JP2002324561A - 気液分離装置およびこれを利用する燃料電池発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力損失を増加させることなく小型化および
低コスト化を図ることができる気液分離装置およびこれ
を利用する燃料電池発電システムを提供する。 【解決手段】 燃料電池本体１１０から排出された排水
素ガス６から水５を分離する気液分離装置１０におい
て、排水素ガス６を受け入れる円筒型をなす受入ダクト
１２と、受入ダクト１２に連結された本体容器１１と、
受入ダクト１２の内部に配設されて排水素ガス６を螺旋
状に旋回させながら本体容器１１の内部へ送給する旋回
翼１４と、受入ダクト１２と同軸をなすように本体容器
１１に連結されたガス送出ダクト１５と、ガス送出ダク
ト１５にスライド移動可能に内嵌して排水素ガス６から
の水５の分離量を調整するスライドダクト１７等とを備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を含有する気
体から当該液体を分離する気液分離装置およびこれを利
用する燃料電池発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池発電システムは、例えば、燃料
ガスを改質して得られた水素ガスと空気（酸素）とを水
蒸気と共に燃料電池本体に供給して電気化学的に反応さ
せて電力を得ることができるようになっている。燃料電
池本体内で反応に使用された排水素ガスおよび排空気
は、飽和水蒸気量を越えた水分が除去された後、燃焼さ
れて系外へ放出される。

【０００３】このように水を含有するガスから当該水を
分離する従来の気液分離装置としては、例えば、図６に
示すように、分離槽２１１内に送給された使用済みガス
２００に噴霧器２１２から冷却水２０１ｂを噴霧して当
該ガス２００を冷却することにより当該ガス２００から
飽和水２０１ａを取り除くようにした噴霧式の気液分離
装置２１０や（図６（ａ）参照）、冷却水２０１ｂを流
通させた冷却管２２２に上記ガス２００を接触させて冷
却することにより当該ガス２００から飽和水２０１ａを
取り除くようにした熱交換式の気液分離装置２２０（図
６（ｂ）参照）などがある。

【０００４】しかしながら、上述したような噴霧式や熱
交換式の気液分離装置２１０，２２０は、冷却水２０１
ｂを流通させる冷却水ポンプ等の冷却水流通機構が必要
であるため、小型化を図りながら低コスト化を図ること
が困難であった。

【０００５】このため、例えば、図７に示すように、内
部に仕切壁２３２を設けた分離槽２３１内に使用済みガ
ス２００を送給して当該ガス２００の流通方向を変更さ
せることにより当該ガス２００中の飽和水２０１ａを落
下分離させるようにした流通方向変更式の気液分離装置
２３０や（図７（ａ）参照）、分離槽２４１内に設けた
金属メッシュ等の多孔質体２４２に上記ガス２００を流
通させることにより当該ガス２００中の飽和水２０１ａ
を分離するようにした透過式の気液分離装置２４０（図
６（ｂ）参照）などが用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述したよ
うな流通方向変更式や透過式の気液分離装置２３０，２
４０においては、小型化を図りながら低コスト化を図る
ことが可能なものの、使用済みガス２００の流通時の圧
力損失が大きくなってしまうため、単位時間当たりの処
理量に限界があった。

【０００７】このような問題は、燃料電池発電システム
に使用される気液分離装置に限らず、液体を含有する気
体から当該液体を分離する気液分離装置であれば、上述
した場合と同様にして起こり得ることである。

【０００８】このようなことから、本発明は、圧力損失
を増加させることなく小型化および低コスト化を図るこ
とができる気液分離装置およびこれを利用する燃料電池
発電システム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】前述した課題を解決する
ための、第一番目の発明による気液分離装置は、液体を
含有する気体から当該液体を分離する気液分離装置にお
いて、前記気体を受け入れる円筒型をなす受入ダクト
と、前記受入ダクトに連結された本体容器と、前記受入
ダクトに配設され、液体を含有する気体を螺旋状に旋回
させながら前記本体容器の内部へ送給する旋回流形成手
段と、前記受入ダクトと同軸をなすように前記本体容器
に連結されたガス送出ダクトと、前記気体からの前記液
体の分離量を調整する液体分離量調整手段とを備えてな
ることを特徴とする。

【００１０】第二番目の発明による気液分離装置は、第
一番目の発明において、前記旋回流形成手段が、前記受
入ダクト内に配設された旋回翼を備えていることを特徴
とする。

【００１１】第三番目の発明による気液分離装置は、第
一番目の発明において、前記旋回流形成手段が、前記受
入ダクトに連結され、前記気体を当該受入ダクトの壁面
に沿って螺旋状をなして流通させるように配向された受
入口であることを特徴とする。

【００１２】第四番目の発明による気液分離装置は、第
一番目の発明において、前記液体分離量調整手段が、前
記受入ダクトに対して接近離反できるように前記ガス送
出ダクトにスライド移動可能に嵌合するスライドダクト
と、前記スライドダクトをスライド移動させるスライド
移動手段とを備えていることを特徴とする。

【００１３】第五番目の発明による気液分離装置は、第
一番目の発明において、前記液体分離量調整手段が、前
記旋回流形成手段と前記本体容器との間に配設され、前
記気体の流通方向に対して起伏可能に支持された可動翼
と、前記可動翼を起伏させる起伏手段とを備えているこ
とを特徴とする。

【００１４】また、第六番目の発明による燃料電池発電
システムは、水素を含有する第一のガスの当該水素と酸
素を含有する第二のガスの当該酸素とを電気化学的に反
応させることにより発電を行う燃料電池本体と、前記燃
料電池本体から排出された前記第一のガスから水を分離
する第一のガス用の第一番目から第五番目の発明のいず
れかの気液分離装置と、前記燃料電池本体から排出され
た前記第二のガスから水を分離する第二のガス用の第一
番目から第五番目の発明のいずれかの気液分離装置と、
前記第一のガス用の気液分離装置から送出された前記第
一のガスと前記第二のガス用の気液分離装置から送出さ
れた前記第二のガスとを燃焼させる燃焼手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００１５】第七番目の発明による燃料電池発電システ
ムは、第六番目の発明において、前記燃料電池本体の負
荷量または当該燃料電池本体から排出された前記第一の
ガスの水素濃度に対応して、前記燃焼手段に流入する前
記第一のガスおよび前記第二のガス中の水の含有量を調
整するように前記第一のガス用および前記第二のガス用
の気液分離装置の前記液体分離量調整手段を制御する制
御手段を備えたことを特徴とする。

【００１６】第八番目の発明による燃料電池発電システ
ムは、第七番目の発明において、前記制御手段が、前記
燃料電池本体の負荷が減少したときまたは当該燃料電池
本体から排出された前記第一のガスの水素濃度が上昇し
たときに、前記燃焼手段に流入する前記第一のガスおよ
び前記第二のガス中の水の含有量を多くするように当該
第一のガス用および前記第二のガス用の気液分離装置の
前記液体分離量調整手段を制御し、前記燃料電池本体の
負荷が増加したときまたは当該燃料電池本体から排出さ
れた前記第一のガスの水素濃度が低下したときに、前記
燃焼手段に流入する当該第一のガスおよび前記第二のガ
ス中の水の含有量を少なくするように前記第一のガス用
および前記第二のガス用の気液分離装置の前記液体分離
量調整手段を制御することを特徴とする。

【００１７】第九番目の発明による燃料電池発電システ
ムは、第七番目または第八番目の発明において、前記制
御手段が、前記燃焼手段から排出される排ガスの温度に
対応して、当該燃焼手段に流入する前記第一のガスおよ
び前記第二のガス中の水の含有量を調整するように前記
第一のガス用および前記第二のガス用の気液分離装置の
前記液体分離量調整手段をフィードバック制御すること
を特徴とする。

【００１８】第十番目の発明による燃料電池発電システ
ムは、第九番目の発明において、前記制御手段が、前記
燃焼手段から排出される前記排ガスの温度が上限の規定
値を越えたときに、当該燃焼手段に流入する前記第一の
ガスおよび前記第二のガス中の水の含有量を多くするよ
うに前記第一のガス用および前記第二のガス用の気液分
離装置の前記液体分離量調整手段をフィードバック制御
し、前記燃焼手段から排出される前記排ガスの温度が下
限の規定値未満のときに、当該燃焼手段に流入する前記
第一のガスおよび前記第二のガス中の水の含有量を少な
くするように前記第一のガス用および前記第二のガス用
の気液分離装置の前記液体分離量調整手段をフィードバ
ック制御することを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明による気液分離装置および
これを利用する燃料電池発電システムの実施の形態を図
面を用いて以下に説明するが、本発明は以下の実施の形
態に限定されるものではない。

【００２０】［第一番目の実施の形態］本発明による気
液分離装置およびこれを利用する燃料電池発電システム
の第一番目の実施の形態を図１〜３を用いて説明する。
図１は、燃料電池発電システムの要部の概略構成図、図
２は、図１の気液分離装置の概略構成図、図３は、図２
の矢線 III部の抽出拡大斜視図である。

【００２１】図１に示すように、エアフィルタ１１１を
受入口に接続されたエアコンプレッサ１１２の送出口
は、燃料電池１１０の空気受入口に連絡している。一
方、メタノールやガソリン等の液状の燃料１を貯蔵する
燃料タンク１１３の下部は、当該燃料１を送給する燃料
ポンプ１１４の受入口に連絡している。燃料ポンプの１
１４の送出口は、前記燃料１を加熱して燃料ガス２を得
るガス化装置１１５の燃料受入口に連絡している。ガス
化装置１１５の燃料送出口は、燃料ガス２を改質して水
素ガス３を得る改質装置１１６の受入口に連絡してい
る。改質装置１１６の送出口は、前記燃料電池１１０の
水素ガス受入口に連絡している。

【００２２】前記燃料電池本体１１０の排空気送出口
は、当該燃料電池本体１１０から送出された使用済みの
排空気７（第二のガス）から本発明にかかる液体である
水５を分離する排空気用の気液分離装置１０（詳細は後
述する。）の受入口に連絡している。前記燃料電池本体
１１０の排水素ガス送出口は、当該燃料電池本体１１０
から送出された使用済みの排水素ガス６（第一のガス）
から本発明にかかる液体である水５を分離する排水素ガ
ス用の気液分離装置１０（詳細は後述する。）の受入口
に連絡している。

【００２３】排空気用および排水素ガス用の気液分離装
置１０の水送出口は、水タンク１１７の上方にそれぞれ
連絡している。水タンク１１７の下部は、水ポンプ１１
８の受入口に連絡している。水ポンプ１１８の送出口
は、前記エアコンプレッサ１１２の送出口の下流側近傍
と、前記燃料ポンプ１１４の送出口の下流側近傍とにそ
れぞれ連絡している。

【００２４】排空気用の気液分離装置１０の排空気送出
口と排水素ガス用の気液分離装置１０の排水素ガス送出
口とは、合流した後に分岐して、一方が前記ガス化装置
１１５の燃焼用ガス受入口に連絡すると共に、他方が燃
焼手段である燃焼器１１９の受入口に連絡している。上
記ガス化装置１１５の排ガス送出口と燃焼器１１９の送
出口とは、図示しない熱交換器等を介して系外へ連絡し
ている。

【００２５】前記燃料電池本体１１０の排水素ガス送出
口と上記気液分離装置１０の受入口との間には、水素濃
度を計測する水素濃度計測センサ１９ａが設けられてい
る。前記燃焼器１１９の送出口の近傍には、排ガス９の
温度を計測する温度計測センサ１９ｂが設けられてい
る。この水素濃度計測センサ１９ａおよび温度計測セン
サ１９ｂは、制御装置１９の入力部にそれぞれ電気的に
接続されている。この制御装置１９の出力部は、排空気
用および排水素ガス用の気液分離装置１０にそれぞれ電
気的に接続されており、当該制御装置１９は、水素濃度
計測センサ１９ａおよび温度計測センサ１９ｂからの信
号に基づいて、排水素ガス６および排空気７から分離す
る水５の量を調整するようにこれら気液分離装置１０を
制御するようになっている（詳細は後述する。）。

【００２６】排空気用の気液分離装置１０と排水素ガス
用の気液分離装置１０とは、図２に示すような同一の構
造をなしている。具体的には、図２に示すように、円筒
型をなす本体容器１１の上面には、当該本体容器１１よ
りも小径をなす円筒型の受入ダクト１２（受入口）が同
軸をなして連結されている。

【００２７】図３に示すように、前記受入ダクト１２の
内部には、中心軸１３が当該受入ダクト１２の同軸上に
配設されている。この中心軸１３の周面には、螺旋状を
なす旋回翼１４が周方向にわたって複数設けられてい
る。

【００２８】図２に示すように、前記本体容器１１の底
面には、前記受入ダクト１２よりも小径をなす円筒型の
ガス送出ダクト１５（排水素ガス送出口または排空気送
出口）が当該本体容器１１の同軸上で底面を貫通するよ
うにして取り付けられると共に、液送出ダクト１６（水
送出口）が当該本体容器１１の側面近傍に位置するよう
にして連結されている。上記ガス送出ダクト１５の上端
には、円筒型をなすスライドダクト１７が当該ガス送出
ダクト１５の軸方向に沿ってスライド移動できるように
内嵌している。

【００２９】前記本体容器１１の上面には、リンクアー
ム１８ａが軸方向に沿ってスライド移動できるように貫
通している。このリンクアーム１８ａの本体容器１１の
内側の端部は、前記スライドダクト１７に連結されてい
る。リンクアーム１８ａの本体容器１１の外側の端部
は、リンクプレート１８ｂの一端側に連結されている。
このリンクプレート１８ｂの他端側は、正逆転可能なサ
ーボモータ等の駆動装置の駆動軸１８ｃに連結されてい
る。この駆動装置には、前記制御装置１９が電気的に接
続されており、当該制御装置１９は、前記水素濃度計測
センサ１９ａおよび前記温度計測センサ１９ｂからの信
号に基づいて、当該駆動装置を作動させるようになって
いる（詳細は後述する。）。

【００３０】なお、本実施の形態では、中心軸１３、旋
回翼１４などにより旋回流形成手段を構成し、リンクア
ーム１８ａ、リンクプレート１８ｂ、駆動軸１８ｃ、前
記駆動装置などによりスライド移動手段を構成し、当該
スライド移動手段、スライドダクト１７などにより液体
分離量調整手段を構成し、制御装置１９、水素濃度計測
センサ１９ａ、温度計測センサ１９ｂなどにより制御手
段を構成している。

【００３１】このような気液分離装置１０を備えた燃料
電池発電システムの作用を図１を用いて次に説明する。

【００３２】エアコンプレッサ１１２、燃料ポンプ１１
４、水ポンプ１１８を作動すると、燃料タンク１１３内
の燃料１が水タンク１１７内の水５と共にガス化装置１
１５内に送給されてガス化され、水５（水蒸気）を含有
する燃料ガス２が改質装置１１６内に送給されて改質さ
れ、水５（水蒸気）および水素ガス３が燃料電池本体２
０の内部に送給されると共に、水タンク１１７内の水５
と共に空気４が燃料電池本体１１０の内部に送給され、
水素ガス３と空気４（酸素）とが電気化学的に反応して
電力を生じる。このとき、水５は、水素ガス３と空気４
（酸素）との電気化学反応を生じさせるセルを湿潤して
当該セルの機能を保持する。

【００３３】燃料電池本体１１０内で使用された排水素
ガス６（第一のガス）および排空気７（第二のガス）
は、上記電気化学反応に伴って生じたりした余剰の水５
を含有した状態で各気液分離装置１０にそれぞれ送給さ
れて、水５と排水素ガス６および排空気７とに分離され
る（詳細は後述する。）。

【００３４】排水素ガス６や排空気７から分離された水
５は、水タンク１１７内に送給されて再び循環使用され
る。水５を分離された排水素ガス６および排空気７は、
合流され、燃焼ガス８となってその一部がガス化装置１
１５に供給されて燃焼され、燃料１のガス化の熱源に使
用された後、図示しない熱交換器等で熱回収されてから
排ガス９として系外へ排出される。残りの燃焼ガス８
は、燃焼器１１９に送給されて燃焼処理された後、図示
しない熱交換器等で熱回収されてから排ガス９として系
外へ排出される。

【００３５】ここで、上記気液分離装置１０の作用につ
いて、排水素ガス用を例にして図２，３を用いて説明す
る。

【００３６】水５を含有する排水素ガス６は、受入ダク
ト１２内に送給されると、旋回翼１４により旋回流とな
って本体容器１１内に送給される。これにより、水５が
遠心力により本体容器１１の径方向外側へ飛散されて本
体容器１１内に貯溜して液送出ダクト１６から送出され
る一方、排水素ガス６が旋回しながらスライドダクト１
７を介してガス送出ダクト１５内に流入して本体容器１
１から送出され、水５と排水素ガス６とが分離して送出
される。

【００３７】他方、水５を含有する排空気７も、排水素
ガス６の場合と同様にして水５と排空気７とが分離され
る。

【００３８】このようにして発電を行っている際に、例
えば、燃料電池本体１１０の負荷の遮断等により、燃料
電池本体１１０内での水素ガス３の消費量が急激に減少
すると、前記燃焼ガス８中に多量の水素成分が存在して
しまい、燃焼器１１９内の燃焼温度が著しく上昇して当
該燃焼器１１９が損傷する虞を生じてしまう。

【００３９】このため、燃料電池本体１１０の排水素ガ
ス送出口から送出される排水素ガス６中の水素濃度を前
記水素濃度計測センサ１９ａが計測し、排水素ガス６お
よび排空気７中の水５の含有量を上記水素濃度に応じて
予め選定された量となるように前記制御装置１９が排水
素ガス用および排空気用の気液分離装置１０の前記駆動
装置をそれぞれ制御し、駆動軸１８ｃ、リンクプレート
１８ｂ、リンクアーム１８ａを介してスライドダクト１
７をそれぞれ所定長上昇させる。

【００４０】すなわち、スライドダクト１７を上昇させ
ると、受入ダクト１２とスライドダクト１７とが接近し
て、旋回流によって本体容器１１の径方向外側へ飛散す
る水５が減少し、排水素ガス６や排空気７と共にスライ
ドダクト１７内に流入する水５が増加するのである。

【００４１】これにより、燃焼ガス８中に混在する水５
の量が増え、燃焼ガス８中の水素成分が多くても、燃焼
ガス８の燃焼温度の上昇を抑制することができるので、
燃焼器１１９の損傷を防止することができる。

【００４２】また、このようにして燃料電池本体１１０
から送出される排水素ガス６中の水素濃度に基づいて燃
焼ガス８中の水５の量を調整しているにもかかわらず、
燃焼器１１９での燃焼ガス８の燃焼温度が何らかの原因
で上昇してしまい、排ガス９の温度が上限の規定値を越
えると、前記温度計測センサ１９ｂからの信号に基づい
て、前記制御装置１９が排水素ガス用および排空気用の
気液分離装置１０の前記駆動装置をそれぞれフィードバ
ック制御し、スライドダクト１７を受入ダクト１２に最
も接近させるように上昇させて、スライドダクト１７内
に水５を最大限流入させ、燃焼ガス８中に水５を多量に
混在させることにより、燃焼器１１９内の過剰加熱を防
止することができる。

【００４３】一方、上述したようにして燃料電池本体１
１０から送出される排水素ガス６中の水素濃度に基づい
て燃焼ガス８中の水５の量を調整しているにもかかわら
ず、燃焼器１１９での燃焼ガス８の燃焼温度が何らかの
原因で低下してしまい、排ガス９の温度が下限の規定値
未満になると、前記温度計測センサ１９ｂからの信号に
基づいて、前記制御装置１９が排水素ガス用および排空
気用の気液分離装置１０の前記駆動装置をそれぞれフィ
ードバック制御し、スライドダクト１７を受入ダクト１
２から最も離反させるように下降させて、水５のほとん
どを飛散させて本体容器１１内に貯溜させ、燃焼ガス８
中の水５をほとんど除去することにより、燃焼器１１９
内の不完全燃焼を防止することができる。

【００４４】したがって、本実施の形態によれば、以下
のような効果を得ることができる。

【００４５】（１）受入ダクト１２内に旋回翼１４を設
けて排水素ガス６や排空気７に旋回流を生じさせ、水５
を遠心力で飛散させて分離するようにしたので、圧力損
失を増加させることなく簡単な構造で水５を分離するこ
とができ、小型化および低コスト化を図ることができ
る。

【００４６】（２）燃料電池本体１１０の排水素ガス送
出口から送出される排水素ガス６中の水素濃度を水素濃
度計測センサ１９ａで計測し、排水素ガス６および排空
気７中の水５の含有量を上記水素濃度に応じて予め選定
された量となるように制御装置１９で排水素ガス用およ
び排空気用の気液分離装置１０の前記駆動装置をそれぞ
れ制御して、燃焼ガス８中に混在する水５の量を調整す
るようにしたので、燃料電池本体１１０の負荷の遮断等
により、燃料電池本体１１０内での水素ガス３の消費量
が急激に減少して、燃焼ガス８中の水素成分が多くなっ
たとしても、燃焼ガス８の燃焼温度の上昇を抑制するこ
とができ、燃焼器１１９の損傷を防止することができ
る。

【００４７】（３）燃焼器１１９からの排ガス９の温度
を温度計測センサ１９ｂで計測し、燃焼ガス８の燃焼温
度が何らかの原因で上昇して排ガス９の温度が上限の規
定値を越えると、制御装置１９が排水素ガス用および排
空気用の気液分離装置１０の前記駆動装置をそれぞれフ
ィードバック制御し、スライドダクト１７を受入ダクト
１２に最も接近させるように上昇させて、スライドダク
ト１７内に水５を最大限流入させ、燃焼ガス８中に水５
を多量に混在させることにより、燃焼器１１９内の過剰
加熱を防止することができる。

【００４８】（４）燃焼器１１９からの排ガス９の温度
を温度計測センサ１９ｂで計測し、燃焼ガス８の燃焼温
度が何らかの原因で低下して排ガス９の温度が下限の規
定値未満になると、制御装置１９が排水素ガス用および
排空気用の気液分離装置１０の前記駆動装置をそれぞれ
フィードバック制御し、スライドダクト１７を受入ダク
ト１２から最も離反させるように下降させて、水５のほ
とんどを飛散させて本体容器１１内に貯溜させ、燃焼ガ
ス８中の水５をほとんど除去することにより、燃焼器１
１９内の不完全燃焼を防止することができる。

【００４９】［第二番目の実施の形態］本発明による気
液分離装置およびこれを利用する燃料電池発電システム
の第二番目の実施の形態を図４を用いて説明する。図４
は、気液分離装置の概略構成図である。ただし、前述し
た第一番目の実施の形態と同様な部分については、前述
した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の
符号を用いることにより、その説明を省略する。

【００５０】図４に示すように、受入ダクト１２の内部
の前記中心軸１２および前記旋回翼１３の下方側には、
当該受入ダクト１２の壁面を回転可能に貫通する回転軸
２８ａが当該受入ダクト１２の周方向にわたって所定の
間隔で複数設けられている。これら回転軸２８ａの受入
ダクト１２の内側の端部には、可動翼２７がそれぞれ取
り付けられている。

【００５１】これら回転軸２８ａの受入ダクト１２の外
側の端部には、歯車２８ｂがそれぞれ同軸をなして取り
付けられている。これら歯車２８ｂには、歯車２８ｃが
それぞれ噛み合っている。これら歯車２８ｃには、駆動
軸２８ｄを介してピニオン２８ｅがそれぞれ同軸をなし
て連結されている。これらピニオン２８ｅは、受入ダク
ト１２の外側に当該受入ダクト１２と同軸をなすように
して配設された図示しない環状のラックに各々噛み合っ
ており、当該ラックは、正逆転可能なサーボモータ等の
図示しない駆動装置により回動可能となっている。

【００５２】つまり、前記駆動装置を作動して前記ラッ
クを回動させると、ピニオン２８ｅ、駆動軸２８ｄ、歯
車２８ｃ，２８ｂ、回転軸２８ａを介して可動翼２７を
それぞれ起伏させることができ、当該可動翼２７の配向
角度をそれぞれ調整することができるようになっている
のである。

【００５３】前記駆動装置には、前記制御装置１９が電
気的に接続されており、当該制御装置１９は、前記水素
濃度計測センサ１９ａおよび前記温度計測センサ１９ｂ
からの信号に基づいて、当該駆動装置を作動させるよう
になっている。

【００５４】なお、本実施の形態では、回転軸２８ａ、
歯車２８ｂ，２８ｃ、駆動軸２８ｄ、ピニオン２８ｅ、
前記ラック、前記駆動装置などにより起伏手段を構成
し、当該起伏手段、可動翼２７などにより液体分離量調
整手段を構成している。

【００５５】このような気液分離装置２０においては、
燃料電池本体１１０の排水素ガス送出口から送出される
排水素ガス６中の水素濃度を前記水素濃度計測センサ１
９ａが計測し、排水素ガス６および排空気７中の水５の
含有量を上記水素濃度に応じて予め選定された量となる
ように前記制御装置１９が前記駆動装置をそれぞれ制御
して前記ラックを回動させ、ピニオン２８ｅ、駆動軸２
８ｄ、歯車２８ｃ，２８ｂ、回転軸２８ａを介して可動
翼２７をそれぞれ起伏させて、当該可動翼２７の配向角
度をそれぞれ調整する。

【００５６】具体的には、旋回翼１４により旋回流とな
った排水素ガス６や排空気７の流通方向に対して可動翼
２７を倒伏させるように配向すると、当該旋回流は、そ
の流れを可動翼２７により変更されることなくそのまま
螺旋状に流れて本体容器１１内に流入し、旋回流によっ
て本体容器１１の径方向外側へ水５がほとんど飛散し
て、排水素ガス６や排空気７と共にガス送出ダクト１５
内に水５がほとんど流入する。

【００５７】一方、流通方向に対して可動翼２７を起立
させるように配向すると、当該旋回流は、その流れを可
動翼２７により変更されて下方に落下するように流れて
本体容器１１内に流入し、本体容器１１の径方向外側へ
飛散する水５がほとんどなくなり、排水素ガス６や排空
気７と共にガス送出ダクト１５内に水５がほとんど流入
しなくなる。

【００５８】つまり、前述した第一番目の実施の形態に
よる気液分離装置１０は、スライドダクト１７、リンク
アーム１８ａ、リンクプレート１８ｂ、駆動軸１８ｃ等
を用いて水５の分離量を調整するようにしたが、本実施
の形態による気液分離装置２０は、上記部材１７，１８
ａ〜１８ｃ等に代えて、可動翼２７、回転軸２８ａ、歯
車２８ｂ，２８ｃ、駆動軸２８ｄ、ピニオン２８ｅ、前
記ラック等を用いて水５の分離量を調整するようにした
のである。

【００５９】したがって、本実施の形態によれば、前述
した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得るこ
とができる。

【００６０】［その他の実施の形態］前述した第一，二
番目の実施の形態では、受入ダクト１２内に旋回翼１４
を設け、受入ダクト１２の上方から排水素ガス６や排空
気７を送給することにより、排水素ガス６や排空気７を
本体容器１１内に螺旋状に送り込むようにしたが、本発
明は、これに限らず、例えば、図５に示すように、上部
を閉塞した受入ダクト３２の側壁に、当該側壁面に沿っ
て排水素ガス６や排空気７を送給できるように受入口３
２ａを取り付けて旋回流形成手段を構成して、当該受入
口３２ａから受入ダクト３２内に排水素ガス６や排空気
７を送給することにより、本体容器１１内に螺旋状に送
り込むようにしても、前述した第一番目の実施の形態の
場合と同様な効果を得ることができる。

【００６１】前述した第一，二番目の実施の形態では、
燃料電池本体１１０の排水素ガス送出口と気液分離装置
１０の受入口との間に水素濃度計測センサ１９ａを設
け、当該水素濃度計測センサ１９ａからの信号に基づい
て、水５の分離量を調整するように制御装置１９が気液
分離装置１０を制御するようにしたが、本発明は、これ
に限らず、例えば、燃料電池本体１１０の負荷量に応じ
て、水５の分離量を調整するように制御装置１９が気液
分離装置１０を制御するようにすることも可能である。

【００６２】前述した第二番目の実施の形態では、気液
分離装置２０の各ピニオン２８ｅを環状の前記ラックで
一括して回転させるようにしたが、本発明は、これに限
らず、上記ピニオン２８ｅを板状のラックでそれぞれ個
別に回転させるようにすることも可能である。

【００６３】前述した第一，二番目の実施の形態では、
気液分離装置１０，２０を燃料電池発電システムに利用
した場合について説明したが、本発明は、これに限ら
ず、液体を含有する気体から当該液体を分離する気液分
離装置であれば、前述した第一，二番目の実施の形態の
場合と同様にして適用することができる。

【００６４】

【発明の効果】第一番目の発明による気液分離装置は、
液体を含有する気体から当該液体を分離する気液分離装
置において、前記気体を受け入れる円筒型をなす受入ダ
クトと、前記受入ダクトに連結された本体容器と、前記
受入ダクトに配設され、液体を含有する気体を螺旋状に
旋回させながら前記本体容器の内部へ送給する旋回流形
成手段と、前記受入ダクトと同軸をなすように前記本体
容器に連結されたガス送出ダクトと、前記気体からの前
記液体の分離量を調整する液体分離量調整手段とを備え
てなることから、気体が受入ダクト内に送給されると、
旋回流形成手段により旋回流となって本体容器内に送給
されるので、液体が遠心力により本体容器の径方向外側
へ飛散されて本体容器内に貯溜する一方、気体が旋回し
ながらガス送出ダクト内に流入して本体容器から送出さ
れ、液体と気体とが分離される。これにより、圧力損失
を増加させることなく簡単な構造で気体と液体とを分離
することができので、小型化および低コスト化を図るこ
とができる。また、液体分離量調整手段により気体から
分離する液体の量を必要に応じて調整することができ
る。

【００６５】第二番目の発明による気液分離装置は、第
一番目の発明において、前記旋回流形成手段が、前記受
入ダクト内に配設された旋回翼を備えているので、旋回
流を簡単な構造で生じさせることができる。

【００６６】第三番目の発明による気液分離装置は、第
一番目の発明において、前記旋回流形成手段が、前記受
入ダクトに連結され、前記気体を当該受入ダクトの壁面
に沿って螺旋状をなして流通させるように配向された受
入口であるので、旋回流を簡単な構造で生じさせること
ができる。

【００６７】第四番目の発明による気液分離装置は、第
一番目の発明において、前記液体分離量調整手段が、前
記受入ダクトに対して接近離反できるように前記ガス送
出ダクトにスライド移動可能に嵌合するスライドダクト
と、前記スライドダクトをスライド移動させるスライド
移動手段とを備えているので、気体から分離する液体の
量を簡単な構造で調整することができる。

【００６８】第五番目の発明による気液分離装置は、第
一番目の発明において、前記液体分離量調整手段が、前
記旋回流形成手段と前記本体容器との間に配設され、前
記気体の流通方向に対して起伏可能に支持された可動翼
と、前記可動翼を起伏させる起伏手段とを備えているの
で、気体から分離する液体の量を簡単な構造で調整する
ことができる。

【００６９】第六番目の発明による燃料電池発電システ
ムは、水素を含有する第一のガスの当該水素と酸素を含
有する第二のガスの当該酸素とを電気化学的に反応させ
ることにより発電を行う燃料電池本体と、前記燃料電池
本体から排出された前記第一のガスから水を分離する第
一のガス用の第一番目から第五番目の発明のいずれかの
気液分離装置と、前記燃料電池本体から排出された前記
第二のガスから水を分離する第二のガス用の第一番目か
ら第五番目の発明のいずれかの気液分離装置と、前記第
一のガス用の気液分離装置から送出された前記第一のガ
スと前記第二のガス用の気液分離装置から送出された前
記第二のガスとを燃焼させる燃焼手段とを備えたことか
ら、圧力損失を増加させることなく簡単な構造で第一の
ガスおよび第二のガスから水を分離することができの
で、システム全体の小型化および低コスト化を図ること
ができると共に、分離する水の量を必要に応じて調整す
ることができるので、例えば、第一のガス中の水素濃度
が高い場合に、分離する水の量を少なくして当該ガス中
の水の量を増やすことにより、燃焼手段での過剰加熱を
防止することができ、燃焼手段の損傷を防止することが
できる。

【００７０】第七番目の発明による燃料電池発電システ
ムは、第六番目の発明において、前記燃料電池本体の負
荷量または当該燃料電池本体から排出された前記第一の
ガスの水素濃度に対応して、前記燃焼手段に流入する前
記第一のガスおよび前記第二のガス中の水の含有量を調
整するように前記第一のガス用および前記第二のガス用
の気液分離装置の前記液体分離量調整手段を制御する制
御手段を備えたことから、例えば、第一のガス中の水素
濃度が高くなると、制御手段が、分離する水の量を少な
くして当該ガス中の水の量を増やすので、燃焼手段での
過剰加熱を防止することができ、燃焼手段の損傷を防止
することができる。

【００７１】第八番目の発明による燃料電池発電システ
ムは、第七番目の発明において、前記制御手段が、前記
燃料電池本体の負荷が減少したときまたは当該燃料電池
本体から排出された前記第一のガスの水素濃度が上昇し
たときに、前記燃焼手段に流入する前記第一のガスおよ
び前記第二のガス中の水の含有量を多くするように当該
第一のガス用および前記第二のガス用の気液分離装置の
前記液体分離量調整手段を制御し、前記燃料電池本体の
負荷が増加したときまたは当該燃料電池本体から排出さ
れた前記第一のガスの水素濃度が低下したときに、前記
燃焼手段に流入する当該第一のガスおよび前記第二のガ
ス中の水の含有量を少なくするように前記第一のガス用
および前記第二のガス用の気液分離装置の前記液体分離
量調整手段を制御することから、第一のガスおよび第二
のガスを燃焼手段内で最適な温度で常に燃焼させること
ができる。

【００７２】第九番目の発明による燃料電池発電システ
ムは、第七番目または第八番目の発明において、前記制
御手段が、前記燃焼手段から排出される排ガスの温度に
対応して、当該燃焼手段に流入する前記第一のガスおよ
び前記第二のガス中の水の含有量を調整するように前記
第一のガス用および前記第二のガス用の気液分離装置の
前記液体分離量調整手段をフィードバック制御すること
から、何らかの原因で燃焼手段内での第一のガスおよび
第二のガスの燃焼温度に異常を生じたとしても、これを
修正して最適な温度で燃焼させることが常にできるよう
になる。

【００７３】第十番目の発明による燃料電池発電システ
ムは、第九番目の発明において、前記制御手段が、前記
燃焼手段から排出される前記排ガスの温度が上限の規定
値を越えたときに、当該燃焼手段に流入する前記第一の
ガスおよび前記第二のガス中の水の含有量を多くするよ
うに前記第一のガス用および前記第二のガス用の気液分
離装置の前記液体分離量調整手段をフィードバック制御
し、前記燃焼手段から排出される前記排ガスの温度が下
限の規定値未満のときに、当該燃焼手段に流入する前記
第一のガスおよび前記第二のガス中の水の含有量を少な
くするように前記第一のガス用および前記第二のガス用
の気液分離装置の前記液体分離量調整手段をフィードバ
ック制御することから、何らかの原因で燃焼手段内での
第一のガスおよび第二のガスの燃焼温度に異常を生じた
としても、これを修正して最適な温度で燃焼させること
が常にできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料電池発電システムの第一番目
の実施の形態の要部の概略構成図である。

【図２】図１の気液分離装置の概略構成図である。

【図３】図２の矢線 III部の抽出拡大斜視図である。

【図４】本発明による気液分離装置の第二番目の実施の
形態の概略構成図である。

【図５】本発明による気液分離装置の他の実施の形態の
要部の概略構成図である。

【図６】従来の気液分離装置の一例の概略構造図であ
る。

【図７】従来の気液分離装置の他の例の概略構造図であ
る。

【符号の説明】

１ 燃料 ２ 燃料ガス ３ 水素ガス ４ 空気 ５ 水 ６ 排水素ガス ７ 排空気 ８ 燃焼ガス ９ 排ガス １０ 気液分離装置 １１ 本体容器 １２ 受入ダクト １３ 中心軸 １４ 旋回翼 １５ ガス送出ダクト １６ 液送出ダクト １７ スライドダクト １８ａ リンクアーム １８ｂ リンクプレート １８ｃ 駆動軸 １９ 制御装置 １９ａ 水素濃度計測センサ １９ｂ 温度計測センサ ２０ 気液分離装置 ２７ 可動翼 ２８ａ 回転軸 ２８ｂ，２８ｃ 歯車 ２８ｄ 駆動軸 ２８ｅ ピニオン ３２ 受入ダクト ３２ａ 受入口 １１０ 燃料電池本体 １１１ エアフィルタ １１２ エアコンプレッサ １１３ 燃料タンク １１４ 燃料ポンプ １１５ ガス化装置 １１６ 改質装置 １１７ 水タンク １１８ 水ポンプ １１９ 燃焼器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大本 節男 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 Ｆターム(参考） 4D031 AC02 AC06 BA01 BA07 BA10 BB01 EA01 5H027 AA02 BA01 KK31 KK41 MM03 MM08

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を含有する気体から当該液体を分離
   する気液分離装置において、 前記気体を受け入れる円筒型をなす受入ダクトと、 前記受入ダクトに連結された本体容器と、 前記受入ダクトに配設され、液体を含有する気体を螺旋
   状に旋回させながら前記本体容器の内部へ送給する旋回
   流形成手段と、 前記受入ダクトと同軸をなすように前記本体容器に連結
   されたガス送出ダクトと、 前記気体からの前記液体の分離量を調整する液体分離量
   調整手段とを備えてなることを特徴とする気液分離装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記旋回流形成手段が、 前記受入ダクト内に配設された旋回翼を備えていること
   を特徴とする気液分離装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記旋回流形成手段が、 前記受入ダクトに連結され、前記気体を当該受入ダクト
   の壁面に沿って螺旋状をなして流通させるように配向さ
   れた受入口であることを特徴とする気液分離装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記液体分離量調整手段が、 前記受入ダクトに対して接近離反できるように前記ガス
   送出ダクトにスライド移動可能に嵌合するスライドダク
   トと、 前記スライドダクトをスライド移動させるスライド移動
   手段とを備えていることを特徴とする気液分離装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、 前記液体分離量調整手段が、 前記旋回流形成手段と前記本体容器との間に配設され、
   前記気体の流通方向に対して起伏可能に支持された可動
   翼と、 前記可動翼を起伏させる起伏手段とを備えていることを
   特徴とする気液分離装置。
6. 【請求項６】 水素を含有する第一のガスの当該水素と
   酸素を含有する第二のガスの当該酸素とを電気化学的に
   反応させることにより発電を行う燃料電池本体と、 前記燃料電池本体から排出された前記第一のガスから水
   を分離する第一のガス用の請求項１から請求項５のいず
   れかの気液分離装置と、 前記燃料電池本体から排出された前記第二のガスから水
   を分離する第二のガス用の請求項１から請求項５のいず
   れかの気液分離装置と、 前記第一のガス用の気液分離装置から送出された前記第
   一のガスと前記第二のガス用の気液分離装置から送出さ
   れた前記第二のガスとを燃焼させる燃焼手段とを備えた
   ことを特徴とする燃料電池発電システム。
7. 【請求項７】 請求項６において、 前記燃料電池本体の負荷量または当該燃料電池本体から
   排出された前記第一のガスの水素濃度に対応して、前記
   燃焼手段に流入する前記第一のガスおよび前記第二のガ
   ス中の水の含有量を調整するように前記第一のガス用お
   よび前記第二のガス用の気液分離装置の前記液体分離量
   調整手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする
   燃料電池発電システム。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記制御手段が、 前記燃料電池本体の負荷が減少したときまたは当該燃料
   電池本体から排出された前記第一のガスの水素濃度が上
   昇したときに、前記燃焼手段に流入する前記第一のガス
   および前記第二のガス中の水の含有量を多くするように
   当該第一のガス用および前記第二のガス用の気液分離装
   置の前記液体分離量調整手段を制御し、 前記燃料電池本体の負荷が増加したときまたは当該燃料
   電池本体から排出された前記第一のガスの水素濃度が低
   下したときに、前記燃焼手段に流入する当該第一のガス
   および前記第二のガス中の水の含有量を少なくするよう
   に前記第一のガス用および前記第二のガス用の気液分離
   装置の前記液体分離量調整手段を制御することを特徴と
   する燃料電池発電システム。
9. 【請求項９】 請求項７または請求項８において、 前記制御手段が、 前記燃焼手段から排出される排ガスの温度に対応して、
   当該燃焼手段に流入する前記第一のガスおよび前記第二
   のガス中の水の含有量を調整するように前記第一のガス
   用および前記第二のガス用の気液分離装置の前記液体分
   離量調整手段をフィードバック制御することを特徴とす
   る燃料電池発電システム。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 前記制御手段が、 前記燃焼手段から排出される前記排ガスの温度が上限の
    規定値を越えたときに、当該燃焼手段に流入する前記第
    一のガスおよび前記第二のガス中の水の含有量を多くす
    るように前記第一のガス用および前記第二のガス用の気
    液分離装置の前記液体分離量調整手段をフィードバック
    制御し、 前記燃焼手段から排出される前記排ガスの温度が下限の
    規定値未満のときに、当該燃焼手段に流入する前記第一
    のガスおよび前記第二のガス中の水の含有量を少なくす
    るように前記第一のガス用および前記第二のガス用の気
    液分離装置の前記液体分離量調整手段をフィードバック
    制御することを特徴とする燃料電池発電システム。