(57)【要約】【課題】  本体を小型化すると共に液体の回収効率を向上させることが可能な気液分離装置を提供する。【解決手段】  内周壁面に表面処理が施されて略円筒形状に形成された本体部と、本体部の内周壁面に沿って気体と液体が混合した流体を導入する導入部と、本体部の下部に設けられた液体を排出する排出部と、本体部の内部から外部に気体を排出する排気口とを有する気液分離装置。内周壁面の上部領域表面に親水性を有する親水層が形成され、下部領域表面に撥水性を有する撥水層が形成される。また、撥水性を有する下地撥水層が親水層の下地層として形成されている。【選択図】図５
2005028309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周壁面に表面処理が施されて略円筒形状に形成された本体部と、
前記本体部の前記内周壁面に沿って気体と液体が混合された気液二層流を導入する
導入部と、
前記本体部の下部に設けられた液体を排出する排出部と、
前記本体部の内部から外部に気体を排出する排気口と、
を有することを特徴とする気液分離装置。
【請求項２】
前記表面処理として、前記内周壁面の表面に撥水性を有する撥水層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の気液分離装置。
【請求項３】
前記表面処理として、前記内周壁面の表面に親水性を有する親水層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の気液分離装置。
【請求項４】
撥水性を有する下地撥水層が前記親水層の下地層として形成されていることを特徴とする請求項３記載の気液分離装置。
【請求項５】
前記表面処理として、前記内周壁面の上部領域表面に親水性を有する親水層が形成され、前記内周壁面の下部領域表面に撥水性を有する撥水層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の気液分離装置。
【請求項６】
撥水性を有する下地撥水層が前記親水層の下地層として形成されていることを特徴とする請求項５記載の気液分離装置。
【請求項７】
前記排出部の液体と接触する面に、撥水性の表面処理が施されていることを特徴とする請求項１記載の気液分離装置。
【請求項８】
前記本体部の上方に形成された天板部を有し、前記天板部の本体内部に露出した面に撥水性の表面処理が施されていることを特徴とする請求項１記載の気液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体と液体とを分離して回収するための気液分離装置に関し、特に気体と液体の二層流を螺旋状に回転させて遠心力により気体と液体とを分離して回収するサイクロン方式の気液分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸素（酸化剤ガス）を電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が主として水であることから環境を汚染することがない発電素子として近年注目されており、例えば自動車を駆動するための駆動電源や家庭用コジェネレーションシステムとして使用する試みが行われている。
【０００３】
さらに、上述の自動車駆動用の駆動電源等に止まらず、例えばノート型パソコン、携帯電話及びＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯型電子機器の駆動電源としての燃料電池の開発も活発に行われている。このような燃料電池においては、所要の電力を安定して出力できるとともに、携帯可能なサイズ及び重量とされることが重要となり、このような要求に対応するべく各種技術開発が盛んに行われている。
【０００４】
燃料電池は、電解質の違いや燃料の供給方法等によって様々なタイプのものに分類されるが、メタノールを水素に改質せずに燃料として直接用いるダイレクトメタノール型の燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）も提案されている。ダイレクトメタノール型の燃料電池では、アノード側で主としてＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ―の如き反応がおき、カソード側で主として３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ―→３Ｈ２Ｏの如き反応がおきている。アノード側で発生したプロトン（Ｈ＋）が電解質によってカソード側に伝達され、全体としてＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏの反応が起きて発電とともに水と二酸化炭素が生成される。
【０００５】
ダイレクトメタノール型の燃料電池では、燃料として純粋なメタノールを供給するだけではアノードでの発電反応が進行しないため、水とメタノールとを混合した燃料をアノードに供給する必要がある。このときの燃料供給方法として、予めメタノールと水を適切な組成で混合しておく方法が提案されている。また、燃料を循環させる燃料流路を設置し、純粋なメタノールを補充することで発電反応によって消費され不足したメタノール成分を補給し、発電反応によってカソードで生成された水を回収して燃料に混合する方法が提案されている。
【０００６】
しかし、燃料電池の発電反応に伴って、燃料中には二酸化炭素などの気体が混入してしまい、気体が混入したまま燃料を循環させてしまうと発電効率が低下するという問題があった。また、燃料電池から排出される気体にも液体が混入しており、気体と液体を分離して回収する必要が生じる。従来から、液体と気体が混合した流体から液体と気体を分離して、気体と液体とを別々に回収するための技術として、サイクロン式の気液分離装置が提案されている。サイクロン式の気液分離装置では、液体と気体が混合した流体を円筒形状の本体内壁面に沿って流入させ、液体を本体内壁面に沿って螺旋状に落下させることで液体の微小な粒子を壁面に付着させて回収し、気体を本体中心部に導入した管から回収する（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４６２１６号公報
【特許文献２】特開２００３−１０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
燃料を循環させて回収する燃料電池では、一度投入した燃料を可能な限り回収して循環させることがエネルギーの利用効率を向上させることや使用可能時間を延ばすことに繋がる。また、燃料電池は上述した様に携帯型の電子機器に搭載する利用方法が考えられるため、燃料の回収を行うための気液分離装置も小型軽量化を図ることが重要になる。
【０００９】
したがって本願発明は、本体を小型化すると共に液体の回収効率を向上させることが可能な気液分離装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本願発明の気液分離装置は、内周壁面に表面処理が施されて略円筒形状に形成された本体部と、前記本体部の前記内周壁面に沿って気体と液体が混合された気液二層流を導入する導入部と、前記本体部の下部に設けられた液体を排出する排出部と、前記本体部の内部から外部に気体を排出する排気口とを有することを特徴とする。
【００１１】
本体部の内周壁面に表面処理を施すことによって、内周壁面に沿って螺旋を描きながら落下していく液体と本体部の内周壁面との濡れ性を望ましい状態にすることができ、液体が内周壁面に接触する時間を制御して、液体が排出部から回収されるまでの時間を制御して液体の回収効率を向上させることが可能となる。
【００１２】
このとき、表面処理として内周壁面の表面に撥水性を有する撥水層が形成されていることで、本体部の内周壁面から液体が分離し易くなり、液体が排出部から回収されるまでの時間を短くして液体の回収効率を向上させることが可能となる。また、表面処理として内周壁面の表面に親水性を有する親水層が形成されていることで、本体部の内周壁面と液体の濡れ性が向上し、液体と内周壁面との親和性が向上して液体の気化熱により本体部が冷却されて、液体の回収効率を向上させることが可能となる。このとき、撥水性を有する下地撥水層が親水層の下地層として形成されていることで、本体部を形成している材質の内部にまで液体が浸透していくことを防止することができ、液体の浸透による本体部の変形を防止することが可能となる。
【００１３】
また表面処理として、内周壁面の上部領域表面に親水性を有する親水層が形成され、内周壁面の下部領域表面に撥水性を有する撥水層が形成されていることで、本体部の上部領域では、内周壁面に沿って螺旋を描いている液体と内周壁面との濡れ性が向上し、液体の気化熱により本体部の上部領域が冷却されて、液体の回収効率を向上させることが可能となる。同時に本体部の下部領域では、内周壁面に沿って螺旋を描いている液体が内周壁面から分離し易くなり、液体が排出部から回収されるまでの時間を短くして液体の回収効率を向上させることが可能となる。このとき、撥水性を有する下地撥水層が親水層の下地層として形成されていることで、本体部を形成している材質の内部にまで液体が浸透していくことを防止することができ、液体の浸透による本体部の変形を防止することが可能となる。
【００１４】
また、排出部の液体と接触する面に撥水性の表面処理が施されていることで、液体が本体部から排出されやすくなり、液体の回収効率を向上させることが可能となる。また、本体部の上方に形成された天板部を備え、天板部の本体内部に露出した面に撥水性の表面処理が施されていることにより、導入部から本体部に流入してくる液体の飛沫が天板部に付着したとしても、本体部の下方に液滴が落下し易くなるために液体の回収効率を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本体部の内周壁面に表面処理を施すことによって、内周壁面に沿って螺旋を描きながら落下していく液体と本体部の内周壁面との濡れ性を望ましい状態にすることができ、液体が内周壁面に接触する時間を制御して、液体が排出部から回収されるまでの時間を制御して液体の回収効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本願発明を適用した気液分離装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお本願発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、本発明の気液分離装置は燃料電池での燃料流体を回収する場合に好適に用いることができるが、他の用途での気体と液体とを分離して回収する場合にも用いることができる。
【００１７】
図１は本発明の気液分離装置の外観を示す正面図である。気液分離装置１は、液体の遠心分離を行うサイクロン室である本体部２と、本体部２に液体と気体が混合した流体を導入する導入部３と、本体部２から気体を排出する排気口４と、本体部２から液体を排出する排出部５と、本体部２の上部を覆うように配置された天板部６を備えている。導入部３には流体が流れる配管を接続するための導入継手７が取り付けられ、排出部５にも液体の流れる配管を接続するための排出継手８が取り付けられている。
【００１８】
また、図２は本発明の気液分離装置の内部構造を示す断面図である。本体部２は、本体部２の上方に位置して内部が略円筒形状に形成されている上部領域２aと、本体部２の下方に位置して内部が漏斗状に形成されている下部領域２ｂとを備えている。上部領域２aの壁面には円筒形状の内周壁面の接線方向に沿って導入口３aが開口されており、導入継手７および導入部３を流れてきた流体が、上部領域２aの内周壁面に沿って流入する。下部領域２ｂの最下部である円錐の頂点部分には排出口５aが開口されており、本体部２の内部を落下してきた液体が排出口５aから排出部５および排出継手８に流れていく。
【００１９】
天板部６は、上部領域２aの円筒形状の直径と略同一の板状の部材であり、本体部２を覆うように本体部２の上部に配置されて、本体部２の蓋として機能して流体が本体部２の上部から溢れ出ることを防止している。天板部６の外周は本体部２に嵌合する形状とされて、天板部６と本体部２との接触部分を接着して気密を確保し、本体部２の上部からの流体の漏洩を防止するとしてもよい。また、天板部６の略中心には排気口４が開口されており、排気管４aが本体部２の内部に排気口４から延伸して形成されている。排気管４aの長さは、上部領域２aの円筒形状の高さと略同一である例を図示しているが、特に長さは限定しない。
【００２０】
本体部２、排気管４a、天板部６を構成する材質は特に限定しないが、気液分離装置１の軽量化を図るためと成形を容易にするためにプラスチックを用いることができる。また、導入継手７および排出継手８を構成する材質も特に限定しないが、流体や液体が流れる配管を接続した際に流体や液体が漏洩しないように気密性を確保できる材質および構造を有している必要がある。
【００２１】
導入口３aから本体部２の内部に気体と液体が混合した流体が流入してくると、遠心力によって流体が上部領域２aの内周壁面に衝突して液体が内周壁面に付着し、螺旋を描いて下部領域２ｂに落下していく。下部領域２ｂに到達した液体は排出口５aから気液分離装置１の外部に排出され、流体中の気体も本体部２の内周壁面に沿って螺旋状に旋回して、排気管４aを通って排気口４から排出されていく。本体部２の本体部２の内周壁面は表面処理が施されており、導入口３aから本体部２の内部に流入してきた流体が本体部２の内周壁面に衝突して液体が内周壁面に付着する度合いを調整している。
【００２２】
例えば図３に断面模式図を示すように、上部領域２aと下部領域２ｂの内周壁面、排出部５の内周壁面、天板部６で本体部２の内部に面している壁面、および排気管４aの本体部２内周壁面と対向する面に、撥水性の特性を有する物質をコーティングして撥水層１０を形成する。図３では説明の簡略化のために導入口３aを省略している。本体部２の内部を撥水層１０でコーティングすることにより、導入口３aから流入してきた流体の液体が本体部２内部の各壁面に付着した場合に、液体が各壁面から分離し易くなり、液体が排出部５から回収されるまでの時間を短くして液体の回収効率を向上させることが可能となる。
【００２３】
また、例えば図４に示すように、上部領域２aと下部領域２ｂの内周壁面、排出部５の内周壁面、天板部６で本体部２の内部に面している壁面、および排気管４aの本体部２内周壁面と対向する面に、撥水性の特性を有する物質をコーティングして撥水層１０を形成し、撥水層１０の上にさらに親水性の特性を有する物質をコーティングして親水層１１を形成する。図４でも説明の簡略化のために導入口３aを省略している。本体部２の内部表面を親水層１１でコーティングすることにより、導入口３aから流入してきた流体の液体が本体部２内部の各壁面に付着した場合に、液体と各壁面との親和性が向上して液体の気化熱により本体部が冷却されて、液体の回収効率を向上させることが可能となる。
【００２４】
親水層１１をコーティングする前に下地層として撥水層１０をコーティングしておくことで、各壁面の表面で液体との親和性が向上した場合にも、液体が本体部２や天板部６や排気管４aを形成するプラスティックなどの材質中にまで浸透していくことを防止する。プラスティックなどによって気液分離装置１を成形した場合には、プラスティックなどの素材が液体を吸収してしまうと部分的な伸縮が発生してしまい気液分離装置１が変形してしまうおそれがある。したがって、撥水層１０を親水層１１の下地層として形成することで、本体部２を形成している材質の内部にまで液体が浸透していくことを防止することができ、液体の浸透による本体部２の変形を防止することが可能となる。
【００２５】
また、例えば図５に示すように、上部領域２aと下部領域２ｂの内周壁面、排出部５の内周壁面、天板部６で本体部２の内部に面している壁面、および排気管４aの本体部２内周壁面と対向する面に、撥水性の特性を有する物質をコーティングして撥水層１０を形成し、上部領域２aの内周壁面にのみ撥水層１０の上に親水性の特性を有する物質をコーティングして親水層１１を形成する。図５でも説明の簡略化のために導入口３aを省略している。上部領域２aでは、内周壁面に沿って螺旋を描いている液体と内周壁面との濡れ性が向上し、液体の気化熱により上部領域２aが冷却して液体の回収効率を向上させ、同時に下部領域２ｂでは、液体が内周壁面から分離し易くなり、液体が排出部５から回収されるまでの時間を短くして液体の回収効率を向上させることが可能となる。
【００２６】
本体部の内周壁面に表面処理を施すことによって、内周壁面に沿って螺旋を描きながら落下していく液体と本体部の内周壁面との濡れ性を望ましい状態にすることができ、液体が内周壁面に接触する時間を制御して、液体が排出部から回収されるまでの時間を制御して液体の回収効率を向上させることが可能となる。
【００２７】
このとき、表面処理として内周壁面の表面に撥水性を有する撥水層が形成されていることで、本体部の内周壁面から液体が分離し易くなり、液体が排出部から回収されるまでの時間を短くして液体の回収効率を向上させることが可能となる。また、表面処理として内周壁面の表面に親水性を有する親水層が形成されていることで、本体部の内周壁面と液体の濡れ性が向上し、液体と内周壁面との親和性が向上して液体の気化熱により本体部が冷却されて、液体の回収効率を向上させることが可能となる。このとき、撥水性を有する下地撥水層が親水層の下地層として形成されていることで、本体部を形成している材質の内部にまで液体が浸透していくことを防止することができ、液体の浸透による本体部の変形を防止することが可能となる。
【００２８】
また表面処理として、内周壁面の上部領域表面に親水性を有する親水層が形成され、内周壁面の下部領域表面に撥水性を有する撥水層が形成されていることで、本体部の上部領域では、内周壁面に沿って螺旋を描いている液体と内周壁面との濡れ性が向上し、液体の気化熱により本体部の上部領域が冷却されて、液体の回収効率を向上させることが可能となる。同時に本体部の下部領域では、内周壁面に沿って螺旋を描いている液体が内周壁面から分離し易くなり、液体が排出部から回収されるまでの時間を短くして液体の回収効率を向上させることが可能となる。このとき、撥水性を有する下地撥水層が親水層の下地層として形成されていることで、本体部を形成している材質の内部にまで液体が浸透していくことを防止することができ、液体の浸透による本体部の変形を防止することが可能となる。
【００２９】
また、排出部の液体と接触する面に撥水性の表面処理が施されていることで、液体が本体部から排出されやすくなり、液体の回収効率を向上させることが可能となる。また、本体部の上方に形成されて本体内部を密閉する天板部を備え、天板部の本体内部に露出した面に撥水性の表面処理が施されていることにより、導入部から本体部に流入してくる液体の飛沫が天板部に付着したとしても、本体部の下方に液滴が落下し易くなるために液体の回収効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の気液分離装置の構成例を示す外観正面図である。
【図２】本発明の気液分離装置の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の気液分離装置の内部壁面に表面処理を施した状態を示す模式図であり、撥水性のコーティングを形成した例を示している。
【図４】本発明の気液分離装置の内部壁面に表面処理を施した状態を示す模式図であり、撥水性のコーティングを形成して、その上に親水性のコーティングを形成した例を示している。
【図５】本発明の気液分離装置の内部壁面に表面処理を施した状態を示す模式図であり、撥水性のコーティングを形成して、上部領域の内周壁面にのみ親水性のコーティングを形成した例を示している。
【符号の説明】
【００３１】
１    気液分離装置
２    本体部
２a    上部領域
２ｂ    下部領域
３    導入部
３a    導入口
４    排気口
４a    排気管
５    排出部
５a    排出口
６    天板部
７    導入継手
８    排出継手
１０    撥水層
１１    親水層
【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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