JP2005183020A - 燃料電池の生成水供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アノード排ガスから気液分離器で分離した生成水を電磁バルブやポンプといった電気機器を使用することなく生成水利用部に供給し、装置の大型化や重量の増加、電力の消費を防止すると共に、気液分離器の構成を簡素化するようにした燃料電池の生成水供給装置を提供する。
【解決手段】気液分離器（６４）を、それよりも下方に配置された生成水利用部（カソードガス供給系）に生成水流路（７０）を介して接続すると共に、生成水流路（７０）に下流側が上方に向けて形成された堰き止め部（７０Ａ）を設け、アノード排ガスから分離した生成水（あるいは予め注入した純水）を前記堰き止め部（７０Ａ）の上端（７０ｄ１）に至るまでの生成水流路（７０）に滞留させる一方、滞留量が増加して前記堰き止め部（７０Ａ）の上端（７０ｄ１）を超えて下流（７０ｅ）に流出した生成水を生成水利用部に供給する。
【選択図】図２

Description

この発明は、燃料電池の生成水供給装置に関し、より詳しくは、気液分離器で燃料電池のアノード排ガスから生成水を分離し、加湿器などの生成水利用部に供給する燃料電池の生成水供給装置に関する。

燃料電池から排出されるアノード排ガスには、発電に伴って生成された生成水が含有される。かかる生成水は、気液分離器などによってガス成分と分離された後、カソードガスの加湿器やアノードガスの改質器などに供給され、広く再利用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１９５２０９号公報

気体と液体を分離する気液分離器としては、例えば特許文献２に記載される技術を挙げることができる。特許文献２に記載される気液分離器は、アノード排ガスを燃焼させて得た燃焼ガスから水分を分離するものである。かかる気液分離器は、容器内に燃焼ガスを導入し、そこで凝縮して分離した水分を前記容器の下部空間に滞留させると共に、滞留した水分を容器底面に設けられた開口部から外部に排出することで、構成を簡素化している。
特開平６−５３０１号公報

ところで、気液分離器で分離した生成水を加湿器などの生成水利用部に供給するには、例えば特許文献１に記載されるように、ポンプや電磁バルブを使用することが考えられる。しかしながら、ポンプや電磁バルブといった電気機器を使用すると、構成が複雑となって装置の大型化や重量の増加を招くと共に、それらを駆動するための電力が必要になるという不具合があった。

一方、ポンプや電磁バルブを使用せずに生成水を生成水利用部に供給する構成として、生成水利用部を気液分離器よりも下方に配置し、生成水の水頭圧を利用することが考えられるが、その場合、気液分離器を特許文献２に記載されるような簡素な構成とすることができなかった。特許文献２に記載されるような気液分離器を用いた場合、生成水の滞留量が零になると、容器内に導入されたアノード排ガスが、生成水が通過すべき流路を通って生成水利用部へと排出されてしまうからである。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、アノード排ガスから気液分離器で分離した生成水を電磁バルブやポンプといった電気機器を使用することなく生成水利用部に供給し、装置の大型化や重量の増加、電力の消費を防止すると共に、気液分離器の構成を簡素化するようにした燃料電池の生成水供給装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１にあっては、燃料電池のアノード排ガスを導入してガス成分と生成水に分離する気液分離器と、前記気液分離器をそれよりも下方に配置された生成水利用部に接続する生成水流路とを備え、前記生成水を前記生成水流路を介して前記生成水利用部に供給する燃料電池の生成水供給装置であって、前記生成水流路は、その下流側が重力方向において上方に向けて形成された堰き止め部を備えるように構成した。

また、請求項２にあっては、前記生成水流路に、その内圧を調整する内圧調整口を設けるように構成した。

また、請求項３にあっては、前記気液分離器が、第１の部材と、前記第１の部材に組み付けられる第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材に挟持されるシール部材と、前記シール部材と共に前記第１の部材と前記第２の部材に挟持される気液分離膜とからなるように構成した。

また、請求項４にあっては、前記生成水流路が、逆Ｕ字管であるように構成した。

請求項１にあっては、燃料電池のアノード排ガスを導入してガス成分と生成水に分離する気液分離器と、前記気液分離器とそれよりも下方に配置された生成水利用部を接続する生成水流路とを備え、前記生成水を前記生成水流路を介して前記生成水利用部に供給する燃料電池の生成水供給装置であって、前記生成水流路は、その下流側が重力方向において上方に向けて形成された堰き止め部を備えるように構成した、より詳しくは、アノード排ガスから気液分離器で分離した生成水を、前記堰き止め部の上端に至るまでの生成水流路に滞留させておく一方、滞留量が増加して前記堰き止め部の上端を超えて下流に流出した生成水を前記生成水利用部（例えば、カソードガスの加湿器やアノードガスの改質器など）に供給するように構成したので、気液分離器で分離した生成水を電磁バルブやポンプといった電気機器を使用することなく生成水利用部に供給することができ、よって装置の大型化や重量の増加、電力の消費を防止することができる。

また、生成水を、堰き止め部までの生成水流路に滞留させておくことで、気液分離器に導入されたアノード排ガスが生成水流路を通って生成水利用部へと排出されるのを防止でき、よって気液分離器の構成を簡素化することができる。

また、請求項２にあっては、前記生成水流路に、その内圧を調整する内圧調整口を設けるように構成したので、生成水流路の内圧が負圧となって滞留した生成水が一度に流出してしまうことがない。即ち、生成水の滞留量が零になるのをより確実に防止することができ、よって気液分離器に導入されたアノード排ガスが生成水流路を通って生成水利用部へと排出されるのをより確実に防止することができる。

また、請求項３にあっては、前記気液分離器が、第１の部材と、前記第１の部材に組み付けられる第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材に挟持されるシール部材と、前記シール部材と共に前記第１の部材と前記第２の部材に挟持される気液分離膜とからなるように構成した、即ち、前記第１の部材と前記第２の部材を組み付けるとき、前記第１の部材と前記第２の部材で前記シール部材と前記気液分離膜を挟持し、よって前記シール部材と前記気液分離膜を前記気液分離器に取り付けるように構成したので、上記した効果に加え、気液分離器の構成をより簡素化することができると共に、分解、組み立て作業を容易に行うことができる。

また、請求項４にあっては、前記生成水流路が、逆Ｕ字管であるように構成したので、上記した効果に加え、装置の構成をより簡素化することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る燃料電池の生成水供給装置の最良の実施の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る燃料電池の生成水供給装置を、発電ユニットの一部として示す概略図である。

図１において、符合１０は、この実施例に係る燃料電池の生成水供給装置を備えた発電ユニットを示す。発電ユニット１０は、燃料電池１２や配管類など、発電に必要な要素が携帯自在な大きさにパッケージ化されてなる。

燃料電池１２（具体的には積層体（セルスタック））は、単電池１４（セル）を複数個、具体的には７０個積層して形成され、定格出力１．０５ｋｗを発生する。尚、単電池１４は、電解質膜（固体高分子膜）と、それを挟持するカソード電極（空気極）とアノード電極（燃料極）と、各電極の外側に配置されたセパレータとからなる公知の固体高分子型燃料電池であり、詳しい説明は省略する。

燃料電池１２には、カソードガス供給系２０が接続される。カソードガス供給系２０は、空気を吸引するエアブロワ２２と、エアブロワ２２を燃料電池１２のカソード電極の入口側に接続するカソードガス流路２４ａとを備える。また、カソードガス流路２４ａの途中には、符号２４ｂで示す分岐路が設けられ、かかる分岐路は、冷却ガス流路として燃料電池１２に接続される。即ち、エアブロワ２２で吸引された空気は、酸素を含むカソードガスとして、カソードガス流路２４ａを介して燃料電池１２のカソード電極に供給されると共に、燃料電池１２を冷却する冷却ガスとして、冷却ガス流路２４ｂを介して燃料電池１２に供給される。

また、燃料電池１２には、アノード電極にアノードガス（水素ガス）を供給するアノードガス供給系３０が接続される。アノードガス供給系３０は、水素ガスを高圧で封入したアノードガスボンベ３２と、アノードガスボンベ３２を燃料電池１２に接続するアノードガス流路３４ａ〜３４ｄと、それらの途中に配置された後述する各要素とからなる。

アノードガスボンベ３２は、手動のボンベバルブ３６を介してレギュレータ３８に接続され、レギュレータ３８は、第１のアノードガス流路３４ａを介してエジェクタ４０に接続される。第１のアノードガス流路３４ａの途中には、メインバルブ４２（手動弁）が配置される。また、第１のアノードガス流路３４ａには、メインバルブ４２をバイパスする第２のアノードガス流路３４ｂが接続され、第２のアノードガス流路３４ｂの途中には、第１の電磁バルブ４４と第２の電磁バルブ４６が配置される。

エジェクタ４０は、第３のアノードガス流路３４ｃを介してアノード電極の入口側に接続されると共に、第４のアノードガス流路３４ｄを介してアノード電極の出口側に接続される。

燃料電池１２には、さらに、カソード排ガス（使用後のカソードガス）を排出するためのカソードガス排出系５０が接続される。カソードガス排出系５０は、カソード電極の出口側に接続されたカソード排ガス流路５２ａを備えると共に、カソード排ガス流路５０ａの途中には、符号５２ｂで示す分岐路が設けられ、かかる分岐路は、冷却排ガス（使用後の冷却ガス）の流路として燃料電池１２に接続される。

また、燃料電池１２は、発電によって生成された生成水をアノード電極からパージするパージ系６０を備える。パージ系６０は、一端がエジェクタ４０に接続されたアノード排ガス流路６２と、アノード排ガス流路６２の他端に接続された気液分離器６４と、アノード排ガス流路６２の途中に配置された第３の電磁バルブ６６とを備える。

気液分離器６４は、生成水流路７０を介して前記したカソードガス供給系２０（具体的には、そのうちのカソードガス流路２４ａ）に接続されると共に、ガス成分還流路７２を介して前記したアノードガス供給系３０（具体的には、そのうちの第３のアノードガス流路３４ｃ）に接続される。

燃料電池１２の出力端子１２ｔには、出力回路１００が接続される。出力回路１００は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０２およびリレー１０４を介して図示しない外部機器に接続されると共に、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０６を介してＥＣＵ１１０（電子制御ユニット）に接続される。ＥＣＵ１１０には、外部からオン・オフ自在な運転スイッチ１１２が接続されると共に、前記したリレー１０４や図示しない電圧センサなどが接続される。

次いで、上記した構成を前提に燃料電池１２の発電動作について説明する。

アノードガスボンベ３２に封入された高圧の水素は、ボンベバルブ３６が手動で開弁されることによってレギュレータ３８に供給される。レギュレータ３８で減圧、調圧されたアノードガスは、メインバルブ４２が手動で操作（開弁）されることによって第１のアノードガス流路３４ａを介してエジェクタ４０に供給され、さらに第３のアノードガス流路３４ｃを介して燃料電池１２のアノード電極に供給される。尚、図１に示す第１から第３の電磁バルブ４４，４６，６６は、いずれもノーマル・クローズ型の電磁バルブ（非通電時に閉弁し、通電時に開弁する電磁バルブ）であり、燃料電池１２の非運転時は全て閉弁されているものとする。

燃料電池１２の各単電池１４では、アノード電極に供給されたアノードガスがカソード電極に存在するカソードガスと電気化学反応を生じることにより、発電が開始される。尚、アノード電極から排出されたアノード排ガスは、第４のアノードガス流路３４ｄを介してエジェクタ４０に還流され、第３のアノードガス流路３４ｃを介して再度アノード電極に供給されて再利用される。

燃料電池１２の発電が開始されると、その電力は出力回路１００に設けられた第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０６で適宜な大きさの直流電圧に変換された後、ＥＣＵ１１０に動作電源として供給される。

電力の供給を受けて起動させられたＥＣＵ１１０は、第１の電磁バルブ４４と第２の電磁バルブ４６を開弁し、第２のアノードガス流路３４ｂを介してアノードガスを燃料電池１２に供給すると共に、エアブロワ２２を動作させる。

エアブロワ２２で吸引された空気は、カソードガスあるいは冷却ガスとして燃料電池１２に供給される。燃料電池１２に供給されたカソードガスは、電気化学反応に供された後、カソード排ガス流路５２ａを介して燃料電池１２の外部へと排出される。また、燃料電池１２においてその冷却に供された冷却ガスは、冷却排ガス流路５２ｂを介して燃料電池１２の外部へと排出される。

尚、ＥＣＵ１１０が起動して第１の電磁バルブ４４と第２の電磁バルブ４６が開弁されると、メインバルブ４２を手動で操作する必要がなくなる。このため、ＥＣＵ１１０は、燃料電池１２の発電が開始されてＥＣＵ１１０が起動したこと、換言すれば、外部機器への電力供給の準備が整ったことを、音声や表示などの適宜な報知手段（図示せず）を介して操作者に報知する。

そして、外部機器への電力供給の準備が整ったことを知った操作者によって運転スイッチ１１２が手動で操作（オン）されると、ＥＣＵ１１０は、出力回路１００に設けられたリレー１０４を動作させて第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０２と外部機器を導通させる。これにより、燃料電池１２で発電された電力は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０２で適宜な大きさの直流電圧に変換された後、リレー１０４を介して外部機器へと供給される。

また、ＥＣＵ１１０は、電圧センサの出力などに基づいて第３の電磁バルブ６６を動作させ、発電によって生成された生成水のパージを実行する。具体的には、電圧センサの検出値が所定値以下に低下したとき、アノード排ガス流路６２に配置された第３の電磁バルブ６６を開弁する。

これにより、生成水を含有するアノード排ガスは、第４のアノード流路３４ｄ、エジェクタ４０、アノード排ガス流路６２を通過して気液分離器６４に導入され、そこで生成水とガス成分（未反応の水素ガスなど）とに分離される。アノード排ガスから分離された生成水は、生成水流路７０を介してカソードガス供給系２０のカソードガス流路２４ａに供給され、カソードガスを加湿する。即ち、カソードガス供給系２０が、生成水利用部となる。また、アノード排ガスから生成水が分離された後の残余のガス成分は、ガス成分還流路７２を介してアノードガス供給系３０の第３のアノードガス流路３４ｃに供給され、アノードガスとして再利用される。

図２は、気液分離器６４と生成水流路７０などを示す拡大断面図である。尚、この明細書において、上方、下方、あるいは上端や下端などの上下関係を示す記載は、全て重力方向における上下関係を表すものとする。

図２に示すように、気液分離器６４は、底面（下面）が開口された上部部材６４ａ（第１の部材）と、上面が開口された下部部材６４ｂ（第２の部材）とに分割された２分割構造とされ、外観視において略円柱状を呈する。また、気液分離器６４は、オーリング（シール部材）６４ｃと、気液分離膜６４ｄを備える。尚、気液分離膜６４ｄは、気体は通過させ、液体は通過させない公知の多孔質膜からなる。

下部部材６４ｂの上端（開口端）付近には、下部部材６４ｂの内周方向に突出する台座部６４ｂ１が全周にわたって形成される。台座部６４ｂ１の上面には、下部部材６４ｂの内面に沿うように凹部６４ｂ２が全周にわたって形成される。また、下部部材６４ｂの外面には、バックル６４ｂ３が複数個設けられる。

一方、上部部材６４ａの下端（開口端）付近には、前記凹部６４ｂ２に対峙する凸部６４ａ１が全周にわたって形成される。また、上部部材６４ａの外面には、前記したバックル６４ｂ３が係止されるべきフック６４ａ２が複数個設けられる。

気液分離膜６４ｄは、下部部材６４ｂの上端の内径と同径あるいは略同径の円形に形成され、その縁部６４ｄ１は前記凹部６４ｂ２の直上に配置される。また、オーリング６４ｃは、気液分離膜の縁部６４ｄ１の直上に配置される。

上部部材６４ａと下部部材６４ｂは、上部部材６４ａに設けられたフック６４ａ２に、下部部材６４ｂに設けられたバックル６４ｂ３を係止させることにより、互いに隙間なく組み付けられる。

このとき、気液分離膜の縁部６４ｄ１は、その直上に配置されたオーリング６４ｃと共に、上部部材に形成された凸部６４ａ１と下部部材に形成された凹部６４ｂ２によって挟持される。これにより、気液分離器６４にオーリング６４ｃと気液分離膜６４ｄが取り付けられ、気液分離器６４の内部空間が、それぞれ気密に保たれた上部空間６４Ａと下部空間６４Ｂとに分割される。

このように、この実施例に係る気液分離器６４にあっては、上部空間６４Ａを形成する上部部材６４ａと、上部部材６４ａに組み付けられて下部空間６４Ｂを形成する下部部材６４ｂと、前記上部部材６４ａと下部部材６４ｂに挟持されるオーリング６４ｃと、オーリング６４ｃと共に上部部材６４ａと下部部材６４ｂに挟持される気液分離膜６４ｄからなるようにしたので、気液分離器６４の構成が簡素であり、その分解、組み立て作業を容易に行うことができる。

気液分離器６４の説明を続けると、下部部材６４ｂの側面には、第１の開口部６４ｂ４が穿設される。第１の開口部６４ｂ４には、前記したアノード排ガス流路６２が接続される。即ち、気液分離器の下部空間６４Ｂには、アノード排ガスの導入口が設けられる。また、下部部材６４ｂの底面（下面）には、第２の開口部６４ｂ５が穿設され、第２の開口部６４ｂ５には、前記した生成水流路７０が接続される。即ち、気液分離器の下部空間６４Ｂにおいて前記第１の開口部６４ｂ４よりも下方には、生成水の排出口が設けられる。

生成水流路７０は、図示の如く、逆Ｕ字管からなる。生成水流路７０の構造について具体的に説明すると、生成水流路７０は、第２の開口部６４ｂ５に連続し、下流側が下方に向けて形成された第１の部位７０ａと、第１の部位７０ａに屈曲して連続し、下流側が水平方向に向けて形成された第２の部位７０ｂと、第２の部位７０ｂに屈曲して連続し、下流側が上方に向けて形成された第３の部位７０ｃと、第３の部位７０ｃに屈曲して連続し、上流側から下流側にかけて上方に突出する円弧状に形成された第４の部位７０ｄと、第４の部位に屈曲して連続し、下流側が下方に向けて形成された第５の部位７０ｅとからなる。尚、第５の部位７０ｅの下流には、気液分離器６４よりも下方に配置された生成水利用部（カソードガス供給系２０）が接続される。

ここで、第４の部位７０ｄについて詳説すると、第４の部位７０ｄは、図示の如く、気液分離器６４の第２の開口部６４ｂ５よりも上方に形成される。より具体的には、第４の部位７０ｄは、その底面の頂部７０ｄ１が第２の開口部６４ｄ５よりも上方で、かつ、前記した第１の開口部６４ｂ４よりも下方に位置するように形成される。また、第４の部位７０ｄの内径は、第１から第４の部位７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｅの内径よりも大きく形成される。

さらに、第４の部位７０ｄの上面の頂部７０ｄ２（管路の上面で最も上方に位置する部位）には、生成水流路７０の内圧を調整するための内圧調整口７０ｄ３が穿設され、内圧調整口７０ｄ３には、封止膜７０ｄ４が取り付けられる。封止膜７０ｄ４は、気液分離膜６４と同様に、気体は通過させるが液体は通過させない公知の多孔質膜からなる。即ち、第４の部位７０ｄの内部空間は、封止膜７０ｄ４を介して大気開放される。

一方、上部部材６４ａの上面には、第３の開口部６４ａ３が穿設される。第３の開口部６４ａ３には、前記したガス成分還流路７２が接続される。即ち、気液分離器の上部空間６４Ａには、ガス成分の排出口が設けられる。

次いで、上記した構成を前提に、生成水利用部に生成水が供給されるまでの行程について説明する。

先ず、発電ユニット１０の運転を開始する前に、気液分離器６４のバックル６４ｂ３とフック６４ａ２の係止を解除して下部部材６４ｂと上部部材６４ａを分割し、さらにオーリング６４ｃと気液分離膜６４ｄを取り外す。

そして、気液分離器の下部空間６４Ｂに純水を所定量注入する。下部空間６４Ｂに純水を注入すると、純水は、生成水流路７０の第１の部位７０ａから第２の部位７０ｂへと流入した後、下流側が上方に向けて形成された第３の部位７０ｃから第４の部位の底面の頂部７０ｄ１までの管路に堰き止められ、その流出が阻止される。以下、下流側が上方（より詳しくは、水平方向より上方）に向けて形成された第３の部位７０ｃから第４の部位の底面の頂部７０ｄ１までの管路を「堰き止め部７０Ａ」という。上記した所定量は、この堰き止め部７０Ａの上端（即ち、第４の部位の底面の頂部７０ｄ１）まで純水で満たされる量に設定される。尚、所定量の純水を目視で容易に注入できるように、気液分離器の下部部材６４ｂの内面において、堰き止め部７０Ａの上端と同じ高さの部位に印を付しておくと良い。

次いで、発電ユニット１０の運転を開始した後、所定のタイミングで前記した第３の電磁バルブ６６を開弁することにより、アノード排ガス流路６２と第１の開口部６４ｂ４を介してアノード排ガスを気液分離器の下部空間６４Ｂに導入する。下部空間６４Ｂに導入されたアノード排ガスは、堰き止め部７０Ａの上端に至るまでの生成水流路７０に純水が満たされていることから、気液分離膜６４ｄへと流れる。

このとき、アノード排ガスに含有された生成水は、気液分離膜６４ｄを通過することなく下部空間６４Ｂに滞留させられる。生成水の滞留量が増加すると、生成水（発電ユニット１０の運転開始初期にあっては予め注入しておいた純水）が堰き止め部７０Ａの上端を超えて第５の部位７０ｅへと流出し、生成水利用部に供給される。

尚、気液分離膜６４ｄを通過したガス成分は、上部空間６４Ａ、第３の開口部６４ａ３およびガス成分還流路７２を介して気液分離器６４の外部、即ち、前記した第３のアノードガス流路３４ｃへと流入させられる。

このように、この実施例にあっては、気液分離器６４を、それよりも下方に配置された生成水利用部（カソードガス供給系２０）に生成水流路７０を介して接続すると共に、生成水流路７０に下流側が上方に向けて形成された堰き止め部７０Ａを設け、アノード排ガスから分離した生成水（あるいは予め注入した純水）を前記堰き止め部７０Ａの上端に至るまでの生成水流路７０に滞留させる一方、滞留量が増加して前記堰き止め部７０Ａの上端を超えて下流に流出した生成水を生成水利用部に供給するようにしたので、電磁バルブやポンプといった電気機器を使用することなく生成水利用部に生成水を供給することができる。

また、堰き止め部７０Ａの上端に至るまでの生成水流路７０に生成水を滞留させておくことにより、気液分離器６４に導入されたアノード排ガスが生成水流路７０を通って生成水利用部へと排出されるのを防止することができる。

ところで、堰き止め部７０Ａの下流が負圧になると、滞留した生成水が一度に生成水利用部に流出しまい、生成水の滞留量が零（あるいは生成水流路７０のいかなる部位も満たすことのできない僅かな水量）になるおそれがある。生成水の滞留量が零（あるいは上記した僅かな水量）になると、気液分離器の下部空間６４Ｂに導入されたアノード排ガスが生成水流路７０を通って生成水利用部に排出されるという不具合が生じる。

しかしながら、この実施例にあっては、生成水流路の第４の部位７０ｄ（即ち、堰き止め部７０Ａの下流）に生成水流路７０の内圧を調整する（具体的には、大気開放させて生成水流路７０の内圧を大気圧に保つ）内圧調整口７０ｄ３を形成するようにしたので、生成水流路７０の内圧が負圧となって滞留した生成水が一度に流出してしまうのを防止できる。即ち、生成水の滞留量が零（あるいは上記した僅かな水量）になるのを防止できることから、気液分離器６４に導入されたアノード排ガスが生成水流路７０を通って生成水利用部へと排出されるのを防止することができる。また、内圧調整口７０ｄ３が形成される第４の部位７０ｄの内径を他の部位の内径よりも大きくしたことから、流出した生成水によって内圧調整口７０ｄ３が覆われてその機能が低下するのを防止できるため、生成水が一度に流出してしまうのをより一層効果的に防止することができる。

尚、図２では、気液分離器６４の下部空間６４ｂに滞留した生成水の水面と、堰き止め部７０Ａに堰き止められた生成水の水面を同じ高さで示しているが、気液分離器６４の内圧と堰き止め部７０Ａの下流の圧力関係によっては水面の高さが一致しない場合も考えられる。また、気液分離器６４に導入されたアノード排ガスによって下部空間６４ｂの内圧が大きく上昇した場合には、滞留した生成水が押し出しされて生成水利用部へ流出する可能性がある。従って、堰き止め部７０Ａの高さや気液分離器６４の大きさ（生成水の滞留量）は、気液分離器６４や生成水流路７０の接続先の構成、ならびに燃料電池１２の大きさ（具体的には、発電量に応じた各気体や生成水の流量）などに応じて適宜設定すべきである。

このように、この発明の第１実施例にあっては、気液分離器６４を、それよりも下方に配置された生成水利用部に生成水流路７０を介して接続すると共に、生成水利用部７０に下流側が上方に向けて形成された堰き止め部７０Ａを設け、気液分離器６４で分離した生成水を、前記堰き止め部７０Ａの上端に至るまでの生成水流路７０に滞留させておく一方、滞留量が増加して前記堰き止め部７０Ａの上端を超えて下流（第５の部位７０ｅ）に流出した生成水を生成水利用部に供給するようにしたので、気液分離器６４で分離した生成水を電磁バルブやポンプといった電気機器を使用することなく生成水利用部に供給することができ、よって装置の大型化や重量の増加、電力の消費を防止することができる。

また、生成水を、前記堰き止め部７０Ａの上端に至るまでの生成水流路７０に滞留させておくことで、気液分離器６４に導入されたアノード排ガスが生成水流路７０を通って生成水利用部へと排出されるのを防止でき、よって気液分離器６４の構成を簡素化することができる。さらに、生成水流路７０の内圧を調整する内圧調整口７０ｄ３を設けるようにしたので、生成水流路７０の内圧が負圧となって滞留した生成水が一度に流出してしまうことがない。即ち、生成水の滞留量が零になるのをより確実に防止することができ、よって気液分離器６４に導入されたアノード排ガスが生成水流路７０を通って生成水利用部へと排出されるのをより確実に防止することができる。

また、気液分離器６４が、上部部材６４ａと、前記上部部材６４ａに組み付けられる下部部材６４ｂと、それらに挟持されるオーリング６４ｃと気液分離膜６４ｄとからなるように構成した、即ち、上部部材６４ａと下部部材６４ｂを組み付けるとき、それらでオーリング６４ｃと気液分離膜６４ｄを挟持し、よってオーリング６４ｃと気液分離膜６４ｄを気液分離器６４に取り付けるようにしたので、気液分離器の構成をより簡素化することができると共に、分解、組み立て作業を容易に行うことができる。

また、生成水流路７０を逆Ｕ字管としたので、装置の構成をより簡素化することができる。

以上の如く、この発明の第１実施例にあっては、燃料電池（１２）のアノード排ガスを導入してガス成分と生成水に分離する気液分離器（６４）と、前記気液分離器（６４）とそれよりも下方に配置された生成水利用部（カソードガス供給系２０）を接続する生成水流路（７０）とを備え、前記生成水を前記生成水流路（７０）を介して前記生成水利用部（２０）に供給する燃料電池の生成水供給装置であって、前記生成水流路（７０）は、その下流側が重力方向において上方に向けて形成された堰き止め部（７０Ａ）を備えるように構成した。

また、前記生成水流路（７０）に、その内圧を調整する内圧調整口（７０ｄ３）を設けるように構成した。

また、前記気液分離器（６４）が、第１の部材（上部部材６４ａ）と、前記第１の部材（６４ａ）に組み付けられる第２の部材（下部部材６４ｂ）と、前記第１の部材（６４ａ）と前記第２の部材（６４ｂ）に挟持されるシール部材（オーリング６４ｃ）と、前記シール部材（６４ｃ）と共に前記第１の部材（６４ａ）と前記第２の部材（６４ｂ）に挟持される気液分離膜（６４ｄ）とからなるように構成した。

また、前記生成水流路（７０）が、逆Ｕ字管であるように構成した。

尚、上記において、生成水利用部をカソードガス供給系２０とし、生成水をカソードガス流路２４ａに直接供給するようにしたが、加湿器を設け、そこに供給するようにしても良い。また、アノードガスを改質して得る場合には、生成水を改質器に供給しても良いし、水分を利用する他の機器に供給するようにしても良い。

また、アノード排ガスから分離したガス成分を再度燃料電池１２に供給し、アノードガスとして再利用するようにしたが、燃焼器に供給して燃焼させるなどしても良い。

また、生成水流路７０を逆Ｕ字状としたが、生成水を滞留させる堰き止め部が形成されれば良く、例えば、逆Ｖ字状やコの字を左廻りに９０度回転させた形状など、他の形状であっても良い。

また、気液分離器６４を構成する上部部材６４ａと下部部材６４ｂの間にオーリング６４ｃを介挿するようにしたが、他のシール部材を用いても良い。

この発明の第１実施例に係る燃料電池の生成水供給装置を発電ユニットの一部として示す概略図である。 図１に示す気液分離器と生成水流路などの拡大断面図である。

符号の説明

１２ 燃料電池
２０ カソードガス供給系（生成水利用部）
６４ 気液分離器
６４ａ 上部部材（第１の部材）
６４ｂ 下部部材（第２の部材）
６４ｃ オーリング（シール部材）
６４ｄ 気液分離膜
７０ 生成水流路
７０Ａ 堰き止め部
７０ｄ３ 内圧調整口

Claims (4)

1. 燃料電池のアノード排ガスを導入してガス成分と生成水に分離する気液分離器と、前記気液分離器をそれよりも下方に配置された生成水利用部に接続する生成水流路とを備え、前記生成水を前記生成水流路を介して前記生成水利用部に供給する燃料電池の生成水供給装置であって、前記生成水流路は、その下流側が重力方向において上方に向けて形成された堰き止め部を備えることを特徴とする燃料電池の生成水供給装置。
2. 前記生成水流路に、その内圧を調整する内圧調整口を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池の生成水供給装置。
3. 前記気液分離器が、第１の部材と、前記第１の部材に組み付けられる第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材に挟持されるシール部材と、前記シール部材と共に前記第１の部材と前記第２の部材に挟持される気液分離膜とからなることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池の生成水供給装置。
4. 前記生成水流路が、逆Ｕ字管であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池の生成水供給装置。
   

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