(57)【要約】【課題】液体中のガスを効率良く分離することができ、発電効率の向上した燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池装置は、アノードおよびカソードを有し化学反応により発電する起電部と、燃料タンクと、起電部に燃料および空気を供給する循環系と、を有している。循環系は、燃料を起電部のアノードを通して循環させる燃料流路２２と、カソードを通して空気を供給する気体流路２４と、燃料流路内で起電部の流出端と燃料タンクとの間に設けられ、液体と気体とを分離する気液分離器４０と、を有している。気液分離器は、多孔質材料で形成され、アノードから排出された気液２相流に接する第１表面と気体流路から供給された空気に接する第２表面とを有し、気液２相流中のガスを透過するガス透過性膜４６を有している。燃料電池装置は、気液分離器に流入する気液２相流と気液分離器との温度差を所定の値以下に制御する温度制御部６２を備えている。【選択図】      図１
2008243747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードおよびカソードを有したセルを備え、化学反応により発電する起電部と、
燃料を収容した燃料タンクと、
前記燃料タンクから供給された燃料を前記起電部のアノードを通して循環させる燃料流路と、前記起電部のカソードを通して空気を供給する気体流路と、を有した循環系と、
前記燃料流路内で前記起電部の流出端と前記燃料タンクとの間に設けられ、液体と気体とを分離する気液分離器であって、多孔質材料で形成され、前記アノードから排出された気液２相流に接する第１表面と前記気体流路から供給された空気に接する第２表面とを有し、気液２相流中のガスを透過するガス透過性膜を備えた気液分離器と、
前記気液分離器に流入する前記気液２相流と前記気液分離器との温度差を所定の値以下に制御する温度制御部と、
を備えた燃料電池装置。
【請求項２】
前記温度制御部は、前記気液分離器に流入する気液２相流の温度を検出する第１温度検知器と、前記気液分離器の温度を検出する第２温度検知器と、前記第１温度検知器および第２温度検知器により検出された温度に応じて、前記アノードから排出される気液２相流を冷却する冷却部と、を備えている請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記温度制御部は、前記気液分離器を加熱するヒータを備えている請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記温度制御部は、前記気液分離器に流入する気液２相流の温度を検出する第１温度検知器と、前記気液分離器の温度を検出する第２温度検知器と、前記第１温度検知器および第２温度検知器により検出された温度に応じて、前記気液分離器を加熱するヒータと、を備えている請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記温度制御部は、前記ガス透過性膜を通過する水蒸気量と前記気液分離器を通過する空気流量とにより、前記所定の値を算出する電池制御部を備えている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記冷却部は、前記セルのアノード側を冷却する冷却ファンを備えている請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記冷却部は、前記セルと気液分離器との間で、前記燃料流路を冷却する熱交換器を備えている請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記第１温度検知器は、前記冷却部と前記気液分離器との間で前記燃料流路に設けられている請求項２又は４に記載の燃料電池装置。
【請求項９】
前記第２温度検知器は、前記気液分離器、および前記気液分離器を通過した空気の少なくとも一方の温度を検出する位置に設けられている請求項２又は４に記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
前記ガス透過性膜は筒状に形成され、前記第１表面により、前記気液２相流が流れる燃料流路の一部を規定し、前記第２表面により外面を形成している請求項１ないし９のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項１１】
前記気液分離器は、前記ガス透過性膜の外面を覆っているとともに、前記気体流路の一部を形成する空間を規定した外容器を備えている請求項１０に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液分離器を備えているとともに電子機器等の電源として用いられる燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易であることから、電子機器の電源として注目されている。
【０００３】
通常、ＤＭＦＣは、メタノールが収容された燃料タンク、メタノールを起電部に圧送する送液ポンプ、および起電部に空気を供給する送気ポンプ等を備えている。起電部はそれぞれアノードおよびカソードを有した複数の単セルを積層したセルスタックを備え、アノード側にメタノールを、カソード側に空気を供給することにより、化学反応によって発電を行う。発電に伴う反応生成物として、起電部のアノード側には未反応のメタノールおよび炭酸ガスが発生し、カソード側には水が発生する。反応生成物である水は蒸気となって排気される。
【０００４】
アノードで生じた未反応の燃料および炭酸ガスの気液２相流において、炭酸ガスは発電反応を阻害する。そのため、アノードで生じた未反応燃料を循環させて再使用する場合、気液２層流中の気体成分を分離、除去する必要がある。そこで、起電部のアノード出口と燃料タンクとの間を延びる流路には気液分離器が設けられている。起電部のアノード側に生じた未反応のメタノールおよび炭酸ガスは気液分離器に送られ、メタノールと炭酸ガスとが分離される。分離後、メタノールは回収流路を通して燃料タンクへ送られ、炭酸ガスは排気路を通してカソード流路に送られる（例えば、特許文献１）。
【０００５】
気液分離器には種々の分離方式があるが、傾斜条件に強く小型化に適している気液分離器として、多孔質のガス透過性膜からなるチューブによって構成されたものが提案されている（例えば、特許文献２）。このチューブは液体の流れ横切って配置されているとともに、内部が排気装置によって減圧されている。これにより、液体中に含まれる気体は、気液分離膜のチューブを通ってチューブ内へ排気され、液体から分離される。
【特許文献１】特開２００５−１０８７１８号公報
【特許文献２】特開平４−４００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように構成された燃料電池装置において、気液分離器で分離された燃料は燃料タンクに戻され、再度、発電に利用される。そのため、燃料を効率良く利用する上で、起電部と燃料タンクとの間に設けられた気液分離器は、燃料と炭酸ガスとを効率良く確実に分離できることが必要となる。
【０００７】
しかしながら、ガス透過性膜を用いた気液分離は膜間での圧力差を利用して気体を膜を通して系外に押し出す方式を取ることが一般的であるため、膜表面にガス透過を妨げる物質が付着するとると分離率が低下する。この付着物質としては、主に分離ガス中の水蒸気が凝縮することにより結露した水が挙げられる。燃料電池装置のアノード燃料循環系は比較的高温であり、また、気液分離器により分離されたガスは、分離直後に多くの水蒸気を含んでいる。そのため、分離されたガスが冷却されると水蒸気が結露し、気液分離器を構成しているガス透過性膜の表面に付着する。そして、この結露によりガス透過性膜の孔が埋められ、気体の通路が閉じられてしまう。その結果、気液分離器の気液分離効率が低下する。
【０００８】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、液体中のガスを効率良く分離することができ、発電効率の向上した燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するため、この発明の態様に係る燃料電池装置は、アノードおよびカソードを有したセルを備え、化学反応により発電する起電部と、燃料を収容した燃料タンクと、前記燃料タンクから供給された燃料を前記起電部のアノードを通して循環させる燃料流路と、前記起電部のカソードを通して空気を供給する気体流路と、を有した循環系と、前記燃料流路内で前記起電部の流出端と前記燃料タンクとの間に設けられ、液体と気体とを分離する気液分離器であって、多孔質材料で形成され、前記アノードから排出された気液２相流に接する第１表面と前記気体流路から供給された空気に接する第２表面とを有し、気液２相流中のガスを透過するガス透過性膜を備えた気液分離器と、前記気液分離器に流入する前記気液２相流と前記気液分離器との温度差を所定の値以下に制御する温度制御部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、気液分離器に流入する気液２相流と気液分離器との温度差を低減し、透過ガスの結露を防止し、気液分離効率の低下を防止することができる。これにより、液体中のガスを効率良く分離でき、発電効率の向上した燃料電池装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、この発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置について詳細に説明する。  
図１は燃料電池装置の循環系構成を概略的に示している。図１に示すように、燃料電池装置１０は、メタノールを液体燃料としたＤＭＦＣとして構成されている。燃料電池装置１０は、起電部を構成したセルスタック１２、燃料タンク１４、およびセルスタックに燃料および空気を供給する循環系２０、燃料電池装置全体の動作を制御する電池制御部５１を備えている。
【００１２】
燃料タンク１４は密閉構造を有し、その内部には液体燃料として高濃度のメタノールが収容されている。燃料タンク１４は、燃料電池装置１０に対して脱着自在な燃料カートリッジとして形成してもよい。
【００１３】
循環系２０は、燃料タンク１４の燃料供給口１４ａから供給された燃料をセルスタック１２を通して循環させるアノード流路（燃料流路）２２、およびセルスタック１２を通して空気を含む気体を循環させるカソード流路（空気流路）２４、アノード流路内およびカソード流路に設けられた複数の補機を有している。アノード流路２２およびカソード流路２４は、それぞれ配管等によって形成されている。
【００１４】
図２はセルスタック１２の積層構造を示し、図３は各セルの発電反応を模式的に示している。図２および図３に示すように、セルスタック１２は、複数、例えば、４つの単セル１４０と、５枚の矩形板状のセパレータ１４２とを交互に積層して構成された積層体、および積層体を支持した枠体１４５を有している。各単セル１４０は、それぞれ触媒層とカーボンペーパとで構成されたほぼ矩形板状のカソード（空気極）３６およびアノード（燃料極）３７、これらカソード、アノード間に挟持されたほぼ矩形状の高分子電解質膜１４４とを一体化した膜・電極接合体（ＭＥＡ）を備えている。高分子電解質膜１４４は、アノード３７およびカソード３６よりも大きな面積に形成されている。
【００１５】
３つのセパレータ１４２は、隣合う２つの単セル１４０間に積層され、他の２つのセパレータは、積層方向両端にそれぞれ積層されている。セパレータ１４２および枠体１４５には、各単セル１４０のアノード３７に燃料を供給する燃料流路１４６、および各単セルのカソード３６に空気を供給する空気流路１４７が形成されている。
【００１６】
図３に示すように、供給された燃料および空気は、アノード３７とカソード３６との間に設けられた電解質膜１４４で化学反応し、これにより、アノードとカソードとの間に電力が発生する。セルスタック１２で発生した電力は、電池制御部５１を介して外部機器等に供給される。
【００１７】
図１に示すように、アノード流路２２に設けられた補機は、燃料タンク１４の燃料供給口１４ａに配管接続された開閉弁２６、燃料ポンプ２８、燃料ポンプの出力部に配管を介して接続された混合タンク３０を備えている。また、補機は、燃料タンクの一部を構成する混合タンク３０の出力部に液体フィルタ３２を介して接続された送液ポンプ３４を備えている。送液ポンプ３４の出力部はアノード流路２２を介してセルスタック１２の燃料流路１４６に接続されている。
【００１８】
セルスタック１２のアノード３７の出力部はアノード流路２２を通して混合タンク３０の入力部に接続されている。セルスタック１２の出力部と混合タンク３０との間でアノード流路２２には気液分離器４０が設けられている。セルスタック１２のアノード３７から排出される排出流体、つまり化学反応に用いられなかった未反応メタノール水溶液および生成された二酸化炭素を含む気液２相流は、気液分離器４０に送られ、ここで、二酸化炭素が分離される。分離されたメタノール水溶液はアノード流路２２を通して混合タンク３０に戻され、再度、アノード３７へ供給される。気液分離器４０により分離された二酸化炭素は、後述するカソード流路２４を通して有害物除去フィルタ５６へ送られる。
【００１９】
一方、カソード流路２４の上流端２４ａおよび下流端２４ｂは、それぞれ大気に連通している。カソード流路２４に設けられる補機は、セルスタック１２の上流側でカソード流路２４の上流端２４ａ近傍に設けられたエアフィルタ５０、セルスタック１２とエアフィルタとの間でカソード流路に接続された送気ポンプ５２、開閉弁５３、セルスタック１２の下流側でカソード流路２４の下流端２４ｂ近傍に設けられた排気フィルタ５４、および、開閉弁５５を含んでいる。
【００２０】
エアフィルタ５０は、カソード流路２４に吸い込まれた空気中のゴミ、および二酸化炭素、ギ酸、燃料ガス、ギ酸メチル等の不純物、有害物質等を捕獲し除去する。排気フィルタ５４は、カソード流路２４から外部へ排気される気体中の副生成物を無害化するとともに、排気中の含まれている燃料ガス等を捕獲する。
【００２１】
気液分離器４０は、セルスタック１２の流入側と開閉弁５３との間でカソード流路２４に接続されている。また、気液分離器４０とセルスタック１２の流入側との間でカソード流路２４には、有害物除去フィルタ５６が設けられている。気液分離器４０からカソード流路２４に送られた気体は、有害物除去フィルタ５６を通り、ここで、燃料ガス等の不純物、有害物質が除去された後、セルスタック１２へ送られる。
【００２２】
次に、気液分離器４０について詳細に説明する。図４は、気液分離器４０を拡大して示している。  
図４に示すように、気液分離器４０は、アノード流路２２の一部を規定している分離チューブ４２と、分離チューブ４２を覆って設けられた中空の容器４４と、を有している。分離チューブ４２は、多孔質材料、例えば、多孔質のフッ素系樹脂からなる厚さ１〜２ｍｍのガス透過性膜４６を筒状に成形して構成されている。ガス透過性膜４６の内面（第１表面）により、気液２相流が流れる流路が規定され、外面（第２表面）により分離チューブ４２の外面が形成されている。そして、ガス透過性膜４６は流路内を流れる気液２相流中のガスを透過する。
【００２３】
分離チューブ４２の両端部は、アノード流路２２を形成している配管２２ａにそれぞれ接続されている。これにより、分離チューブ４２は、アノード３７から排出された排出流体、つまり未反応メタノール水溶液および生成された二酸化炭素を含む気液２相流体が流れるアノード流路２２の一部を構成している。
【００２４】
容器４４は分離チューブ４２全体を覆って設けられ、分離チューブ４２の外面に接した密閉空間６０を規定している。容器４４は、有害物除去フィルタ５６と開閉弁５３との間でカソード流路２４に接続されている。容器４４には、カソード流路２４を規定している配管２４ｃが接続され、容器４４内の空間６０はカソード流路２４に連通している。これにより、送気ポンプ５２から供給される外気（空気）は、容器４４内の空間６０に供給され分離チューブ４２の周囲を流れた後、有害物除去フィルタ５６を通ってカソード３６に送られる。
【００２５】
上記のように構成された気液分離器４０によれば、アノード３７から排出された排出流体が分離チューブ４２内を通って流れ、分離チューブ４２の外面は空間６０に供給された外気、つまり、空気に接している。排出流体は、比較的高温であるとともに、外気よりも数Ｋパスカルだけ圧力が高くなっている。そのため、分離チューブ４２の内外で差圧が生じている。これにより、排出流体中に含まれるガス、ここでは、二酸化炭素およびガス状のメタノール燃料成分は、上記圧力差によりガス透過性膜４６を透過して外側の空間６０に排出される。排出流体中の液体は、その表面張力によりガス透過性膜４６を透過することができず、そのまま流路を通って流れる。これにより、気液の分離が行われる。
【００２６】
上記のようにして気液分離器４０により分離された排出流体は、アノード流路２２を通して混合タンク３０へ送られ、また、分離されたガスは、外気ととともに有害物除去フィルタ５６に送られ、ここで、不純物等が除去された後、セルスタック１２のカソード３６へ送られる。
【００２７】
図１に示すように、燃料電池装置１０は、気液分離器４０に流入する気液２相流と気液分離器との温度差を所定の値以下に制御する温度制御部６２を備えている。温度制御部６２は、気液分離器４０に流入する気液２相流の温度を検出する第１温度センサ６４と、気液分離器の温度を検出する第２温度センサ６６と、第１温度センサおよび第２温度センサにより検出された温度に応じて、アノード３７から排出される気液２相流を冷却する冷却部と、を備えている。冷却部は、セルスタック１２のアノード側を冷却する冷却ファン６８を備えている。
【００２８】
第１および第２温度センサ６４、６６は、それぞれ電池制御部５１に接続され、検出温度を電池制御部に入力する。また、冷却ファン６８は、電池制御部５１により、第１温度センサおよび第２温度センサにより検出された温度に応じて動作が制御される。
【００２９】
図５は、気液分離器４０におけるアノード循環液温度（３５〜５５℃）ごとの分離チューブ４２からの水蒸気排出量と、気液分離器を通過する空気流量が１．２、１．４１／ｍｉｎとした場合の含水可能量を示したグラフである。図５において、ＲＨは相対湿度を示している。また、流入する空気の初期温度は２５℃と仮定する。
【００３０】
水蒸気排出量は、アノード循環液温度の上昇に伴い増加し、含水可能量は気液分離器４０の温度上昇に伴い増加する。そこで、分離チューブ４２外面での結露を抑制するためには、アノード循環液の急激な温度上昇や気液分離器温度の低下を防ぎ、その温度差が大きくならないようにする必要がある。
【００３１】
燃料電池装置１０においては、装置起動時にアノード循環液温度が環境温度付近から、出力の安定する５０〜７０℃程度（使用するセルスタックの特性により異なる)まで急激に上昇するのに対して、気液分離器４０の温度は、分離チューブ４２を通過するアノード循環液と気液分離器４０を通過する空気の熱交換等により緩やかに温度上昇する。そのため、アノード循環液と気液分離器４０の温度に差が生じて結露が発生する。そこで、アノード循環液と気液分離器４０との温度差を所定の値以下、例えば、１０℃以下とすることにより、結露の発生を防止することができる。温度差を所定値以下にする方法として、例えば、アノード循環液を冷却してアノード循環液の温度上昇を緩やかにすることにより、結露の発生を抑制することが出来る。従って、結露した水によりガス透過性膜４６の孔が塞がれることを防止し、ガス透過性膜のガス透過能力、つまり、気液分離効率の低下を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態によれば、電池制御部は５１は、分離チューブ４２を通過する水蒸気量と気液分離器４０を通過する空気流量とにより、結露を防止するために必要な温度差の所定値を算出する。そして、電池制御部５１は、第１温度センサ６４により検出されたアノード循環液、つまり、セルスタック１２から排出された気液２相流の温度、および第２温度センサ６６により検出された気液分離器４０の温度から、これらの温度差を所定値、例えば、１０℃と比較する。そして、電池制御部５１は、検出された温度差が所定値の範囲を超えている場合には、冷却ファン６８を作動させてアノード循環液を冷却し、上記温度差が所定値の範囲内となるように制御する。
【００３３】
アノード循環液および、気液分離器４０の温度は、アノード循環液の流れる流路内や気液分離器内部(気相部)に直接、温度センサを取り付け、温度を測定することが望ましい。しかし、温度センサの耐久性の問題などを考慮して、流路を形成する配管の表面などに温度センサを設け、それらの温度に近い温度を示す部分の温度を測定する。
【００３４】
アノード循環液温度に関してはアノード循環液が冷却されてから、気液分離器に流入するまでの区間上の温度を測定することで、気液分離器４０に流入するアノード循環液温度に近い温度を測定することが出来る。本実施形態のようにセルスタック１２を冷却するシステムにおいては、セルスタック温度および、セルスタック〜気液分離器４０間の流路上の温度が相当している。例えば、第１温度センサ６４は、冷却部と気液分離器４０との間でアノード流路２２に設けられている。
【００３５】
気液分離器４０の温度に関しては、気液分離器または、気液分離器を通過した空気の流れる流路上の温度を測定することで、気液分離器内部の温度に近い温度を測定することができる。但し、気液分離器４０後段にセルスタック１２、有害物除去フィルタ５６等の発熱する部品が設置されている場合はそれらの影響を避けるため、それらの部品に空気が流入する前の流路上の温度を測定する。本実施形態において、第２温度センサ６６は、気液分離器４０、および気液分離器を通過した空気の少なくとも一方の温度を検出する位置に設けられている。例えば、第２温度センサ６６は、気液分離器４０の流出側と有害物除去フィルタ５６との間でカソード流路２４に設けられている。
【００３６】
上記のように構成された燃料電池装置１０を電源として用いる場合、電池制御部５１の制御の下、燃料ポンプ２８、送液ポンプ３４および送気ポンプ５２を作動させるとともに、開閉弁２６、５３、５５を開放する。燃料ポンプ２８により、燃料タンク１４から混合タンク３０へメタノールが供給され、混合タンク内で水と混合され所望濃度のメタノール水溶液が形成される。また、送液ポンプ３４により、混合タンク内のメタノール水溶液がアノード流路２２を通してセルスタック１２のアノード３７に供給される。
【００３７】
一方、送気ポンプ５２により、カソード流路２４の上流端２４ａからカソード流路内に外気、つまり、空気が吸い込まれる。この空気はエアフィルタ５０を通り、ここで、空気中のゴミ、不純物が除去される。エアフィルタ５０を通過した後、空気は、カソード流路２４を通り気液分離器４０の空間６０へ送られ、更に、有害物除去フィルタ５６を通してセルスタック１２のカソード３６へ供給される。
【００３８】
セルスタック１２に供給されたメタノールおよび空気は、アノード３７とカソード３６との間に設けられた電解質膜１４４で電気化学反応し、これにより、アノード３７とカソード３６との間に電力が発生する。セルスタック１２で発生した電力は、電池制御部５１を介して電子機器等へ供給される。
【００３９】
電気化学反応に伴い、セルスタック１２には反応生成物として、アノード３７側に二酸化炭素、カソード３６側に水が生成される。アノード３７側に生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかった未反応メタノール水溶液はアノード流路２２を通して気液分離器４０に送られ、ここで、二酸化炭素とメタノール水溶液とに分離される。分離されたメタノール水溶液は、気液分離器４０からアノード流路２２を通して混合タンク３０へ回収され、再度、発電に用いられる。
【００４０】
また、電池制御部５１は、第１温度センサ６４により検出された気液２相流の温度、および第２温度センサ６６により検出された気液分離器４０の温度から、これらの温度差を検出し、この温度差が所定値の範囲となるように、例えば、温度差１０℃の範囲となるように、冷却ファン６８を作動させてアノード循環液を冷却する。
【００４１】
分離された二酸化炭素は、気液分離器４０の空間６０からカソード流路２４へ送られ、更に、空気とともに有害物除去フィルタ５６へ送られる。有害物除去フィルタ５６により、空気中の不純物、有害物が除去された後、空気および二酸化炭素はセルスタック１２に供給され、発電に用いられる。空気中の不純物がセルスタック１２へ送られることを防止し、これらの不純物による発電効率の低下を防止することができる。
【００４２】
セルスタック１２のカソード３６側に生じた水は、その大部分が水蒸気となり空気とともにカソード流路２４に排出される。排出された空気および水蒸気は、排気フィルタ５４に送られ、ここで、ゴミ、不純物が除去された後、カソード流路２４の下流端２４ｂから外部に排気される。
【００４３】
以上のように構成された燃料電池装置１０によれば、気液分離器４０に流入する気液２相流と気液分離器との温度差を例えば、１０℃以下とすることにより、気液分離器における分離チューブ４２外面での結露の発生を防止することができる。これにより、結露した水によりガス透過性膜４６の孔が塞がれることを防止し、ガス透過性膜のガス透過能力、つまり、気液分離器４０における気液分離効率の低下を抑制することができる。従って、液体中のガスを効率良く分離でき、発電効率の向上した燃料電池装置が得られる。
【００４４】
次に、この発明の第２の実施形態に係る燃料電池装置について説明する。  
図６に示すように、第２の実施形態によれば、燃料電池装置の温度制御部６２は、冷却部として、アノード流路２２に設けられた熱交換器７０、および熱交換器に対向して設けられた冷却ファン７２を備えている。熱交換器７０は、フィン等により構成され、セルスタック１２のアノード流出側と気液分離器４０との間でアノード流路２２に設けられている。また、温度制御部６２は、気液分離器４０を加熱する、つまり、空間６０内の空気を加熱するヒータ７４を備えている。ヒータ７４は、例えば、気液分離器４０の容器４４の外面と隣接対向して設けられている。
【００４５】
温度制御部６２は、気液分離器４０に流入する気液２相流の温度を検出する第１温度センサ６４と、気液分離器の温度を検出する第２温度センサ６６と、を備えている。第１温度センサ６４は、熱交換器７０と気液分離器４０との間でアノード流路２２に設けられている。第２温度センサ６６は、気液分離器４０、および気液分離器を通過した空気の少なくとも一方の温度を検出する位置に設けられている。例えば、第２温度センサ６６は、気液分離器４０の流出側と有害物除去フィルタ５６との間でカソード流路２４に設けられている。第１および第２温度センサ６４、６６は、それぞれ電池制御部５１に接続され、検出温度を電池制御部に入力する。冷却ファン７２およびヒータ７４は、電池制御部５１により、第１温度センサおよび第２温度センサによって検出された温度に応じて動作が制御される。  
第２の実施形態において、他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４６】
上記構成の燃料電池装置によれば、電池制御部５１は、第１温度センサ６４により検出されたアノード循環液、つまり、セルスタック１２から排出された気液２相流の温度、および第２温度センサ６６により検出された気液分離器４０の温度から、これらの温度差を所定値、例えば、１０℃と比較する。そして、電池制御部５１は、検出された温度差が所定値の範囲を超えている場合には、冷却ファン７２を作動させてアノード循環液を冷却し、あるいは、ヒータ７４を作動させて気液分離器４０内の空気を加熱し、上記温度差が所定値の範囲内となるように温度を制御する。なお、上記温度制御は、冷却ファン７２およびヒータ７４のいずれか一方のみを用いて行っても、あるいは、両方を併用して行ってもよい。
【００４７】
以上のように構成された燃料電池装置１０によれば、気液分離器４０に流入する気液２相流と気液分離器との温度差を例えば、１０℃以下とすることにより、気液分離器における分離チューブ４２外面での結露の発生を防止することができる。これにより、結露した水によりガス透過性膜４６の孔が塞がれることを防止し、気液分離器４０における気液分離効率の低下を抑制することができる。従って、液体中のガスを効率良く分離でき、発電効率の向上した燃料電池装置が得られる。
【００４８】
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４９】
例えば、気液分離器において、ガス透過性膜の形状は、筒状に限らず、シート状あるいは他の任意の形状とすることができる。セルスタックから排出されるアノード循環流体を冷却する冷却部は、冷却ファン、熱交換器に限らず、水冷式の冷却器を用いてもよい。燃料電池の形式としは、ＤＭＦＣに限らず、ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte   Fuel Cell）等の他の形式としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置の循環系を示す図。
【図２】図２は、前記燃料電池装置のセルスタックを示す断面図。
【図３】図３は、前記セルスタックの単セルを概略的に示す図。
【図４】図４は、前記燃料電池装置における気液分離器を示す断面図。
【図５】図５は、前記気液分離器の温度、水蒸気排出量、含水可能量との関係を示す図。
【図６】図６は、この発明の第２の実施形態に係る燃料電池装置示の循環系を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
１０…燃料電池装置、１２…セルスタック、１４…燃料タンク、２０…循環系、
２２…アノード流路、２４…カソード流路、３０…混合タンク、
３６…カソード（空気極）、３７…アノード（燃料極）、４０…気液分離器、
４２…分離チューブ、４４…容器、４６…ガス透過性膜、６０…空間、
６２…温度制御部、６４…第１温度センサ、６６…第２温度センサ、６８…冷却ファン
７０…熱交換器、７２…冷却ファン、７４…ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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