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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer
JP 2014 - 231 294 A , welche am 14. November 2014 angemeldet wurde und deren gesamte Offenbarung in diese Anmeldung hiermit durch Inbezugnahme mit aufgenommen ist.
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Hintergrund
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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser ein in einem von einer Brennstoffzelle abgeführten Abgas enthaltenes Wasser abscheidet und das abgetrennte bzw. abgeschiedene Wasser abführt.
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Stand der Technik
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Eine für eine Brennstoffzelle, wie eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle, verwendete Elektrolytmembran besitzt in einem Zustand hoher Feuchtigkeit eine hohe Leistungserzeugungsfähigkeit. Ein hin zu der Brennstoffzelle geführtes Reaktionsgas kann daher zu diesem Zweck befeuchtet sein. Um die Verwendungsrate des Reaktionsgases zu verbessern und die Ansammlung von Wasser in der Brennstoffzelle zu unterdrücken bzw. zu verhindern, kann ein Reaktionsgas-Zuführmechanismus vom Zirkulationstyp vorgesehen sein, um Wasser von einem von der Brennstoffzelle abgeführten Abgas abzuscheiden und das Abgas nach der Abscheidung von Wasser als das Reaktionsgas erneut hin zu der Brennstoffzelle zu führen. In diesem Reaktionsgas-Zuführmechanismus wird ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider verwendet, um Wasser aus dem Abgas abzuscheiden. Eine vorgeschlagene Konfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders umfasst beispielsweise einen rohrförmigen Gas-Flüssigkeits-Abscheideabschnitt und ein Reservoir, welches vertikal unterhalb des Gas-Flüssigkeits-Abscheideabschnitts angeordnet ist. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider dieser vorgeschlagenen Konfiguration scheidet Wasser von einem in den Gas-Flüssigkeits-Abscheider einströmenden Anoden-Abgas ab und speichert das abgeschiedene Wasser vorübergehend in dem Reservoir, während das Abgas nach der Abscheidung von Wasser abgeführt wird (
JP 2011-16039 A ). Dieser Gas-Flüssigkeits-Abscheider besitzt einen Abgas-Einlasskanal und einen Abgas-Auslasskanal, welche derart ausgebildet sind, dass diese den Gas-Flüssigkeits-Abscheider in dessen Dickenrichtung durchdringen.
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Ein Brennstoffzellensystem mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider der vorstehenden Konfiguration kann auf einem sich bewegenden Körper, wie einem Fahrzeug, montiert sein. In dem Fall, bei welchem der Gas-Flüssigkeits-Abscheider geneigt ist, wie beispielsweise während einer Fahrt des sich bewegenden Körpers auf einer Schräge, besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass das in dem Reservoir aufgenommene Wasser in den Abgas-Auslasskanal, das heißt, einen Abgasauslass des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders, eintritt. Wasser, welches in den Abgasauslass des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders eintritt, ist erneut in dem Abgas enthalten und das Abgas mit einem solchen Wasser wird zirkuliert. Dies resultiert in einer Abnahme der Abscheidungseffizienz bzw. -wirksamkeit des Wassers aus dem Abgas. Daher besteht entsprechend Bedarf, eine Technologie vorzusehen, welche verhindert, dass ein von einem Abgas abgeschiedenes Wasser in einen Abgasauslass eines Gas-Flüssigkeits-Abscheiders eintritt.
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Kurzfassung
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Um zumindest einen Teil der vorstehenden Probleme zu lösen, kann die Erfindung durch einen der nachfolgenden Aspekte implementiert sein.
- (1) Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider vorgesehen, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser ein in einem von einer Brennstoffzelle abgeführten Abgas enthaltenes Wasser abscheidet bzw. abtrennt und das abgeschiedene Wasser abführt. Die Brennstoffzelle ist auf einem sich bewegenden Körper montiert und weist einen Zellenstapel mit einer Mehrzahl von gestapelten Einheitszellen und eine Endplatte, welche in einer Stapelrichtung der Mehrzahl von gestapelten Einheitszellen auf einer Außenseite des Zellenstapels angeordnet ist, auf. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider kann einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt, welcher in der Endplatte derart ausgebildet ist, dass dieser bei einer Gegen-Endfläche bzw. entgegengesetzten Endfläche der Endplatte in der Stapelrichtung auf einer entgegengesetzten Seite zu dem Zellenstapel eine Öffnung besitzt, und welcher einen Teil des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders bildet; und ein Abdeckelement, welches derart angeordnet ist, dass dieses die Öffnung des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts bedeckt, und welches mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt kombiniert ist, um den Gas-Flüssigkeits-Abscheider zu bilden, aufweisen. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt kann einen ersten Innenwandabschnitt, der einen darin ausgebildeten Abgasauslass umfasst, welcher derart vorgesehen ist, dass dieser als ein Strömungspfad des Abgases dient und einen Teil eines Reservoirs ausbildet, in welchem das aus dem Abgas abgeschiedene Wasser aufgenommen ist, und welcher derart konfiguriert ist, dass dieser mit der Öffnung verbunden ist und in einer Dickenrichtung der Endplatte konkav ausgebildet ist; und einen Umgebungsabschnitt, welcher ausgehend von dem ersten Innenwandabschnitt entlang einer ersten Richtung ausgehend von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt in Richtung hin zu dem Abdeckelement vorsteht, um den Abgasauslass zu umgeben, umfassen. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider dieses Aspekts umfasst den Umgebungsabschnitt, welcher ausgehend von dem ersten Innenwandabschnitt entlang der ersten Richtung ausgehend von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt in Richtung hin zu dem Abdeckelement vorsteht, um den Abgasauslass zu umgeben. Diese Konfiguration unterdrückt bzw. verhindert, dass das abgeschiedene Wasser in den Abgasauslass des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders eintritt.
- (2) Bei dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider des vorstehenden Aspekts kann eine Endfläche des Umgebungsabschnitts in der ersten Richtung in einer entgegengesetzten Richtung zu der ersten Richtung von einer Endfläche der Endplatte in der ersten Richtung entfernt liegen. Bei dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider dieses Aspekts liegt die Endfläche des Umgebungsabschnitts in der ersten Richtung in der entgegengesetzten Richtung zu der ersten Richtung von der Endfläche der Endplatte in der ersten Richtung entfernt. Dies sieht eine relativ lange bzw. große Strecke ausgehend von einer Bodenfläche des Abdeckelements hin zu der Endfläche des Umfangsabschnitts in der ersten Richtung vor. Diese Konfiguration verhindert, dass das auf der Bodenfläche des Abdeckelements gesammelte Wasser gemäß der Neigung des sich bewegenden Körpers in den Abgasauslass eintritt. Dies unterdrückt entsprechend die Reduktion der Abscheideeffizienz von Wasser durch den Gas-Flüssigkeits-Abscheider.
- (3) Bei dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider des vorstehenden Aspekts kann der Umgebungsabschnitt eine Außenfläche mit einer geneigten Fläche besitzen, welche in einem Zustand, bei welchem sich der sich bewegende Körper in einer horizontalen Position befindet, auf einer vertikal unteren Seite des Umgebungsabschnitts angeordnet ist, und welche derart angeordnet ist, dass diese im Wesentlichen parallel zu einer Bodenfläche des Reservoirs gegenüberliegend zu der geneigten Fläche ist. Wenn der Gas-Flüssigkeits-Abscheider geneigt ist, wie beispielsweise gemäß dem Fahrzustand des sich bewegenden Körpers, bewirkt der Gas-Flüssigkeits-Abscheider dieses Aspekts, dass das Flüssigkeitsniveau bzw. der Flüssigkeitspegel von Wasser, welches in dem Reservoir aufgenommen ist, im Wesentlichen parallel zu der geneigten Fläche auf der vertikal unteren Seite des Umgebungsabschnitts ist. Dies sieht zwischen dem Flüssigkeitsspiegel des gesammelten Wassers und dem Umgebungsabschnitt eine relativ große Strecke vor und unterdrückt bzw. verhindert daher, dass das aufgenommene Wasser in den Abgasauslass eintritt. Dies unterdrückt entsprechend die Reduktion der Abscheideeffizienz von Wasser durch den Gas-Flüssigkeits-Abscheider.
- (4) Bei dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider des vorstehenden Aspekts kann bei dem ersten Innenwandabschnitt ein Abgaseinlass des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders ausgebildet sein. Das Abdeckelement kann einen zweiten Innenwandabschnitt, welcher in einer Dickenrichtung des Abdeckelements konkav ausgebildet ist, so dass dieser mit einer Öffnung des Abdeckelements, die bei einer Fläche des Abdeckelements gegenüberliegend zu dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt ausgebildet ist, verbunden ist, welcher derart angeordnet ist, dass dieser dem ersten Innenwandabschnitt in der Stapelrichtung gegenüberliegt, und welcher mit dem ersten Innenwandabschnitt kombiniert ist, um das Reservoir auszubilden; und einen Abfluss-Strömungspfad-Ausbildungsabschnitt, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser einen Abfluss-Strömungspfad ausbildet, um das in dem Reservoir aufgenommene Wasser abzuführen, aufweisen. Bei dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider dieses Aspekts umfasst der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt sowohl einen Einlass-Ausbildungsabschnitt als auch einen Auslass-Ausbildungsabschnitt, und der zweite Innenwandabschnitt des Abdeckelements ist in der Dickenrichtung des Abdeckelements konkav ausgebildet. Dies steuert die Strömung des Abgases in eine im Wesentlichen U-förmige Strömung innerhalb des Reservoirs. Dies erhöht die Gesamt-Strömungspfadlänge und erhöht daher die Möglichkeit des Abscheidens von Wasser aus dem Abgas.
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Die Erfindung kann durch einen von verschiedenen Aspekten implementiert sein, welche sich von dem vorstehend beschriebenen Gas-Flüssigkeits-Abscheider unterscheiden, wie beispielsweise ein Brennstoffzellensystem, eine Endplatte für eine Brennstoffzelle, ein Abdeckelement für einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider und ein Verfahren zum Abscheiden von Wasser, welches in einem von einer Brennstoffzelle abgeführten Abgas enthalten ist, und zum Abführen des abgeschiedenen Wassers.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, welches die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems darstellt, auf welches ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;
- 2 ist eine Vorderansicht, welche die Gestaltungskonfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders darstellt;
- 3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 2;
- 4 ist eine Vorderansicht, welche die Konfiguration eines Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts darstellt;
- 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts darstellt;
- 6 ist eine Schnittansicht, welche einen C-C-Abschnitt des in 4 gezeigten Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts darstellt;
- 7A ist eine Abbildung, welche die Positionsbeziehung zwischen dem in einem Reservoir aufgenommenen Wasser und einem Umgebungsabschnitt in dem Zustand darstellt, bei welchem sich ein Brennstoffzellenfahrzeug in einer horizontalen Position befindet;
- 7B ist eine Abbildung, welche die Positionsbeziehung zwischen dem in dem Reservoir aufgenommenen Wasser und dem Umgebungsabschnitt in dem Zustand darstellt, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug nicht in einer horizontalen Position befindet;
- 8 ist eine Draufsicht, welche die Konfiguration eines Abdeckelements darstellt;
- 9 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration des Abdeckelements darstellt;
- 10A ist eine Abbildung, welche die Positionierung des in dem Reservoir aufgenommenen Wassers in dem Zustand darstellt, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug in der horizontalen Position befindet;
- 10B ist eine Abbildung, welche die Positionierung des in dem Reservoir aufgenommenen Wassers in dem Zustand darstellt, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug nicht in der horizontalen Position befindet;
- 11A ist eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B in 3;
- 11B ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche einen Bereich Ar1 in 11A darstellt;
- 11C ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche einen Bereich Ar2 in 11B darstellt;
- 12A ist eine Abbildung, welche eine erste Modifikation des Verbindungsteils des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders und einer Ventileinheit darstellt; und
- 12B ist eine Abbildung, welche eine zweite Modifikation des Verbindungsteils des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders und der Ventileinheit darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ausführungsform
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A1. Systemkonfiguration
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1 ist ein Blockdiagramm, welches die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 5 darstellt, auf welches ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angewendet wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem 5 auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert und wird als ein System zum Zuführen von elektrischer Leistung zum Fahren verwendet. Das Brennstoffzellensystem 5 kann auf irgendeinem sich bewegenden Körper montiert und verwendet werden, der sich von dem Brennstoffzellenfahrzeug unterscheidet, welcher eine Leistungszuführung zum Fahren benötigt, wie ein Elektrofahrzeug. Das Brennstoffzellensystem 5 umfasst eine Brennstoffzelle 7, einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10, einen Wasserstofftank 20, einen Luftkompressor 30, eine Zirkulationspumpe 40, ein Absperrventil 51, einen Injektor 52, ein Abgas-Ablassventil 53, ein Drei-Wege-Ventil 54, einen Druckregulierer 55, einen Brenngas-Zuführpfad 61, einen Brenngas-Zirkulationspfad 62, einen Brenngas-Abführpfad 63, einen Oxidationsgas-Zuführpfad 71, einen Oxidationsgas-Abführpfad 72 und einen Bypass-Strömungspfad 73. Die beim Zirkulieren eines Kühlmediums über bzw. durch die Brennstoffzelle 7 involvierte Konfiguration ist der Einfachheit der Erläuterung halber von der Darstellung von 1 ausgenommen.
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Die Brennstoffzelle 7 umfasst einen Zellenstapel 90, ein Paar von Anschlussplatten 82 und 83, eine erste Endplatte 80 und eine zweite Endplatte 81. Der Zellenstapel 90 besitzt eine Stapelstruktur einer Mehrzahl von Einheitszellen in einer Stapelrichtung SD. Das Paar von Anschlussplatten 82 und 83 sind derart angeordnet, dass diese mit den jeweiligen Endflächen des Zellenstapels 90 in der Stapelrichtung SD in Kontakt stehen. Die erste Endplatte 80 ist in der Stapelrichtung SD außerhalb der Anschlussplatte 82 angeordnet. Die zweite Endplatte 81 ist in der Stapelrichtung SD außerhalb der Anschlussplatte 83 angeordnet. Jede der Einheitszellen, welche den Zellenstapel 90 bilden, erzeugt elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff als ein Brenngas, welches hin zu einer Anoden-Katalysator-Elektrodenschicht geführt wird, mit Sauerstoff, welcher in der Luft als ein Oxidationsgas enthalten ist, das hin zu einer Kathoden-Katalysator-Elektrodenschicht geführt wird. Die Anoden- und Kathoden-Katalysator-Elektrodenschichten sind über eine Festpolymer-Elektrolytmembran angeordnet. Jede der Katalysator-Elektrodenschichten kann derart konfiguriert sein, dass diese Kohlenstoffpartikel mit einem Katalysator, wie Platin (Pt), welcher darauf getragen ist, und einen Elektrolyten umfasst. Eine Gasdiffusionsschicht, welche aus einem porösen Material hergestellt ist, ist außerhalb jeder der Anoden- und Kathoden-Katalysator-Elektrodenschichten angeordnet. Das poröse Material kann beispielsweise ein poröses Kohlenstoffmaterial, wie Kohlepapier oder Carbon-Cloth bzw. ein Kohletuch bzw. ein Kohlegewebe, oder ein poröses Metallmaterial, wie ein Metallgeflecht bzw. -netz oder ein Metallschaum, sein. Innerhalb der Brennstoffzelle 7 sind entlang der Stapelrichtung SD Sammelrohre bzw. Verteiler ausgebildet, um jeweilige Ströme des Brenngases, des Oxidationsgases und des Kühlmediums zu schaffen. Die beiden Anschlussplatten 82 und 83 sind plattenähnliche Elemente, welche als allgemeine bzw. normale Elektroden der Brennstoffzelle 7 dienen. Die erste Endplatte 80 besitzt eine im Wesentlichen plattenähnliche Erscheinungsform mit einer Dickenrichtung, welche identisch zu der Stapelrichtung SD ist. Die erste Endplatte 80 dient in Kombination mit der zweiten Endplatte 81 dazu, dass der Zellenstapel 90 und das Paar von Anschlussplatten 82 und 82 dazwischen angeordnet sind, diese dient dazu, um Strömungspfade zum Zuführen des Brenngases, des Oxidationsgases und des Kühlmediums zu entsprechenden Verteilern in dem Zellenstapel 90 und zum Abführen des Brenngases, des Oxidationsgases und des Kühlmediums von entsprechenden Verteilern in dem Zellenstapel 90 vorzusehen, und diese dient dazu, um einen Teil des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 zu bilden. Ebenso wie die erste Endplatte 80 besitzt die zweite Endplatte 81 eine im Wesentlichen plattenähnliche Erscheinungsform, wobei deren Dickenrichtung identisch zu der Stapelrichtung SD ist. Die zweite Endplatte 81 dient in Kombination mit der ersten Endplatte 80 dazu, dass der Zellenstapel 90 und das Paar von Anschlussplatten 82 und 83 zwischen diesen angeordnet sind. Im Gegensatz zu der ersten Endplatte 80 dient die zweite Endplatte 81 jedoch weder dazu, Strömungspfade zum Zuführen und Abführen des Brenngases, des Oxidationsgases und des Kühlmediums vorzusehen, noch dazu, einen Teil des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 zu bilden.
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Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 ist mit einem Brenngas-Abführverteiler in dem Zellenstapel 90 verbunden, um ein in einem von dem Verteiler abgeführten Abgas enthaltenes Wasser abzuscheiden und abzuführen und das Brenngas nach der Abscheidung von Wasser hin zu dem Brenngas-Zirkulationspfad 62 zu führen. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 weist einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 und ein Abdeckelement 11 auf. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 ist innerhalb der ersten Endplatte 80 vorgesehen. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 besitzt eine Gestaltung, welche bei einer Endfläche der ersten Endplatte 80 auf einer Außenseite in der Stapelrichtung SD (nachfolgend als „Abdeck-Gegenfläche“ bezeichnet) offen ist und in der Dickenrichtung der ersten Endplatte 80, oder insbesondere in einer Richtung ausgehend von der ersten Endplatte 80 in Richtung hin zu der Anschlussplatte 82, entlang der Stapelrichtung SD konkav ist. Das Abdeckelement 11 ist derart angeordnet, dass dieses mit der Abdeck-Gegenfläche der ersten Endplatte 80 in Kontakt steht und die Öffnung des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 abdeckt. Das Abdeckelement 11 besitzt eine Gestaltung, welche bei einer Fläche gegenüberliegend zu dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 offen ist und in der Dickenrichtung, oder insbesondere in einer Richtung ausgehend von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 in Richtung hin zu dem Abdeckelement 11, entlang der Stapelrichtung SD konvex ist. Die detaillierte Konfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 ist später beschrieben.
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Der Wasserstofftank 20 ist derart konfiguriert, dass dieser Hochdruck-Wasserstoff speichert und Wasserstoffgas als das Brenngas hin zu der Brennstoffzelle 7 führt. Der Luftkompressor 30 ist derart konfiguriert, dass dieser die Luft als das Oxidationsgas hin zu der Brennstoffzelle 7 führt. Die Zirkulationspumpe 40 ist in dem Brenngas-Zirkulationspfad 62 angeordnet. Die Zirkulationspumpe 40 ist derart konfiguriert, dass diese das Brenngas von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10, das heißt, das Brenngas nach der Abscheidung von Wasser, hin zu dem Brenngas-Zuführpfad 61 fördert. Das Absperrventil 51 ist in der Nähe des Brenngasauslasses des Wasserstofftanks 20 angeordnet. Das Absperrventil 51 ist derart konfiguriert, dass dieses zwischen einer Zuführung und einem Stopp der Zuführung des Wasserstoffgases ausgehend von dem Wasserstofftank 20 umschaltet. Der Injektor 52 ist in dem Brenngas-Zuführpfad 61 angeordnet. Der Injektor 52 ist derart konfiguriert, dass dieser den Zuführbetrag und den Druck des Wasserstoffgases hin zu der Brennstoffzelle 7 anpasst. Das Abgas-Ablassventil 53 ist in dem Brenngas-Abführpfad 62 angeordnet. Das Abgas-Ablassventil 53 ist derart konfiguriert, dass dieses zwischen einem Abführen und einem Stopp des Abführens von Wasser und eines Abgases von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 umschaltet. Ein Öffnen und ein Schließen des Abgas-Ablassventils 53 werden durch eine Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) gesteuert. Das Abgas-Ablassventil 53 wird beispielsweise gemäß Betriebsbedingungen, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs und dem Niederdrückbetrag eines Gaspedals, bei vorbestimmten Intervallen regelmäßig geöffnet und geschlossen. Das Drei-Wege-Ventil 54 ist in dem Oxidationsgas-Zuführpfad 71 angeordnet. Das Drei-Wege-Ventil 54 ist derart konfiguriert, dass dieses die Gesamtströmung der von dem Luftkompressor 30 zugeführten Luft empfängt und eine Strömungsrate, welche hin zu dem Oxidationsgas-Zuführpfad 71 zu führen ist, und eine Strömungsrate, welche hin zu dem Bypass-Strömungspfad 73 zu führen ist, anpasst. Der Druckregulierer 55 ist in dem Oxidationsgas-Abführpfad 72 angeordnet. Der Druckregulierer 55 ist derart konfiguriert, dass dieser einen Druck auf der Kathoden-Abführseite der Brennstoffzelle 7 oder den Gegendruck reguliert.
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Das Nachstehende beschreibt die Strömungskonfiguration des Brenngases in dem Brennstoffzellensystem 5. Das von dem Wasserstofftank 20 zugeführte Wasserstoffgas wird über den Brenngas-Zuführpfad 61 hin zu der Brennstoffzelle 7 geführt. Ein Anoden-Abgas, welches einem von der Brennstoffzelle 7 abgeführten Abgas entspricht, wird hin zu dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 geführt, welcher dazu dient, um zumindest einen Teil des in dem Abgas enthaltenen Wassers abzuscheiden. Das Abgas nach der Abscheidung von Wasser, das heißt, das Brenngas, wird über den Brenngas-Zirkulationspfad 62 und die Zirkulationspumpe 40 hin zu dem Brenngas-Zuführpfad 61 zurückgeführt und der Brennstoffzelle 7 erneut zugeführt. Ein Teil des in den Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 eingeströmten Abgases wird zusammen mit dem aus dem Abgas abgeschiedenen Wasser von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 über das Abgas-Ablassventil 53 hin zu dem Brenngas-Abführpfad 63 abgeführt. Der Brenngas-Abführpfad 63 ist mit dem Oxidationsgas-Abführpfad 72 verbunden, so dass Wasser und das Anoden-Abgas, welche hin zu dem Brenngas-Abführpfad 63 abgeführt werden, zusammen mit Wasser und einem von der Brennstoffzelle 7 abgeführten Kathoden-Abgas über den Oxidationsgas-Abführpfad 72 hin zu der Atmosphäre abgegeben werden. Der Brenngas-Abführpfad 63 steht mit dem hin zu der Atmosphäre offenen Oxidationsgas-Abführpfad 72 in Verbindung, so dass der Innendruck des Brenngas-Abführpfads 63 dem Atmosphärendruck entspricht. Ein Gegendruck, welcher höher als der atmosphärische Druck ist, wird auf das Innere des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 aufgebracht. Entsprechend existiert über das Abgas-Ablassventil 53 eine Druckdifferenz. In dem Fall, bei welchem das Abgas-Ablassventil 53 geöffnet ist, wird das Abgas aufgrund dieser Druckdifferenz von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 hin zu dem Brenngas-Abführpfad 63 abgeführt.
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Das Nachstehende beschreibt die Strömungskonfiguration des Oxidationsgases in dem Brennstoffzellensystem 5. Die von dem Luftkompressor 30 geförderte Luft, das heißt, die verdichtete Luft, wird über den Oxidationsgas-Zuführpfad 71 der Brennstoffzelle 7 zugeführt. Der Zuführbetrag der Luft hin zu der Brennstoffzelle 7 ist durch Regulieren der Ventil-Öffnungsposition des Drei-Wege-Ventils 54 anpassbar. Wasser und ein Kathoden-Abgas, welches einem von der Brennstoffzelle 7 abgeführten Abgas entspricht, werden über den Druckregulierer 55 hin zu dem Oxidationsgas-Abführpfad 72 abgeführt. Der Oxidationsgas-Abführpfad 72 steht, wie vorstehend beschrieben ist, mit dem Brenngas-Abführpfad 63 in Verbindung, und dieser steht ebenso mit dem Bypass-Strömungspfad 73 in Verbindung, so dass das von der Brennstoffzelle 7 abgeführte Kathoden-Abgas zusammen mit dem Anoden-Abgas und dem über den Brenngas-Abführpfad 63 abgeführten Wasser und der über den Bypass-Strömungspfad 73 abgeführten Luft hin zu der Atmosphäre freigegeben wird.
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Ebenso wie das vorstehend beschriebene Abgas-Ablassventil 53 ist der Betrieb des Luftkompressors 30, der Zirkulationspumpe 40 und der weiteren Ventile durch eine Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) gesteuert. Diese Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise einen Nurlesespeicher (ROM), welcher Steuerprogramme speichert, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), welche die Steuerprogramme von dem ROM ausliest und ausführt, und einen Direktzugriffsspeicher (RAM), welcher als der Arbeitsbereich der CPU verwendet wird, umfassen.
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A2. Konfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders
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2 ist eine Vorderansicht, welche die Gestaltungskonfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 darstellt. 3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 2. Die Vorderansicht von 2 stellt den Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 aus Sicht einer Richtung von der ersten Endplatte 80 in Richtung hin zu der Anschlussplatte 82 und dem Zellenstapel 90 dar. Wie vorstehend beschrieben ist, ist ein Teil des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 in der ersten Endplatte 80 ausgebildet. Ein Teil der ersten Endplatte 80 ist entsprechend in 2 und 3 dargestellt. Eine Ventileinheit 500, welche mit dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 verbunden ist, ist in 2 ebenso dargestellt. Die Schnittansicht von 3 stellt einen A-A-Abschnitt von 2 dar. Solange nicht in anderer Art und Weise spezifiziert, stellen diese und nachfolgende Abbildungen die jeweiligen Komponenten des Brennstoffzellensystems 5 und des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 in dem Zustand dar, bei welchem das Brennstoffzellenfahrzeug mit dem darauf montierten Brennstoffzellensystem 5 auf einer horizontalen Ebene angeordnet ist, das heißt, in dem Zustand, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug in einer horizontalen Position befindet. In diesen und den nachfolgenden Abbildungen sind die X-Achse und die Y-Achse parallel zu der horizontalen Ebene und die Z-Achse ist parallel zu der vertikalen Richtung. Eine +Z-Achsen-Richtung gibt eine Richtung nach vertikal oben an und eine - Z-Achsen-Richtung gibt eine Richtung nach vertikal unten an. Eine +X-Achsen-Richtung gibt einer Vorwärtsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs an und eine -X-Achsen-Richtung gibt eine Rückwärtsrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs an. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Stapelrichtung SD parallel zu der Y-Achse.
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Wie in 2 gezeigt, ist das Abdeckelement 11 auf einer Abdeck-Gegenfläche S80 der ersten Endplatte 80 mittels Bolzen montiert. Die Ventileinheit 500 ist mit einem Ende des Abdeckelements 11 in der +X-Achsen-Richtung verbunden. Die Ventileinheit 500 umfasst das Abgas-Ablassventil 53 und einen Antriebsabschnitt (nicht gezeigt), um das Abgas-Ablassventil 53 zu öffnen und zu schließen. Der Verbindungsteil zwischen dem Abdeckelement 11 und der Ventileinheit 500 ist später detailliert beschrieben. Das Abdeckelement 11 besitzt eine im Wesentlichen rechtwinklige vordere Konfiguration, wobei die Längsrichtung entlang der X-Achsen-Richtung verläuft und die Dickenrichtung parallel zu der Y-Achsen-Richtung ist.
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Wie in 3 gezeigt, ist der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 innerhalb der ersten Endplatte 80 ausgebildet. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 besitzt einen ersten Innenwandabschnitt 202. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 besitzt einen Gas-Zuführpfad 210, welcher derart ausgebildet ist, dass dieser in der Dickenrichtung der ersten Endplatte 80 erstreckt ist, das heißt, in der Y-Achsen-Richtung. Der erste Innenwandabschnitt 202 ist mit einer bei der Abdeck-Gegenfläche S80 ausgebildeten Öffnung verbunden und in der Dickenrichtung der ersten Endplatte 80, das heißt, in der Y-Achsen-Richtung, konkav ausgebildet. Der erste Innenwandabschnitt 202 ist mit einem zweiten Innenwandabschnitt 160 des nachstehend beschriebenen Abdeckelements 11 kombiniert, um ein Reservoir 13 auszubilden. Das Reservoir 13 besitzt eine im Wesentlichen sphärische Gestaltung, welche in der Z-Achsen-Richtung abgeflacht ist. Das Reservoir 13 dient als ein Strömungspfad des Anoden-Abgases und dieses dient außerdem dazu, um das von dem Anoden-Abgas abgeschiedene Wasser temporär zu speichern. Ein Ende des Gas-Zuführpfads 210 in der -Y-Achsen-Richtung ist hin zu einer Endfläche der ersten Endplatte 80 auf der Seite der Anschlussplatte 82 erstreckt. Ein Ende des Gas-Strömungspfads 210 in der +Y-Achsen-Richtung steht mit dem inneren Hohlraum des Reservoirs 13 in Verbindung. Der Gas-Zuführpfad 210 ist derart angeordnet, dass dieser das von dem Zellenstapel 90 abgeführte Anoden-Abgas über die Anschlussplatte 82 bei dem Reservoir 13 einführt.
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Das Abdeckelement 11 besitzt eine Öffnung, welche bei einer Fläche S11 gegenüberliegend zu der Abdeck-Gegenfläche S80 der ersten Endplatte 80 ausgebildet ist (nachfolgend als „Ausbildungsabschnitt-Gegenfläche“ bezeichnet). Das Abdeckelement 11 besitzt einen zweiten Innenwandabschnitt 160. Der zweite Innenwandabschnitt 160 ist mit der bei der Ausbildungsabschnitt-Gegenfläche S11 ausgebildeten Öffnung verbunden und in der Dickenrichtung des Abdeckelements 11 (Y-Achsen-Richtung) konkav ausgebildet. Die Gestalt und die Dimensionen der bei der Ausbildungsabschnitt-Gegenfläche S11 ausgebildeten Öffnung des Abdeckelements 11 sind identisch zu der Gestalt und den Dimensionen der Öffnung, welche bei der Abdeck-Gegenfläche S80 des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 ausgebildet ist. Das Abdeckelement 11 ist relativ zu dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 derart angeordnet, dass diese beiden Öffnungen einander gegenüberliegen. Dies bewirkt, dass der erste Innenwandabschnitt 202 und der zweite Innenwandabschnitt 160 miteinander verbunden sind und das vorstehend beschriebene Reservoir 13 ausbilden. Das Abdeckelement 11 besitzt einen Vorsprungabschnitt 110 in dem Reservoir 13. Der Vorsprungabschnitt 110 steht ausgehend von einer Bodenfläche des zweiten Innenwandabschnitts 160 nach oben vor. Eine Endfläche des Vorsprungabschnitts 110 in der -Y-Achsen-Richtung liegt in der +Y-Achsen-Richtung von der Ausbildungsabschnitt-Gegenfläche S11 des Abdeckelement 11 entfernt. Entsprechend ist zwischen der Endfläche des Vorsprungabschnitts 110 in der -Y-Achsen-Richtung und der Ausbildungsabschnitt-Gegenfläche S11 ein Freiraum 190 ausgebildet. Der Vorsprungabschnitt 110 und der Freiraum 190 sind später detailliert beschrieben. Das Abdeckelement 11 besitzt eine geneigte Fläche S101 bei einem Teil der Bodenfläche des zweiten Innenwandabschnitts 160 oder, mit anderen Worten, bei einem Teil der Bodenfläche des Reservoirs 13. Diese geneigte Fläche S101 ist entlang einer Richtung ausgehend von dem Abdeckelement 11 in Richtung hin zu dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12, das heißt, entlang der -Y-Achsen-Richtung, graduell nach unten geneigt.
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4 ist eine Vorderansicht, welche die Konfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 darstellt. 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 darstellt. 4 stellt den Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 dar, welcher durch Lösen des Abdeckelements 11 ausgehend von dem in 2 gezeigten Zustand freigelegt ist.
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Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 umfasst zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen ersten Innenwandabschnitt 202 einen Gas-Zuführpfad-Ausbildungsabschnitt 211 und einen Umgebungsabschnitt 221. Der Gas-Zuführpfad-Ausbildungsabschnitt 211 ist bei einem Ende des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 in der -X-Achsen-Richtung angeordnet, um den Gas-Zuführpfad 210 auszubilden. Der Gas-Zuführpfad-Ausbildungsabschnitt 211 ist insbesondere parallel zu der Y-Achsen-Richtung oder der Stapelrichtung SD erstreckt, um eine Innenwand eines kreisförmigen Querschnitts aufzuweisen, welche den Gas-Zuführpfad 210 bildet. Ein Ende des Gas-Zuführpfad-Ausbildungsabschnitts 211 in der +Y-Achsen-Richtung dient als ein Gaseinlass zu dem Reservoir 13. Das über den Gaseinlass einströmende Abgas strömt in Richtung hin zu dem Abdeckelement 11, wie in 5 durch einen Pfeil mit einer unterbrochenen Linie angegeben ist.
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Der Umgebungsabschnitt 221 steht ausgehend von einem Ende des ersten Innenwandabschnitts 202 in der -Y-Achsen-Richtung in der +Y-Achsen-Richtung vor, um einen Abgasauslass 220 zu umgeben. Der Umgebungsabschnitt 221 besitzt einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt und eine rohrförmige Gestaltung, welche parallel zu der Y-Achsen-Richtung erstreckt ist. Der Umgebungsabschnitt 221 umfasst einen ersten Wandabschnitt 222, einen zweiten Wandabschnitt 223 und einen dritten Wandabschnitt 224. Der erste Wandabschnitt 222 steht ausgehend von der Decke bzw. dem oberen Teil des ersten Innenwandabschnitts 202 nach unten vor und ist nahezu parallel zu einer Y-Z-Ebene angeordnet. Der zweite Wandabschnitt 223 ist bei einer Position, welche in der +X-Achsen-Richtung von dem ersten Wandabschnitt 122 entfernt liegt, parallel zu dem ersten Wandabschnitt 222 angeordnet. Der dritte Wandabschnitt 224 ist vorgesehen, um ein unteres Ende des ersten Wandabschnitts 222 mit einem unteren Ende des zweiten Wandabschnitts 223 zu verbinden. Die Länge des zweiten Wandabschnitts 223 in der vertikalen Richtung (Z-Achsen-Richtung) ist länger als die Länge des ersten Wandabschnitts 222 in der vertikalen Richtung. Entsprechend ist der dritte Wandabschnitt 224 entlang der +X-Achsen-Richtung graduell nach unten geneigt. Diese drei Wandabschnitte 222 bis 224 und die Decke des ersten Innenwandabschnitts 202 bilden einen Abführ-Strömungspfad 225. Der Abführ-Strömungspfad 225 definiert die Strömung des Abgases ausgehend von dem Reservoir 13 in Richtung hin zu dem Abgasauslass 220 in der -Y-Achsen-Richtung. Wie in 4 und 5 gezeigt, ist der Abgasauslass 220 bei einer Grenze zwischen einem Ende des Abführ-Strömungspfads 225 in der -Y-Achsen-Richtung und einem inneren Teil des zweiten Wandabschnitts 223 ausgebildet.
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6 ist eine Schnittansicht, welche einen C-C-Abschnitt des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12, wie in 4 gezeigt, darstellt. Wie in 6 gezeigt ist, liegt eine Endfläche S221 des Umgebungsabschnitts 221 in der +Y-Achsen-Richtung in der -Y-Achsen-Richtung durch einen Abstand dl, welcher nicht null beträgt, von der Abdeck-Gegenfläche S80, das heißt, der Endfläche der ersten Endplatte 80 in der +Y-Achsen-Richtung, entfernt. Mit anderen Worten, die Endfläche S221 des Umgebungsabschnitts 221 steht ausgehend von der Abdeck-Gegenfläche S80 nicht in Richtung hin zu dem Abdeckelement 11 vor. Das Anordnen der Endfläche S221 des Umgebungsabschnitts 121 in der +Y-Achsen-Richtung in einer Art und Weise, dass diese in der -Y-Achsen-Richtung von der Abdeck-Gegenfläche S80 entfernt liegt, unterdrückt bzw. verhindert das Eindringen des auf der Seite des Abdeckelements 11 gesammelten Wassers in den Abführ-Strömungspfad 225.
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Wie in 4 und 5 gezeigt ist, umfasst eine Bodenfläche oder eine Seitenfläche des ersten Innenwandabschnitts 202 in der -Z-Achsen-Richtung eine erste Fläche S23 und eine zweite Fläche S24. Beide Flächen S23 und S24 stehen mit einer Bodenfläche des Abdeckelements 11, oder insbesondere einer Bodenfläche des zweiten Innenwandabschnitts 160 in Kontakt. Die erste Fläche S23 ist auf der Seite in der -X-Achsen-Richtung der zweiten Fläche S24 derart angeordnet, dass diese mit der zweiten Fläche S24 verbunden ist. Die erste Fläche S23 ist vertikal unterhalb des Umgebungsabschnitts 221 angeordnet. Die erste Fläche S23 ist entlang der +X-Achsen-Richtung graduell nach unten geneigt. Die zweite Fläche S24 ist andererseits entlang der +X-Achsen-Richtung graduell nach oben geneigt. Entsprechend sind, wie in 4 gezeigt ist, die erste Fläche S23 und die zweite Fläche S24 derart angeordnet, dass diese in der -Y-Achsen-Richtung einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt bilden. Ein Verbindungsteil der ersten Fläche S23 und der zweiten Fläche S24, welcher durch eine Linie angegeben ist, umfasst in dem Zustand, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug in der horizontalen Position befindet, einen untersten Punkt p21 des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12. Gemäß dieser Ausführungsform ist die erste Fläche S23 derart ausgebildet, dass diese nahezu parallel zu dem dritten Wandabschnitt 224 des Umgebungsabschnitts 221 ist. Der Ausdruck „nahezu parallel“ hierin bedeutet, dass sich der Winkel zwischen einer Ebene, welche sich ausgehend von der ersten Fläche S23 erstreckt, und einer Ebene, welche sich ausgehend von dem dritten Wandabschnitt 224 erstreckt, in einem Bereich zwischen Null Grad und einschließlich 20 Grad befindet. Das Nachstehende beschreibt den Grund dafür, warum die erste Fläche S23 derart angeordnet ist, dass diese nahezu parallel zu dem dritten Wandabschnitt 224 des Umgebungsabschnitts 221 ist.
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7A ist eine Abbildung, welche die Positionsbeziehung zwischen dem in dem Reservoir 13 aufgenommenen Wasser und dem Umgebungsabschnitt 221 in dem Zustand darstellt, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug in der horizontalen Position befindet. 7B ist eine Abbildung, welche die Positionsbeziehung zwischen dem in dem Reservoir 13 aufgenommenen Wasser und dem Umgebungsabschnitt 221 in dem Zustand darstellt, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug nicht in der horizontalen Position befindet. 7A zeigt die Positionsbeziehung zwischen dem in dem Reservoir 13 aufgenommenen Wasser und dem Umgebungsabschnitt 121 beispielsweise dann, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug auf einer horizontalen Ebene fährt. 7B zeigt die Positionsbeziehung zwischen dem in dem Reservoir 13 aufgenommenen Wasser und dem Umgebungsabschnitt 221 beispielsweise dann, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug auf einer ansteigenden Schräge fährt.
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Wie in 7A gezeigt, ist das aus dem Abgas abgeschiedene Wasser W1 auf dem Boden des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 aufgenommen bzw. gesammelt. In diesem Zustand ist der Flüssigkeitsspiegel WS1 niedriger als ein unteres Ende des Umgebungsabschnitts 221, oder insbesondere niedriger als der Schnittpunkt zwischen dem zweiten Wandabschnitt 223 und dem dritten Wandabschnitt 224.
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Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug mit dem auf diese Art und Weise aufgenommenen Wasser auf einer ansteigenden Schräge fährt, ist der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 derart angeordnet, dass ein Ende des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 in der +X-Achsen-Richtung vertikal oberhalb dessen Ende in der -X-Achsen-Richtung angeordnet ist, wie in 7B gezeigt ist. Die erste Fläche S23 wird in diesem Zustand im Vergleich zu der ersten Fläche S23 in dem Zustand von 7A nahezu horizontal. Entsprechend ist der überwiegende Teil des Wassers W1 auf dem Boden des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 oberhalb der ersten Fläche S23 angeordnet. Die erste Fläche S23 ist nahezu parallel zu dem dritten Wandabschnitt 224, so dass der Flüssigkeitsspiegel WS2 des Wassers W1 nahezu parallel zu dem dritten Wandabschnitt 224 wird. Entsprechend ist die Länge eines Freiraums G1 zwischen dem dritten Wandabschnitt 224 und dem Flüssigkeitsspiegel WS2 in der Z-Achsen-Richtung bei jeder Position nahezu gleich. Dies verhindert, dass der Flüssigkeitsspiegel WS2 mit dem dritten Wandabschnitt 224 in Kontakt kommt, und unterdrückt daher, das Wasser W1 über den Abführ-Strömungspfad 225 in den Abgasauslass 220 gesaugt wird.
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8 ist eine Draufsicht, welche die Konfiguration des Abdeckelements 11 darstellt. 9 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration des Abdeckelements 11 darstellt. 8 und 9 stellen das Abdeckelement 11 dar, bevor dieses an der ersten Endplatte 80 montiert wird.
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Das Abdeckelement 11 umfasst zusätzlich zu dem zweiten Innenwandabschnitt 160, dem Vorsprungabschnitt 110 und der geneigten Fläche S101, wie vorstehend beschrieben, einen Abfluss-Strömungspfad-Ausbildungsabschnitt 120. Der Vorsprungabschnitt 110 ist zwischen einer Position bei dem zweiten Innenwandabschnitt 160 des Abdeckelements 11 gegenüberliegend dem Gaseinlass und einem Ablass-Auslass 121, welcher in dem Ablass-Strömungspfad-Ausbildungsabschnitt 120 ausgebildet ist, angeordnet. Der Vorsprungabschnitt 110 umfasst einen dicken Wandabschnitt 111 und einen dünnen Wandabschnitt 112, welche miteinander integriert sind. Der dicke Wandabschnitt 111 besitzt in der Z-Achsen-Richtung eine größere Länge als der dünne Wandabschnitt 112 und ist derart ausgebildet, dass dieser mit der Bodenfläche des zweiten Innenwandabschnitts 160 in Kontakt steht. Wie in 9 gezeigt ist, liegt eine Endfläche S110 des dicken Wandabschnitts 111 in der -Y-Achsen-Richtung von der Ausbildungsabschnitt-Gegenfläche S11, das heißt, der Endfläche des gesamten Abdeckelements 11 in der -Y-Achsen-Richtung, durch eine Strecke d2 in der +Y-Achsen-Richtung entfernt. Der dünne Wandabschnitt 112 besitzt eine dünne plattenähnliche Gestaltung und dieser ist auf der Seite der +X-Achsen-Richtung des dicken Wandabschnitts 111 angeordnet. Eine Endfläche des dünnen Wandabschnitts 112 in der +Z-Achsen-Richtung ist mit einer Endfläche des dicken Wandabschnitts 111 in der +Z-Achsen-Richtung integriert, um eine Fläche, oder insbesondere eine Deckenfläche auszubilden. Ein unteres Ende oder eine Endfläche des dünnen Wandabschnitts 112 in der -Z-Achsen-Richtung steht mit der Bodenfläche des zweiten Innenwandabschnitts 160 nicht in Kontakt. Der dünne Wandabschnitt 112 ist entsprechend durch den dicken Wandabschnitt 111 getragen. Die Deckenfläche des dicken Wandabschnitts 111 und des dünnen Wandabschnitts 112 ist derart angeordnet, dass diese mit dem zweiten Innenwandabschnitt 160 nicht in Kontakt steht. Entsprechend ist zwischen dem Vorsprungabschnitt 110 und einer Deckenfläche des zweiten Innenwandabschnitts 160 ein Freiraum ausgebildet.
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Die Bodenfläche des zweiten Innenwandabschnitts 160 umfasst eine dritte Fläche S13 und eine vierte Fläche S14. Die dritte Fläche S13 ist derart angeordnet, dass diese mit der ersten Fläche S23 des vorstehend beschriebenen Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 in Kontakt steht, um eine Ebene auszubilden. In ähnlicher Art und Weise ist die vierte Fläche S14 derart angeordnet, dass diese mit der zweiten Fläche S24 des vorstehend beschriebenen Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 in Kontakt steht, um eine Ebene auszubilden. Entsprechend sind die dritte Fläche S13 und die vierte Fläche S14 angeordnet, um ebenso wie der im Wesentlichen V-förmige Querschnitt in der -Y-Achsen-Richtung der ersten Fläche S23 und der zweiten Fläche S24, wie vorstehend beschrieben, einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt in der +Y-Achsen-Richtung auszubilden. Ein Verbindungsteil der dritten Fläche S13 und der vierten Fläche S14, welche durch eine Linie angegeben, umfasst in dem Zustand, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug in der horizontalen Position befindet, einen untersten Punkt p11 des Abdeckelements 11. Dieser unterste Punkt p11 entspricht dem untersten Punkt p21 des vorstehend beschriebenen Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 in der Y-Achsen-Richtung. Der vorstehend beschriebene Vorsprungabschnitt 110 ist derart angeordnet, dass dieser mit der dritten Fläche S13 in Kontakt steht.
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Die geneigte Fläche S101 ist auf der Seite der -X-Achsen-Richtung des Vorsprungabschnitts 110 derart angeordnet, dass diese mit einem unteren Ende des Vorsprungabschnitts 110 in Kontakt steht. Die geneigte Fläche S101 liegt dem in dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 ausgebildeten Gaseinlass gegenüber. Wie vorstehend beschrieben, ist die geneigte Fläche S101 entlang der Richtung ausgehend von dem Abdeckelement 11 in Richtung hin zu dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 oder entlang der -Y-Achsen-Richtung graduell nach unten geneigt. Mit anderen Worten, die geneigte Fläche S101 ist entlang der Richtung ausgehend von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 in Richtung hin zu dem Abdeckelement 11 oder entlang der +Y-Achsen-Richtung graduell nach oben geneigt. Ein unteres Ende oder ein Ende der geneigten Fläche S101 in der -Y-Achsen-Richtung ist derart angeordnet, dass dieses mit einer Bodenfläche des in 3 gezeigten Freiraums 190 in Kontakt steht.
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Der Ablass-Strömungspfad-Ausbildungsabschnitt 120 ist derart angeordnet, dass dieser mit der Bodenfläche des zweiten Innenwandabschnitts 160 in Kontakt steht. Ein Ablass-Strömungspfad (nicht gezeigt), welcher in der +X-Achsen-Richtung erstreckt ist, ist innerhalb des Ablass-Strömungspfad-Ausbildungsabschnitts 120 ausgebildet. Der Ablass-Auslass 121 ist bei einem Ende des Ablass-Strömungspfad-Ausbildungsabschnitts 120 in der -X-Achsen-Richtung ausgebildet. Der Ablass-Auslass 121 ist in der Nähe der Bodenfläche des zweiten Innenwandabschnitts 160 angeordnet, um hin zu dem Inneren des Reservoirs 13 freiliegend zu sein. Die detaillierte Konfiguration des Ablass-Strömungspfads ist später beschrieben. Das in dem Reservoir 13 aufgenommene Wasser wird von dem Ablass-Auslass 121 hin zu dem Ablass-Strömungspfad abgeführt.
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Die Strömung des Abgases in dem Reservoir 13 ist mit Bezug auf 8 beschrieben. Der Großteil des ausgehend von dem Gaseinlass in das Reservoir 13 strömenden Abgases trifft auf die geneigte Fläche S101, bewegt sich entlang der geneigten Fläche S101 nach oben und strömt im Wesentlichen in der +X-Achsen-Richtung über einen Bereich, welcher durch eine Wand S102 in der +Y-Achsen-Richtung und eine Wand in der +Z-Achsen-Richtung oder Deckenfläche S103 des zweiten Innenwandabschnitts 160 und eine obere Fläche des Vorsprungabschnitts 110 umgeben ist. Das Vorsehen des Vorsprungabschnitts 110 unterdrückt bzw. verhindert, dass das entlang der geneigten Fläche S101 nach oben bewegende Abgas in Richtung hin zu einer Bodenfläche des Reservoirs 13 strömt, das heißt, in der -Z-Achsen-Richtung strömt. Ein Großteil des Abgases, welches die obere Fläche des Vorsprungabschnitts 110 passiert, gelangt hin zu dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12, strömt durch den Abführ-Strömungspfad 225 und wird von dem Abgasauslass 220 abgeführt. Der verbleibende Teil des Abgases, welches die obere Fläche des Vorsprungabschnitts 110 passiert, wird mit Wasser von dem Ablass-Auslass 121 hin zu dem Ablass-Strömungspfad abgeführt. Ein sehr kleiner Teil des Abgases, welches ausgehend von dem Gaseinlass des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 in das Reservoir 13 strömt, bewegt sich entlang der geneigten Fläche S101 nach unten, strömt in der +X-Achsen-Richtung über den in 3 gezeigten Freiraum 190 und wird von dem Abgasauslass 220 oder dem Ablass-Auslass 121 abgeführt.
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Wie vorstehend beschrieben ist, strömt das Abgas, welches in den Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 eintritt, in das Reservoir 13, während dieses durch Treffen auf die Wandoberfläche des Reservoirs 13 oder die Deckenfläche des Vorsprungabschnitts 110 dessen Strömungsrichtung verändert, und dieses wird von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 abgeführt. Wasser, welches in dem Abgas enthalten ist, wird entnommen bzw. abgetrennt, wenn das Abgas gegen die Wandfläche des Reservoirs 13 oder die Deckenfläche des Vorsprungabschnitts 110 trifft, und dieses strömt entlang der jeweiligen Wandoberflächen nach unten. Beispielsweise strömt flüssiges Wasser auf der geneigten Fläche S101 entlang der geneigten Fläche S101 nach unten. Das untere Ende der geneigten Flächen S101 ist mit dem unteren Ende des Freiraums 190 verbunden und die dritte Fläche S13, welche vertikal unterhalb des Freiraums 190 angeordnet ist, ist entlang der +X-Achsen-Richtung nach unten geneigt. Wasser, welches entlang der geneigten Fläche S101 nach unten strömt, bewegt sich entsprechend in der +X-Achsen-Richtung über den Freiraum 190 und gelangt hin zu dem Ablass-Auslass 121. Wasser, welches durch Wandflächen des zweiten Innenwandabschnitts 160 entnommen wird, die sich von der geneigten Fläche S101 unterscheiden, strömt entlang der jeweiligen Wandflächen nach unten, wird auf dem Boden des Reservoirs 13 gesammelt und von dem Ablass-Auslass 121 hin zu dem Ablass-Strömungspfad abgeführt.
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Der Ablass-Auslass 121 ist in dem Abdeckelement 11 ausgebildet, während der Abgasauslass 220 des Reservoirs 13 in dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 ausgebildet ist. Entsprechend ist der Ablass-Auslass 121 bei dem Boden des Reservoirs 13 angeordnet, während der Abgasauslass 220 in der Umgebung der Decke des Reservoirs 13 angeordnet ist. Gemäß der Ausführungsform sieht diese Konfiguration zwischen dem Ablass-Auslass 121 und dem Abgasauslass 220 eine relativ große Strecke vor und unterdrückt, dass das in der Umgebung des Ablass-Auslasses 121 aufgenommene Wasser in den Abgasauslass 220 strömt. Das Vorsehen des Vorsprungabschnitts 110 unterdrückt bzw. verhindert, dass das in das Reservoir 13 strömende Abgas sich linear in Richtung hin zu dem Boden des Reservoirs 13 bewegt. Dies unterdrückt, dass das Abgas direkt auf die Oberfläche des bei dem Boden des Reservoirs 13 gesammelten Wassers trifft, und unterdrückt daher, dass das Wasser aufspritzt und in den Abgasauslass 220 strömt.
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Bei dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 sind der Gaseinlass und der Abgasauslass 220 des Reservoirs 13 beide auf der Seite des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 vorgesehen, während der zweite Innenwandabschnitt 160 des Abdeckelements 11 gegenüberliegend dem Gaseinlass und dem Abgasauslass 220 in der +Y-Achsen-Richtung konkav ausgebildet ist. Dies steuert die Strömung des Abgases hin zu einer im Wesentlichen U-förmigen Strömung in dem Reservoir 13. Die im Wesentlichen U-förmige Strömung entspricht der Strömung des Abgases, welches ausgehend von dem Gaseinlass in Richtung hin zu dem Abdeckelement 11 strömt, sich im Wesentlichen in der +X-Achsen-Richtung bewegt, wobei dieses auf die Wandoberflächen des Reservoirs 13 trifft, sich ausgehend von dem Abdeckelement 11 in Richtung hin zu dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 bewegt und von dem Abgasauslass 220 abgeführt wird. Gemäß dieser Ausführungsform erhöht das Steuern der Strömung des Abgases hin zu der im Wesentlichen U-förmigen Strömung in dem Reservoir 13, wie vorstehend beschrieben, die Gesamt-Strömungspfadlänge des Abgases in dem Reservoir 13 und erhöht daher die Wahrscheinlichkeit des Abscheidens von Wasser aus dem Abgas.
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10A und 10B sind Abbildungen, welche die Positionierung des in dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10, oder insbesondere in dem Reservoir 13 aufgenommenen Wassers darstellen. 10A ist eine Abbildung, welche die Positionierung des in dem Reservoir 13 aufgenommenen Wassers in dem Zustand darstellt, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug in der horizontalen Position befindet. 10B ist eine Abbildung, welche die Positionierung des in dem Reservoir 13 aufgenommenen Wassers in dem Zustand darstellt, bei welchem sich das Brennstoffzellenfahrzeug nicht in der horizontalen Position befindet. 10A zeigt den inneren Zustand des Abdeckelements 11, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug beispielsweise auf einer horizontalen Ebene fährt. 10B zeigt den inneren Zustand des Abdeckelements 11, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug beispielsweise auf einer ansteigenden Schräge fährt.
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Wie in 10A gezeigt, ist das aus dem Abgas abgeschiedene Wasser W2 auf dem Boden des Abdeckelements 11 gesammelt. In diesem Zustand ist der Flüssigkeitsspiegel bzw. -pegel WS3 des Wassers W2 nahe an dem Ablass-Auslass 121 angeordnet. Daher ist es wahrscheinlich, dass das Wasser W2 von dem Ablass-Auslass 121 abgeführt wird.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Länge L1 zwischen einer Endfläche S111 des Vorsprungabschnitts 110 in der +X-Achsen-Richtung und dem untersten Punkt p11 kürzer eingestellt. Insbesondere ist die Länge L1 kürzer eingestellt als eine Länge L2 zwischen einer Endfläche S161 des Reservoirs 13 in der +X-Achsen-Richtung, oder insbesondere dem zweiten Innenwandabschnitt 160, und dem untersten Punkt p11. Entsprechend bewirkt diese Konfiguration, dass, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug auf einer ansteigenden Schräge fährt, wie in 10B gezeigt ist, um zu veranlassen, dass sich das Wasser W2 in Richtung hin zu dem Vorsprungabschnitt 110 bewegt, dass die Höhe des Flüssigkeitsspiegels WS4 des Wassers W2 oder die Position des Flüssigkeitsspiegels WS4 in der vertikalen Richtung im Vergleich zu der Konfiguration mit der längeren Länge L1 bei der oberen Position angeordnet ist. Dies ermöglicht es entsprechend, dass der Flüssigkeitsspiegel WS4 im Vergleich zu der Konfiguration mit der längeren Länge L1 relativ näher an dem Ablass-Auslass 121 angeordnet ist, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass das Wasser W2 von dem Ablass-Auslass 121 abgeführt wird.
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11A ist eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B in 3. 11B ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche einen Bereich Ar1 in 11A darstellt. 11C ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche einen Bereich Ar2 in 11B darstellt. Die detaillierte Konfiguration eines Teils der Ventileinheit 500 in der +X-Achsen-Richtung ist von der Darstellung von 11A ausgenommen.
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Wie in 11A gezeigt, ist innerhalb des Ablass-Strömungspfad-Ausbildungsabschnitts 120 ein Ablass-Strömungspfad 122 ausgebildet, welcher in der X-Achsen-Richtung erstreckt ist. Ein Ende des Ablass-Strömungspfads 122 in der -X-Achsen-Richtung ist als der Ablass-Auslass 121 ausgebildet. Wie in 11B gezeigt ist, umfasst eine vertikal untere Fläche des Ablass-Strömungspfads 122 drei Flächen, das heißt, eine erste Bodenfläche 151, eine zweite Bodenfläche 152 und eine dritte Bodenfläche 153. Die erste Bodenfläche 151, die zweite Bodenfläche 152 und die dritte Bodenfläche 153 sind ausgehend von dem Ablass-Auslass 121 in der +X-Achsen-Richtung in dieser Reihenfolge ausgerichtet. Die Position der ersten Bodenfläche 151 in der vertikalen Richtung ist höher als die Position der zweiten Bodenfläche 152 in der vertikalen Richtung. Die Position der zweiten Bodenfläche 152 in der vertikalen Richtung ist höher als die Position der dritten Bodenfläche 153 in der vertikalen Richtung. Entsprechend nimmt, wie in 11B gezeigt ist, die Position der Bodenfläche des Ablass-Strömungspfads 122 in der vertikalen Richtung entlang der +X-Achsen-Richtung stufenweise ab.
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Die Ventileinheit 500 umfasst einen rohrförmigen Verbindungsabschnitt 510, welcher in der -X-Achsen-Richtung erstreckt ist. Ein Kommunikations-Strömungspfad 511 ist innerhalb des Verbindungsabschnitts 510 vorgesehen. In dem Zustand, bei welchem die Ventileinheit 500 an dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 montiert ist, ist der Verbindungsabschnitt 510 in den Ablass-Strömungspfad 122 eingefügt. Der Kommunikations-Strömungspfad 511 ist als ein Durchgangsloch ausgebildet, welches das Innere des Verbindungsabschnitts 510 entlang der X-Achsen-Richtung durchdringt. Der Kommunikations-Strömungspfad 511 besitzt zwei offene Enden: ein offenes Ende in der -X-Achsen-Richtung kommuniziert mit dem Ablass-Strömungspfad 122 und ein offenes Ende in der +X-Achsen-Richtung ist innerhalb der Ventileinheit 500 angeordnet. Das offene Ende in der +X-Achsen-Richtung des Kommunikations-Strömungspfads 511 kann durch das Abgas-Ablassventil 53 verschlossen sein. Wie in 11B und 11C gezeigt ist, liegt ein Ende des Verbindungsabschnitts 510 in der -X-Achsen-Richtung von einer Wandfläche S151 entlang der Z-Achsen-Richtung, welche derart angeordnet ist, dass diese die erste Bodenfläche 151 mit der zweiten Bodenfläche 152 verbindet, durch eine Strecke d4 in der +X-Achsen-Richtung entfernt. Dies zielt darauf ab zu verhindern, dass das Ende des Verbindungsabschnitts 510 in der -X-Achsen-Richtung auf die Wandfläche S151 stößt, um ein normales Montieren der Ventileinheit 500 an dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 zu beeinträchtigen bzw. zu stören, aufgrund einer Fertigungsvarianz bzw. -toleranz der Ventileinheit 500 oder des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10.
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Wie in 11B und 11C gezeigt, ist die Position einer vertikal unteren Fläche oder Bodenfläche 512 des Kommunikations-Strömungspfads 511 in der vertikalen Richtung im Wesentlichen gleich der Position der ersten Bodenfläche 151 in der vertikalen Richtung. Diese Konfiguration verhindert, dass Wasser im Laufe des Abführens des auf dem Boden des Reservoirs 13 gesammelten Wassers in dem Ablass-Strömungspfad 122 verbleibt, und stellt ein gleichmäßiges Abführen des Wassers sicher. In dem Fall, bei welchem der Betrieb des Brennstoffzellensystems 5 in dem Zustand gestoppt ist, bei welchem Wasser in dem Ablass-Strömungspfad 122 verbleibt und die Umgebung des Brennstoffzellensystems 5 zu einer Umgebung mit einer sehr niedrigen Temperatur wird, kann das in dem Ablass-Strömungspfad 122 verbleibende bzw. zurückgehaltene Wasser unterkühltes Wasser sein. Bei einem Start des Brennstoffzellensystems 5 in diesem Zustand ist es wahrscheinlich, dass sich das unterkühlte Wasser in Richtung hin zu dem Abgas-Ablassventil 53 bewegt und in dem Abgas-Ablassventil 53 einfriert. Es ist wahrscheinlich, dass das in dem Abgas-Ablassventil 53 gefrorene Wasser verhindert, dass das Abgas-Ablassventil 53 geöffnet wird, und in einer Fehlfunktion der Ableitung resultiert. Zusätzlich ist es wahrscheinlich, dass das in dem Ablass-Strömungspfad 122 verbleibende Wasser von dem Abgas-Ablassventil 53 unregelmäßig abgeführt wird und ein unangenehmes Geräusch verursacht. Das Brennstoffzellensystem 5 dieser Ausführungsform unterdrückt jedoch, dass Wasser in dem Ablass-Strömungspfad 122 verbleibt, wie vorstehend beschrieben ist. Dies unterdrückt entsprechend, dass Wasser in dem Abgas-Ablassventil 52 gefriert, um ein Öffnen des Abgas-Ablassventils 53 zu beeinträchtigen, und dies unterdrückt außerdem ein unangenehmes Geräusch.
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Die erste Endplatte 80 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entspricht dem untergeordneten Konzept der Endplatte in den Ansprüchen. Die geneigte Fläche S101 entspricht dem untergeordneten Konzept der geneigten Fläche in den Ansprüchen.
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Der in dem Brennstoffzellensystem 5 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verwendete Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 weist den Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12, welcher als Teil der ersten Endplatte 80 ausgebildet ist, und das Abdeckelement 11, welches an der ersten Endplatte 80 montiert ist, auf. Im Vergleich zu einer Konfiguration, welche einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider separat zu der ersten Endplatte 80 vorsieht, reduziert diese Konfiguration den erforderlichen Gesamt-Einbauraum für die erste Endplatte 80 und den Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10. Dies unterdrückt entsprechend die Größenausdehnung des Brennstoffzellensystems 5. Zusätzlich ist der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 durch Schichten dieser beiden Elemente übereinander konfiguriert. Dies vereinfacht relativ die Herstellung der inneren Konfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 einschließlich des Vorsprungabschnitts 110, der ersten Fläche S23 und der zweiten Fläche S24.
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Der Gaseinlass und der Abgasauslass 220 des Reservoirs 13 sind beide auf der Seite des Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitts 12 vorgesehen, während der zweite Innenwandabschnitt 160 des Abdeckelements 11 gegenüberliegend dem Gaseinlass und dem Abgasauslass 220 in der +Y-Achsen-Richtung konkav ausgebildet ist. Dies steuert die Strömung des Abgases hin zu einer im Wesentlichen U-förmigen Strömung in dem Reservoir 13. Dies vergrößert die Gesamt-Strömungspfadlänge des Abgases in dem Reservoir 13 und erhöht daher die Wahrscheinlichkeit der Abscheidung von Wassers aus dem Abgas.
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Der Ablass-Auslass 121 ist in dem Abdeckelement 11 ausgebildet, während der Abgasauslass 220 des Reservoirs 13 in dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 ausgebildet ist. Zusätzlich ist der Ablass-Auslass 121 bei dem Boden des Reservoirs 13 angeordnet, während der Abgasauslass 220 in der Umgebung der Decke des Reservoirs 13 angeordnet ist. Diese Konfiguration sieht zwischen dem Ablass-Auslass 121 und dem Abgasauslass 220 eine relativ große Strecke bzw. Entfernung vor und unterdrückt, dass das in der Umgebung des Ablass-Auslasses 121 aufgenommene Wasser in den Abgasauslass 220 strömt. Dies erhöht die Abscheidungseffizienz von Wasser aus dem Abgas.
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In dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 ist der Vorsprungabschnitt 110 bei dem Abdeckelement 11 vorgesehen. Dies unterdrückt bzw. verhindert, dass sich das von dem Gaseinlass in Richtung hin zu dem Abdeckelement 11 geführte Abgas linear in Richtung hin zu dem Boden des Reservoirs 13 bewegt. Dies verhindert, dass das Abgas direkt auf die Oberfläche des bei dem Boden des Reservoirs 13 aufgenommenen Wassers trifft und verhindert dadurch, dass Wasser aufspritzt und in den Abgasauslass 220 strömt. Zusätzlich unterdrückt bzw. verhindert das Vorsehen des Vorsprungabschnitts 110, dass das in dem Reservoir 13 aufgenommene Wasser durch das in dem Reservoir 13 strömende Abgas nach oben gezogen bzw. aufgewirbelt wird und hin zu dem Gaseinlass gelangt (zu diesem zurückkehrt).
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Der Vorsprungabschnitt 110 oder insbesondere die Endfläche S110 von dessen dicken Wandabschnitt 111 liegt in der +Y-Achsen-Richtung von der Ausbildungsabschnitt-Gegenfläche S11, das heißt, der Endfläche des gesamten Abdeckelements 11 in der -Y-Achsen-Richtung, durch die Strecke d2 entfernt, um den Freiraum 190 auszubilden. Die Bodenfläche des Freiraums 190 ist mit dem unteren Ende der geneigten Fläche S101 verbunden, welche dem Gaseinlass gegenüberliegt. Diese Konfiguration bewirkt, dass das flüssige Wasser, welches entlang der geneigten Fläche S101 nach unten strömt, in Richtung hin zu dem Ablass-Auslass 121 gelangt. Zusätzlich ist die Bodenfläche des Freiraums 190 oder die dritte Fläche S13 derart ausgebildet, dass diese entlang der +X-Achsen-Richtung nach unten geneigt ist. Diese Konfigurationen beschleunigt die Strömung von Wasser über den Freiraum 190 in Richtung hin zu dem Ablass-Auslass 121.
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Die Länge L1 zwischen der Endfläche S111 des Vorsprungabschnitts 110 und dem untersten Punkt p11 ist kürzer eingestellt als die Länge L2 zwischen der Endfläche S161 des zweiten Innenwandabschnitts 160 in der +X-Achsen-Richtung und dem untersten Punkt p11. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug auf einer ansteigenden Schräge fährt, das heißt, wenn der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 in der X-Achsen-Richtung geneigt ist, ermöglicht diese Konfiguration im Vergleich zu der Konfiguration mit der längeren Länge L1, dass das Flüssigkeitsniveau bzw. der Flüssigkeitsspiegel des auf dem Boden des Reservoirs 13 aufgenommenen Wassers näher an dem Ablass-Auslass 121 angeordnet ist. Dies beschleunigt das Abführen des in dem Reservoir 13 aufgenommenen Wassers.
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Die Position der ersten Bodenfläche 151 in der vertikalen Richtung in dem Ablass-Strömungspfad 122 ist im Wesentlichen gleich der Position der Bodenfläche 512 des Kommunikations-Strömungspfads 511 in der vertikalen Richtung in dem Verbindungsabschnitt 510 gestaltet. Diese Konfiguration verhindert, dass Wasser im Laufe des Abführens des auf dem Boden des Reservoirs 13 aufgenommenen Wassers in dem Ablass-Strömungspfad 122 verbleibt, und stellt ein gleichmäßiges Abführen von Wasser sicher. Dies verhindert entsprechend, dass das in dem Ablass-Strömungspfad 122 verbleibende Wasser das Öffnen des Abgas-Ablassventils 53 beeinträchtigt und ein unangenehmes Geräusch erzeugt.
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Der Umgebungsabschnitt 221 ist derart angeordnet, dass dieser den Abgasauslass 220 umgibt. Diese Konfiguration verhindert, dass das auf dem Boden des Reservoirs 13 aufgenommene Wassers in den Abgasauslass 220 eintritt. Die Endfläche S221 des Umgebungsabschnitts 221 in der +Y-Achsen-Richtung liegt in der -Y-Achsen-Richtung durch die Strecke d1 von der Abdeck-Gegenfläche S80, das heißt, der Endfläche der ersten Endplatte 80 in der +Y-Achsen-Richtung, entfernt. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug ausgehend von der horizontalen Positionen geneigt ist und dies bewirkt, dass der Flüssigkeitsspiegel des auf dem Abdeckelement 11 gesammelten Wassers nahe hin zu der Deckenfläche S103 ansteigt, verhindert diese Konfiguration durch den Umgebungsabschnitt 221, dass das Wasser angesaugt wird. Dies verhindert entsprechend, dass das auf der Seite des Abdeckelements 11 aufgenommene Wasser in den Abführ-Strömungspfad 225 eintritt. Zusätzlich sind die Bodenfläche des Reservoirs 13, das heißt, die erste Fläche S23 und die dritte Fläche S13, und der dritte Wandabschnitt 224 des Umgebungsabschnitts 221 derart ausgebildet, dass diese im Wesentlichen parallel zueinander sind. Diese Konfiguration sieht zwischen dem Flüssigkeitsspiegel des in dem Reservoir 13 gesammelten Wassers und dem Umgebungsabschnitt 221 eine relativ lange bzw. große Strecke bzw. Entfernung vor, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug auf einer ansteigenden Schräge fährt. Dies verhindert entsprechend, dass das Wasser über den Abführ-Strömungspfad in den Abgasauslass 220 gesaugt wird.
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Modifikationen
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B1. Modifikation 1
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Position der ersten Bodenfläche 151 in der vertikalen Richtung in dem Ablass-Strömungspfad 122 im Wesentlichen gleich der Position der Bodenfläche 512 in der vertikalen Richtung in dem Kommunikations-Strömungspfad 511. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. 12A ist eine Abbildung, welche eine erste Modifikation des Verbindungsteils des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 und der Ventileinheit darstellt. 12B ist eine Abbildung, welche eine zweite Modifikation des Verbindungsteils des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 und der Ventileinheit darstellt.
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Bei der modifizierten Konfiguration von 12A liegt die Position der ersten Bodenfläche 151 in der vertikalen Richtung in dem Ablass-Strömungspfad 122 oberhalb der Position einer Bodenfläche 512a in der vertikalen Richtung in dem Kommunikations-Strömungspfad 511. Diese modifizierte Konfiguration verhindert ebenso, dass Wasser im Laufe des Abführens des auf dem Boden des Reservoirs 13 gesammelten Wassers in dem Ablass-Strömungspfad 22 verbleibt.
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Bei der modifizierten Konfiguration von 12B umfasst der Kommunikations-Strömungspfad 511 eine Bodenfläche 512b, welche ein bei der obersten Position in der vertikalen Richtung angeordnetes Ende in der -X-Achsen-Richtung besitzt und entlang der +X-Achsen-Richtung nach unten geneigt ist. Die Position des Endes der Bodenfläche 512b in der -X-Achsen-Richtung ist in der vertikalen Richtung im Wesentlichen gleich der Position der ersten Bodenfläche 151 in der vertikalen Richtung in dem Ablass-Strömungspfad 122. Entsprechend ist die Position der ersten Bodenfläche 151 in der vertikalen Richtung gleich der der Position irgendeines Teils der Bodenfläche 512b in der vertikalen Richtung oder liegt oberhalb dieser.
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Wie aus den Konfigurationen der vorstehenden Ausführungsform und diesen Modifikationen ersichtlich ist, ist die Erfindung auf einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider anwendbar, bei welchem die Position der ersten Bodenfläche 151 in der vertikalen Richtung in dem Ablass-Strömungspfad 122 gleich der Position der Bodenfläche 512 (512a, 512b) in der vertikalen Richtung in dem Kommunikations-Strömungspfad 511 ist oder oberhalb dieser liegt.
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B2. Modifikation 2
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform liegt die Endfläche S221 des Umgebungsabschnitts 221 in der +Y-Achsen-Richtung von der Abdeck-Gegenfläche S80, das heißt, der Endfläche der ersten Endplatte 80 in der +Y-Achsen-Richtung, in der -Y-Achsen-Richtung durch die Strecke d1 entfernt, und die Bodenfläche des Reservoirs 13, das heißt, die erste Fläche S23 und die dritte Fläche S13, und der dritte Wandabschnitt 224 des Umgebungsabschnitts 221 sind derart ausgebildet, dass diese im Wesentlichen parallel zueinander sind. Gemäß einer Modifikation kann lediglich eine dieser beiden Bedingungen erfüllt sein. Eine solche Modifikation verhindert nach wie vor, dass das aus dem Abgas abgeschiedene Wasser über den Abführ-Strömungspfad 225 in den Abgasauslass 220 gesaugt wird.
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B3. Modifikation 3
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Die Konfiguration des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 der vorstehenden Ausführungsform dient lediglich der Darstellung und diese kann verschiedenartig modifiziert und verändert sein. Beispielsweise sind bei der vorstehenden Ausführungsform der Abgaseinlass und der Abgasauslass 220 zu und ausgehend von dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 beide bei dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 ausgebildet. Gemäß einer Modifikation kann der Abgaseinlass und/oder der Abgasauslass bei dem Abdeckelement 11 ausgebildet sein. Bei der vorstehenden Ausführungsform ist der Ablass-Strömungspfad-Ausbildungsabschnitt 120 bei dem Abdeckelement 11, oder insbesondere bei dem Boden des zweiten Innenwandabschnitts 160 ausgebildet. Gemäß einer Modifikation kann der Ablass-Strömungspfad-Ausbildungsabschnitt bei dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12, oder insbesondere bei dem Boden des ersten Innenwandabschnitts 202 ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren Modifikation kann der Vorsprungabschnitt 110 bei dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 10 weggelassen werden. Bei jeder dieser modifizierten Konfigurationen ist ein Teil des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 10 innerhalb der ersten Endplatte 80 ausgebildet. Dies verhindert eine Größenausdehnung des Brennstoffzellensystems. Gemäß einer weiteren Modifikation kann die Bodenfläche des Freiraums 190 nicht geneigt sein. Zumindest das Vorhandensein des Freiraums 190 ermöglicht, dass das Wasser entlang der geneigten Fläche S101 nach unten strömt und das untere Ende der geneigten Fläche S101 erreicht, um in Richtung hin zu dem Ablass-Auslass 121 zu gelangen. Gemäß einer weiteren Modifikation kann die in 10 gezeigte Länge L1 gleich oder länger als die Länge L2 eingestellt sein. Bei der vorstehenden Ausführungsform ist der dritte Wandabschnitt 224, das heißt, die untere Wand des Umgebungsabschnitts 221, derart angeordnet, dass dieser im Wesentlichen parallel zu der ersten Fläche S23 ist. Gemäß einer Modifikation kann der dritte Wandabschnitt 224 derart angeordnet sein, dass dieser nicht im Wesentlichen parallel zu der ersten Fläche S23 ist. Bei dieser modifizierten Konfiguration verhindert das Anordnen der Endfläche S221 des Umgebungsabschnitts 221 in der +Y-Achsen-Richtung von der Abdeck-Gegenfläche S80 in der -Y-Achsen-Richtung entfernt, dass das auf der Seite des Abdeckelements 11 gesammelte Wasser in den Abführ-Strömungspfad 225 strömt. Bei der vorstehenden Ausführungsform ist der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 in der ersten Endplatte 80 ausgebildet. Gemäß einer Modifikation kann der Gas-Flüssigkeits-Abscheider-Ausbildungsabschnitt 12 anstelle der ersten Endplatte 80 in der zweiten Endplatte 81 ausgebildet sein. Bei dieser modifizierten Konfiguration können das Wasserstoffgas-Zuführsystem und das Wasserstoffgas-Abfuhrsystem auf der Seite der zweiten Endplatte 81 vorgesehen sein und Durchgangslöcher können in der zweiten Endplatte 81 und der Anschlussplatte 83 vorgesehen sein, um für die Strömung des Anoden-Reaktionsgases mit dem Verteiler zu kommunizieren.
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Die Erfindung ist nicht auf eine Form der Ausführungsform und deren Modifikationen, wie vorstehend beschrieben, beschränkt, sondern kann durch eine Vielzahl von Konfigurationen implementiert sein, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale irgendeiner Form der Ausführungsform und deren Modifikationen entsprechend den technischen Merkmalen der bei der Kurzfassung beschriebenen jeweiligen Aspekte geeignet ersetzt oder kombiniert sein, um einen Teil oder die Gesamtheit der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einen Teil oder die Gesamtheit der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erreichen. Irgendeines der technischen Merkmale kann geeignet weggelassen werden, solange das technische Merkmal hierin nicht als notwendig beschrieben ist.
