[发明专利]燃料电池发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括除二氧化碳装置的燃料电池发电系统，该除二氧 化碳装置可除去包含在冷凝水中的二氧化碳。

发明背景

燃料电池发电系统是用于将氢和氧之间的结合能直接转化为电能的发 电系统。在这种燃料电池发电系统中，使用通过堆叠多个单位电池形成的 燃料电池主体，所述单位电池具有设置在燃料电极和空气电极之间的电解 质，通过以下方式得到电动势：分别以燃料气体的形式向燃料电极中加入 氢、以空气的形式向空气电极中加入氧，其中燃料气体是通过烃基原燃料 (例如，天然气)的蒸气重整得到的，再利用两个电极之间发生的电化学反应。

为了将原燃料重整为燃料气体，通常使用重整器，将蒸气加入到烃基 原燃料如天然气中，在催化剂作用下促使水和原燃料之间发生反应。因此， 对于重整器，需要补充重整燃料所必需的水。

一般而言，通过用离子交换类型的水处理装置或类似装置除去由废气 冷凝得到的冷凝水中的杂质而得到的经过离子交换处理的水作为用于重整 反应的水，其中的废气包括从重整器排出的燃烧废气和从燃料电池主体排 出的反应废气。

但是，因为从重整器排出的燃烧废气含有较高浓度的二氧化碳，所以 二氧化碳在可从燃烧废气中回收的冷凝水中溶解的程度达到基本饱和。因 此，为了减少水处理装置的负荷，在进行纯化处理前，先对这种冷凝水进 行除二氧化碳处理，由此除去溶解在冷凝水中的二氧化碳。

作为冷凝水的除二氧化碳处理方法，例如，利用扩散现象的处理方法 是已知且通常采用的，该处理方法包括使冷凝水和空气相互接触，通过扩 散现象，冷凝水中的二氧化碳扩散到空气中。

作为这种利用扩散现象的除二氧化碳装置，至今为止使用的是其中填 充有填料(例如腊希环)的管道或类似装置。通过以下方式进行除二氧化碳处 理：将冷凝水加入到所述管道的上部，同时将用于除二氧化碳的空气从管 道的下部加入，在冷凝水在重力作用下下落的同时，冷凝水与用于除二氧 化碳的空气接触。

此外，以下专利文献1揭示了一种包括一个圆桶的除二氧化碳装置， 该圆桶在上端部分具有一个冷凝水出口部分，在下端部分具有一个冷凝水 进口部分，并且具有多个以垂直方向上的多级方式设置在该桶内且在纵向 方向上交替倾斜的塔板，冷凝水连续从上级侧向下级侧掉落，该除二氧化 碳装置的特征在于空气从冷凝水出口部分流入圆桶内，从冷凝水进口部分 排出。

此外，以下专利文献2揭示了一种除二氧化碳装置，该装置的特征在 于具有这样的一种结构：螺旋的板形成螺旋流动通道，该通道的设置是使 螺旋轴方向为垂直排列；将多孔填料设置在螺旋流动通道内；气体从螺旋 流动通道的下部进入；气体在螺旋流动通道内移动的同时与水接触。

[专利文献1]JP-A-8-124590

[专利文献2]JP-A-2005-103492

当冷凝水的除二氧化碳处理不充分时，水处理装置或类似装置的负荷 变大，离子交换树脂的交换循环缩短，燃料电池发电系统的运行成本增加。 因此，在利用扩散现象的除二氧化碳处理中，必须充分确保空气和冷凝水 之间的接触面积和接触时间。

但是，在上述相关文献的除二氧化碳装置中，为了充分确保空气和冷 凝水之间的接触面积和接触时间，必须通过在垂直或水平方向上扩大除二 氧化碳装置来增加体积。因此，难以将装置小型化。

另一方面，通过在除二氧化碳装置中设置填料，尽管可以稍稍地提高 空气和冷凝水之间的接触时间和接触面积，但是难以使冷凝水充分地扩散 到整个填料上，而且对于增加接触面积具有散射效应。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种包括能够有效地除去冷凝水中二氧化 碳的除二氧化碳装置的燃料电池发电系统。