JPS5843203A - 蒸気成分の分離方法 - Google Patents

蒸気成分の分離方法

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JPS5843203A
JPS5843203A JP57149031A JP14903182A JPS5843203A JP S5843203 A JPS5843203 A JP S5843203A JP 57149031 A JP57149031 A JP 57149031A JP 14903182 A JP14903182 A JP 14903182A JP S5843203 A JPS5843203 A JP S5843203A
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D5/00Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0027Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation by direct contact between vapours or gases and the cooling medium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • B01D5/0003Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation by using heat-exchange surfaces for indirect contact between gases or vapours and the cooling medium
    • B01D5/0009Horizontal tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28BSTEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/02Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using water or other liquid as the cooling medium
    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は燃料電池に於て水蒸気を含むガス流にり電解質
蒸気を分離する方法に係る。 燃料電池の作動に於ては、空気又は伯の酸化剤が大間に
燃料電池の陰極側□へポンプ送りされる。 陰極を通過する際酸素(空気の場合)が消費され、酸素
を消費された空気により水蒸気がピックアップされl陰
極排気として陰極より運び去られる。 また実質的な量の電解質蒸気もこの領域に於て水蒸気ど
ハに燃料電池より排出される。何故ならば、燃料電池の
運転温度が高く、ぞのため電解質が蒸発化されるからで
ある。例えば燃料電池は一般に400°F (204℃
)にて運転され、リン酸蒸気を発生する。燃料電池を効
率的に運転するため1Jは、蒸気改質装置内に於て反応
させるべく水蒸気を回収する必要がある。しかしリン酸
を含有する水は蒸気改質の目的で使用1−ることがでさ
ないものであることに加えて、水凝縮系に対する腐食性
が非常に強いもめである。 気体状混合物を液化(その後その構成成分に分離される
)すべく、従来よりかさの大きい複雑ぐこみ入った熱交
換器が使用されている。例えば米国特許第3.511.
715号及び同第3.222.223@を参照されたい
。他の□一つの一般的な方法は水コンデンサを使用して
電解質蒸気を凝縮させ、しかる後分離することである。 例えば米国時的第4.−037,024月及び同第4 
、 ’040.435号を参照されたい。ガス流より酸
を分1111’する他の方法としては、従来の霧除去装
置を使用すること(米国特許第3,948,624号参
照)や、流体流を使用Jること(米国時V[第3゜86
5.929号参照)などがある。 従って、上)ホの如きガス流より電解質を除去し且捕捉
するための手段であって、比較的単純であり且効率的な
手段が当技術分野に於て強く望まれている。 本発明の目的は燃料電池のガス流より電解質を除去する
方法を提供することである。電解質を含むガス流はまず
電解質の沸点以下の温度にまで冷却され次いで表面積の
広い受動的な非冷却型のコンデンサ上に通される。凝縮
部は、ガス流の水の如き、他の成分を凝縮させることな
く電解質蒸気の集合及び凝縮を行なわせるに充分な表面
積、滞留時間、小さい分子拡散距離を与え得るよう配置
されている。       ″ 以下に添付の図を参照しつつ本発明を実施例について詳
細に説明する。 本発明による方法の最初の■稈は電解質蒸気を冷却する
ことである。電解質蒸気はまず、その特定の電解質の液
相−気相状態図より決定されるイの沸点以下の温度にま
で冷却される。例えばリン酸電解質については、燃料電
池より排出された空気を約260下(127℃)に冷却
することは、そのガス中のリン酸の90%以十を受動的
な凝縮板トに凝縮させるのに充分であることが解った。 本発明の方法を実施する装置(第1図)に於ては、耐良
性を有する従来の任意の熱交換器がかかる冷却工程に使
用されてよいが、スプレー冷M装置(第2図)又はプラ
スチック冷却バッグも使用されてJ:い。この冷却■稈
に於ては冷fAづることが目的であり凝縮J”ることが
目的ではないので、熱交換器を用いて行なわれる通常の
凝縮の場合よりも1ネルギは少なくてよい(90%程度
少ない)。 従来のスプレーノズル(第2図に於て符号21にて示さ
れている)が使用される場合には、空気の如き冷却気体
又は水の如き蒸発可能な冷却液がガス流中に噴04され
る。 次いでかくして冷却されたガス流は広い面積を右するコ
ンデンサ上に通される。=lンデンザは、冷却された電
解質蒸気を集合させ凝縮させるための表面を与える受動
的な、即ち非冷却型のコンデンサである。コンデンサの
凝縮部はガス流中の水の如き他の成分を凝縮さぼること
なく電解質蒸気を集合させ凝縮させるに充分な表面積、
滞留時間、小さい分子拡散距離を与え1りるような大ぎ
さであり且互いに隔置されている。ガス流は連続的に流
れ、電解質はコンデンサ上より淵縮化された液体を排出
させることによって除去される。電解質が除去された後
には、−1−述の如く処理されたガスを従来のコンデン
サチコーブ上に通づことによってイのガスより熱及び水
蒸気を抽出される。 乾燥式化学的除去方法の如き他の酸除去方法及び従来の
酸スクラバーに対1゛る本発明の方法を実77I ?l
−る装置の利点としては、大きさが小さい、運転=1ス
トなどのコストが安い、メンテナンスが少なくてよいな
どがある。かかる利点は重要な1ニ稈に対して受動的な
コンデンサを使用Jること及び−5= ガス流より約90〜99%の酸を除去するという本発明
による方法の効率が高いことによるものである。本発明
の方法を実施する装置の他の利点は、単純であり、重要
なシールを必要とせず、圧力降下が非常に小さいという
ことである。圧力降下が小さいということは乱流のない
薄片状の流れを生成するよう凝縮板が配置され且設g1
されていることによるものである。添付の図面に示され
た平行の凝縮板
【、i上述の如き流れを発生させる配列
を示している。上述の如く、凝縮板としては板状のもの
が好ましいが、リードル、ボールリング状のものなども
使用されてよい。 以−にに於ては、本発明をガス流よりリン酸又は他の電
解質を分1iIItツることについて説明したが、本発
明による方法はガス流より任意の凝縮可能なJrA利を
分離し得るものである。また本発明による方法は現在の
ところ優れた化学的スクラバーのない大型の溶融炭酸塩
系にも有用なものである。 例 少4Tりとも2 ’0 ’O’O’0時間に亙り連続的
に40=6− kWの電力を発生するよう設計された燃利電1!!糸に
於て、497 lb/hr (225ko/hr)の陰
極排気が発生された。14個のテフロンにて被覆された
ステンレス鋼製の水冷式熱交換器と50個の成形された
炭素粒子型受動的コンデンサ(両者とも約12インチ(
30,5cm)x5インチ(12゜7CIIl))とを
含む本発明による方法を実施するための電解質蒸気コン
デンサが第1図に示されている如く用意された。コンデ
ンサの各プレー(−間の間隔は約0.1インチ(’0.
25cm)であり、熱交換器の各プレート間の間隔は約
0.5インチ(1,27cm)であった。燃料電池より
排出される約380下(193℃)の陰極排気が電解貿
蒸ン酸を含有しており、電解質コンデンサより排出□、
1 する時点に於ては全てのリイ11F!が除去されていた
。 かかるリン酸の除去は、受動的な凝縮面の上流側及び下
流側にホウケイ酸塩製の棒体を配置し、上流側に於ては
棒体が激しく腐食されるが、下流側に於ては病食されて
いないことを観察することによって品質的に測定された
。 第1図に於て、1はコンデンサ及び熱交換器を包囲しテ
フロンの如き耐11ilJ利にて被覆されたステンレス
鋼製のハウジングを示している。陰極排気は入口ボート
2よりハウジング内に流入し、この場合冷却流体人口5
及び冷却流体出口6に接続されテフロンにて被覆された
ステンレス鋼製の一連の平行なプレート4よりなる熱交
換器3によりまず冷却される。熱交換器3を通過した後
、かくして冷却された陰極排気は受動的な凝縮液7上を
通過し、酸の液滴8を生成し、ハウジング1により郭定
された室の底部に落下する。室は酸10を蓄積し究極的
には導管12を経て吸引により除去される酸プール11
(第2図参照)を形成する傾斜フロア9を有している。 受動的な凝縮板7は成形された黒鉛板J1如き任意の耐
酸材料よりなるも、・ 礪1 のであってよい。またデフロン板が使用されてもよい。 更に、第3図に示されたチューブが第1図及び第2図に
於けるプレー1〜と同一の方向にガスが流れることを許
すよう垂直に積層された状態にて使用されてもよい。こ
の系Iit大気圧にて運転されるが、温度差、ガス流な
どの修正に応じて大気圧よりも高い圧力又は低い圧力に
て運転されてもよい。 第2図は第1図に於Gプる熱交換器3の代りにスプレー
ノズル21が使用されている点を除き、第1図に示され
た装置と同様に構成された装置を示している。尚この第
2図に於t、第11に示された部材と同一の部材には同
一の符号が付されている。空気、水、又は不活性ガスの
如き電解質と反応しない任意の冷却流体がスプレーノズ
ル21を経てハウジング1により郭定された室内に強制
的に噴射される。水の如き冷却流体の気化にJ:っても
冷却が補助される。第1図及び第2図に於て、13は電
解質蒸気コンデンサより排出されるガスのための出口I
J管を示しており、処理されたガスはそれより熱及び水
を抽出1べ〈従来の=】ンデン号に通される。 第3a図、第3b図及び第3C図は本発明との9− 関連で使用されてよいコンデンサの神々の=1ンデンリ
ーを示している。第3a図はバッフル型の−lンデン1
ノーを示しており、第3b図は多孔バラノルスクリーン
31を内部に有づる管状コンデンサを示しており、第3
C図は直線管状のコンデンサを示している。上)小の如
く、これらの受動的<;:二1ンデンリによりエネルギ
が節約されることに加えて、本発明の方法を実施する装
置を使用Jることにより圧力降下が低減され、また装置
のエネルギ要求量が低減される。 本発明の他の一規な特徴としては、入量移送機能より熱
移送I!−が分離されていることがある。 ガス流中の酸蒸−のIli度は低いので、M!]ンデン
サは非常に有効6大略移送装置でなければなら/、1い
。このことにより流路が小ざく、また液滴が集合し得る
よう表面積が太き(又は滞留時間の良いことが必要とさ
れる1、これと同時に熱移送の並イ1は低く、かなり小
ざい入力エネルギにて充足され得る。本発明の方法を実
施する装置の良さは、通路が小さく月拡散距離のλ(ν
いコンパクトな等瀉ニー110− ンデンサにより処理される蒸気を冷2J] 1−るため
に、小さく比較的効率の悪い熱交換器を使用することが
できるということである。充分な表面積を与えことにJ
:す、かかる装置の全体の大きさ及び]ス1へが小さく
、また酸を凝縮するために熱伝達面に[t lli’j
間が短く、これらのことは当技術分野に於番)る明確な
進歩を示すものである。かくしてこのコンデン1jは従
来の熱交換器とは異なり、既に冷却された蒸気が液滴核
生成ではなく膜状凝縮によって凝縮するための機構を与
えるものである。 以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
しICが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であるこ
とは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明にJ:る方法を実施J□を るに好適な典型的な装置を一部破断して示す解図である
。 第3a図、第3b図、第3C図は本発明による方法に於
て使用されるに好適なコンデンリ藍素を示づ解図である
。 1・・・ハウジング、2・・・入【コ[ボー1〜,3・
・・熱交換器、4・・・プレー1〜,5・・・冷却流係
入0.6・・・冷却流休出[]、7・・・凝縮板、8・
・・液滴、9・・・傾斜フ11ア、10・・・酸、11
・・・酸プール、12・・・導管、21・・・スプレー
ノズル、31・・・多孔バッフルスクリーン 特r[出願人  ユナイテッド・テクノ[1シーズ・コ
ーポレイション 代  埋  人    弁  理  士    明  
石  昌  毅、′旨

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 燃料電池に於て水蒸気を含有するガス流J:り電解質蒸
    気を分離する方法にして、電解質蒸気を含有覆るガス流
    を電解質の沸点以下であって水の沸点以上の温度にまで
    冷却する工程と、かくして冷却されたガス流を広い表面
    積を有する受動的コンデンサと接触させ前記電解質蒸気
    を凝縮させる工程と、凝縮され濃縮化された液体電解質
    を前記ガス流より除去する工程とを含んでいることを特
    徴とする方法。
JP57149031A 1981-08-28 1982-08-27 蒸気成分の分離方法 Granted JPS5843203A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/297,481 US4372759A (en) 1981-08-28 1981-08-28 Electrolyte vapor condenser
US297481 1981-08-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5843203A true JPS5843203A (ja) 1983-03-12
JPS6361041B2 JPS6361041B2 (ja) 1988-11-28

Family

ID=23146498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57149031A Granted JPS5843203A (ja) 1981-08-28 1982-08-27 蒸気成分の分離方法

Country Status (9)

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US (1) US4372759A (ja)
JP (1) JPS5843203A (ja)
AU (1) AU546830B2 (ja)
BR (1) BR8204858A (ja)
CA (1) CA1178331A (ja)
DE (1) DE3229286A1 (ja)
FR (1) FR2511885A1 (ja)
GB (1) GB2105600B (ja)
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