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JP2947682B2 - Steam separator for fuel cells - Google Patents
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JP2947682B2 - Steam separator for fuel cells - Google Patents

Steam separator for fuel cells

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JP2947682B2
JP2947682B2 JP4322043A JP32204392A JP2947682B2 JP 2947682 B2 JP2947682 B2 JP 2947682B2 JP 4322043 A JP4322043 A JP 4322043A JP 32204392 A JP32204392 A JP 32204392A JP 2947682 B2 JP2947682 B2 JP 2947682B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池用水蒸気分
離装置に関し、さらに詳しくはリン酸を電解質とするリ
ン酸型燃料電池用の水蒸気分離装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steam separator for a fuel cell, and more particularly to a steam separator for a phosphoric acid type fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、例えば特開平4−87158号
公報に示された従来の水蒸気分離装置の概略構成図であ
る。同図において、1は図示しない改質装置での燃料と
水蒸気との反応により得られる改質ガス中の一酸化炭素
を変成するCO変成器、2はこのCO変成器1を経た改
質ガスを用いて電力を得る燃料電池スタックである。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a conventional steam separation device disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-87158. In the figure, reference numeral 1 denotes a CO converter for converting carbon monoxide in a reformed gas obtained by a reaction between fuel and steam in a reformer (not shown), and 2 denotes a reformed gas passed through the CO converter 1. It is a fuel cell stack that obtains electric power by using it.

【0003】3はCO変成器1及び燃料電池スタック2
の反応熱により得られた加圧水と水蒸気との二相流を気
液分離して上記改質装置に必要な水蒸気とCO変成器1
及び燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水とを得る水
蒸気分離器である。
Reference numeral 3 denotes a CO transformer 1 and a fuel cell stack 2
The two-phase flow of pressurized water and steam obtained by the heat of reaction is separated into gas and liquid to separate steam and CO required for the reformer.
And a pressurized water necessary for cooling the fuel cell stack.

【0004】4は水蒸気分離器3とCO変成器1及び燃
料電池スタック2との間の配管に設けられて水蒸気分離
器3で得られた加圧水を配管を通じてCO変成器1及び
燃料電池スタック2に送給する加圧水循環ポンプであ
る。
[0004] Reference numeral 4 denotes a pipe provided between the steam separator 3 and the CO converter 1 and the fuel cell stack 2, and pressurized water obtained by the steam separator 3 is supplied to the CO transformer 1 and the fuel cell stack 2 through the pipe. It is a pressurized water circulation pump for feeding.

【0005】5は水蒸気分離器3で得られた水蒸気を所
定流量で改質装置に送給するための改質用水蒸気流量制
御弁、6は加圧水温度が所定温度になるように水蒸気分
離器3内の余剰水蒸気を図示しない排熱利用系へ放出し
て水蒸気分離器3内を圧力制御するための水蒸気分離器
圧力制御弁である。
[0005] Reference numeral 5 denotes a reforming steam flow control valve for feeding the steam obtained by the steam separator 3 at a predetermined flow rate to the reformer, and 6 denotes a steam separator 3 so that the pressurized water temperature becomes a predetermined temperature. This is a steam separator pressure control valve for discharging excess steam in the inside to a waste heat utilization system (not shown) to control the pressure in the steam separator 3.

【0006】7は水蒸気分離器3内に滞留する加圧水の
水位を検知する水位検知器、8は水蒸気分離器3内に補
給水として純水を送給する補給水ポンプ、9はこの補給
水ポンプ8の突出口と水蒸気分離器3との間の配管に設
けられた水位制御弁であり、補給水ポンプ8及び水位制
御弁9は水位検知器7からの水位検知信号に応じてON
−OFFすることにより水蒸気分離器3への補給水の送
給量を制御する。
Reference numeral 7 denotes a water level detector for detecting the level of pressurized water staying in the steam separator 3, reference numeral 8 denotes a makeup water pump for feeding pure water as makeup water into the steam separator 3, and reference numeral 9 denotes this makeup water pump. 8 is a water level control valve provided in the pipe between the outlet of the steam turbine 8 and the steam separator 3, and the makeup water pump 8 and the water level control valve 9 are turned on in response to a water level detection signal from the water level detector 7.
By turning OFF, the supply amount of makeup water to the steam separator 3 is controlled.

【0007】10は燃料電池起動時の加圧水を昇温する
と共に発電開始及び発電停止時の低負荷運転時に電池ス
タック2の電池電圧が高くなり過ぎないように電池電圧
を低下させるための負荷として用いるロードヒータであ
る。
Reference numeral 10 denotes a load for raising the temperature of the pressurized water when the fuel cell is started and for lowering the battery voltage of the battery stack 2 so that the battery voltage of the battery stack 2 does not become too high during the low load operation when the power generation is started and stopped. It is a load heater.

【0008】次に、上述した構成の動作について説明す
る。燃料電池起動時には、水蒸気分離器3内に滞留する
加圧水をロードヒータ10により昇温した後、加圧水を
加圧水循環ポンプ4により燃料電池スタック2及びCO
変成器1に送給してこれらを昇温する。
Next, the operation of the above configuration will be described. When the fuel cell is started, pressurized water staying in the steam separator 3 is heated by the load heater 10, and then the pressurized water is pumped by the pressurized water circulation pump 4 into the fuel cell stack 2 and the CO.
These are sent to the transformer 1 to increase the temperature.

【0009】発電開始・停止時の低負荷時には、燃料電
池スタック2の電圧が高くなって腐食電流が流れ電池の
腐食が進むのを防ぐために、燃料電池スタック2の発生
電力を水蒸気分離器3内に挿入されたロードヒータ10
で消費させて電池電圧を下げる。なお、ロードヒータ1
0の加熱により水蒸気分離器3内の加圧水の一部は水蒸
気となるが水蒸気分離器内の気相容積には余裕があるの
で気液共発(水蒸気と加圧水ミストが気相に同時に出て
くる現象)は起こらない。
When the load is low at the start and stop of the power generation, the electric power generated by the fuel cell stack 2 is transferred to the inside of the steam separator 3 in order to prevent the voltage of the fuel cell stack 2 from increasing and the corrosive current from flowing, thereby promoting the corrosion of the battery. Load heater 10 inserted in
To lower the battery voltage. The load heater 1
The heating of 0 causes part of the pressurized water in the steam separator 3 to become steam, but since there is room in the gas phase volume in the steam separator, gas-liquid co-generation (steam and pressurized water mist come out in the gas phase at the same time) Phenomenon) does not occur.

【0010】燃料電池動作時には、CO変成器1及び燃
料電池スタック2の反応熱を水蒸気分離器3からそれら
に供給される加圧水の沸騰冷却により回収する。これに
より、加圧水の一部が水蒸気となった二相流がCO変成
器1及び燃料電池スタック2から水蒸気分離器1に戻っ
て、ここで水蒸気と加圧水とに気液分離する。
During operation of the fuel cell, the reaction heat of the CO converter 1 and the fuel cell stack 2 is recovered by boiling and cooling the pressurized water supplied thereto from the steam separator 3. As a result, the two-phase flow in which a part of the pressurized water has become steam returns from the CO converter 1 and the fuel cell stack 2 to the steam separator 1, where it is separated into steam and pressurized water.

【0011】分離して得られた水蒸気の一部は改質用水
蒸気として改質用水蒸気流量制御弁5により所定流量で
改質装置に供給され。また、余剰水蒸気は、水蒸気分
離器圧力制御弁10により排熱利用系に放出され、これ
により水蒸気分離器3内の水蒸気圧力が制御されて、加
圧水温度が所定温度に制御される。
[0011] Some of the water vapor obtained by separating the Ru is supplied to the reformer at a predetermined flow rate by reforming steam flow control valve 5 as steam reforming. The excess steam is released to the exhaust heat utilization system by the steam separator pressure control valve 10, whereby the steam pressure in the steam separator 3 is controlled, and the temperature of the pressurized water is controlled to a predetermined temperature.

【0012】水蒸気分離器3内の加圧水水位は改質用水
蒸気や余剰水蒸気の放出によって低下するので、補給水
ポンプ8により水位検知器6からの水位検知信号で補給
水ポンプ8及び水位制御弁7をON−OFFさせて水蒸
気分離器1に直接補給水としての低温の純水が補給され
る。この際、補給水ポンプ8のON−OFF頻度が高く
なり補給水ポンプ8の寿命が短くなるのを避けるため、
補給水ポンプ8のONレベルとOFFレベルに幅を持た
せて補給水ポンプ8を保護している。
Since the water level of the pressurized water in the steam separator 3 decreases due to the release of steam for reforming and surplus steam, the water pump 8 and the water level control valve 7 receive the water level detection signal from the water level detector 6 by the water pump 8. Is turned ON-OFF, and low-temperature pure water as replenishing water is directly supplied to the steam separator 1. At this time, in order to prevent the ON-OFF frequency of the makeup water pump 8 from increasing and shortening the life of the makeup water pump 8,
The makeup water pump 8 is protected by providing a range between the ON level and the OFF level of the makeup water pump 8.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池用水蒸
気分離装置は、低温補給水が直接水蒸気分離器3内に
供給されるので、補給水供給により水蒸気分離器3内の
加圧水温度が低下して水蒸気圧力が低下し改質装置に所
定流量の水蒸気を供給することが困難とならないよう
に、低温な補給水が供給されても加圧水の温度を低下さ
せないよう水蒸気分離器3内に滞留する加圧水量を多く
する必要があった。そのため、大きな水蒸気分離器3を
用いていたので、装置が大きいという問題点があった。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the conventional fuel cell water vapor separation apparatus, since the low temperature of the supply water is supplied directly to the steam separator 3, reduced pressurized water temperature in the steam separator 3 is the makeup water supply As a result, the steam pressure is reduced and the pressurized water stays in the steam separator 3 so as not to lower the temperature of the pressurized water even if low-temperature make-up water is supplied so that it is not difficult to supply a predetermined flow rate of steam to the reformer. It was necessary to increase the amount of pressurized water. Therefore, since the large steam separator 3 was used, there was a problem that the apparatus was large.

【0014】また、配管径が小さい場合は、CO変成器
1及び燃料電池スタック2からの二相流中にスラグ流と
なる部分があり、スラグ流は水蒸気分離器3内の加圧水
相に流入するため水蒸気分離器3内の加圧水が液内部沸
騰と似た状態になり水蒸気分離器3内の液面が変動する
と共に、ロードヒータ10による加熱で水蒸気分離器3
内の加圧水が沸騰することによっても水蒸気分離器3内
の液面が変動する。そのため、良好な気液分離をするた
めに気相容積を大きくする必要があることから大きな水
蒸気分離器3を用いていたので装置が大きくなると共
に、水蒸気分離器3内の水位を正確に検知して制御する
ことができないという問題点があった。
When the pipe diameter is small, there is a portion that becomes a slag flow in the two-phase flow from the CO converter 1 and the fuel cell stack 2, and the slag flow flows into the pressurized water phase in the steam separator 3. Therefore, the pressurized water in the steam separator 3 resembles the boiling inside the liquid, the liquid level in the steam separator 3 fluctuates, and the steam separator 3 is heated by the load heater 10.
The liquid level in the steam separator 3 also fluctuates due to boiling of the pressurized water in the inside. Therefore, since it is necessary to increase the gas phase volume for good gas-liquid separation, a large steam separator 3 is used. Therefore, the apparatus becomes large, and the water level in the steam separator 3 is accurately detected. And cannot be controlled.

【0015】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたもので、小型に構成されると共に、水蒸気
分離器内の水位を正確に検知して制御することができる
燃料電池用水蒸気分離装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and has a small size, and can accurately detect and control the water level in a steam separator and can control the water level in a fuel cell. The aim is to obtain a device.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】この発明に係る燃料電池
用水蒸気分離装置は、燃料と水蒸気とを反応させて改質
ガスを得る改質装置と、上記改質ガス中の一酸化炭素を
変成するCO変成器と、このCO変成器を経た改質ガス
を用いて電力を得る燃料電池スタックと、上記CO変成
器及び上記燃料電池スタックの反応熱により得られる気
液二相流から上記改質装置に必要な水蒸気と上記CO変
成器及び上記燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水を
気液分離して上記水蒸気を上記改質装置に供給すると共
に上記加圧水を上記CO変成器及び上記燃料電池スタッ
クに供給するための水蒸気分離器と、補給水を供給する
補給水ポンプとを備えた燃料電池用水蒸気分離装置にお
いて、上記水蒸気分離器、上記気液二相流の流入方向
及び地表面に対して略垂直方向に設けられて流入する上
記気液二相流が管内壁に衝突することで気液分離する気
液分離管と、この気液分離管に連通しかつ略並列に設け
られて分離した水蒸気及び加圧水を送給する気液分離管
とを備えると共に、上記補給水ポンプによる上記補給水
を、上記CO変成器と上記燃料電池スタックとからの混
合した気液二相流が上記水蒸気分離器へ流れる配管中に
供給するものである。
Means for Solving the Problems] steam separator for a fuel cell according to the inventions is a reformer by reacting fuel and steam to obtain a reformed gas, the carbon monoxide of the reformate gas The CO converter that is to be transformed, a fuel cell stack that obtains electric power using the reformed gas that has passed through the CO transformer, and the gas-liquid two-phase flow that is obtained by the reaction heat of the CO transformer and the fuel cell stack. And vapor-liquid separation of steam required for a reformer and pressurized water required for cooling the CO converter and the fuel cell stack, supplying the steam to the reformer, and supplying the pressurized water to the CO transformer and the fuel cell. In a steam separator for a fuel cell equipped with a steam separator for supplying a stack and a makeup water pump for supplying makeup water, the steam separator is provided in the inflow direction of the gas-liquid two-phase flow and in the ground surface. Against A gas-liquid separation tube in which the gas-liquid two-phase flow entering provided in a substantially perpendicular direction to the gas-liquid separation by striking the inner wall and separated provided communicating and substantially parallel to the gas-liquid separation tube A gas-liquid separation pipe for supplying steam and pressurized water, and a gas-liquid two-phase flow obtained by mixing the makeup water by the makeup water pump from the CO converter and the fuel cell stack. Is supplied into the piping flowing to the

【0017】また、燃料と水蒸気とを反応させて改質ガ
スを得る改質装置と、上記改質ガス中の一酸化炭素を変
成するCO変成器と、このCO変成器を経た改質ガスを
用いて電力を得る燃料電池スタックと、上記CO変成器
及び上記燃料電池スタックの反応熱により得られる気液
二相流から上記改質装置に必要な水蒸気と上記CO変成
器及び上記燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水を気
液分離して上記水蒸気を上記改質装置に供給すると共に
上記加圧水を上記CO変成器及び上記燃料電池スタック
に供給するための水蒸気分離器と、上記加圧水を加熱し
て昇温すると共に燃料電池の高電圧発生時に電力を消費
するヒータと、上記水蒸気分離器内の加圧水の水位を検
知する水位検知器と、この水位検知器の水位検知信号に
基づいて補給水を供給する補給水ポンプとを備えた燃料
電池用水蒸気分離装置において、上記水蒸気分離器
上記気液二相流の流入方向及び地表面に対して略垂直方
向に設けられて流入する上記気液二相流が管内壁に衝突
することで気液分離する気液分離管と、この気液分離管
に連通しかつ略並列に設けられて分離した水蒸気及び加
圧水を送給する気液分離管とを備えると共に、上記水位
検知器を上記気液分離管のいずれか一方に設け、かつ上
記ヒータを上記水位検知器が設けられていない気液分離
管側に設けたものである。
[0017] Also, fuel and a and is reacted reformer to obtain a reformed gas steam, and the CO transformer for transforming carbon monoxide of the reforming gas, reformed passing through the CO transformer A fuel cell stack for obtaining electric power by using gas; steam required for the reformer from the gas-liquid two-phase flow obtained by the reaction heat of the CO converter and the fuel cell stack; the CO converter; and the fuel cell A pressurized water required for cooling the stack is separated into a gas and a liquid, and the steam is supplied to the reformer, and the pressurized water is supplied to the CO converter and the fuel cell stack. And a heater for consuming power when a high voltage is generated in the fuel cell, a water level detector for detecting the level of the pressurized water in the steam separator, and make-up water based on a water level detection signal of the water level detector. To In the steam separator for a fuel cell and a makeup water pump for supplying said steam separator,
A gas-liquid separation pipe, which is provided in a direction substantially perpendicular to the inflow direction and the ground surface of the gas-liquid two-phase flow and in which the gas-liquid two-phase flow that flows in collides with the inner wall of the pipe to separate gas and liquid; The separated water vapor and heating water are connected to the liquid
A gas-liquid separation pipe for supplying pressurized water, and the water level detector is provided on one of the gas-liquid separation pipes, and the heater is provided on the side of the gas-liquid separation pipe on which the water level detector is not provided. It is provided in.

【0018】また、燃料と水蒸気とを反応させて改質ガ
スを得る改質装置と、上記改質ガス中の一酸化炭素を変
成するCO変成器と、このCO変成器を経た改質ガスを
用いて電力を得る燃料電池スタックと、上記CO変成器
及び上記燃料電池スタックの反応熱により得られる気液
二相流から上記改質装置に必要な水蒸気と上記CO変成
器及び上記燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水を気
液分離して上記水蒸気を上記改質装置に供給すると共に
上記加圧水を上記CO変成器及び上記燃料電池スタック
に供給するための水蒸気分離器と、この水蒸気分離器か
ら上記CO変成器及び上記燃料電池スタックへ上記加圧
水が流れる配管に設けられた加圧水循環ポンプと、上記
加圧水を加熱して昇温すると共に燃料電池の高電圧発生
時の電力を消費するヒータと、上記水蒸気分離器内の加
圧水の水位を検知する水位検知器と、この水位検知器の
水位検知信号に基づいて補給水を供給する補給水ポンプ
とを備えた燃料電池用水蒸気分離装置において、上記水
蒸気分離器は、上記気液二相流の流入方向及び地表面に
対して略垂直方向に設けられて流入する上記気液二相流
が管内壁に衝突することで気液分離し、分離した加圧水
を送給する気液分離管と、この気液分離管に連通しかつ
略並列に設けられて分離した水蒸気を送給する気液分離
管とを備えると共に、上記水位検知器を、上記加圧水を
送給する気液分離管に設け、かつ上記ヒータを、上記水
蒸気を送給する気液分離管に設けたものである。 また、
燃料と水蒸気とを反応させて改質ガスを得る改質装置
と、上記改質ガス中の一酸化炭素を変成するCO変成器
と、このCO変成器を経た改質ガスを用いて電力を得る
燃料電池スタックと、上記CO変成器及び上記燃料電池
スタックの反応熱により得られる気液二相流から上記改
質装置に必要な水蒸気と上記CO変成器及び上記燃料電
池スタックの冷却に必要な加圧水を気液分離して上記水
蒸気を上記改質装置に供給すると共に上記加圧水を上記
CO変成器及び上記燃料電池スタックに供給するための
水蒸気分離器と、この水蒸気分離器から上記CO変成器
及び上記燃料電池スタックへ上記加圧水が流れる配管に
設けられた加圧水循環ポンプと、上記加圧水を加熱して
昇温すると共に燃料電池の高電圧発生時の電力を消費す
るヒータとを備えた燃料電池用水蒸気分離装置におい
て、上記水蒸気分離器、上記気液二相流の流入方向及
び地表面に対して略垂直方向に設けられて流入する上記
気液二相流が管内壁に衝突することで気液分離する気液
分離管と、この気液分離管に連通しかつ略並列に設けら
て分離した水蒸気及び加圧水を送給する気液分離管と
を備えると共に、上記ヒータを、上記加圧水循環ポンプ
から上記CO変成器と上記燃料電池スタックとに加圧水
が送給される分岐配管中の上記分岐と上記CO変成器
の間、または上記CO変成器から上記水蒸気分離器へ気
液二相流が流れる合流配管中の上記CO変成器の気液二
相流出口と上記合流との間に設けたものである。
Further, the fuel is reacted with steam to form a reforming gas.
And a reformer to obtain carbon dioxide and convert carbon monoxide in the reformed gas.
And the reformed gas passed through the CO converter
Fuel cell stack for obtaining electric power using the same, and the above-mentioned CO transformer
And gas-liquid obtained by the reaction heat of the fuel cell stack
Steam required for the reformer and CO conversion from the two-phase flow
And pressurized water necessary for cooling the fuel cell stack.
While separating the liquid and supplying the steam to the reformer,
The pressurized water is supplied to the CO converter and the fuel cell stack.
Steam separator for supplying to the
Pressurizes the CO transformer and the fuel cell stack
A pressurized water circulation pump installed in the pipe through which water flows, and
Heat pressurized water to raise temperature and generate high voltage for fuel cell
A heater that consumes electric power at the time of
A water level detector that detects the water level of the pressurized water, and the water level detector
Make-up water pump that supplies make-up water based on the water level detection signal
In the fuel cell steam separator comprising:
The steam separator is located in the inflow direction of the gas-liquid two-phase flow and the ground surface.
The above-mentioned gas-liquid two-phase flow which is provided in a direction substantially perpendicular to the
Gas and liquid are separated by colliding with the inner wall of the pipe, and the separated pressurized water
And a gas-liquid separation tube for feeding
Gas-liquid separation that feeds separated water vapor that is installed almost in parallel
And a pipe, and the water level detector is connected to the pressurized water.
The heater is provided on the gas-liquid separation tube to be fed, and the heater is
It is provided in a gas-liquid separation tube that supplies steam. Also,
A reformer for reacting fuel and steam to obtain a reformed gas, a CO converter for converting carbon monoxide in the reformed gas, and obtaining electric power using the reformed gas passed through the CO converter A fuel cell stack, steam required for the reformer and pressurized water required for cooling the CO converter and the fuel cell stack from a gas-liquid two-phase flow obtained by reaction heat of the CO converter and the fuel cell stack. And a steam separator for supplying the steam to the reformer and supplying the pressurized water to the CO converter and the fuel cell stack, from the steam separator to the CO converter and A pressurized water circulation pump provided in a pipe through which the pressurized water flows to the fuel cell stack; and a heater that heats the pressurized water to increase the temperature and consumes electric power when a high voltage is generated in the fuel cell. In the steam separator for charge battery, the steam separator, the gas-liquid two-phase flow entering provided in a direction substantially perpendicular to the inflow direction and the ground surface of the gas-liquid two-phase flow collides with the inner wall A gas-liquid separation tube for separating gas and liquid by means of a gas-liquid separation tube, and a gas-liquid separation tube for communicating separated steam and pressurized water provided in substantially parallel with the gas-liquid separation tube, and the heater, The gas-liquid flow from the pressurized water circulation pump to the CO converter and between the branch in the branch pipe through which pressurized water is supplied to the CO converter and the fuel cell stack and the CO converter , or from the CO converter to the steam separator. It is provided between the gas-liquid two-phase outlet of the CO converter in the merging pipe through which the phase flow flows and the merging .

【0019】また、燃料と水蒸気とを反応させて改質ガ
スを得る改質装置と、上記改質ガス中の一酸化炭素を変
成するCO変成器と、このCO変成器を経た改質ガスを
用いて電力を得る燃料電池スタックと、上記CO変成器
及び上記燃料電池スタックの反応熱により得られる気液
二相流から上記改質装置に必要な水蒸気と上記CO変成
器及び上記燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水を気
液分離して上記水蒸気を上記改質装置に供給すると共に
上記加圧水を上記CO変成器及び上記燃料電池スタック
に供給する水蒸気分離器と、上記加圧水を加熱して昇温
すると共に燃料電池の高電圧発生時の電力を消費するヒ
ータとを備えた燃料電池用水蒸気分離装置において、上
記水蒸気分離器、上記気液二相流の流入方向及び地表
面に対して略垂直方向に設けられて流入する上記気液二
相流が管内壁に衝突することで気液分離する気液分離管
と、この気液分離管に連通しかつ略並列に設けられて分
離した水蒸気及び加圧水を送給する気液分離管とを備え
ると共に、上記水蒸気分離器から上記CO変成器及び上
記燃料電池スタックへ向けて上記加圧水が流れる配管
と、上記CO変成器及び上記燃料電池スタックからの混
合した気液二相流が上記水蒸気分離器へ向けて流れる配
管とに連通する短絡配管を設けると共に、この短絡配管
中に上記ヒータを設けたものである。
[0019] Also, fuel and a reformer and a water vapor is reacted to obtain a reformed gas, a CO transformer for transforming carbon monoxide of the reforming gas, reformed passing through the CO transformer A fuel cell stack for obtaining electric power by using gas; steam required for the reformer from the gas-liquid two-phase flow obtained by the reaction heat of the CO converter and the fuel cell stack; the CO converter; and the fuel cell A pressurized water required for cooling the stack is gas-liquid separated and the steam is supplied to the reformer, and the pressurized water is supplied to the CO converter and the fuel cell stack. In a fuel cell steam separator comprising a heater that raises the temperature and consumes electric power when a high voltage is generated in the fuel cell, the steam separator is arranged such that the steam separator is in the inflow direction of the gas-liquid two-phase flow and the ground surface. Almost vertical A gas-liquid separation tube in which the gas-liquid two-phase flow entering provided countercurrent to the gas-liquid separation by impinging on the inner wall, communicating with the gas-liquid separation tube and minute provided substantially parallel
A gas-liquid separation pipe for supplying separated steam and pressurized water, a pipe through which the pressurized water flows from the steam separator to the CO converter and the fuel cell stack, the CO converter and the fuel cell A short-circuit pipe communicating with a pipe through which the mixed gas-liquid two-phase flow from the stack flows toward the steam separator is provided, and the heater is provided in the short-circuit pipe.

【0020】[0020]

【作用】この発明に係る燃料電池用水蒸気分離装置にお
いては、CO変成器及び燃料電池スタックからの気液二
相流が、水蒸気分離器の気液分離管に垂直に流入し管内
壁に衝突して気液分離する。また、補給水ポンプによ
り、水蒸気分離器とCO変成器及び燃料電池スタックと
の間の配管中に補給水を供給する。配管中に供給された
低温の補給水は、気液二相流の一部の水蒸気の凝縮によ
り昇温して水蒸気分離器に流入する。
[Action] In the steam separator for a fuel cell according to the inventions is, CO transformer and the gas-liquid two-phase flow from the fuel cell stack, collide with the gas-liquid flow perpendicular to the separation tube inner wall of the steam separator And gas-liquid separation. In addition, the makeup water pump supplies makeup water into a pipe between the steam separator, the CO converter, and the fuel cell stack. The low-temperature make-up water supplied into the pipe rises in temperature due to condensation of a part of the steam in the gas-liquid two-phase flow, and flows into the steam separator.

【0021】また、水位検知器により、ヒータの影響を
受けない気液分離管の水位を検知し、水位検知器からの
水位検知信号に基づいて補給水ポンプによる補給水の供
給量を制御する。CO変成器及び燃料電池スタックから
の気液二相流は最初に流入する気液分離管で管内壁に衝
突して大部分が気液分離し、残りの気液二相流は次の気
液分離管の管内壁に衝突して気液分離する。さらに、ヒ
ータにより、加圧水を加熱して昇温すると共に、燃料電
池の高電圧発生時の電力を消費して発電開始・発電停止
時の電池電圧を低下させて電池腐食を抑制する。
[0021] Also, the water level detector detects the water level of the gas-liquid separation tube which is not affected by the heater, controls the supply amount of the makeup water due to makeup water pump based on the water level detection signal from the water level detector I do. The gas-liquid two-phase flow from the CO converter and the fuel cell stack collides with the inner wall of the pipe in the gas-liquid separation tube that flows first, and is mostly gas-liquid separated, and the remaining gas-liquid two-phase flow is the next gas-liquid Gas-liquid separation is performed by colliding with the inner wall of the separation tube. Further, the heater heats the pressurized water to raise the temperature, consumes electric power when a high voltage is generated in the fuel cell, lowers the cell voltage at the start and stop of power generation, and suppresses battery corrosion.

【0022】また、水蒸気を送給する気液分離管にロー
ドヒータを設け、加圧水を送給する気液分離管に水位検
知器を設けて、ロ−ドヒ−タの加熱による液面変動がな
く、水蒸気分離器内の気液分離に必要な気相部の容積を
最小限にでき装置を小さくできると共に、水位検知器7
により水蒸気分離器内の加圧水水位を正確に検知する。
また、加圧水循環ポンプとCO変成器及び燃料電池スタ
ックとの間の配管中、またはCO変成器から水蒸気分離
器へ気液二相流のみが流れる配管中に設けたヒータによ
り、加圧水を加熱して昇温すると共に、燃料電池の高電
圧発生時の電力を消費して発電開始・発電停止時の電池
電圧を低下させて電池腐食を抑制する。
Further , a low-pressure gas is supplied to a gas-liquid separation tube for supplying steam.
A water heater is installed, and the water level is detected in the gas-liquid separation tube that supplies pressurized water.
An alarm is provided to prevent fluctuations in the liquid level due to heating of the load heater.
The volume of the gas phase required for gas-liquid separation in the steam separator
The water level detector 7 can be minimized and the device can be made smaller.
With this, the pressurized water level in the steam separator is accurately detected.
Also, the pressurized water is heated by a heater provided in a pipe between the pressurized water circulation pump and the CO transformer and the fuel cell stack, or in a pipe in which only a gas-liquid two-phase flow flows from the CO transformer to the steam separator. In addition to increasing the temperature, the fuel cell consumes power when a high voltage is generated to lower the battery voltage at the start and stop of power generation, thereby suppressing battery corrosion.

【0023】また、水蒸気分離器からCO変成器及び燃
料電池スタックへ加圧水が流れる配管と、CO変成器及
び燃料電池スタックから水蒸気分離器へ気液二相流が流
れる配管とに連通する短絡配管に設けたヒータにより、
加圧水を加熱して昇温すると共に、燃料電池の高電圧発
生時の電力を消費して発電開始・発電停止時の電池電圧
を低下させて電池腐食を抑制する。
[0023] Also, short communicating from the water steam separator and piping pressurized water flows into the CO shift converter and the fuel cell stack, to the pipe through the gas-liquid two-phase flow from the CO transformer and the fuel cell stack to steam separator By the heater provided in the piping,
In addition to heating the pressurized water to increase the temperature, the fuel cell consumes power when a high voltage is generated to reduce the battery voltage at the start and stop of power generation, thereby suppressing battery corrosion.

【0024】[0024]

【実施例】以下、この発明の諸実施例を図に基づいて説
明する。 実施例1.図1は、この発明の実施例1を示す構成図で
ある。同図に示すように、この実施例1では、水蒸気分
離器3Aは、CO変成器1及び燃料電池スタック2から
の水蒸気と加圧水との二相流が管内壁に衝突するよう
に、二相流の流入方向及び地表面に対して略垂直方向に
設けられた気液分離管3A1と、この気液分離管3A1
連通しかつ略並列に設けられた気液分離管3A2とを有
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, in the first embodiment, the steam separator 3A has a two-phase flow so that the two-phase flow of the steam and the pressurized water from the CO converter 1 and the fuel cell stack 2 collides with the inner wall of the pipe. having a gas-liquid separation tube 3A 1 provided in a substantially vertical direction, and a gas-liquid separation tube 3A 2 provided in communication with and substantially parallel with the gas-liquid separation tube 3A 1 relative to the inflow direction and the ground surface .

【0025】改質用水蒸気流量制御弁5及び水蒸気分離
器圧力制御弁6に通じる水蒸気分離器3Aの水蒸気流出
口は気液分離3A2の真上に位置し、加圧水循環ポン
プ4に通じる水蒸気分離器3Aの加圧水流出口は気液分
離管3A2の真下に位置する。
The reforming steam flow control valve 5 and the steam outlet of the steam separator 3A leading to steam separator pressure control valve 6 is located directly above the gas-liquid separation tube 3A 2, the water vapor leading to the pressurized water circulation pump 4 pressurized water outlet of the separator 3A is positioned directly below the gas-liquid separation tube 3A 2.

【0026】また、水位検知器7を、気液分離管3A2
に設ける。さらに、補給水ポンプ8からの補給水を、C
O変成器1及び燃料電池スタック2とからの二相流が混
合して水蒸気分離器3Aへ流れる配管中に供給する。そ
の他の構成は、図6と同様である。
The water level detector 7 is connected to the gas-liquid separation tube 3A 2
To be provided. Further, the makeup water from makeup water pump 8 is supplied to C
O transformer 1 and a mixture of two-phase flow from the fuel cell stack 2 which you supplied in the piping flows into the steam separator 3A. Other configurations are the same as those in FIG.

【0027】次に、上述した構成の動作について説明す
る。燃料電池発電設備が発電を開始すると、CO変成器
1及び電池スタック2で発生する反応熱を、水蒸気分離
器3A内の所定温度に制御されている加圧水を加圧水循
環ポンプ4によりCO変成器1及び燃料電池スタック2
に送給して沸騰冷却により回収する。
Next, the operation of the above configuration will be described. When the fuel cell power generation equipment starts power generation, the reaction heat generated in the CO converter 1 and the battery stack 2 is converted into pressurized water controlled to a predetermined temperature in the steam separator 3A by the pressurized water circulation pump 4 and the CO converter 1 Fuel cell stack 2
And recovered by boiling cooling.

【0028】反応熱の回収によって加圧水の一部が水蒸
気となった二相流がCO変成器1及び燃料電池スタック
2から流出し合流して水蒸気分離器3Aの一段目の気液
分離管3A1に流入する。
A two-phase flow in which part of the pressurized water becomes steam due to the recovery of the reaction heat flows out of the CO converter 1 and the fuel cell stack 2 and merges to form a first-stage gas-liquid separation tube 3A 1 of the steam separator 3A. Flows into.

【0029】気液分離3A1に流入した二相流は管内
壁に衝突し、大部分が水蒸気と加圧水とに気液分離す
る。この際、二相流がスラグ流となっている部分があっ
ても、管内壁への突により容易に加圧水と水蒸気とに
気液分離する。
The two-phase flow flowing into the gas-liquid separation tube 3A 1 impinges on the tube wall, for the most part gas-liquid separated into steam and pressurized water. In this case, two-phase flow even if the portion has a slug flow, to gas-liquid separated into more easily pressurized water and steam to the collision to the inner wall.

【0030】一段目の気液分離3A1で二相流の大部
分が気液分離するが、残りの二相流は二段目の気液分離
管3A2で同様にして気液分離し、これで二相流の気液
分離がほぼ完了する。このように、二相流がスラグ流で
あっても確実に気液分離するので、スラグ流が水蒸気分
離器3Aにより滞留している加圧水中に入って液内部沸
騰のように液面が大きく変動することがないため、水蒸
気分離器3Aの気液分離のための気相容積は小さくてす
む。
[0030] Most of the gas-liquid separation tube 3A 1 of the first stage two-phase flow is a gas-liquid separation, the remaining two-phase flow is separated gas-liquid in the same manner with the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage Thus, the gas-liquid separation of the two-phase flow is almost completed. Thus, even if the two-phase flow is a slag flow, gas-liquid separation is ensured, so that the slag flow enters the pressurized water retained by the steam separator 3A, and the liquid level greatly fluctuates as in the case of internal boiling of the liquid. Therefore, the volume of the gas phase for gas-liquid separation of the steam separator 3A can be small.

【0031】水蒸気分離器3A内で気液分離により得ら
れた水蒸気の一部は改質用水蒸気流量制御弁5から図示
しない改質装置に供給される。また、水蒸気分離器圧力
制御弁6により余剰の水蒸気が図示しない排熱利用系に
放出されて水蒸気分離器3A内の圧力が制御されること
により加圧水温度が所定温度に制御される。
Part of the steam obtained by the gas-liquid separation in the steam separator 3A is supplied from a reforming steam flow control valve 5 to a reformer (not shown). Further, excess steam is released to the exhaust heat utilization system (not shown) by the steam separator pressure control valve 6 and the pressure in the steam separator 3A is controlled, so that the temperature of the pressurized water is controlled to a predetermined temperature.

【0032】二相流の大部分は一段目の気液分離管3A
1で気液分離するので、液面変動が小さい二段目の気液
分離管3A2に設けられた水位検知器7により水蒸気分
離器3A内に滞留している加圧水の水位変化を検知し、
この検知信号により開度制御される水位制御弁9を介し
て補給水ポンプ5により補給水として純水が、CO変成
器1からの二相流と燃料電池スタック2からの二相流と
が混合されて流れる配管中に連続的に供給され水蒸気分
離器3Aに流入して、水蒸気分離器3A内の加圧水水位
が一定に制御される。
Most of the two-phase flow is generated by the first-stage gas-liquid separation tube 3A.
Since gas-liquid separation at 1, detects the water level changes in the pressurized water remaining in the water vapor separator 3A by the water level detector 7 provided in the gas-liquid separation tube 3A 2 of the liquid level fluctuation is small second stage,
Pure water as make-up water is mixed by the make-up water pump 5 through the water level control valve 9 whose opening degree is controlled by the detection signal, and the two-phase flow from the CO converter 1 and the two-phase flow from the fuel cell stack 2 are mixed. The steam is then continuously supplied into the flowing pipe, flows into the steam separator 3A, and the level of the pressurized water in the steam separator 3A is controlled to be constant.

【0033】この際、配管中に供給された補給水は、二
相流に混合され、二相流中の一部の水蒸気の凝縮により
水蒸気と同じ温度に昇温されるので、水蒸気分離器3A
内に滞留する加圧水の温度の低下がほとんどないため、
従来のように水蒸気分離器3A内に滞留する加圧水の温
度変化を抑制するよう水蒸気分離器3Aを大きくして滞
留する加圧水量を多くする必要がない。水蒸気分離器3
A内に滞留させる加圧水量は、加圧水循環ポンプ4のキ
ャビテーション防止に必要な量で良く、最小限にできる
ので、小型な水蒸気分離器3Aにすることができる。
At this time, the makeup water supplied into the pipe is mixed into the two-phase flow, and the temperature of the water is raised to the same temperature as the steam by condensing a part of the steam in the two-phase flow.
Because there is almost no decrease in the temperature of the pressurized water that stays inside,
It is not necessary to increase the steam separator 3A to increase the amount of pressurized water staying so as to suppress the temperature change of the pressurized water staying in the steam separator 3A as in the related art. Steam separator 3
Pressurized water amount to be retained in the A may be in the amount necessary to key <br/> catcher bi tape Deployment prevention of a pressurized water circulation pump 4, it is possible to minimize, it can be made compact steam separators 3A.

【0034】この実施例1では、上述したように、CO
変成器1及び燃料電池スタック2からの二相流が水蒸気
分離器3Aへ流れる配管中に低温の補給水を連続供給
し、二相流中の一部の水蒸気の凝縮により補給水を昇温
させるようにしたので、水蒸気分離器3Aに直接補給水
を供給する場合のような水蒸気分離器3A内に滞留して
いる加圧水の温度低下がなく、加圧水の温度変化を抑制
するためのバッファとして必要であった水蒸気分離器内
3Aに滞留させる加圧水を最小限にできる。そのため、
水蒸気分離器3Aが小さくてすむので、装置を小さくす
ることができる。
In the first embodiment, as described above,
Low-temperature make-up water is continuously supplied into a pipe in which the two-phase flow from the transformer 1 and the fuel cell stack 2 flows to the steam separator 3A, and the make-up water is heated by condensing a part of the steam in the two-phase flow. since manner was, without any temperature drop of good Una pressurized water remaining in the steam separator 3A when supplying directly supply water to the steam separator 3A, required as a buffer to suppress the temperature change of the pressurized water The pressurized water retained in the steam separator 3A can be minimized. for that reason,
Since the size of the steam separator 3A is small, the size of the apparatus can be reduced.

【0035】また、水蒸気分離器3Aに、CO変成器1
及び燃料電池スタック2からの二相流の流入方向及び地
表面に対して略垂直方向に設けられた一段目の気液分離
管3A1と、この気液分離管3A1に連通しかつ略並列に
設けられた二段目の気液分離管3A2とを備えて二相流
の気液分離の大部分を一段目の気液分離管3A1で行う
ようにし2段目の気液分離管3A2の液面の変動を小さ
くしたので、水蒸気分離器3A内の気液分離に必要な気
相部の容積を最小限にでき装置を小さくすることができ
ると共に、2段目の気液分離管3A2に設けた水位検知
器7により水蒸気分離器3A内の加圧水水位を正確に検
知することができる。
The CO separator 1 is connected to the steam separator 3A.
And a gas-liquid separation tube 3A 1 of the first stage which is provided in a direction substantially perpendicular to the inflow direction and the ground surface of the two-phase flow from the fuel cell stack 2, communicating with the gas-liquid separation tube 3A 1 and substantially parallel second stage of the gas-liquid separation tube 3A 2 and two-phase flow gas-liquid first stage of the gas-liquid separation tube 3A 1 2-stage gas-liquid separation tube to perform at most of the separation of comprise provided Since the fluctuation of the liquid level of the 3A 2 is reduced, the volume of the gas phase required for the gas-liquid separation in the steam separator 3A can be minimized, and the apparatus can be made smaller. the pressurized water level in the steam separator 3A can be detected accurately by the water level detector 7 provided in the tube 3A 2.

【0036】実施例2.図2は、この発明の実施例2を
示す構成図である。この実施例2では、図1の水蒸気分
離器3Aの気液分離管3A1の液相部である加圧水中
に、燃料電池起動時に加圧水を昇温すると共に発電開始
及び発電停止時の低負荷運転時に電池スタック2の電池
電圧が高くなり過ぎないように電池電圧を低下させるた
めの負荷として用いるロードヒータ10が挿入される。
その他の構成は、図1と同様である。
Embodiment 2 FIG. FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. In Example 2, in the pressurized water is a gas-liquid liquid phase portion of the separation tube 3A 1 steam separator 3A of FIG. 1, the start of power generation and low load operation of the power generation is stopped while heating the pressurized water when the fuel cell starts Sometimes, a load heater 10 used as a load for lowering the battery voltage is inserted so that the battery voltage of the battery stack 2 does not become too high.
Other configurations are the same as those in FIG.

【0037】次に、上述した構成の動作について説明す
る。燃料電池発電設備が発電を開始すると、CO変成器
1及び燃料電池スタック2で発生する反応熱を、水蒸気
分離器3A内の所定温度に制御された加圧水を加圧水循
環ポンプ4により電池スタック2及びCO変成器1に送
給して沸騰冷却により回収する。
Next, the operation of the above configuration will be described. When the fuel cell power generation equipment starts power generation, the reaction heat generated in the CO converter 1 and the fuel cell stack 2 is converted into pressurized water controlled to a predetermined temperature in the steam separator 3A by the pressurized water circulation pump 4 and the cell stack 2 and the CO. It is fed to the transformer 1 and recovered by boiling cooling.

【0038】反応熱回収によって加圧水の一部が水蒸気
となった二相流が、CO変成器1及び燃料電池スタック
2から流れ合流して水蒸気分離器3Aの一段目の気液分
離管に導入される。ここで二相流は管壁に衝突して大部
分が気液分離し、二段目の気液分離管で加圧水と水蒸気
の気液分離がほぼ完了する。
The two-phase flow in which part of the pressurized water has become steam due to the recovery of the reaction heat flows from the CO converter 1 and the fuel cell stack 2 and joins, and is introduced into the first-stage gas-liquid separation pipe of the steam separator 3A. You. Here, the two-phase flow collides with the pipe wall and most of the two-phase flow separates into gas and liquid, and the gas-liquid separation of the pressurized water and the steam is almost completed in the second-stage gas-liquid separation tube.

【0039】その際、上記実施例1で説明したように、
二相流がスラグ流であっても気相中で気液分離し、液内
部沸騰のような状態が起こらず液面が変動しないので、
水蒸気分離器3Aの気液分離のための気相容積は小さく
てすむ。
At this time, as described in the first embodiment,
Even if the two-phase flow is a slag flow, gas-liquid separation occurs in the gas phase, and the liquid surface does not fluctuate because no state such as boiling inside the liquid occurs.
The gas phase volume for gas-liquid separation of the steam separator 3A can be small.

【0040】水蒸気分離器3A内の水蒸気の一部は、改
質用水蒸気流量制御弁5から図示しない改質装置に供給
される。また、水蒸気分離器圧力制御弁10により余剰
の水蒸気が図示しない排熱利用系に放出され水蒸気分離
器3A内の圧力が制御されることにより水蒸気分離機3
A内の加圧水温度が所定温度に制御される。
A part of the steam in the steam separator 3A is supplied from a reforming steam flow control valve 5 to a reformer (not shown). Further, excess steam is released to a waste heat utilization system (not shown) by the steam separator pressure control valve 10 and the pressure in the steam separator 3A is controlled, so that the steam separator 3
The temperature of the pressurized water in A is controlled to a predetermined temperature.

【0041】水蒸気分離器3A内の加圧水水位の変化
は、二段目の気液分離管3A2に設けられた水位検知器
7により検知され、この検知信号により開度制御される
水位制御弁9を介して補給水ポンプ5により補給水とし
て純水が、CO変成器1からの二相流と燃料電池スタッ
ク2からの二相流が混合して水蒸気分離器3Aへ流れる
配管中に連続的に補給混合される。
The change in the pressurized water level in the steam separator 3A is detected by the water level detector 7 provided in the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage, the water level control valve 9 which is opening controlled by the detection signal Pure water as make-up water by the make-up water pump 5 through the pipe, and the two-phase flow from the CO converter 1 and the two-phase flow from the fuel cell stack 2 are mixed and continuously fed into a pipe flowing to the steam separator 3A. Replenishment is mixed.

【0042】配管中に補給された補給水は、二相流中の
一部の水蒸気の凝縮により水蒸気と同じ温度まで昇温さ
れるので、水蒸気分離器3A内に滞留する加圧水の温度
の変化が少なく、滞留水の温度変化を抑制するために水
蒸気分離器3Aに滞留する加圧水量に余裕をもつ必要が
ない。
The makeup water replenished in the pipe is heated to the same temperature as the steam by condensing a part of the steam in the two-phase flow, so that the temperature of the pressurized water staying in the steam separator 3A changes. The amount of pressurized water staying in the steam separator 3A does not need to have a margin in order to suppress the temperature change of the staying water.

【0043】そのため、水蒸気分離器3A内の加圧水水
位は加圧水循環ポンプ4のキャビテーション防止に必要
な水位であれば良く、水蒸気分離器3A内に滞留する加
圧水の水量が最小限でよい。
[0043] Therefore, the pressurized water level in the steam separator 3A may be any level required cavity tape Deployment prevention of a pressurized water circulation pump 4, water of a pressurized water staying in steam separator 3A may be minimal.

【0044】また、発電開始または発電停止時の低負荷
時に燃料電池スタック2の電池セル電圧が高くなって電
池腐食が起こるのを防ぐために、一段目の気液分離管3
Aの液相部にロードヒータ10を負荷として設けて電池
セル電圧を低下させ、電池腐食を抑制する。
Further, in order to prevent the battery cell voltage of the fuel cell stack 2 from increasing at a low load when the power generation is started or stopped, the first-stage gas-liquid separation pipe 3 is used.
A load heater 10 is provided as a load in the liquid phase portion of A to lower the battery cell voltage and suppress battery corrosion.

【0045】その際、ロードヒータ10の加熱により一
段目の気液分離管3A1内の加圧水は沸騰し液面が変動
するが、二段目の気液分離管3A2の液面の変動はほと
んどない。そのため、二段目の気液分離管3A2に設け
た水位検知器7により水蒸気分離器3A内の加圧水水位
を加圧水循環ポンプ4のキャビテーション防止に必要な
水位に、正確に制御することが可能である。
[0045] At this time, although the boiling liquid surface pressurized water of the gas-liquid separation tube 3A in one of the first stage by heating load heater 10 varies, the variation of the liquid level of the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage is rare. Therefore, the water level required pressurized water level in the steam separator 3A by the water level detector 7 provided in the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage in the cavity tape Deployment prevention of a pressurized water circulation pump 4, be precisely controlled It is possible.

【0046】このように、この実施例2では、水蒸気分
離器3Aに、CO変成器1及び燃料電池スタック2から
の二相流の流入方向及び地表面に対して略垂直方向に設
けられた一段目の気液分離管3A1と、この気液分離管
3A1に連通しかつ略並列に設けられた二段目の気液分
離管3A2とを備え、一段目の気液分離管3Aに、加
圧水を加熱して昇温しかつ燃料電池の高電圧発生時の電
力を消費するロードヒータ10を設けると共に、二段目
の気液分離管3A2に水位検知器7を設けたことによ
り、一段目の気液分離管3A1はロードヒータ10の加
熱により液面が変動するが二段目の気液分離管3A2
ロードヒータ10の影響を受けず液面変動がないので、
水蒸気分離器3A内の気液分離に必要な気相部の容積を
最小限にできると共に、二段目の気液分離管3A2に設
けた水位検知器7により水蒸気分離器3A内の加圧水水
位を正確に検知することができる。
As described above, in the second embodiment, the one-stage provided in the steam separator 3A in the direction substantially parallel to the inflow direction of the two-phase flow from the CO converter 1 and the fuel cell stack 2 and the ground surface. a gas-liquid separation tube 3A 1 eye, and a second-stage gas-liquid separation tube 3A 2 provided in communication with and substantially parallel with the gas-liquid separation tube 3A 1, the first stage of the gas-liquid separation tube 3A 1 in, provided with a road heater 10 to heat the pressurized water to consume energy at a high voltage upon the occurrence of a raised and a fuel cell, by providing the water level detector 7 in the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage since the liquid surface by heating of the gas-liquid separation tube 3A 1 load heater 10 in the first stage it is but the second stage of the gas-liquid separation tube 3A 2 has no liquid level fluctuation without being affected by the load heater 10 varies,
The liquid volume of the gas phase portion required for separation of water vapor separator 3A is possible to minimize, pressurized water level in the steam separator 3A by the water level detector 7 provided in the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage Can be accurately detected.

【0047】実施例3.図3は、この発明の実施例3を
示す構成図である。この実施例3では、図3に示すよう
に、水位検知器7を一段目の気液分離管3A1に設ける
と共に、ロードヒータ10を二段目の気液分離管3A2
に設けて、循環冷却水ポンプ4に通じる水蒸気分離器3
Aの加圧水流出口を気液分離管3A1の直下に設ける。
その他の構成は図1と同様である。
Embodiment 3 FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, as shown in FIG. 3, the water level detector 7 with the provided gas-liquid separation tube 3A 1 of the first stage, a road heater 10 second-stage gas-liquid separation tube 3A 2
And a steam separator 3 connected to a circulating cooling water pump 4.
Providing pressurized water outlet of A immediately below the gas-liquid separation tube 3A 1.
Other configurations are the same as those in FIG.

【0048】次に、上述した構成の動作について説明す
る。燃料電池発電設備が発電を開始すると、CO変成器
1及び燃料電池スタック2で発生する反応熱を、水蒸気
分離器3A内の所定温度に制御された加圧水を加圧水循
環ポンプ2によりCO変成器1及び燃料電池スタック2
に送給して沸騰冷却により回収する。
Next, the operation of the above configuration will be described. When the fuel cell power generation equipment starts power generation, the reaction heat generated in the CO converter 1 and the fuel cell stack 2 is converted to pressurized water controlled to a predetermined temperature in the steam separator 3A by the pressurized water circulation pump 2 and to the CO converter 1 and the CO converter 1. Fuel cell stack 2
And recovered by boiling cooling.

【0049】反応熱回収により加圧水の一部が水蒸気と
なり、加圧水と水蒸気との二相流がCO変成器1及び燃
料電池スタック2から水蒸気分離器3Aの一段目の気液
分離管3A1に流入する。二相流は管壁に衝突して大部
分の加圧水が一段目の気液分離管3A1で加圧水と水蒸
気とに気液分離し、二段目の気液分離管で気液分離がほ
ぼ完了する。
[0049] Some of the pressurized water becomes steam by the reaction heat recovery, the inflow two-phase flow from the CO transformer 1 and the fuel cell stack 2 to the gas-liquid separation tube 3A 1 of the first-stage steam separators 3A of pressurized water and steam I do. Two-phase flow most pressurized water collides with the tube wall to the gas-liquid separator in the pressurized water and steam in the first stage of the gas-liquid separation tube 3A 1, almost complete gas-liquid separation in the gas-liquid separation tube in the second stage I do.

【0050】その際、上記実施例1で説明したように、
二相流がスラグ流であっても気液分離管内壁への衝突に
より気液分離し、液内部沸騰のような状態が起こらず液
面が変動しないので、水蒸気分離器3Aの気液分離のた
めの気相容積は小さくてすむため、小型な水蒸気分離器
3Aとすることができる。
At this time, as described in the first embodiment,
Even if the two-phase flow is a slag flow, it can collide with the inner wall of the gas-liquid separation tube
Since the gas-liquid separation is performed and the liquid level does not fluctuate without causing a state such as boiling inside the liquid, the gas-phase volume for gas-liquid separation of the steam separator 3A can be small. can do.

【0051】水蒸気分離器1内の水蒸気の一部は改質用
水蒸気流量制御弁5から図示しない改質装置に供給され
る。また、水蒸気分離器圧力制御弁6により余剰の水蒸
気が排熱利用系に放出され水蒸気分離器3A内の圧力が
制御されることによって水蒸気分離器3A内の加圧水温
度が所定温度に制御される。
A part of the steam in the steam separator 1 is supplied from a reforming steam flow control valve 5 to a reformer (not shown). Further, excess steam is released to the exhaust heat utilization system by the steam separator pressure control valve 6 to control the pressure in the steam separator 3A, so that the temperature of the pressurized water in the steam separator 3A is controlled to a predetermined temperature.

【0052】水蒸気分離器内の加圧水水位は一段目の気
液分離管3Aに設けられた水位検知器6により検知さ
れ、この検知信号により開度制御される水位制御弁9を
介して補給水ポンプ8により補給水として純が、CO
変成器1及び燃料電池スタック2からの二相流が混合さ
れて水蒸気分離器3Aへ流れる配管に連続的に補給混合
される。
The pressurized water level in the steam separator is detected by a water level detector 6 provided in the first-stage gas-liquid separation pipe 3A, and the replenishing water pump is supplied via a water level control valve 9 whose opening degree is controlled by this detection signal. 8, pure water is supplied as makeup water and CO
The two-phase flows from the transformer 1 and the fuel cell stack 2 are mixed and continuously replenished and mixed into a pipe flowing to the steam separator 3A.

【0053】その際、二相流が流れる配管に供給された
補給水は、二相流の一部の水蒸気の凝縮により水蒸気と
同じ温度まで昇温されるので、水蒸気分離器1内に滞留
する加圧水の温度変化が少なく加圧水の温度変化を抑制
するために水蒸気分離器3A内に滞留させる加圧水の量
に余裕をもつ必要がない。
At this time, the makeup water supplied to the pipe through which the two-phase flow flows is heated to the same temperature as the steam by condensing a part of the steam of the two-phase flow, and thus stays in the steam separator 1. The temperature of the pressurized water is small, so that it is not necessary to have a margin in the amount of the pressurized water retained in the steam separator 3A in order to suppress the temperature change of the pressurized water.

【0054】そのため、水蒸気分離器3Aの水位は、加
圧水循環ポンプ4のキャビテーション防止に必要な水位
であれば良く、水蒸気分離器3A内に滞留する加圧水の
量を最小限にできるので、小型な水蒸気分離器3Aとす
ることができる。
[0054] Therefore, the water level in the steam separator 3A may be any level required cavity tape Deployment prevention of a pressurized water circulation pump 4, since the amount of pressurized water to be retained in the steam separator 3A can be minimized, small 3A.

【0055】また、発電開始または停止時の低負荷時に
は、電池セル電圧が高くなり電圧腐食が起こるのを防ぐ
ために、二段目の気液分離管3 2の液相部に設けたロ
ードヒータ10により負荷をとって電池セル電圧を低下
させ電池腐食を抑制する。
[0055] Further, at the time of low load when the power generation start or stop, in order to prevent the voltage corrosion becomes high cell voltage occurs, load heater provided in the liquid phase portion of the gas-liquid separation tube 3 A 2 of the second stage 10, the load is taken to lower the battery cell voltage and suppress the battery corrosion.

【0056】この際、加圧水の沸騰により二段目の気液
分離管3A2の液面は変動するが、水位制御に使用する
一段目の気液分離管3A1の液面には影響がないので、
二段目の気液分離管3A2に設けた水位検知器7により
加圧水循環ポンプ4のキャビテーション防止に必要な水
位に、正確に制御することが可能である。
[0056] At this time, the liquid level of the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage by boiling the pressurized water will vary, there is no effect on the liquid surface of the gas-liquid separation tube 3A 1 of the first stage to be used for water level control So
The level required by the water level detector 7 provided in the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage in the cavity tape Deployment prevention of a pressurized water circulation pump 4, it is possible to precisely control.

【0057】このように、この実施例3では、水蒸気分
離器3Aの二段目の気液分離管3A2にロードヒータを
設けると共に、一段目の気液分離管3A1に水位検知器
7を設けたことにより、二段目の気液分離管3A2はロ
−ドヒ−タ10の加熱による液面変動がないので、水蒸
気分離器3A内の気液分離に必要な気相部の容積を最小
限にでき装置を小さくできると共に、2段目の気液分離
管3A2に設けた水位検知器7により水蒸気分離器3A
内の加圧水水位を正確に検知することができる。
[0057] Thus, in the third embodiment, provided with a road heater to the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage of the steam separator 3A, the water level detector 7 in the gas-liquid separation tube 3A 1 of the first stage by providing, the gas-liquid separation tube 3A 2 of the second stage b - Dohi - since there is no liquid level variations due to heating of the motor 10, the volume of the gas phase needed to gas-liquid separation in the steam separator 3A The water level detector 7 provided in the second-stage gas-liquid separation pipe 3A 2 can minimize the size of the apparatus and reduce the size of the apparatus.
The water level of the pressurized water inside can be accurately detected.

【0058】実施例4.図4は、この発明の実施例4を
示す構成図である。この実施例4では、ロードヒータ1
0を、加圧水循環ポンプ4からCO変成器1及び燃料電
池スタック2に加圧水が送給される配管中の、加圧水が
燃料電池スタック2に分流する位置とCO変成器1の加
圧水流入口との間に設ける。
Embodiment 4 FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the load heater 1
0 between a position where the pressurized water is diverted to the fuel cell stack 2 and a pressurized water inlet of the CO transformer 1 in a pipe through which the pressurized water is supplied from the pressurized water circulation pump 4 to the CO transformer 1 and the fuel cell stack 2. To be provided.

【0059】そして、発電開始または停止時の低負荷時
に、電池セル電圧が高くなり電池腐食が起こるのを防ぐ
ために、CO変成器1の加圧水流入口付近に設けたロー
ドヒータ10により負荷をとって電池セル電圧を低下さ
せる。
Then, in order to prevent the battery cell voltage from increasing and the battery from corroding when the load is low at the start or stop of power generation, the load is removed by the load heater 10 provided near the pressurized water inlet of the CO transformer 1. Reduce battery cell voltage.

【0060】CO変成器1からの回収熱量は燃料電池ス
タック2の約1/10と小さいので、CO変成器1の出
口の気液二相流中の水蒸気の割合は燃料電池スタック2
の出口の水蒸気の割合に比べて小さく、CO変成器1の
入口でロードヒータ10により加圧水を加熱し加圧水中
の水蒸気が若干増えても、CO変成器1内での熱交換性
能の低下は小さく問題はない。他の構成は、実施例1と
同様であるので省略する。
Since the amount of heat recovered from the CO converter 1 is as small as about 1/10 that of the fuel cell stack 2, the proportion of water vapor in the gas-liquid two-phase flow at the outlet of the CO converter 1 is
Is smaller than the water vapor ratio at the outlet of the CO converter 1, even if the pressurized water is heated by the load heater 10 at the inlet of the CO converter 1 and the water vapor in the pressurized water slightly increases, the decrease in heat exchange performance in the CO converter 1 is small. No problem. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0061】この実施例4では、上述したように、ロー
ドヒータ10を、CO変成器1の加圧水流入口付近に設
けたことによって、ロードヒータ10の加熱によ水蒸
気分離器3Aに液面変動を与えないので、水蒸気分離器
3A内の気相容積が小さくてすむと共に、水蒸気分離
3A内の加圧水水位を正確に検知することができる。
[0061] In the fourth embodiment, as described above, the load heater 10, by providing near pressurized water inlet of the CO transformer 1, Mizu蒸<br/> gas separation Ri by the heating of the road heater 10 does not give the liquid level fluctuation in the vessel 3A, with only a small vapor phase volume of the steam separator 3A, it is possible to accurately detect the pressurized water level in the steam separator 3A.

【0062】なお、ロードヒータ10を、CO変成器1
及び燃料電池スタック2から水蒸気分離器3Aへ二相流
が流れる配管の、CO変成器1の二相流流出口とCO変
成器1からの二相流が燃料電池スタック2からの二相流
と合流する位置との間に設けても良く、CO変成器1か
らの二相流中の水蒸気は少量であるのでロードヒータ1
0に影響しない。
The load heater 10 is connected to the CO transformer 1
The two-phase flow outlet from the CO transformer 1 and the two-phase flow from the CO transformer 1 in the pipe through which the two-phase flow flows from the fuel cell stack 2 to the steam separator 3A are combined with the two-phase flow from the fuel cell stack 2. The two-phase flow from the CO converter 1 may be provided with a small amount of water vapor.
Does not affect 0.

【0063】実施例5.図5は、この発明の実施例5を
示す構成図である。図5に示すように、水蒸気分離器3
AからCO変成器1及び燃料電池スタック2へ加圧水が
流れる配管と、CO変成器1及び燃料電池スタック2か
ら水蒸気分離器3Aへ気液二相流が流れる配管とに連通
する配管を設け、この配管中にロードヒータ10を設け
る。
Embodiment 5 FIG. FIG. 5 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG.
A pipe is provided that communicates with a pipe through which pressurized water flows from A to the CO transformer 1 and the fuel cell stack 2 and a pipe through which a gas-liquid two-phase flow flows from the CO transformer 1 and the fuel cell stack 2 to the steam separator 3A. A load heater 10 is provided in the piping.

【0064】そして、発電開始または停止時の低負荷時
に、ロードヒータ10により負荷をとって電池セル電圧
を低下させ電池腐食を抑制する。このようにすると、燃
料電池スタック2やCO変成器1の加圧水による冷却性
能にほとんど影響はない。他の構成は実施例1と同様で
あるので省略する。
When the load is low at the start or stop of the power generation, the load is taken by the load heater 10 to lower the battery cell voltage, thereby suppressing battery corrosion. In this case, the cooling performance of the fuel cell stack 2 and the CO converter 1 by the pressurized water has almost no effect. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0065】この実施例5でも、上記実施例4と同じ
く、ロードヒータの加熱による水蒸気分離器3A内の液
影響を与えないので、水蒸気分離器3A内の気相容
積が小さくてすみ装置を小さくできると共に、水蒸気分
3A内の加圧水水位を正確に検知することができ
る。
In the fifth embodiment as well, as in the fourth embodiment, the liquid level in the steam separator 3A is not affected by the heating of the load heater, so that the gas phase volume in the steam separator 3A is small, and with a can be reduced, the pressurized water level in the steam separator 3A can be detected accurately.

【0066】実施例6. 上記実施例では、ロードヒータ10を、水蒸気分離器
3AからCO変成器1及び燃料電池スタック2へ加圧水
が流れる配管中の、加圧水が燃料電池スタック2に分流
する位置とCO変成器1の加圧水流入口との間に設けて
いるが、ロードヒータ10を、加圧水循環ポンプ4の吐
出部と燃料電池スタック2との間に設けても良い。
Embodiment 6 FIG. In the fourth embodiment, the position where the pressurized water is diverted to the fuel cell stack 2 in the pipe through which the pressurized water flows from the steam separator 3A to the CO converter 1 and the fuel cell stack 2 and the pressurized water of the CO Although provided between the inlet and the inlet, the load heater 10 may be provided between the discharge part of the pressurized water circulation pump 4 and the fuel cell stack 2.

【0067】通常、燃料電池スタック2から流出する二
相流中の水蒸気の割合が例えば10%程度になるように
されるので、ロードヒータ10を加圧水循環ポンプ4の
吐出部と燃料電池スタック2との間に設ける場合には、
燃料電池スタック2に流入する加圧水の一部が水蒸気に
なり燃料電池スタック2からの二相流中の水蒸気の割合
が例えば10%を越えるのを防ぐために、CO変成器1
及び燃料電池スタック2に供給する加圧水の比率を変え
て燃料電池スタック2側に多く加圧水を供給し加圧水の
沸騰率を調整し、燃料電池スタック2からの二相流中の
水蒸気の割合が例えば10%を越えないようにする。
Normally, the ratio of water vapor in the two-phase flow flowing out of the fuel cell stack 2 is set to, for example, about 10%, so that the load heater 10 is connected to the discharge section of the pressurized water circulation pump 4 and the fuel cell stack 2. If it is set between
In order to prevent a part of the pressurized water flowing into the fuel cell stack 2 from becoming steam and the ratio of the steam in the two-phase flow from the fuel cell stack 2 exceeding, for example, 10%, the CO converter 1
Further, by changing the ratio of the pressurized water supplied to the fuel cell stack 2 to supply a large amount of pressurized water to the fuel cell stack 2 side and adjusting the boiling rate of the pressurized water, the ratio of water vapor in the two-phase flow from the fuel cell stack 2 becomes, for example, 10 Do not exceed%.

【0068】なお、ロードヒータ10を、加圧水循環ポ
ンプ4の入口に設けると、加圧水循環ポンプ4がキャビ
テーションを起こすので、適当でない。また、ロードヒ
ータ10を、燃料電池スタック2の二相流流出口と水蒸
気分離器3Aとの間に設けると、二相流中の水蒸気が多
いためにロードヒータ10が焼損してしまうので、適当
でない。
When the load heater 10 is provided at the inlet of the pressurized water circulation pump 4, the pressurized water circulation pump 4 causes cavitation, which is not appropriate. If the load heater 10 is provided between the two-phase flow outlet of the fuel cell stack 2 and the steam separator 3A, the load heater 10 is burned due to the large amount of steam in the two-phase flow. Not.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上のように、この発明に係る燃料電池
用水蒸気分離装置は、CO変成器及び燃料電池スタック
からの気液二相流の流入方向及び地表面に対して略垂直
方向に設けて流入する気液二相流が管内壁に衝突するこ
とで気液分離する気液分離管を水蒸気分離器に備えたこ
とによって、気液二相流が流れる配管径が小さく気液二
相流中の一部がスラグ流となっていても気液分離管内壁
との衝突時に気液分離管外気との温度差により水蒸気分
離器内の気相中で気液分離するため、気液二相流が水蒸
気分離器内の加圧水相に挿入されて液内部沸騰に似た状
態のように水蒸気分離器3内の液面が変動することがな
いので、水蒸気分離器内の水位を正確に検知して制御す
ることができると共に、上記水蒸気分離器と上記CO変
成器及び上記燃料電池スタックとの間の配管中に補給水
を連続的に供給するようにしたことによって、配管中を
流れる気液二相流中の水蒸気の一部の凝縮により低温な
補給水が昇温されて上記水蒸気分離器に流入するため水
蒸気分離器内の加圧水の温度が低下することがなく改質
装置に充分に所定流量の水蒸気を供給することができる
ので、低温な補給水の供給による水蒸気分離器内の加圧
水の温度低下を防ぐために大きな水蒸気分離器を用いて
多量の加圧水を滞留させておく必要がなく、装置を小型
に構成することができるという効果を奏する。
As is evident from the foregoing description, the fuel cell water vapor separation device according to this inventions is in a direction substantially perpendicular to the inflow direction and the ground surface of the gas-liquid two-phase flow from the CO transformer and the fuel cell stack The steam separator is equipped with a gas-liquid separation pipe that separates gas and liquid by inflow of the gas-liquid two-phase flow that collides with the inner wall of the pipe. Even if a part of the flow is a slag flow, the gas-liquid separation occurs in the gas phase in the steam separator due to the temperature difference from the outside air of the gas-liquid separation tube at the time of collision with the inner wall of the gas-liquid separation tube. Since the phase flow is inserted into the pressurized water phase in the steam separator and the liquid level in the steam separator 3 does not fluctuate as in a state similar to boiling inside the liquid, the water level in the steam separator is accurately detected. And the steam separator, the CO converter, and the fuel The continuous supply of make-up water into the piping between the pond stack and the low-temperature make-up water is raised by condensation of part of the steam in the gas-liquid two-phase flow flowing through the piping. Since the steam flows into the steam separator and the temperature of the pressurized water in the steam separator does not decrease, a sufficient amount of steam can be supplied to the reformer at a predetermined flow rate. There is no need to use a large steam separator to keep a large amount of pressurized water in order to prevent the temperature of the pressurized water in the inside from dropping, and the device can be made compact.

【0070】また、変成器及び燃料電池スタックからの
気液二相流の流入方向及び地表面に対して略垂直方向に
設けられて流入する気液二相流が管内壁に衝突すること
で気液分離する気液分離管と、この気液分離管に連通し
かつ略並列に設けられた気液分離管とを水蒸気分離器に
備え、上記水蒸気分離器内の加圧水の水位を検知する水
位検知器を上記気液分離管のいずれか一方に設け、かつ
加圧水を加熱して昇温すると共に燃料電池の高電圧発生
時に電力を消費するヒータを上記水位検知器が設けられ
ていない気液分離管側に設けたことによって、水位検知
器が設けられている気液分離管の液面はヒータの影響を
受けず変動しないので、気液分離のための気相容積が小
さくてすむため水蒸気分離器は小さくてすみ装置が小型
に構成されると共に、水蒸気分離器内の水位を正確に検
知して制御することができるという効果を奏する。
[0070] Also, the gas-liquid two-phase flow collides with the tube wall flows provided in a direction substantially perpendicular to the inflow direction and the ground surface of the metamorphic condenser and a gas-liquid two-phase flow from the fuel cell stack A steam-liquid separator is provided with a gas-liquid separation tube for performing gas-liquid separation at and a gas-liquid separation tube connected to the gas-liquid separation tube and provided substantially in parallel, and detects the level of pressurized water in the steam separator. A water level detector is provided in any one of the gas-liquid separation pipes, and a heater that heats pressurized water to increase the temperature and consumes electric power when a high voltage is generated in the fuel cell is provided with a gas-liquid without the water level detector. Since the liquid level of the gas-liquid separation tube where the water level detector is installed is not affected by the heater and does not fluctuate due to the provision on the separation tube side, the vapor phase volume for gas-liquid separation can be small, so that the water vapor The separator is small and the An effect that can be controlled accurately detected by the water level in the steam separator.

【0071】また、水蒸気を送給する気液分離管にロー
ドヒータを設け、加圧水を送給する気液分離管に水位検
知器を設けることで、ロ−ドヒ−タの加熱による液面変
動がなく、水蒸気分離器内の気液分離に必要な気相部の
容積を最小限にでき装置を小さくできると共に、水位検
知器により水蒸気分離器内の加圧水水位を正確に検知し
て制御することができるという効果を奏する。 また、
蒸気分離器内の加圧水をCO変成器及び燃料電池スタッ
クに送給する加圧水循環ポンプと上記CO変成器及び上
記燃料電池スタックとの間の配管中、または上記CO変
成器から上記水蒸気分離器へ上記気液二相流のみが流れ
る配管中に、加圧水を加熱して昇温すると共に燃料電池
の高電圧発生時の電力を消費するヒータを備えたことに
よって、水蒸気分離器内にヒータを挿入する必要がない
ので水蒸気分離器は小さくてよいため装置を小型に構成
することができると共に、ヒータの加熱により水蒸気分
離器内の液面が変動することがないので水蒸気分離器内
の水位を正確に検知して制御することができるという効
果を奏する。
Further , a low-pressure gas is supplied to a gas-liquid separation pipe for supplying steam.
A water heater is installed, and the water level is detected in the gas-liquid separation tube that supplies pressurized water.
By providing an alarm, the liquid level changes due to heating of the load heater
Of the gas phase required for gas-liquid separation in the steam separator.
The volume can be minimized, the equipment can be made smaller, and the water level
Accurately detects the level of pressurized water in the steam separator with the detector
This has the effect of being able to control Also, in the piping between the pressurized water circulation pump for supplying pressurized water in the steam separator to the CO transformer and the fuel cell stack and the CO transformer and the fuel cell stack, or from the CO transformer to the steam separator. In the pipe through which only the gas-liquid two-phase flow flows, the heater is inserted into the steam separator by heating the pressurized water and increasing the temperature while consuming power when a high voltage is generated in the fuel cell. Since there is no need to perform the process, the steam separator may be small, so that the apparatus can be made compact.In addition, since the liquid level in the steam separator does not fluctuate due to heating of the heater, the water level in the steam separator can be accurately determined. In this case, it is possible to perform the detection and control.

【0072】また、水蒸気分離器からCO変成器及び燃
料電池スタックへ加圧水が流れる配管と、CO変成器及
び燃料電池スタックから水蒸気分離器へ気液二相流が流
れる配管とに連通する短絡配管を設けると共に、この短
絡配管中に、加圧水を加熱して昇温すると共に燃料電池
の高電圧発生時の電力を消費するヒータを設けたことに
よって、水蒸気分離器内にヒータを挿入する必要がない
ので水蒸気分離器は小さくてよいため装置を小型に構成
することができると共に、ヒータの加熱により水蒸気分
離器内の液面が変動することがないので水蒸気分離器内
の水位を正確に検知して制御することができるという効
果を奏する。
[0072] Also, short communicating from the water steam separator and piping pressurized water flows into the CO shift converter and the fuel cell stack, to the pipe through the gas-liquid two-phase flow from the CO transformer and the fuel cell stack to steam separator In addition to providing a pipe and a heater that heats pressurized water to increase the temperature and consumes power when a high voltage is generated in the fuel cell in the short-circuit pipe, it is necessary to insert the heater into the steam separator. Since the steam separator can be small because it is not necessary, the apparatus can be made compact, and since the liquid level in the steam separator does not fluctuate due to heating of the heater, the water level in the steam separator can be accurately detected. This has the effect of being able to control

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施例1を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の実施例2を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】この発明の実施例3を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】この発明の実施例4を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】この発明の実施例5を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図6】従来の燃料電池用水蒸気分離装置を示す構成図
である。
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a conventional steam separation device for a fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 CO変成器 2 燃料電池スタック 3A 水蒸気分離器 3A1 気液分離管 3A2 気液分離管 4 加圧水循環ポンプ 7 水位検知器 8 補給水ポンプ 10 ロードヒータDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CO transformer 2 Fuel cell stack 3A Steam separator 3A 1 Gas-liquid separation pipe 3A 2 Gas-liquid separation pipe 4 Pressurized water circulation pump 7 Water level detector 8 Make-up water pump 10 Road heater

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 燃料と水蒸気とを反応させて改質ガスを
得る改質装置と、上記改質ガス中の一酸化炭素を変成す
るCO変成器と、このCO変成器を経た改質ガスを用い
て電力を得る燃料電池スタックと、上記CO変成器及び
上記燃料電池スタックの反応熱により得られる気液二相
流から上記改質装置に必要な水蒸気と上記CO変成器及
び上記燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水を気液分
離して上記水蒸気を上記改質装置に供給すると共に上記
加圧水を上記CO変成器及び上記燃料電池スタックに供
給するための水蒸気分離器と、補給水を供給する補給水
ポンプとを備えた燃料電池用水蒸気分離装置において、
上記水蒸気分離器、上記気液二相流の流入方向及び地
表面に対して略垂直方向に設けられて流入する上記気液
二相流が管内壁に衝突することで気液分離する気液分離
管と、この気液分離管に連通しかつ略並列に設けられ
分離した水蒸気及び加圧水を送給する気液分離管とを備
えると共に、上記補給水ポンプによる上記補給水を、上
記CO変成器と上記燃料電池スタックとからの混合した
気液二相流が上記水蒸気分離器へ流れる配管中に供給す
ることを特徴とする燃料電池用水蒸気分離装置。
1. A reforming apparatus for obtaining a reformed gas by reacting a fuel and steam, a CO converter for converting carbon monoxide in the reformed gas, and a reformed gas passed through the CO converter. A fuel cell stack that obtains electric power by using the CO converter and the gas-liquid two-phase flow obtained by the reaction heat of the fuel cell stack, and the steam required for the reformer and the CO converter and the fuel cell stack. A steam separator for supplying pressurized water to the CO converter and the fuel cell stack while supplying the steam to the reformer by separating the pressurized water required for cooling into gas and liquid, and a replenishment for supplying make-up water In a water vapor separation device for a fuel cell provided with a water pump,
The steam separator is provided in a direction substantially perpendicular to the inflow direction and the ground surface of the gas-liquid two-phase flow, and the gas-liquid two-phase flow that flows in collides with the inner wall of the pipe to perform gas-liquid separation. and separation tube, communicating with the gas-liquid separation tube and disposed substantially parallel
A gas-liquid separation pipe for feeding separated steam and pressurized water, and a gas-liquid two-phase flow obtained by mixing the make-up water by the make-up water pump from the CO transformer and the fuel cell stack. A steam separator for a fuel cell, wherein the steam is supplied into a pipe flowing to a separator.
【請求項2】 燃料と水蒸気とを反応させて改質ガスを
得る改質装置と、上記改質ガス中の一酸化炭素を変成す
るCO変成器と、このCO変成器を経た改質ガスを用い
て電力を得る燃料電池スタックと、上記CO変成器及び
上記燃料電池スタックの反応熱により得られる気液二相
流から上記改質装置に必要な水蒸気と上記CO変成器及
び上記燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水を気液分
離して上記水蒸気を上記改質装置に供給すると共に上記
加圧水を上記CO変成器及び上記燃料電池スタックに供
給するための水蒸気分離器と、上記加圧水を加熱して昇
温すると共に燃料電池の高電圧発生時に電力を消費する
ヒータと、上記水蒸気分離器内の加圧水の水位を検知す
る水位検知器と、この水位検知器の水位検知信号に基づ
いて補給水を供給する補給水ポンプとを備えた燃料電池
用水蒸気分離装置において、上記水蒸気分離器、上記
気液二相流の流入方向及び地表面に対して略垂直方向に
設けられて流入する上記気液二相流が管内壁に衝突する
ことで気液分離する気液分離管と、この気液分離管に連
通しかつ略並列に設けられて分離した水蒸気及び加圧水
を送給する気液分離管とを備えると共に、上記水位検知
器を上記気液分離管のいずれか一方に設け、かつ上記ヒ
ータを上記水位検知器が設けられていない気液分離管側
に設けたことを特徴とする燃料電池用水蒸気分離装置。
2. A reformer for obtaining a reformed gas by reacting a fuel and steam, a CO converter for converting carbon monoxide in the reformed gas, and a reformed gas passed through the CO converter. A fuel cell stack that obtains electric power by using the CO converter and the gas-liquid two-phase flow obtained by the reaction heat of the fuel cell stack, and the steam required for the reformer and the CO converter and the fuel cell stack. A steam separator for supplying pressurized water necessary for cooling to the reforming device by gas-liquid separation of the pressurized water and supplying the pressurized water to the CO converter and the fuel cell stack, and heating the pressurized water. A heater that raises the temperature and consumes power when a high voltage is generated in the fuel cell, a water level detector that detects the level of the pressurized water in the steam separator, and supplies makeup water based on a water level detection signal of the water level detector. You And a makeup water pump for the fuel cell, wherein the steam separator is provided in a direction substantially perpendicular to the inflow direction of the gas-liquid two-phase flow and the ground surface. A gas-liquid separation pipe that separates gas and liquid when the phase flow collides with the inner wall of the pipe, and steam and pressurized water that are separated from each other in communication with the gas-liquid separation pipe and provided substantially in parallel.
And a gas-liquid separation tube for supplying the water level detector, the water level detector is provided on one of the gas-liquid separation tubes, and the heater is provided on the gas-liquid separation tube side where the water level detector is not provided. A water vapor separator for a fuel cell.
【請求項3】 燃料と水蒸気とを反応させて改質ガスを
得る改質装置と、上記改質ガス中の一酸化炭素を変成す
るCO変成器と、このCO変成器を経た改質ガスを用い
て電力を得る燃料電池スタックと、上記CO変成器及び
上記燃料電池スタックの反応熱により得られる気液二相
流から上記改質装置に必要な水蒸気と上記CO変成器及
び上記燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水を気液分
離して上記水蒸気を上記改質装置に供給すると共に上記
加圧水を上記CO変成器及び上記燃料電池スタックに供
給するための水蒸気分離器と、この水蒸気分離器から上
記CO変成器及び上記燃料電池スタックへ上記加圧水が
流れる配管に設けられた加圧水循環ポンプと、上記加圧
水を加熱して昇温すると共に燃料電池の高電圧発生時の
電力を消費するヒータと、上記水蒸気分離器内の加圧水
の水位を検知する水位検知器と、この水位検知器の水位
検知信号に基づいて補給水を供給する補給水ポンプとを
備えた燃料電池用水蒸気分離装置において、上記水蒸気
分離器は、上記気液二相流の流入方向及び地表面に対し
て略垂直方向に設けられて流入する上記気液二相流が管
内壁に衝突することで気液分離し、分離した加圧水を送
給する気液分離管と、この気液分離管に連通しかつ略並
列に設けられて分離した水蒸気を送給する気液分離管と
を備えると共に、上記水位検知器を、上記加圧水を送給
する気液分離管に設け、かつ上記ヒータを、上記水蒸気
を送給する気液分離管に設けたことを特徴とする燃料電
池用水蒸気分離装置。
3. Reforming gas by reacting fuel and steam.
And a reformer for obtaining carbon monoxide in the reformed gas.
CO converter and the reformed gas passed through the CO converter
A fuel cell stack for obtaining electric power,
Gas-liquid two-phase obtained by the heat of reaction of the fuel cell stack
The steam required for the reformer from the stream and the CO
And pressurized water necessary for cooling the fuel cell stack
Separately supply the steam to the reformer and
Pressurized water is supplied to the CO converter and the fuel cell stack.
Steam separator for feeding
The pressurized water is supplied to the CO transformer and the fuel cell stack.
A pressurized water circulation pump installed in the flowing pipe
When water is heated to raise the temperature,
A heater that consumes power and pressurized water in the steam separator
Water level detector that detects the water level of the
A makeup water pump that supplies makeup water based on the detection signal
A fuel cell steam separator provided with
The separator is located in the inflow direction of the gas-liquid two-phase flow and the ground surface.
The gas-liquid two-phase flow that is provided in a substantially vertical direction
Gas-liquid separation is performed by colliding with the inner wall, and the separated pressurized water is sent.
A gas-liquid separation pipe to be supplied, and
A gas-liquid separation tube that is provided in a row and supplies separated steam
And supplies the pressurized water to the water level detector.
And the heater is connected to
Characterized by being provided in a gas-liquid separation tube for feeding
Pond steam separator.
【請求項4】 燃料と水蒸気とを反応させて改質ガスを
得る改質装置と、上記改質ガス中の一酸化炭素を変成す
るCO変成器と、このCO変成器を経た改質ガスを用い
て電力を得る燃料電池スタックと、上記CO変成器及び
上記燃料電池スタックの反応熱により得られる気液二相
流から上記改質装置に必要な水蒸気と上記CO変成器及
び上記燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水を気液分
離して上記水蒸気を上記改質装置に供給すると共に上記
加圧水を上記CO変成器及び上記燃料電池スタックに供
給するための水蒸気分離器と、この水蒸気分離器から上
記CO変成器及び上記燃料電池スタックへ上記加圧水が
流れる配管に設けられた加圧水循環ポンプと、上記加圧
水を加熱して昇温すると共に燃料電池の高電圧発生時の
電力を消費するヒータとを備えた燃料電池用水蒸気分離
装置において、上記水蒸気分離器、上記気液二相流の
流入方向及び地表面に対して略垂直方向に設けられて流
入する上記気液二相流が管内壁に衝突することで気液分
離する気液分離管と、この気液分離管に連通しかつ略並
列に設けられて分離した水蒸気及び加圧水を送給する
液分離管とを備えると共に、上記ヒータを、上記加圧水
循環ポンプから上記CO変成器と上記燃料電池スタック
とに加圧水が送給される分岐配管中の上記分岐と上記C
O変成器との間、または上記CO変成器から上記水蒸気
分離器へ気液二相流が流れる合流配管中の上記CO変成
器の気液二相流出口と上記合流との間に設けたことを特
徴とする燃料電池用水蒸気分離装置。
4. A reformer for obtaining a reformed gas by reacting a fuel and steam, a CO converter for converting carbon monoxide in the reformed gas, and a reformer gas passed through the CO converter. A fuel cell stack that obtains electric power by using the CO converter and the gas-liquid two-phase flow obtained by the reaction heat of the fuel cell stack, and the steam required for the reformer and the CO converter and the fuel cell stack. A steam separator for gas-liquid separation of pressurized water required for cooling and supplying the steam to the reformer and supplying the pressurized water to the CO converter and the fuel cell stack, and A pressurized water circulating pump provided in a pipe through which the pressurized water flows to the CO transformer and the fuel cell stack; and a heat pump that heats the pressurized water to increase the temperature and consumes power when a high voltage is generated in the fuel cell. And the steam separator is provided with the gas-liquid two-phase flow provided in a direction substantially perpendicular to the inflow direction of the gas-liquid two-phase flow and the ground surface. A gas-liquid separation tube that performs gas-liquid separation by colliding with the inner wall of the tube, and a gas-liquid separation tube that communicates with the gas-liquid separation tube and is provided substantially in parallel and that supplies separated steam and pressurized water , The heater is connected to the branch in a branch pipe through which pressurized water is supplied from the pressurized water circulation pump to the CO transformer and the fuel cell stack, and to the C.
Between O transformer or be provided between the CO transformer and the CO transformer in a gas-liquid two-phase outlet and the confluence of the steam separator in collecting pipe through which gas-liquid two-phase flow to, A steam separator for a fuel cell, comprising:
【請求項5】 燃料と水蒸気とを反応させて改質ガスを
得る改質装置と、上記改質ガス中の一酸化炭素を変成す
るCO変成器と、このCO変成器を経た改質ガスを用い
て電力を得る燃料電池スタックと、上記CO変成器及び
上記燃料電池スタックの反応熱により得られる気液二相
流から上記改質装置に必要な水蒸気と上記CO変成器及
び上記燃料電池スタックの冷却に必要な加圧水を気液分
離して上記水蒸気を上記改質装置に供給すると共に上記
加圧水を上記CO変成器及び上記燃料電池スタックに供
給する水蒸気分離器と、上記加圧水を加熱して昇温する
と共に燃料電池の高電圧発生時の電力を消費するヒータ
とを備えた燃料電池用水蒸気分離装置において、上記水
蒸気分離器、上記気液二相流の流入方向及び地表面に
対して略垂直方向に設けられて流入する上記気液二相流
が管内壁に衝突することで気液分離する気液分離管と、
この気液分離管に連通しかつ略並列に設けられて分離し
た水蒸気及び加圧水を送給する気液分離管とを備えると
共に、上記水蒸気分離器から上記CO変成器及び上記燃
料電池スタックへ向けて上記加圧水が流れる配管と、上
記CO変成器及び上記燃料電池スタックからの混合した
気液二相流が上記水蒸気分離器へ向けて流れる配管とに
連通する短絡配管を設けると共に、この短絡配管中に上
記ヒータを設けたことを特徴とする燃料電池用水蒸気分
離装置。
5. A reformer for obtaining a reformed gas by reacting fuel and steam, a CO converter for converting carbon monoxide in the reformed gas, and a reformer gas passed through the CO converter. A fuel cell stack that obtains electric power by using the CO converter and the gas-liquid two-phase flow obtained by the reaction heat of the fuel cell stack, and the steam required for the reformer and the CO converter and the fuel cell stack. A pressurized water required for cooling is separated into gas and liquid, and the steam is supplied to the reformer, and the pressurized water is supplied to the CO converter and the fuel cell stack. And a heater for consuming power when a high voltage is generated in the fuel cell, wherein the steam separator is substantially perpendicular to the inflow direction of the gas-liquid two-phase flow and the ground surface. In the direction A gas-liquid separation tube that is provided and flows to separate gas and liquid by the gas-liquid two-phase flow colliding against the inner wall of the tube;
The gas-liquid separation pipe communicates with the
A gas-liquid separation pipe for supplying steam and pressurized water, and a pipe through which the pressurized water flows from the steam separator to the CO converter and the fuel cell stack; and the CO converter and the fuel cell stack. And a short-circuit pipe communicating with a pipe through which the mixed gas-liquid two-phase flow from the fuel cell flows toward the steam separator, and the heater is provided in the short-circuit pipe. .
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