JP2021136084A5 - 燃料電池排ガスをフィルタリングする窒素ガス生成装置、システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明によれば、
燃料電池と、
大気圧を超える圧力を有する空気、又は大気圧を超える圧力を有する窒素及び酸素を含む気体と、大気圧を超える圧力を有する燃料気体とを上記の燃料電池へ供給可能とする圧力制御手段と、
稼働したこの燃料電池から排出された、空気よりも低い酸素濃度を有する排ガスを、窒素と酸素とについて透過する度合いの異なる繊維（例えば、中空糸繊維）を使用したフィルタに対し、大気圧を超える圧力をもって作用させ、当該フィルタから窒素濃度の増大した当該排ガスを取り出すフィルタ手段と
を有する窒素ガス生成装置、又は窒素ガス生成システムが提供される。

また、本発明による窒素ガス生成装置の一実施形態として、本窒素ガス生成装置は、上記の燃料電池から取り出した排ガスを更に増圧させた上で、当該フィルタに作用させることを可能にする増圧手段を更に有することも好ましい。

また、本発明による窒素ガス生成装置において、フィルタ手段は、当該排ガスを、当該フィルタによって決定される圧力閾値であって、当該フィルタから取り出される際の当該排ガスの流量が大きくなるほどより大きい値をとる圧力閾値を超える値の圧力をもって、当該フィルタに対し作用させることも好ましい。

さらに、本発明による窒素ガス生成装置において、当該フィルタは、フィルタリング対象気体の酸素濃度が低いほど回収率が高くなるフィルタであることも好ましい。

さらに、本発明による窒素ガス生成装置において、フィルタ手段は、酸素濃度が２.５体積パーセント以下である排ガスを当該フィルタに対して作用させ、当該フィルタから、空気を作用させた結果と比較して酸素濃度がその１０分の１以下である当該排ガスを取り出すことも好ましい。

また、本発明による窒素ガス生成装置の他の実施形態として、本窒素ガス生成装置は、当該排ガスを作用させた当該フィルタから、当該繊維を透過したガスを含むフィルタ排出ガス（具体的には、フィルタによって（排ガス中の）窒素分子から分離された酸素分子を含むガス）であって、当該窒素濃度の増大した当該排ガスとは別のガスであるフィルタ排出ガスを取り出し、取り出した当該フィルタ排出ガスを、上記の燃料電池へ供給する空気、若しくは窒素及び酸素を含む気体に加えて使用させる、及び／又は、前記フィルタ手段へ供給する当該排ガスに加えて使用させるガス戻し流路を更に有することも好ましい。

さらに、本発明による窒素ガス生成装置において、本窒素ガス生成装置は、上記の燃料電池から取り出した当該排ガスに対し、硫化物、塩化物、炭化水素、フッ化物及び強アルカリ化合物のうちの少なくとも１つを除去若しくは低減する処理を施した上で、当該排ガスを前記フィルタに対して作用させることを可能にする不純物除去手段を更に有することも好ましい。

また、本発明による窒素ガス生成装置において、本窒素ガス生成装置は、上記の燃料電池から取り出した当該排ガスの温度を、当該フィルタの特性に基づき設定された好適温度に近づけた上で、当該排ガスを前記フィルタに対して作用させることを可能にする温度調整手段を更に有することも好ましい。

さらに、本発明による窒素ガス生成装置における更なる他の実施形態として、本窒素ガス生成装置は、当該フィルタから取り出された当該排ガスを空気極側の入口から取り込み、当該燃料気体を燃料極側の入口から取り込んで燃料電池反応を起こし、より低い酸素濃度を有する当該排ガスを排出する別の燃料電池を更に有することも好ましい。

また、本発明による窒素ガス生成装置における更なる他の実施形態として、本窒素ガス生成装置は、当該フィルタから取り出した当該排ガスと、当該燃料気体とを、燃焼触媒上で反応させて、当該排ガスを、より低い酸素濃度を有する排ガスにする触媒燃焼手段を更に有することも好ましい。

さらに、本発明による窒素ガス生成装置における更なる他の実施形態として、上記の燃料電池は、電池内に供給されて燃料電池反応を経てきた当該空気又は当該気体と、電池内に供給された当初の当該燃料気体とを電解質を介して近傍させて燃料電池反応を起こすことの可能な燃料電池であることも好ましい。

本発明によれば、また、
大気圧を超える圧力を有する空気、又は大気圧を超える圧力を有する窒素及び酸素を含む気体と、大気圧を超える圧力を有する燃料気体とを燃料電池へ供給して、この燃料電池を稼働させ、
この燃料電池から、空気よりも低い酸素濃度を有する排ガスを取り出し、
当該排ガスを、窒素と酸素とについて透過する度合いの異なる繊維を使用したフィルタに対し、大気圧を超える圧力をもって作用させ、該フィルタから窒素濃度の増大した当該排ガスを取り出す
ことを特徴とする窒素ガス生成方法が提供される。

Claims (13)

1. 燃料電池と、
   大気圧を超える圧力を有する空気、又は大気圧を超える圧力を有する窒素及び酸素を含む気体と、大気圧を超える圧力を有する燃料気体とを前記燃料電池へ供給可能とする圧力制御手段と、
   稼働した前記燃料電池から排出された、空気よりも低い酸素濃度を有する排ガスを、窒素と酸素とについて透過する度合いの異なる繊維を使用したフィルタに対し、大気圧を超える圧力をもって作用させ、当該フィルタから窒素濃度の増大した当該排ガスを取り出すフィルタ手段と
   を有することを特徴とする窒素ガス生成装置。
2. 前記燃料電池から取り出した排ガスを更に増圧させた上で、当該フィルタに作用させることを可能にする増圧手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の窒素ガス生成装置。
3. 前記フィルタ手段は、当該排ガスを、当該フィルタによって決定される圧力閾値であって、当該フィルタから取り出される際の当該排ガスの流量が大きくなるほどより大きい値をとる圧力閾値を超える値の圧力をもって、当該フィルタに対し作用させることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒素ガス生成装置。
4. 当該フィルタは、フィルタリング対象気体の酸素濃度が低いほど回収率が高くなるフィルタであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の窒素ガス生成装置。
5. 前記フィルタ手段は、酸素濃度が２.５体積パーセント以下である排ガスを当該フィルタに対して作用させ、当該フィルタから、空気を作用させた結果と比較して酸素濃度がその１０分の１以下である当該排ガスを取り出すことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の窒素ガス生成装置。
6. 当該排ガスを作用させた当該フィルタから、当該繊維を透過したガスを含むフィルタ排出ガスであって、当該窒素濃度の増大した当該排ガスとは別のガスであるフィルタ排出ガスを取り出し、取り出した当該フィルタ排出ガスを、前記燃料電池へ供給する空気、若しくは窒素及び酸素を含む気体に加えて使用させる、及び／又は、前記フィルタ手段へ供給する当該排ガスに加えて使用させるガス戻し流路を更に有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の窒素ガス生成装置。
7. 前記燃料電池から取り出した当該排ガスに対し、硫化物、塩化物、炭化水素、フッ化物及び強アルカリ化合物のうちの少なくとも１つを除去若しくは低減する処理を施した上で、当該排ガスを前記フィルタに対して作用させることを可能にする不純物除去手段を更に有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の窒素ガス生成装置。
8. 前記燃料電池から取り出した当該排ガスの温度を、当該フィルタの特性に基づき設定された好適温度に近づけた上で、当該排ガスを前記フィルタに対して作用させることを可能にする温度調整手段を更に有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の窒素ガス生成装置。
9. 当該フィルタから取り出された当該排ガスを空気極側の入口から取り込み、当該燃料気体を燃料極側の入口から取り込んで燃料電池反応を起こし、より低い酸素濃度を有する当該排ガスを排出する別の燃料電池を更に有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の窒素ガス生成装置。
10. 当該フィルタから取り出した当該排ガスと、当該燃料気体とを、燃焼触媒上で反応させて、当該排ガスを、より低い酸素濃度を有する排ガスにする触媒燃焼手段を更に有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の窒素ガス生成装置。
11. 前記燃料電池は、電池内に供給されて燃料電池反応を経てきた当該空気又は当該気体と、電池内に供給された当初の当該燃料気体とを電解質を介して近傍させて燃料電池反応を起こすことの可能な燃料電池であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の窒素ガス生成装置。
12. 燃料電池と、
    大気圧を超える圧力を有する空気、又は大気圧を超える圧力を有する窒素及び酸素を含む気体と、大気圧を超える圧力を有する燃料気体とを前記燃料電池へ供給可能とする圧力制御手段と、
    稼働した前記燃料電池から排出された、空気よりも低い酸素濃度を有する排ガスを、窒素と酸素とについて透過する度合いの異なる繊維を使用したフィルタに対し、大気圧を超える圧力をもって作用させ、当該フィルタから窒素濃度の増大した当該排ガスを取り出すフィルタ手段と
    を有することを特徴とする窒素ガス生成システム。
13. 大気圧を超える圧力を有する空気、又は大気圧を超える圧力を有する窒素及び酸素を含む気体と、大気圧を超える圧力を有する燃料気体とを燃料電池へ供給して、該燃料電池を稼働させ、
    前記燃料電池から、空気よりも低い酸素濃度を有する排ガスを取り出し、
    当該排ガスを、窒素と酸素とについて透過する度合いの異なる繊維を使用したフィルタに対し、大気圧を超える圧力をもって作用させ、該フィルタから窒素濃度の増大した当該排ガスを取り出す
    ことを特徴とする窒素ガス生成方法。