JP2010231903A

JP2010231903A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP2010231903A
Application number: JP2009075367A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Kumagai; 知也熊谷; Hiroshi Yamamoto; 広山本; Minoru Shibasawa; 実柴沢; Ryoji Hara; 良次原
Original assignee: Toshiba Home Technology Corp
Current assignee: Toshiba Home Technology Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP5239994B2

Abstract

【課題】酸化反応を阻害することがない燃料電池装置を提供する。
【解決手段】気体の電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、ＣＯシフト反応器４から送り出される燃料ガスの温度を例えば下げるように変え、その燃料ガス中に含まれる水蒸気を凝縮する熱交換器６と、この熱交換器６の後段に設けられ、液体としての水である凝縮水と、気体としての燃料ガスであるガスとを分離する分離器たる気液分離器７とを、酸化器であるＣＯ選択酸化器８の前段に設け、これらの熱交換器６と気液分離器７とにより凝縮水を排水して、凝縮水を含まない燃料ガスをＣＯ選択酸化器８に送り出す構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置に関する。

近年、新発電システムの一つとして、例えば特許文献１や特許文献２に開示されるように、発電が容易な燃料電池装置が考えられている。こうした燃料電池装置は、酸化器と、気体の電気化学反応により発電を行なう燃料電池などを、基本的な構成として備えている。また、上記基本的な構成において、各々の構成要素を円滑に動作させるために、改質装置や、燃料電池に送る水中の不要物を除去する浄化体や、イオン交換体などの、さまざまな補助機器が配置されている。

特開平３−１０８２６６号公報特開２００８−２７７３０８号公報

しかし、上記構成において、酸化器に導入する気体は所定温度まで温度を変える必要があり、気体に含まれる蒸気の凝縮によって、凝縮水が発生する。この凝縮水が酸化器に流入すると、酸化反応を阻害して、一酸化炭素を十分に除去していない気体が燃料電池に供給されるから、当該凝縮水を排出する必要が生じる。また、気体の取出しと、酸化反応のための気体の取入れが必要なため、複雑な配管を必要とし、配管コストの増加と組立性の著しい悪化をもたらすという問題点を有していた。

また、イオン交換体が収納体内部に収納され、収納体に配置された蓋にメッシュ部を設けており、メッシュ部からの水を収納体内のイオン交換体に接触または通過させることで、水中の不要物を除去している。前記メッシュ部には水中の不要物を除去する浄化体としての機能を有することから、少量の不要物でもメッシュ部に確実に蓄積され、当該メッシュ部に詰まりが発生するという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑み、酸化反応を阻害することがなく、さらには配管に関するコストの低減を図ると同時に、組立性を犠牲にすることなく小型化が実現可能な燃料電池装置を提供することを、その第１の目的とする。

また、本発明の第２の目的は、メッシュ部の目詰まり発生を防止すると共に、組立が容易で、組立後の外れを防止できる燃料電池装置を提供することにある。

本発明の請求項１における燃料電池装置では、気体を熱交換器によって温度変更を行ない、この熱交換器で凝縮された水が分離器で分離および排出され、凝縮水を含まない気体が酸化器に導入される。したがって、酸化器に水が浸入して酸化反応を阻害するのを防止できる。

本発明の請求項２における燃料電池装置では、分離器に導入された凝縮水と気体は、所定方向に導かれる過程で凝縮水だけが所定方向に流れ、気体だけが前記所定方向と異なる方向に排出され、酸化器に送り出される。よって、酸化器に水が浸入して酸化反応を阻害するのを確実に防止できる。

本発明の請求項３における燃料電池装置では、気液分離後の気体の流路に、脱硫反応用の気体出口と、酸化反応用の気体入口とを一体に備えたことで、複雑な配管が不要になって簡素化され、配管コストの低減と組立性の向上が可能になると共に、小型化が可能になる。

本発明の請求項４における燃料電池装置では、浄化体に設けたメッシュによって、収納体と共に浄化体を液体などの流路とすることができる。また、浄化体を蓋に収納してなる浄化装置には、蓋に設けられるメッシュ部の他に、浄化体のメッシュが設けられるので、メッシュ部における目詰まり発生を防止できる。さらに、浄化体を蓋に収納するだけの簡単な組立ができると共に、浄化装置を収納体に組立てた後は、収納体の止め部が浄化装置の外れ止めとして機能し、当該浄化装置ひいては蓋の外れを防止できる。

本発明の請求項１によれば、酸化反応を阻害することがない燃料電池装置を提供できる。

本発明の請求項２によれば、酸化器に水が浸入して酸化反応を阻害するのを確実に防止することが可能な燃料電池装置を提供できる。

本発明の請求項３によれば、配管に関するコストの低減を図ると同時に、組立性を犠牲にすることなく小型化が実現可能な燃料電池装置を提供できる。

本発明の請求項４によれば、メッシュ部の目詰まり発生を防止すると共に、組立が容易で、組立後の外れを防止できる燃料電池装置を提供できる。

本発明の燃料電池装置の詳細な説明図である。同上、燃料電池装置の概略を示すブロック構成図である。同上、燃料電池装置の外観を示す斜視図である。同上、気液分離器の外観斜視図である。同上、気液分離器の内部構造を示す図４のＡ−Ａ線断面図である。同上、浄化装置の分解斜視図である。同上、浄化装置の要部断面図である。

以下、本発明における燃料電池装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本装置の構成を示す図１において、１は燃料ガスを昇圧する昇圧ブロアで、この昇圧ブロア１の吐出口には活性炭などからなる脱硫器２が接続される。また脱硫器２の出口には、触媒からなる改質部とこの改質部を加熱するバーナー部とにより構成される改質器３の入口が接続され、改質器３の出口には、触媒からなるＣＯシフト反応器４の入口が接続される。さらに、反応器たるＣＯシフト反応器４の出口は、ポンプたる循環ポンプ５の出口からの冷水を冷媒とした熱交換器６の入口に接続され、当該熱交換器６の出口は気液分離器７を介して、触媒からなるＣＯ選択酸化器８の入口に接続される。酸化器たるＣＯ選択酸化器５の出口は燃料電池９のアノード１０に接続され、アノード１０の出口は改質器３のバーナー部に接続される。

燃料電池９は、触媒を担持した電極としてのアノード１０とカソード１１との間に、固体高分子からなる電解質膜１２を挟持すると共に、アノード７およびカソード８のそれぞれに燃料ガスや空気を送り込むための流路を形成したセパレータ（図示せず）を備えて構成される。また１４は、空気供給装置としての空気ブロアで、これは燃料電池９のカソード１１へ接続され、他に別な空気供給装置であるバーナー空気ブロア１５が、改質器３のバーナー部へ接続され、さらに別な他の空気供給装置である選択酸化空気ブロア１６が、気液分離器５を介してＣＯ選択酸化器８へそれぞれ接続される。これらの各空気ブロア１４，１５，１６は、空気浄化装置１７を介して吸気している。

燃料電池９を構成するカソード１１のガス口すなわちカソード排気ガスの出口は、熱回収装置としての排熱利用熱交換器２１のガス口に接続される。また、排熱利用熱交換器２１には、フィルター（孔径１ミクロン）などからなる浄化装置２２と、イオン交換樹脂からなるイオン交換装置２３と、水ポンプ２４が順次接続される。水ポンプ２４の吐出口は２方向に分岐され、一方の吐出口は燃料電池９のアノード１０に接続され、他方の吐出口は水蒸気発生用熱交換器２５を経由して、改質器３の入口に接続される。

改質器３を構成するバーナー部の燃焼排気ガスの出口は、水蒸気発生用熱交換器２５の入口に接続される。そして、この改質器３のバーナー部からの燃焼排気ガスは、水蒸気発生用熱交換器２５を経由して燃料電池９のカソード１１のガス口に接続されることで、燃料電池９からのカソード排気ガスと共に、排熱利用熱交換器２１に送り出されるようになっている。

２７は市水の流入量を制御する電磁弁で、その出口は前記熱交換器６と排熱利用熱交換器２１とを順次経由し、熱利用外部機器である貯湯槽２８の温水入口２９と、放熱装置（クーリングモジュール）３０の温水入口３１にそれぞれ接続される。また３２は、貯湯槽２８の温水出口である。そして、貯湯槽２８の冷水出口３３と放熱装置３０の冷水出口３４は、三方弁３５を経由して循環ポンプ５の入口に接続され、循環ポンプ５の出口は熱交換器６を経由して排熱利用熱交換器２１に接続される。放熱装置３０には放熱用ファン３６が設けられており、放熱装置３０に導入された温水を外部から取り込んだ空気の強制対流により冷却し、冷水として冷水出口３４より排出するようになっている。さらに３７は、図３に示す燃料電池装置の外郭たるパッケージ３８内の空気を強制対流で外部に放出する送風装置としての換気ファンである。

その他、この図１には図示していないが、後に図２において示すように、ガス，空気および水の流れや温度を制御するためのセンサー，コントローラおよび開閉器（例えば電磁弁）などの補助機器４１や、燃料電池９で得た直流発電電力を交流電力に変換するインバータ４２や、装置の運転を制御する制御装置（図示せず）なども、本装置内に配置・接続される。

図２に装置全体の概略構成を表しており、４３は天然ガスなどの燃料ガス（原燃料）から水素ガスを生成する改質装置であり、この改質装置４３は図１に示す昇圧ブロア１、脱硫器２、改質器３、ＣＯシフト反応器４、熱交換器６、気液分離器７、ＣＯ選択酸化器８、水蒸気発生用熱交換器２５などから構成されるものである。

酸化剤ガスとしての酸素（空気）を供給する空気供給装置としての空気ブロワ１４からの酸素と改質装置４３からの水素ガスが、燃料電池９により電気化学反応を起こし、燃料電池９内で発電を行なうようになっている。また４２は、燃料電池９で発生した電気エネルギー（直流電力）を商用電圧・周波数の交流電力に変換する電力変換装置としてのインバータである。改質装置４３や燃料電池９で発生する熱（排ガス）は回収装置すなわち熱回収装置である排熱利用熱交換器２１により回収され、交換器である熱交換器（図示せず）に接続可能な外部の熱利用機器である例えば温水器としての貯湯槽２８や床暖房機器などの熱利用外部機器に供給される。その他、これらの各構成要素を円滑に動作させるために、例えばポンプや、電磁弁や、これらのポンプおよび電磁弁などを制御する制御器としてのコントローラなどの補助機器４１が設けられている。

図４および図５は、上記気液分離器７を示したものである。気液分離器７は前述したように、熱交換器６とＣＯ選択酸化器８との間に接続され、熱交換器６が燃料ガスを冷却することで得られる凝縮水を、ここで排水する機構が設けられている。具体的には、ここでの気液分離器７は、上下方向に連通して延びる直線状の本管５１と、一端が本管５１の上部側面に接続され、選択酸化空気ブロア１６からの選択酸化反応用の空気を取入れるために、開口した取入口５２Ａを他端に有する直線状の第１の分岐管５２と、一端が本管５１の略中央側面に接続され、熱交換器６からの凝縮水と燃料ガスの混合流体を取入れるために、開口した取入口５３Ａを他端に有する直線状の第２の分岐管５３と、一端が前記取入口５３Ａとは別の周方向に位置して、本管５１の略中央側面に接続され、脱硫器２への脱硫反応用ガスを取出すために、開口した取出口５４Ａを他端に有するＬ字状に屈曲した第３の分岐管５４とにより構成される。また本管５１の内部には、第２の分岐管５３の他端を囲うように、断面がＬ字状をなす分離片５５が形成される。この分離片５５は、本管５１の内部において、第２の分岐管５３の他端に連通して下方を開口した導流路５６を部分的に形成しており、導流路５６の下端が本管５１内の他の部分である上下方向の流路５７と連通している。

さらに、本管５１の一端すなわち下端には、本管５１内で分離した凝縮水の出口５８が開口形成され、本管５１の他端すなわち上端には、本管５１内で分離した燃料ガスの出口５９が開口形成される。出口５８は浄化装置２２の入口に連通接続すると共に、出口５９はＣＯ選択酸化器８の入口に連通接続する。

次に、上記実施例における浄化装置２２およびイオン交換装置２３について、添付の図６および図７を参照しながら、その構造をさらに詳しく説明する。ここでは、多数の開口を有するメッシュ体６１と、このメッシュ体６２を保持する保持体６３と、別な多数の開口を有するメッシュ体６４を保持する内蓋６５とにより、前述した水が通過する浄化装置２２を構成する一方で、図示しないイオン交換樹脂と、このイオン交換樹脂を充填する中空円筒状のカラム６６とにより、浄化装置２２に連結したイオン交換装置２３を構成している。筒状体としてのカラム６６は、円筒以外の形状でもよい。

前記保持体６３はメッシュ体６２を囲むように略円環状をなし、その外周部には内蓋６５に係脱する弾性変形可能な爪７１が複数箇所設けられる。この爪７１に対応して、内蓋６５の下部には鍔状の嵌合部７２が形成されると共に、内蓋６５がカラム６６の一端を塞いだ時に、当該カラム６６の上端に当接するフランジ７３が、内蓋６５の中間部に形成される。さらにフランジ７３の上方に突出して、内蓋６５の上部にはメッシュ体６４を装着するためのキャップ状の装着部７４が形成される。

ここでは、内蓋６５に従来の浄化部としてのメッシュ体６４を持たせ、これとは別部品である保持体６３の爪７１を内蓋６５の嵌合部７２に圧入嵌合して、２つのメッシュ体６２，６４を有する浄化装置２２としての組立が行なわれる。保持体６３の爪７１を内蓋６５の嵌合部７２に圧入するだけで、メッシュ体６４を有する内蓋６５に対する保持体６３の位置決めがなされ、メッシュ体６２を含む保持体６３の芯ずれを防止できる。

また、浄化装置２２の組立後において、カラム６６の内壁面に保持体６３の爪７１を挿入して、浄化装置２２をイオン交換装置２３に装着する際に、前記カラム６６が爪７１の止め部すなわち開き止めとなるような形状を有することが望ましい。本実施例では、爪７１の外面に当接して、この爪７１の外方への開きを規制するカラム６６の内壁面が上記止め部に相当し、それにより組立後における浄化装置２２の外れを防止できる。爪７１の弾性に抗して、内蓋６５のフランジ７３がカラム６６の一端に当接する位置にまで、カラム６６の一側から浄化装置２２を挿入することで、イオン交換装置２３に対する浄化押す地２２の組立が完了する。このとき、カラム６６の内壁面が爪７１を外側から押圧して、組立後に浄化装置２２がカラム６６から外れるのを防止できる。また、内蓋６５をカラム６６に組立てた後は、内蓋６５のメッシュ体６４から保持体６３のメッシュ体６２を経てカラム６６に至る流路７５が形成される。

なお、本実施例におけるメッシュ体６２，６４のメッシュ径（オープニング幅）は、何れも１５５μｍである。これは、従来構造のメッシュ体６４だけのものに比べて、別なメッシュ体６２が増えることで、約２８倍の開口面積に拡大でき、メッシュ体６２，６４への詰まりを効果的に抑制できる。

さらに上記構成の燃料電池装置では、改質装置４３のバーナー排ガス出口（図示せず）を、熱回収装置である排熱利用熱交換器２１のバーナー排ガス入口（図示せず）よりも高い位置に設けてもよい。また、燃料電池９のカソード排ガス出口（図示せず）を、熱回収装置である排熱利用熱交換器２１のカソード排ガス入口（図示せず）よりも高い位置に設けてもよい。さらに、改質装置４３のバーナー排ガス出口（図示せず）と熱回収装置である排熱利用熱交換器２１のバーナー排ガス入口（図示せず）との間を連結するバーナー排ガス配管（図示せず）を、排熱利用熱交換器１１側に下り勾配となるように傾斜させて配管してもよい。また、燃料電池９のカソード排ガス出口（図示せず）と熱回収装置である排熱利用熱交換器２１のカソード排ガス入口（図示せず）との間を連結するカソード排ガス配管（図示せず）を、排熱利用熱交換器２１側に下り勾配となるように傾斜させて配管してもよい。

次に、上記構成についてその作用を説明する。燃料電池装置としての運転を開始すると、燃料ガスが改質装置４３の昇圧ブロア１に入って昇圧され、脱硫器２に送り出される。ここで燃料ガスに含まれる硫黄分が脱硫剤の吸着作用により取り除かれる。なお、本実施例では脱硫剤として活性炭を用いたが、他の触媒を用いてもよく、要するに燃料ガス中に含まれる硫黄分を除去できればよい。脱硫器２により硫黄分を除去する目的は、その後の改質器３などの触媒が燃料硫黄分により劣化するのを防止することにある。

脱硫器２を通過した燃料ガスは、水蒸気発生用熱交換器２５で発生した水蒸気と混合され、改質器３の改質部に入る。この改質部はバーナー部により約７５０℃前後に加熱されており、燃料ガスはここで触媒の作用により水素ガスと炭酸ガス（二酸化炭素）とに変化する。しかし、ここで生成したガスには、一酸化炭素も若干含まれているが、後述する固体高分子型の燃料電池９は、一酸化炭素によりその性能が著しく低下するため、一酸化炭素の濃度を一定値以下にする必要がある。

改質器３を通過した燃料ガスは、次のＣＯシフト反応器４に入り、ここでも触媒の作用により一酸化炭素は水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素とに変化し、一酸化炭素の濃度はかなり低いレベルにまで低下する。ＣＯシフト反応器４を通過した燃料ガスは、次の熱交換器６を通過する際に、開放した電磁弁２７を経由して送られてくる市水や、循環ポンプ５から送られてくる冷水によって、必要な温度にまで冷却され、凝縮水と燃料ガスとによる混合流体として気液分離器７に送り出される。気液分離器７では、前記混合流体から凝縮水を排出する一方、凝縮水を含まない燃料ガスと、選択酸化空気ブロア１６から送り込まれた空気（酸素）と混合して、ＣＯ選択反応器８に送り出し、それにより混合気体の中に含まれる一酸化炭素が触媒の作用により二酸化炭素に変化する。この時点で初めて燃料電池９に悪影響を及ぼさない濃度まで、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を下げることができる。

ＣＯ選択反応器８を通過した燃料ガスは、燃料電池９の一方の電極であるアノード１０に送り込まれる。また、他方の電極であるカソード１１には、空気ブロア１４により酸化剤ガスとしての空気（酸素）が送り込まれる。アノード１０の水素は触媒の作用によりイオン化し、電解膜質１２を通ってカソード１１側の酸素と結び付く。これにより、水が生成されると同時に反応熱が発生する。またこの電気化学反応によって、アノード１０にマイナス極、カソード１１にプラス極の電位が生じ、燃料電池９より電力を取り出すことができる。

アノード１０を通過した燃料ガスは、大部分の水素ガスが消費されているが、まだかなりの濃度で水素ガスを含んでおり、これを改質器３のバーナー部に戻して、バーナー空気ブロア１５により送り込まれた空気と混合させ、バーナー部で燃焼する。これにより、残留する水素ガスを改質器３の昇温に用いることができる。こうして、燃料電池９からの蒸気凝縮水が保有する熱エネルギーを効率よく利用することができる。

カソード１１を通過した空気は、燃料電池９で発生した水（水蒸気）と熱を有しており、この空気は排熱利用熱交換器２１を通過して水に戻り、その後、この水は浄化装置２２のフィルタであるメッシュ体６２，６４を通過することにより不純物が除去される。さらに、次のイオン交換装置２３により水中の電解質が除去された状態で、水ポンプ２４によって燃料電池９のアノード１０に送り込まれ、固体高分子膜（電解質膜１２）の加湿および燃料電池９の冷却に使用される。同じく水ポンプ２４により、水蒸気発生用熱交換器２５に送り込まれた水は、改質器３のバーナー部から排出されるバーナー排ガスによって加熱され、水蒸気となって昇圧ブロア１からの燃料ガスと共に改質器３の改質部に入る。その際、燃料電池９のカソード排ガス出口（図示せず）は、排熱利用熱交換器２１のカソード排ガス入口（図示せず）よりも高い位置に設けられており、しかもカソード排ガス配管（図示せず）は、排熱利用熱交換器２１側に下り勾配となるように傾斜配管されているので、カソード排ガス配管（図示せず）を通過する蒸気凝縮水は途中で逆流することなく、スムーズに排熱利用熱交換器２１に送り出される。その結果、排ガス中の蒸気凝縮水が燃料電池９に逆流することを防止して、発電性能を低下させること無く安全な運転を可能とすることができる。

水蒸気発生用熱交換器２５を通過したバーナー排気ガスは、カソード１１からの排気ガスと一緒になって排熱利用熱交換器２１に送り込まれ、そこで持っている熱エネルギーを放出する。ここでも、改質装置４３のバーナー排ガス出口（図示せず）は、排熱利用熱交換器２１のバーナー排ガス入口（図示せず）よりも高い位置に設けられており、しかもバーナー排ガス配管（図示せず）は、排熱利用熱交換器２１側に下り勾配となるように傾斜配管されているので、バーナー排ガス配管（図示せず）を通過する蒸気凝縮水は途中で逆流することなく、スムーズに排熱利用熱交換器２１に送り出される。

その他、貯湯槽２８を含む熱利用外部機器の動作について説明すると、先ず、燃料電池装置の運転前に電磁弁２７を開放して、貯湯槽２８に市水を満たしておく。その後、燃料電池装置の運転を開始すると循環ポンプ５が作動し、この循環ポンプ５によって貯湯槽２８内の冷水が熱交換器６および排熱利用熱交換器２１に送り込まれ、ＣＯシフト反応器４からの燃料ガスの他に、燃料電池９のカソード１１や改質器３のバーナー部からの排気ガスの熱エネルギーを貰って温水となる。この温水は排熱利用熱交換器２１から貯湯槽２８の温水入口２９に送り出され、再び貯湯槽２８に戻る。貯湯槽２８の内部は水温の違いにより２層状態になっており、貯水槽２８の上層にある温水を使用することが可能になる。

また必要に応じて、排熱利用熱交換器２１からの温水を冷却するために、放熱用ファン３６を動作させた放熱装置３０に温水を通過させ、ここで得られた冷却水を三方弁３５から循環ポンプ５に戻すことができる。

上記一連の動作において、熱交換器６から排出される凝縮水を含んだガス（混合流体）は、気液分離器７において取入口５３Ａから第２の分岐管５３に取入れられるが、当該気液分離器７はこの凝縮水を含んだガスを、第２の分岐管５３に連通する導流路５６によって、一度本管５１の内部で下方に導いた後、導流路５６から本管５１内の流路５７に達したところで、凝縮水と燃料ガスの密度差を利用して、凝縮水だけを自重落下させ、凝縮水と燃料ガスとの分離を促進する。これにより、本管５１内の流路５７では、凝縮水が下方の出口５８に達して、浄化装置２２の入口に導かれる一方で、燃料ガスが上方の出口５９に達して、そこからＣＯ選択酸化器８の入口に導かれる。結果として、ＣＯ選択酸化器８には凝縮水を含まない燃料ガスだけが送り込まれることとなり、ＣＯ選択酸化器８に水が侵入して、触媒による酸化反応が阻害する従来の問題を一掃することができる。

一方、本管５１内において、導流路５６の開口より上方に位置する気液分離後のガス流路５７には、第１の分岐管５２と第３の分岐管５４がそれぞれ接続される。そのため、本館５１内で分離された凝縮水を含まない燃料ガスは、共通する配管である本管５１から、ＣＯ選択酸化器８のみならず第３の分岐管５４を通して、脱硫反応用ガスとして脱硫器２に送り出すことができる。さらに、本管５１の上部において、選択酸化空気ブロア１６からの選択酸化反応用の空気が第１の分岐管５２を通して送り込まれ、この空気と凝縮水を含まない燃料ガスが流路５７内で合流して、共通する配管である本管５１から、ＣＯ選択酸化器８に送り出すことが可能になる。

以上のように本実施例では、何れも気体である燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、ＣＯシフト反応器４から送り出される燃料ガスの温度を例えば下げるように変え、その燃料ガス中に含まれる水蒸気を凝縮する熱交換器６と、この熱交換器６の後段に設けられ、液体としての水である凝縮水と、気体としての燃料ガスであるガスとを分離する分離器たる気液分離器７とを、酸化器であるＣＯ選択酸化器８の前段に設け、これらの熱交換器６と気液分離器７とにより凝縮水を排水して、凝縮水を含まない燃料ガスをＣＯ選択酸化器８に送り出す構成となっている。

この場合、燃料ガスを熱交換器６によって冷却などの温度変更を行なった後、この熱交換器６で凝縮された水が気液分離器７で分離および排出され、凝縮水を含まない燃料ガスがＣＯ選択酸化器８に導入される。したがって、ＣＯ選択酸化器８に水が浸入して酸化反応を阻害するのを防止できる。

また、本実施例における気液分離器７は、凝縮水を含んだ燃料ガスを所定方向である例えば下方に導いた後、気液分離後の燃料ガスを所定方向とは異なる例えば上方に排出する構造を有しており、具体的には、上下方向に配設する本管５１内に分離片５５を形成し、この分離片５５によって、凝縮水を含んだ燃料ガスを下方に導いて、本管５１内の流路５７に送り出す導流路５６を形成している。

こうすると、気液分離器７に導入された凝縮水と燃料ガスの混合流体は、例えば双方の密度差を利用して、所定方向である下方に導かれる過程で凝縮水だけが自重落下などにより所定方向に流れ、その後、燃料ガスだけが所定方向とは異なる方向である上方に排出され、後段のＣＯ選択酸化器８に送り出される。よって、ＣＯ選択酸化器８に水が浸入して酸化反応を阻害するのを確実に防止できる。

さらに本実施例では、気液分離後の前記燃料ガスの流路５７に、脱流器２における脱硫反応用の気体出口である取出口５４Ａを有する第３の分岐管５４と、ＣＯ選択酸化器８における酸化反応用の気体入口である取入口５２Ａを有する第１の分岐管５２とを一体に備えている。

こうすると、気液分離後のガスの流路５７に、脱硫反応用の取出口５４Ａと、酸化反応用の取入口５２Ａとを一体に備えたことで、気液分離器７における複雑な配管が不要になって簡素化され、配管コストの低減と組立性の向上が可能になると共に、気液分離器７への配管の集約化により、小型化が可能になる。

本実施例では、何れも気体である燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、イオン交換体としてのイオン交換樹脂を収納して充填する収納体としてのカラム６６により浄化装置２２を構成し、この浄化装置２２と、メッシュたるメッシュ体６２を有する浄化体としての保持体６３とにより、流体である水を浄化して水中の電解質を除去する流路７５を形成し、保持体６３は別なメッシュ体６４付きの蓋である内蓋６５に例えば圧入で収納され、カラム６６の例えば内壁面に保持体６３の止め部を形成している。

この場合、保持体６３に設けたメッシュ体６２によって、イオン交換樹脂がカラム６６から漏れるのを防止し、且つカラム６６と共に浄化装置２２を液体などの流路７５とすることができる。また、保持体６３を内蓋６５に収納してなる浄化装置２２には、内蓋６５に設けられるメッシュ部としてのメッシュ体６２の他に、保持体６３のメッシュとして別なメッシュ体６４が設けられるので、流路７５中のメッシュ面積が増加し、メッシュ体６２，６４における目詰まり発生を防止できる。さらに、保持体６３を内蓋６５に収納するだけの簡単な組立で、内蓋６５に対する浄化装置２２の芯ずれを防ぐことができると共に、浄化装置２２をカラム６６に組立てた後は、保持体６３の止め部が浄化装置２２の外れ止めとして機能し、当該浄化装置２２ひいては内蓋６５の外れを防止できる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば図６および図７で説明した浄化装置２２やイオン交換装置２３の構造は、図１において、熱交換器６および気液分離器７を含まない燃料電池装置に適用しても構わない。この場合、電磁弁２７の出口は排熱利用熱交換器２１の入口に直接接続され、またＣＯ選択酸化器８には空気ブロア１４からの空気が投入されると共に、気液分離器７への選択酸化空気ブロア１６を含む空気流路は省略される。

６熱交換器
７気液分離器（分離器）
８酸化器（ＣＯ選択酸化器）
２２浄化装置
５７流路
５２Ａ取入口（気体入口）
５４Ａ取出口（気体出口）
６２メッシュ体（メッシュ）
６３保持体（浄化体）
６５内蓋（蓋）
６６カラム（収納体）

Claims

気体の電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、
前記気体の温度を変え、水蒸気を凝縮する熱交換器と、
前記熱交換器の後段に設けられ、液体と気体とを分離する分離器とを、酸化器の前段に設け、
前記熱交換器と前記分離器とにより凝縮水を排水する構成としたことを特徴とする燃料電池装置。
前記分離器は、気体を所定方向に導き、前記気体を前記所定方向とは異なる方向に排出する構造を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
前記気体の流路に、脱硫反応用の気体出口と、酸化反応用の気体入口とを一体に備えたことを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池装置。
気体の電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、
イオン交換体を収納する収納体と、メッシュを有する浄化体とにより流路を形成し、
前記浄化体は蓋に収納され、
前記収納体に前記浄化体の止め部を形成したことを特徴とする燃料電池装置。