により空気取り入
れ口１７から吸い込まれた空気を共に噴出させる。

【００２５】また、このジェットポンプ付きノズル１８
は、縦円筒形をした凝縮水貯水部２４の底部側面に沿っ
て取り付けられているため、凝縮水貯水部２４内に回転
水流が発生し、上部のガス冷却水入口１０から散水させ
たガス冷却水、排ガスからの凝縮水および噴出された空
気が十分に接触しながら撹拌される。これにより、排ガ
ス凝縮水中に含まれる炭酸ガスが、炭酸ガス濃度の極め
て低い空気と接触することにより、脱気作用により除去
される。

【００２６】炭酸ガスを脱気した空気は、別に設けられ
た空気排出口１９より外部に排出される。このとき、直
接接触式水蒸気凝縮器６の上部にあるガス冷却部８と
は、第１の仕切板１４により仕切られているため、炭酸
ガスが再度排ガスに取り込まれることがない。また排ガ
スと混合しないため、排ガス中の水蒸気分圧低下を招く
恐れがない。従って排ガス中の水蒸気の凝縮温度を低下
させて凝縮水回収量を減少させる恐れがない。

【００２７】このようにして脱炭酸されて蓄えられた凝
縮水は、次に第２の仕切板２０を通って、第３の仕切板
２２である金属製金網で仕切られた脱リン酸手段２１に
導かれる。この脱リン酸手段２１には、透水性に富むリ
テーナを挟みかつ相互を電気的に接続して直流電圧が印
加されている、底部から水面上までの高さを持つ２枚の
金属製金網でなる第３の仕切板２２が複数設置されてい
る。凝縮水がこの金網間を通過する際、凝縮水中に含ま
れるリン酸は金属と反応しリン酸化合物として析出す
る。このリン酸化合物は水に不溶であるためリテーナに
吸着させることが可能であり、これによってリン酸の除
去を行う。ここで金網の材質としては、安価なアルミニ
ウムが最も好ましく、容易にリン酸と反応しゲル状のリ
ン酸アルミニウムを析出するためリテーナに吸着させや
すい特長があるが、その他に鉄、銅等であってもよい。

【００２８】また、清掃はこの金網をリテーナごと交換
することにより、容易に可能となる。このようにしてリ
ン酸の除去を行った凝縮水は、循環ポンプ２７を介して
冷却塔２９へ送られる。これにより、排ガスからの水回
収と回収した凝縮水の脱炭酸および脱リン酸が１台で一
括して行うことが可能となる。凝縮水は冷却塔２９で冷
却された後、流量調整弁３０を介して直接接触式水蒸気
凝縮器６の上部に導かれ、ガス冷却水１２として再び散
水される。なお、凝縮水貯水部２４には前記流量調整弁
３０と電気的に接続された水位検知装置２５が設置され
ており、排ガスからの凝縮水が徐々に増加して規定の水
位を超えた場合には電気信号により流量調整弁３０が開
き、余剰の凝縮水は電池冷却水としてポンプ３１および
水処理装置３２を介して再び空気極および燃料極冷却部
３６に導かれ、再利用される。

【００２９】

【実施例】上記実施形態例について実験によりその効果
の確認を行った。即ち１ｋｇ当たり０．１７ｋｇの水蒸
気と０．０９ｋｇの炭酸ガス、および微量のリン酸を含
む１７０℃の排ガス１１５０ｋｇを下部排ガス入口７か
ら送り込み、また水温３０℃で流量１８０００ｋｇ／ｈ
のガス冷却水１２を直接接触式水蒸気凝縮器６に送って
排ガスの冷却を行った。このとき多孔付き半円状棚板９
は、開口比２５％、１ｍ² 当たりの孔数３６５０個、孔
径５mmおよびガス冷却部高さ１ｍ当たりの棚板の枚数を
８枚とした。

【００３０】この結果、排ガスは排気管１３において４
８℃まで冷却され、１３５ｋｇの凝縮水が得られた。ま
た凝縮水中１Ｌ中の炭酸ガス濃度は０．００２ｇ、リン
酸濃度は１ｐｐｍ未満に抑えられた。この結果から明ら
かなように、本発明により高効率な凝縮水回収と、脱炭
酸及び脱リン酸が容易に、かつ一括して行えることが確
認された。

【００３１】またこれら脱炭酸及び脱リン酸処理により
水処理装置中のイオン交換樹脂の交換頻度を従来の２な
いし３カ月から、５ないし６カ月毎に延伸できることが
確認された。

【００３２】さらに、直接接触式水蒸気凝縮器および凝
縮水貯水部の体積は０．６５ｍ³ であり、従来の隔壁式
水蒸気凝縮器および凝縮水回収用水タンクを用いた場合
と比較して、体積比で約６０％の小型化が図られた。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、直接
接触式水蒸気凝縮器のガス冷却部と第１の仕切板で仕切
られ、下部にジェットポンプ付きノズルを有する脱炭酸
手段と、前記脱炭酸手段とを仕切る第２の仕切板および
リテーナを挟む２枚の金属製金網が複数設置されてなる
第３の仕切板を有する脱リン酸手段から構成される凝縮
水貯水部、排ガス入口、ガス冷却部、凝縮水出口からな
る極めて単純な構造の直接接触式水蒸気凝縮器により、
改質器燃焼排ガスと空気極排ガスからの水の回収と、炭
酸ガスとリン酸の除去が可能となる。

【００３４】また、リン酸除去のための清掃は、第３の
仕切板の交換という形で極めて容易に行うことが可能と
なる。この結果、従来の高価でかつ大容積、重量物であ
る隔壁式水蒸気凝縮器や水タンクが不要となり、かつ高
価なイオン交換樹脂の交換頻度が減少するため、本発明
は極めて経済的でコンパクトであり、かつ保守の容易な
燃料電池用直接接触式凝縮水回収システムおよび直接接
触式水蒸気凝縮器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例を示す構成説明図であ
る。

【図２】図１の直接接触式水蒸気凝縮器の一例を示す拡
大斜視図である。

【図３】図１の多孔付き半円状棚板の一例を示す拡大平
面図である。

【図４】従来の燃料電池凝縮水回収システムの一例を示
す構成説明図である。

【符号の説明】

１…燃料電池システム ２…改質器内バーナ ３…改質器 ４…改質器燃焼排ガス供給配管 ５…空気極排ガス供給配管 ６…直接接触式水蒸気凝縮器 ７…直接接触式水蒸気凝縮器排ガス入口 ８…ガス冷却部 ９…多孔付き半円状棚板 １０…ガス冷却水入口 １１…ガス冷却水噴霧ノズル １２…ガス冷却水 １３…排気管 １４…第１の仕切板 １５…空気バブリング用噴出水配管 １６…脱炭酸手段 １７…空気取り入れ口 １８…ジェットポンプ付きノズル １９…空気排出口 ２０…第２の仕切板 ２１…脱リン酸手段 ２２…リテーナを挟む２枚の金属製金網からなる第３の
仕切板 ２３…直流電源装置 ２４…凝縮水貯水部 ２５…水位検知装置 ２６…凝縮水出口 ２７…循環ポンプ ２８…分岐弁 ２９…冷却塔 ３０…流量調整弁 ３１…電池冷却水ポンプ ３２…水処理装置 ３３…イオン交換樹脂 １０１…燃料電池システム １０２…改質器 １０３…改質器内バーナ １０４…改質器燃焼排ガス供給配管 １０５…空気極排ガス供給配管 １０６…排ガス水回収用ガス−水系隔壁式水蒸気凝縮器 １０７…２次冷却水循環ポンプ １０８…２次冷却水 １０９…冷却塔 １１０…排気管 １１１…凝縮水配管 １１２…水タンク １１３…凝縮水ポンプ １１４…水処理装置 １１５…イオン交換樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−28483（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−39371（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−179674（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−126369（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−332478（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82147（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−84538（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−140069（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−124590（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/06 H01M 8/04

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原燃料ガスを改質器によりより改質して
   得られる水素と空気中の酸素を反応させることにより電
   気エネルギーと熱エネルギーを発生する燃料電池と、 前記燃料電池の改質器より排出される改質器燃焼排ガス
   と燃料電池の空気極より排出される空気極排ガスから凝
   縮水を回収する凝縮水回収部からなる燃料電池システム
   において、 前記凝縮水回収部が前記改質器燃焼排ガスと前記空気極
   排ガスからなる排ガスの供給を受け、前記排ガスの水分
   の回収を行う直接接触式水蒸気凝縮器を備え、 前記直接接触式水蒸気凝縮器の下部に凝縮水貯水部を備
   え、 前記凝縮水貯水部に炭酸ガス除去を行う脱炭酸手段とリ
   ン酸の除去を行う脱リン酸手段、および水位検知装置を
   備え、 前記凝縮水貯水部と冷却塔を接続する配管中に循環ポン
   プを備え、 前記循環ポンプに対して凝縮水貯水部でない側に、凝縮
   水の一方を前記脱炭酸手段に、他方を前記冷却塔の２方
   路に分岐させる分岐弁を備え、 前記冷却塔に対して凝縮水貯水部でない側に、凝縮水の
   一方を前記直接接触式水蒸気凝縮器に、他方を燃料電池
   を冷却する電池冷却水補充のための水処理装置の２方路
   に分岐させる流量調整弁を備え、 前記凝縮水貯水部に蓄えられた水を、前記冷却塔を介し
   て前記直接接触式水蒸気凝縮器との間で循環させること
   により前記排ガスから水回収することを特徴とする燃料
   電池用直接接触式凝縮水回収システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池用直接接触式凝
   縮水回収システムにおいて、 前記直接接触式水蒸気凝縮器の最上部に排ガス出口、上
   部に散水口、下部に排ガス入口と前記排ガス入口近傍に
   噴霧ノズルを備えてなるガス冷却部と、 前記ガス冷却部と第１の仕切板で仕切られた脱炭酸手段
   と、前記脱炭酸手段と第２の仕切板で仕切られた脱リン
   酸手段からなる凝縮水貯水部とを備えていることを特徴
   とする燃料電池用直接接触式凝縮水回収システム。
3. 【請求項３】 請求項２記載の燃料電池用直接接触式凝
   縮水回収システムにおいて、 前記散水口および前記噴霧ノズルが前記循環水配管によ
   り流量調整弁と接続されていることを特徴とする燃料電
   池用直接接触式凝縮水回収システム。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の燃料電池用直
   接接触式凝縮水回収システムにおいて、 前記直接接触式水蒸気凝縮器の内部に多孔付き半円状棚
   板を備え、 前記多孔付き半円状棚板が相対しながら縦方向に等間隔
   に設置されていることを特徴とする燃料電池用直接接触
   式凝縮水回収システム。
5. 【請求項５】 請求項４記載の燃料電池用直接接触式凝
   縮水回収システムにおいて、 前記多孔付き半円状棚板が開口比１５ないし３０％であ
   り、棚板１ｍ² 当たりの孔数が３２００ないし４０００
   個でその孔径が３ないし７mmであり、かつガス冷却部高
   さ１ｍ当たりの棚板の枚数が６ないし１４枚であること
   を特徴とする燃料電池用直接接触式凝縮水回収システ
   ム。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４又は５記載の燃料
   電池用直接接触式凝縮水回収システムにおいて、 前記脱炭酸手段が外部の空気を取り入れる空気取り入れ
   口を有するジェットポンプ付きノズルにより構成され、 前記ノズルが凝縮水貯水部の下部側面に、側面に沿う方
   向に向けて備えていることを特徴とする燃料電池用直接
   接触式凝縮水回収システム。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５又は６記載の
   燃料電池用直接接触式凝縮水回収システムにおいて、 前記脱リン酸手段が透水性に富むリテーナと前記リテー
   ナを挟む貯水部の底部から水面上までの高さを持つ２枚
   の金属製金網を一対として、複数対の前記リテーナを挟
   んだ金属製金網でなる第３の仕切板で仕切られ、 前記金属製金網が直流電源を介して相互に電気的に接続
   され、 かつ凝縮水貯水部と電気的に絶縁された状態で備えてい
   ることを特徴とする燃料電池用直接接触式凝縮水回収シ
   ステム。
8. 【請求項８】 請求項１、２、３、４、５、６又は７記
   載の燃料電池用直接接触式凝縮水回収システムにおい
   て、 前記流量調整弁が前記水位検知装置と電気的に接続さ
   れ、前記凝縮水貯水部の水位が上昇すると流量調整弁が
   開き前記燃料電池水処理装置へ送水されて燃料電池を冷
   却する電池冷却水の補給水として再利用することを特徴
   とする燃料電池用直接接触式凝縮水回収システム。
9. 【請求項９】 燃料電池排ガスが下部に導かれ、上部お
   よび燃料電池排ガス入口近傍から散水されたガス冷却水
   との直接接触により排ガス冷却を行うことにより、凝縮
   水回収を可能とすることを特徴とする直接接触式水蒸気
   凝縮器。
10. 【請求項１０】 内部を多孔付き半円状棚板を縦に複数
    段組み合わせた構造とし、前記多孔付き半円状棚板が開
    口比１５ないし３０％であり、棚板１ｍ² 当たりの孔数
    が３２００ないし４０００個でその孔径が３ないし７mm
    であり、かつガス冷却部高さ１ｍ当たりの棚板の枚数が
    ６ないし１４枚であることを特徴とする請求項９記載の
    直接接触式水蒸気凝縮器。