DE112018005467B4 - Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung mit:einem Außenrohr (20), das einen Einführabschnitt (21) aufweist, in den ein zweiphasiges Gas-Flüssigkeit-Fluid eingeführt wird;einem Innenrohr (30), das innerhalb des Außenrohrs (20) in einer Strömungsrichtung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids an einer Stelle stromabwärts vom Einführabschnitt (21) angeordnet ist, um ein vom zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid abgetrenntes Gasphasenfluid abzugeben;einem Doppelrohrabschnitt (35), der auf einer in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite des Außenrohrs (20) vorgesehen ist, wobei zwischen einer Innenseite des Außenrohrs (20) und dem Innenrohr (30) ein Freiraumteil (40) definiert ist und sich das Innenrohr (30) von der Innenseite des Außenrohrs (20) aus in einem vorbestimmten Abstand befindet;einem Verbindungsloch (41), das die Innenseite des Innenrohrs (30) mit dem Freiraumteil (40) verbindet;einem Entleerungsabschnitt (45), der mit dem Freiraumteil (40) verbunden ist, um ein in den Freiraumteil (40) strömendes Flüssigkeitsphasenfluid abzugeben; undeinem stromabwärtigen Seitenwandabschnitt (25), der auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite des Doppelrohrabschnitts (35) einen Raum zwischen dem Außenrohr (20) und dem Innenrohr (30) verschließt, wobeisich der stromabwärtige Seitenwandabschnitt (25) über das Innenrohr (30) hinweg auf einer Seite gegenüber einer Verbindungsstelle des Entleerungsabschnitts (45) befindet,dadurch gekennzeichnet, dassder stromabwärtige Seitenwandabschnitt (25) geneigt ist, sodass er auf der in der Strömungsrichtung stromaufwärtigen Seite positioniert ist, wenn der stromabwärtige Seitenwandabschnitt (25) weiter von einer Mittelachse (C) des Außenrohrs (20) entfernt ist.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie von zweiphasigem Gas-Flüssigkeit-Fluid flüssiges Fluid trennt, um es zu speichern.
• STAND DER TECHNIK
• Herkömmlicherweise ist eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung in einem System angeordnet, das ein Fluid wie Dampf, Druckluft oder verschiedene Gase verwendet. Die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie ein Fluid in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand in eine Gasphase und eine Flüssigkeitsphase trennt und das abgetrennte Fluid in einem Flüssigkeitsphasenzustand für verschiedene Anwendungen rückgewinnt.
• Eine solche Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung ist aus der JP 2005 - 147 482 A , der JP 2005 - 169 349 A , der JP 2008 - 51 344 A und der US 2006 / 0 021 356 A1 bekannt.
• Der in der JP 2005- 147 482 A offenbarte Gas-Flüssigkeit-Abscheider ist so konfiguriert, dass er, indem entlang einer Innenumfangswandfläche eines Abscheidergehäuses, durch das ein zweiphasiges Gas-Flüssigkeit-Fluid strömt, ein zylinderförmiges Flüssigkeitssammelelement angeordnet wird, einen Doppelaufbau eines rohrförmigen Elements hat. In dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider wird ein zweiphasiges Gas-Flüssigkeit-Fluid, wenn es in einen Freiraumteil zwischen der Innenumfangswandfläche des Abscheidergehäuses und einer Oberfläche des Flüssigkeitssammelelements strömt, in ein Fluid in einem Gasphasenzustand und ein Fluid in einem Flüssigkeitsphasenzustand getrennt. Das abgetrennte Fluid im Flüssigkeitsphasenzustand strömt entlang der Innenumfangswandfläche des Abscheidergehäuses. In dem Freiraumteil zwischen dem Abscheidergehäuse und dem Flüssigkeitssammelelement ist eine Flüssigkeitsabgabeöffnung vorgesehen, die so konfiguriert ist, dass sie das abgetrennte Fluid im Flüssigkeitsphasenzustand durch die Flüssigkeitsabgabeöffnung hindurch rückgewinnt.
• Der in der US 2006 / 0 021 356 A1 offenbarte Wasserabscheider hat die Merkmale des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
• KURZDARSTELLUNG
• In einem System, das eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung verwendet, ist ein Zustand des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids, das in die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung strömt, nicht immer ein vorbestimmter Zustand. Wenn die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung in zum Beispiel einem Brennstoffzellensystem eingesetzt wird, ändert sich der Zustand eines Abgases einer Brennstoffzelle als ein zweiphasiges Gas-Flüssigkeit-Fluid aufgrund einer Lastschwankung oder dergleichen auf verschiedene Weise. Aus diesem Grund wird von der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung verlangt, unter einem weiten Bereich von Bedingungen eine hohe Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids aufrechtzuerhalten.
• Wenn in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung wie dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider der JP 2005 - 147 482 A eine Durchflussrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids groß ist, stagniert eine Strömung des Gasphasenfluids in dem Freiraumteil und es wird in dem Einströmabschnitt, wo das Fluid in den Freiraumteil strömt, eine Wirbelströmung erzeugt. Da die Wirbelströmung so wirkt, dass sie die Bewegung des Flüssigkeitsphasenfluids in Richtung des Freiraumteils hemmt, geht eine Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids durch die Flüssigkeitsabgabeöffnung zurück.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die dazu im Stande ist, unter einem weiten Bereich von Bedingungen eines zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids eine hohe Rückgewinnungsrate eines Flüssigkeitsphasenfluids zu realisieren.
• Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
• Das zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid, das vom Einführabschnitt des Außenrohrs aus eingeführt wird, wird gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung dazu gebracht, durch den Doppelrohrabschnitt zu gehen, der das Außenrohr und das Innenrohr umfasst, wodurch es möglich ist, das Flüssigkeitsphasenfluid und das Gasphasenfluid voneinander zu trennen und das abgetrennte Flüssigkeitsphasenfluid durch den Entleerungsabschnitt hindurch rückzugewinnen.
• Da in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung der Freiraumteil im Doppelrohrabschnitt und das Innere des Innenrohrs durch das Verbindungsloch miteinander verbunden sind, strömt ein Teil des Gasphasenfluids, das in den Freiraumteil strömt, in das Innere des Innenrohrs, ohne im Freiraumteil zu stagnieren.
• Dadurch wird gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung die Strömung des Gasphasenfluids im Freiraumteil durch das Verbindungsloch geglättet, wodurch es möglich ist, die Fluidströmungsgeschwindigkeit des Gasphasenfluids, das in den Freiraumteil strömt, zu erhöhen und den Unterschied bei der Strömungsgeschwindigkeit bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit des Gasphasenfluids, das in das Innenrohr strömt, zu verringern.
• Dadurch kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids, das vom Einführabschnitt aus eingeführt wird, zunimmt, die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil strömt, gehemmt werden. Mit anderen Worten kann in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids zunimmt, das Flüssigkeitsphasenfluid, das sich entlang der Innenfläche des Außenrohrs bewegt, gleichmäßig in den Freiraumteil und den Entleerungsabschnitt strömen und das Flüssigkeitsphasenfluid mit einer hohen Rückgewinnungsrate rückgewonnen werden.
• Hinsichtlich der Funktionsweise des stromabwärtigen Seitenwandabschnitts wird auf das Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist ein Konfigurationsschaubild eines Brennstoffzellensystems, das eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung enthält.
• 2 ist eine externe Perspektivansicht einer Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung gemäß einem ersten nicht erfindungsgemäßen Beispiel.
• 3 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel zeigt.
• 4 ist eine Schnittansicht, die die Platzierung mehrerer Verbindungslöcher in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel zeigt.
• 5 ist ein veranschaulichendes Schaubild, das eine Strömung eines zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids in einem Gas-Flüssigkeit-Abscheider in einem nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiel zeigt.
• 6 ist ein veranschaulichendes Schaubild, das eine Strömung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel zeigt.
• 7 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung gemäß einem zweiten nicht erfindungsgemäßen Beispiel zeigt.
• 8 ist eine Schnittansicht, die die Platzierung von Verbindungslöchern in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel zeigt.
• 9 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
• 10 ist eine Schnittansicht, die die Platzierung mehrerer Verbindungslöcher in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
• 11 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung gemäß einem dritten nicht erfindungsgemäßen Beispiel zeigt.
• 12 ist eine Schnittansicht, die eine nicht erfindungsgemäße Abwandlung der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung zeigt.
• BESCHREIBUNG VON NICHT ERFINDUNGSGEMÄSSEN BEISPIELEN UND EINEM AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
• Im Folgenden werden entsprechend den Zeichnungen einige nicht erfindungsgemäße Beispiele und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder sich entsprechende Abschnitte unter den jeweiligen Beispielen unten mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
• - Erstes nicht erfindungsgemäßes Beispiel -
• Eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten nicht erfindungsgemäßen Beispiel ist auf einem Elektrofahrzeug (Brennstoffzellenfahrzeug) montiert, das mit einer Brennstoffzelle 1 als einer Kraftquelle fährt, und konfiguriert einen Teil des Brennstoffzellensystems 100. Das Brennstoffzellensystem 100 ist so konfiguriert, dass es elektrischen Strom, der von der Brennstoffzelle 1 erzeugt wird, einer (nicht dargestellten) elektrischen Vorrichtung wie einem elektrischen Fahrmotor oder einer Batterie zuführt.
• Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 eine Konfiguration des Brennstoffzellensystems 100 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Brennstoffzellensystem 100 eine Brennstoffzelle 1 (Brennstoffzellenstapel), der mittels einer chemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff elektrischen Strom erzeugt.
• Die Brennstoffzelle 1 ist eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC) und ist durch Kombinieren einer großen Anzahl von Zellen konfiguriert. Jede Zelle ist dadurch ausgebildet, dass eine Elektrolytmembran von einem Paar Elektroden in die Mitte genommen wird.
• Der Brennstoffzelle 1 wird durch einen Luftdurchlass 2 hindurch Luft zugeführt, die Sauerstoff enthält. In dem Luftdurchlass 2 ist eine Luftpumpe 6 angeordnet, und die Luft wird durch Betätigung der Luftpumpe 6 gepumpt, sodass sie der Brennstoffzelle 1 zugeführt wird. Wasserstoff wird der Brennstoffzelle 1 durch einen Wasserstoffdurchlass 3 hindurch zugeführt.
• In der Brennstoffzelle 1 findet die folgende elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff statt, um elektrische Energie zu erzeugen. Nicht umgesetzter Sauerstoff und Wasserstoff, die nicht in der elektrochemischen Reaktion genutzt werden, werden aus der Brennstoffzelle 1 als ein Abgas und ein Wasserstoffabgas abgegeben. Das nicht umgesetzte Wasserstoffabgas wird im Übrigen entsprechend der Betätigung einer Wasserstoffpumpe 9 erneut zum Wasserstoffdurchlass 3 zurückgeführt und der Brennstoffzelle 1 zugeführt.
• Negative Elektrode: H₂→2H⁺+2e^-
• Positive Elektrode: 2H⁺+1/2O₂+2e^-→H₂O
• Für die elektrochemische Reaktion muss sich die Elektrolytmembran in der Brennstoffzelle 1 in einem nassen Zustand befinden, der Feuchtigkeit enthält.
• Das Brennstoffzellensystem 100 ist so konfiguriert, dass es die Elektrolytmembran in der Brennstoffzelle 1 befeuchtet, indem es Luft und Wasserstoff, die der Brennstoffzelle 1 zugeführt werden sollen, befeuchtet und diese befeuchteten Gase der Brennstoffzelle 1 zuführt.
• In der Brennstoffzelle 1 werden während der Stromerzeugung durch eine elektrochemische Reaktion Wärme und Feuchtigkeit erzeugt. In Anbetracht der Stromerzeugungseffizienz der Brennstoffzelle 1 muss die Brennstoffzelle 1 bei einer konstanten Temperatur (zum Beispiel etwa 80°C) gehalten werden, während das Brennstoffzellensystem 100 arbeitet. Falls die Elektrolytmembran innerhalb der Brennstoffzelle 1 eine vorbestimmte zulässige Maximaltemperatur überschreitet, wird zudem die Elektrolytmembran durch eine hohe Temperatur zerstört. Aus diesem Grund muss die Temperatur der Brennstoffzelle 1 bei oder unterhalb der zulässigen Temperatur gehalten werden.
• Wie in 1 gezeigt ist, ist innerhalb des Brennstoffzellensystems 100 ein Kühlwasserkreislauf angeordnet, und die Temperatur der Brennstoffzelle 1 wird gesteuert, indem die Brennstoffzelle 1 mittels des Kühlwassers als Wärmemedium gekühlt wird. Als das als Wärmemedium dienende Kühlwasser kann zum Beispiel eine Mischlösung aus Ethylenglykol und Wasser verwendet werden, um ein Gefrieren bei niedriger Temperatur zu verhindern.
• Der Kühlwasserkreislauf enthält einen Kühler 4, ein Gebläse 5, einen Kühlwasserströmungskanal 7 und eine Wasserpumpe 8 und ist so konfiguriert, dass er das Kühlwasser zwischen der Brennstoffzelle 1 und dem Kühler 4 zirkuliert, wodurch Wärme, die in der Brennstoffzelle 1 erzeugt wird, zur Außenseite des Systems abgegeben wird.
• Der Kühler 4 ist ein Wärmetauscher, der so konfiguriert ist, dass er die in der Brennstoffzelle 1 erzeugte Wärme zur Außenseite des Systems abstrahlt. In dem Brennstoffzellensystem 100 absorbiert das Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufs beim Durchfließen der Brennstoffzelle 1 Wärme, die durch die elektrochemische Reaktion erzeugt wird, und nimmt sie mit und fließt durch den Kühlwasserströmungskanal 7 in den Kühler 4.
• Im Kühler 4 erfolgt ein Wärmetausch zwischen dem Kühlwasser und der Atmosphäre und die Wärme des Kühlwassers wird an die Atmosphäre abgestrahlt. Danach strömt das Kühlwasser vom Kühler 4 in Richtung der Brennstoffzelle 1 und zirkuliert durch den Kühlwasserströmungskanal 7 des Kühlwasserkreislaufs. Mit anderen Worten kühlt der Kühler 4 die Brennstoffzelle 1, indem er die durch die elektrochemische Reaktion der Brennstoffzelle 1 erzeugte Wärme durch den Wärmetausch mit dem Kühlwasser als Wärmemedium abstrahlt.
• Der Kühler 4 weist das Gebläse 5 auf. Das Gebläse 5 unterstützt den Wärmetausch des Kühlwassers im Kühler 4, indem es die Außenluft, die ein Wärmeaustauschziel im Kühler 4 ist, zum Kühler 4 bläst.
• Die Wasserpumpe 8 ist in dem Kühlmittelströmungskanal 7 als einem die Brennstoffzelle 1 und den Kühler 4 einschließenden Zirkulationsweg angeordnet und pumpt das Kühlmittelwasser, um das Kühlmittelwasser im Kühlmittelströmungskanal 7 zu zirkulieren.
• In dem Brennstoffzellensystem 100 erfolgt die Temperatursteuerung des Kühlwassers im Kühlwasserkreislauf durch eine Durchflussregelung durch die Wasserpumpe 8 und eine Blasluftvolumenregelung durch den Lüfter 5. Im Kühlmittelströmungskanal 7 ist auf einer Auslassseite der Brennstoffzelle 1 ein (nicht gezeigter) Wassertemperatursensor angeordnet. Der Wassertemperatursensor erfasst die Temperatur des Kühlmittelwassers, das aus der Auslassseite der Brennstoffzelle 1 herausströmt.
• In dem Brennstoffzellensystem 100 wird Feuchtigkeit, die während der Stromerzeugung durch die Brennstoffzelle 1 erzeugt wird, von der Brennstoffzelle 1 durch den Luftkanal 2 hindurch in einem Zustand abgegeben, in dem sie in Luft enthalten ist (das heißt in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand). Aus diesem Grund ist in dem Luftkanal 2 auf einer stromabwärtigen Seite der Brennstoffzelle 1 die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 angeordnet. Mit anderen Worten entspricht eine Strömungsrichtung des Fluids von der Brennstoffzelle 1 zur Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 einer Strömungsrichtung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids.
• Die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 nimmt die Feuchtigkeit, die zum Zeitpunkt der Stromerzeugung in der Brennstoffzelle 1 erzeugt wird, zusammen mit der Luft auf, die aus dem Luftkanal 2 abgegeben wird, und trennt die Feuchtigkeit in Wasserdampf und Wasser. Der durch die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 abgetrennte Wasserdampf wird zur Außenseite des Brennstoffzellensystems 100 abgegeben.
• Das durch die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 abgetrennte Wasser wird in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 in einem Zustand zurückgewonnen, in dem die Temperatur durch Kondensation gesenkt ist, und wird zur Befeuchtung der Brennstoffzelle 1 oder dergleichen verwendet. Mit anderen Worten fungiert die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 als die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung in der vorliegenden Offenbarung. Eine spezifische Konfiguration der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 wird später ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
• In dem Brennstoffzellensystem 100 kann das in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 zurückgewonnene Rückgewinnungswasser für verschiedene Anwendungen genutzt werden. Insbesondere wird das Rückgewinnungswasser in dem Brennstoffzellensystem 100 zum Befeuchten der Elektrolytmembran in der Brennstoffzelle 1 und zum Kühlen des Kühlers 4 verwendet. Mit einem unteren Teil der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 ist ein Rückgewinnungswasserströmungskanal 11 zur Nutzung des in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gespeicherten Rückgewinnungswassers verbunden.
• Wie in 1 gezeigt ist, verbindet der Rückgewinnungswasserströmungskanal 11 den unteren Abschnitt der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 mit einem Strömungsrateneinstellventil 13, und in dem Rückgewinnungswasserströmungskanal 11 ist eine Einblaspumpe 12 angeordnet. Das in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gespeicherte Rückgewinnungswasser kann daher in dem Brennstoffzellensystem 100 durch Betätigung der Einblaspumpe 12 zum Strömungsrateneinstellventil 13 gepumpt werden.
• Mit dem Strömungsrateneinstellventil 13 sind ein kühlerseitiger Strömungskanal 14 und ein Befeuchtungsströmungskanal 15 verbunden. Der kühlerseitige Strömungskanal 14 ist ein Strömungskanal, um das Rückgewinnungswasser, das aus dem Inneren der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 herausgepumpt wird, durch die Betätigung der Einblaspumpe 12 durch das Strömungsrateneinstellventil 13 zum Kühler 4 zu verteilen. An einem Spitzenabschnitt des kühlerseitigen Strömungskanals 14 ist eine Bewässerungsdüse angeordnet, um das Wasser in Form eines Nebels einzublasen (einzuspritzen).
• In dem Brennstoffzellensystem 100 ist das Strömungsrateneinstellventil 13 so konfiguriert, dass es dazu im Stande ist, unabhängig einen Ventilöffnungsgrad des kühlerseitigen Strömungskanals 14 und einen Ventilöffnungsgrad des Befeuchtungsströmungskanals 15 zu regeln, und es regelt eine Einblasströmungsrate des Rückgewinnungswassers in dem kühlerseitigen Strömungskanal 14 und eine Einblasströmungsrate des Rückgewinnungswassers in dem Befeuchtungsströmungskanal 15.
• Der Befeuchtungsströmungskanal 15 ist ein Strömungskanal, um durch die Betätigung der Einblaspumpe 12 das Rückgewinnungswasser, das durch das Strömungsrateneinstellventil 13 hindurch aus dem Inneren der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 herausgepumpt wird, in die Brennstoffzelle 1 einzublasen. An einem Spitzenabschnitt des Befeuchtungsströmungskanals 15 ist eine Bewässerungsdüse angeordnet, um das Wasser in Form eines Nebels einzublasen (einzuspritzen).
• Die Einblasdüse in dem Befeuchtungsströmungskanal 15 ist insbesondere so angeordnet, dass das Rückgewinnungswasser zur stromabwärtigen Seite der Luftpumpe 6 im Luftkanal 2 eingeblasen wird und das Rückgewinnungswasser zusammen mit der Luft im Luftkanal 2 der Brennstoffzelle 1 zugeführt wird.
• Das Brennstoffzellensystem 100 enthält eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung ist eine Steuereinheit, die den Betrieb von jeder der Steuerzielvorrichtungen, die das Brennstoffzellensystem 100 konfigurieren, steuert. Die Steuervorrichtung wird durch einen bekannten Mikrocomputer, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und dergleichen enthält, und Peripherieschaltungen des Mikrocomputers konfiguriert.
• Mit einer Eingangsseite der Steuervorrichtung sind die Brennstoffzelle 1 und der Wassertemperatursensor verbunden. Daher kann die Steuervorrichtung die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 1 und durch den Wassertemperatursensor die Kühlmittelwassertemperatur erfassen.
• Die Ausgangsseite der Steuervorrichtung ist mit den Steuerzielvorrichtungen verbunden, etwa mit der Wasserstoffpumpe 9, der Einblaspumpe 12 und dem Strömungsrateneinstellventil 13. Daher kann die Steuervorrichtung den Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 beruhend auf einem Steuerprogramm steuern, das im ROM der Steuervorrichtung gespeichert ist.
• Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 eine bestimmte Konfiguration der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Beispiel beschrieben. Die in 3 gezeigte Schnittansicht zeigt einen Zustand, in dem die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 in einem Längsschnitt geschnitten ist, der eine Mittelachse C des Außenrohrs 20 umfasst, und die in 4 gezeigte Schnittansicht zeigt einen Zustand, in dem die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 in einem Querschnitt geschnitten ist, der senkrecht zur Mittelachse C ist und Positionen von Verbindungslöchern 41 umfasst, die später beschrieben werden.
• Außerdem bedeutet eine Strömungsrichtung in der folgenden Beschreibung eine Strömungsrichtung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids, wenn es in die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 strömt, und es wird angenommen, dass die Strömungsrichtung mit der Mittelachse C des Einführabschnitts 21 übereinstimmt, der später beschrieben wird.
• Wie oben beschrieben wurde, trennt die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 den Wasserdampf und das Wasser von der feuchtigkeitshaltigen Luft, die aus der Brennstoffzelle 1 im Luftdurchlass 2 auf der stromabwärtigen Seite der Brennstoffzelle 1 abgegeben wird, gewinnt das Wasser als eine Flüssigkeit zurück und stößt den Wasserdampf aus.
• Wie in den 2 bis 4 gezeigt ist, weist die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 ein Außenrohr 20, das eine Außenhülle der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 konfiguriert, ein Innenrohr 30, das innerhalb des Außenrohrs 20 angeordnet ist, ein Abgasrohr 31, durch das ein Gasphasenfluid Fg (das heißt Wasserdampf), das vom zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid abgetrennt wurde, abgegeben wird, und ein Entleerungsrohr 45 auf, durch das hauptsächlich ein Flüssigkeitsphasenfluid Fl (das heißt Wasser), das vom zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid abgetrennt wurde, abgegeben wird.
• Das Außenrohr 20 konfiguriert eine Außenhülle der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 und hat einen Einführabschnitt 21, einen Rohrausdehnungsabschnitt 23 und einen stromabwärtigen Abschnitt 24. Das Außenrohr 20 fungiert als ein Außenrohr in der vorliegenden Offenbarung. Der Einführabschnitt 21 ist ein Abschnitt, um das zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid, das aus der Brennstoffzelle 1 herausströmt, in das Innere des Außenrohrs 20 einzuführen, und konfiguriert die in der Strömungsrichtung stromaufwärtige Seite des Außenrohrs 20. Der Einführabschnitt 21 fungiert als ein Einführabschnitt in der vorliegenden Offenbarung.
• Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist innerhalb des kreisförmigen rohrförmigen Einführabschnitts 21 ein Strömungskanal vorgesehen, der einen kreisförmigen Querschnitt hat. In der folgenden Beschreibung wird eine Mittelachse des Strömungskanals in dem kreisförmigen rohrförmigen Einführabschnitt 21 als Mittelachse C verwendet, und die Mittelachse C wird als ein Bezugspunkt verwendet. Der Querschnitt des Strömungskanals in dem Einführabschnitt 21 zeigt einen Kreis, der eine Mittelachse C als Mitte und einen vorbestimmten Einführabschnitt-Innendurchmesser Ra als Radius hat.
• An einem Ende des Einführabschnitts 21 ist eine Einführöffnung 22 definiert. Die Einführöffnung 22 ist mit dem Luftdurchlass 2 verbunden, der sich von der Brennstoffzelle aus in der Strömungsrichtung stromabwärts erstreckt. Daher wird das feuchtigkeits- und wasserdampfhaltige, zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid, das von der Brennstoffzelle 1 abgegeben wird, durch den Luftdurchlass 2 und die Einführöffnung 22 in das Außenrohr 20 eingeführt.
• Der Rohrausdehnungsabschnitt 23 ist in der Strömungsrichtung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids im Einführabschnitt 21 auf der stromabwärtigen Seite angeordnet. Der Rohrausdehnungsabschnitt 23 gemäß dem ersten Beispiel ist in einer kreisförmigen, rohrförmigen Form ausgebildet, die koaxial zur Mittelachse C des Einführabschnitts 21 angeordnet ist, und ist derart konfiguriert, dass eine Strömungskanalquerschnittsfläche des Rohrausdehnungsabschnitts 23 in der Strömungsrichtung zur stromabwärtigen Seite hin kontinuierlich zunimmt.
• Genauer gesagt ist der Strömungskanalquerschnitt auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Rohrausdehnungsabschnitts 23 ein Kreis, der die Mittelachse C als Mitte und den Einführabschnitt-Innendurchmesser Ra als Radius hat. Wie in 3 gezeigt ist, nimmt die Strömungskanalquerschnittsfläche des Rohrausdehnungsabschnitts 23 in der Strömungsrichtung kontinuierlich in Richtung der stromabwärtigen Seite zu.
• Der Querschnitt des Strömungskanals auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Rohrausdehnungsabschnitts 23 ist mit der Mittelachse C als Mitte und einem maximalen Innendurchmesser Rw des Rohrausdehnungsabschnitts als Radius kreisförmig. Der maximale Innendurchmesser Rb des Rohrausdehnungsabschnitts ist größer als der Innendurchmesser Ra des Einführabschnitts.
• Der stromabwärtige Abschnitt 24 ist in der Strömungsrichtung stromabwärts vom Rohrausdehnungsabschnitt 23 angeordnet. Der stromabwärtige Abschnitt 24 gemäß dem ersten Beispiel ist in einer kreisförmigen, rohrförmigen Form ausgebildet, die koaxial zur Mittelachse C angeordnet ist. Wie in 3 gezeigt ist, hat der innere Querschnitt des stromabwärtigen Abschnitts 24 eine Kreisform mit der Mittelachse C als Mitte und einem Stromabwärtsabschnitt-Innendurchmesser Rc als Radius.
• Der Innendurchmesser Rc des stromabwärtigen Abschnitts ist gleich dem maximalen Innendurchmesser Rb des Rohrausdehnungsabschnitts und größer als der Innendurchmesser Ra des Einführabschnitts. Daher hat die innere Querschnittsfläche des stromabwärtigen Abschnitts 24 den gleichen Wert wie die Strömungskanalquerschnittsfläche auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite im Rohrausdehnungsabschnitt 23.
• Die Innenfläche des Außenrohrs 20 ist einem Prozess unterzogen worden, um ihr Hydrophilie zu verleihen. Dies liegt daran, weil ein Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das sich entlang der Innenfläche des Außenrohrs 20 bewegt, am Ablösen gehindert werden kann, indem ihr Hydrophilie verliehen wird. Als Prozess, um ihr Hydrophilie zu verleihen, gibt es eine chemische Behandlung, um die Innenfläche des Außenrohrs 20 direkt mit einer hydrophilen funktionalen Gruppe (zum Beispiel einer Hydroxylgruppe, einer Carboxylgruppe oder dergleichen) zu versehen.
• Das Innenrohr 30 ist innerhalb des Außenrohrs 20 in der Strömungsrichtung an einem stromabwärtigen Abschnitt des Außenrohrs 20 angeordnet und in einer kreisförmigen, rohrförmigen Form ausgebildet. Das Innenrohr 30 ist koaxial zur Mittelachse C des Einführabschnitts des Außenrohrs 20 angeordnet. Das Innenrohr 30 fungiert als das Innenrohr in der vorliegenden Offenbarung.
• Wie in 6 gezeigt ist, strömt das Gasphasenfluid Fg, das von dem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid abgetrennt wurde, hauptsächlich in das Innenrohr 30. Der Querschnitt des Strömungskanals im Innenrohr 30 ist als ein Kreis geformt, der eine Mittelachse C als Mitte und einen vorbestimmten Innenrohr-Innendurchmesser Rd als Radius hat. Der Innenrohr-Innendurchmesser Rd gemäß dem ersten Beispiel hat den gleichen Wert wie der Einführabschnitt-Innendurchmesser Ra.
• Mit anderen Worten hat der Strömungskanal im Innenrohr 30 im ersten Beispiel die gleiche Form wie der Strömungskanal im Einführabschnitt 21 des Außenrohrs 20 und ist auf einer Verlängerungslinie angeordnet, die sich im Strömungskanal des Einführabschnitts 21 in der Strömungsrichtung zur stromabwärtigen Seite erstreckt.
• Wie in 3 gezeigt ist, ist der in der Strömungsrichtung stromaufwärtige Endabschnitt des Innenrohrs 30 innerhalb des stromabwärtigen Abschnitts des Rohrausdehnungsabschnitts 23 des Außenrohrs 20 angeordnet. Ein Endabschnitt des Innenrohrs 30 auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite erstreckt sich zu einem stromabwärtigen Seitenwandabschnitt 25, der die stromabwärtige Seite des stromabwärtigen Abschnitts 24 des Außenrohrs 20 konfiguriert.
• Das Innenrohr 30 ist so angeordnet, dass es von der Innenseitenfläche des Außenrohrs 20 (das heißt des Rohrausdehnungsabschnitts 23 und des stromabwärtigen Abschnitts 24) einen vorbestimmten Abstand hat. Da das Innenrohr 30 auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite des Außenrohrs 20 in einem Abstand vom Inneren des Außenrohrs 20 angeordnet ist, wird in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 mit anderen Worten ein Doppelrohrabschnitt 35 konfiguriert.
• Das Abgasrohr 31 ist in der Strömungsrichtung mit der stromabwärtigen Seite des Innenrohrs 30 verbunden und ist durch ein kreisförmiges Rohr konfiguriert, das so ausgebildet ist, dass es sich vom stromabwärtigen Abschnitt 24 des Außenrohrs 20 aus erstreckt. Daher strömt das Gasphasenfluid Fg, das durch das Innenrohr 30 gegangen ist, in das Abgasrohr 31.
• In der Strömungsrichtung ist auf der stromabwärtigen Seite des Abgasrohrs 31 eine Gasphasenabgabeöffnung 32 angeordnet. Die Gasphasenabgabeöffnung 32 verbindet das Innere des Abgasrohrs 31 mit der Außenseite des Brennstoffzellensystems 100. Daher gibt das Abgasrohr 31 das Gasphasenfluid Fg durch die Gasphasenabgabeöffnung 32 zur Außenseite des Brennstoffzellensystems 100 ab.
• Wie in 3 gezeigt ist, hat die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 den Doppelrohrabschnitt 35, der das Außenrohr 20 und das Innenrohr 30 umfasst. Der Doppelrohrabschnitt 35 gemäß dem ersten Beispiel ist ein Abschnitt, der durch doppelte Platzierung des Rohrausdehnungsabschnitts 23 und stromabwärtigen Abschnitts 24 des Außenrohrs 20 und des Innenrohrs 30 ausgebildet ist, und entspricht dem Doppelrohrabschnitt in der vorliegenden Offenbarung.
• Da der Doppelrohrabschnitt 35 einen vorbestimmten Abstand zwischen der Innenumfangsfläche des Außenrohrs 20 und der Außenumfangsfläche des Innenrohrs 30 hat, weist der Doppelrohrabschnitt 35 einen Freiraumteil 40 auf. Der Freiraumteil 40 ist zwischen dem Außenrohr 20 und dem Innenrohr 30 angeordnet, sodass er einen Außenumfang des Innenrohrs 30 umgibt.
• Die in der Strömungsrichtung stromabwärtige Seite des Freiraumteils 40 wird durch den stromabwärtigen Seitenwandabschnitt 25 verschlossen, der sich von der stromabwärtigen Seitenkante des stromabwärtigen Abschnitts 24 zur Mittelachse C erstreckt. Der Freiraumteil 40 entspricht einem Freiraumteil in der vorliegenden Offenbarung, und der stromabwärtige Seitenwandabschnitt 25 entspricht einem stromabwärtigen Seitenwandabschnitt in der vorliegenden Offenbarung.
• In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Beispiel hat der Doppelrohrabschnitt 35 die Funktion, eine Strömung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids, das von dem Einführabschnitt 21 aus einströmt, in eine Strömung des Fluids, die in das Innenrohr 30 strömt, und eine Strömung des Fluids, die in den Freiraumteil 40 strömt, aufzuteilen.
• Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, hat die Rohrwand des Innenrohrs 30 mehrere Verbindungslöcher 41. Die mehreren Verbindungslöcher 41 (sechs im ersten Beispiel) sind in einer Umfangsrichtung des Innenrohrs 30 in regelmäßigen Intervallen angeordnet und über den gesamten Umfang des Innenrohrs 30 positioniert.
• Da jedes der Verbindungslöcher 41 durch die Rohrwand des Innenrohrs 30 hindurchgeht, steht das Innere des Innenrohrs 30 mit dem Freiraumteil 40 in Verbindung, der der Außenseite des Innenrohrs 30 entspricht. Daher kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 ein Teil des Gasphasenfluids Fg, das in den Freiraumteil 40 strömt, durch jedes der Verbindungslöcher 41 zur Innenseite des Innenrohrs 30 zurückgeführt werden. Jedes der Verbindungslöcher 41 entspricht einem Verbindungsloch in der vorliegenden Offenbarung.
• Das Entleerungsrohr 45 ist mit einem unteren Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 verbunden, und an einem Endabschnitt des Entleerungsrohrs 45 ist eine Flüssigkeitsphasenabgabeöffnung 46 vorgesehen. Da das Entleerungsrohr 45 über die Flüssigkeitsphasenabgabeöffnung 46 mit dem Rückgewinnungswasserströmungskanal 11 des Brennstoffzellensystems 100 verbunden ist, kann das Flüssigkeitsphasenfluid Fl (das heißt das erzeugte Wasser), das in den Freiraumteil 40 geströmt ist, zum Rückgewinnungswasserströmungskanal 11 abgegeben werden. Das Entleerungsrohr 45 entspricht einem Entleerungsabschnitt in der vorliegenden Offenbarung.
• Wie oben beschrieben wurde, wird das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das durch das Entleerungsrohr 45 der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 hindurch rückgewonnen wurde, in dem Brennstoffzellensystem 100 für verschiedene Anwendungen genutzt, um das Stromerzeugungsvermögen des Brennstoffzellensystems 100 zu verbessern. Zum Beispiel wird das Flüssigkeitsphasenfluid Fl dazu verwendet, den Kühler 4 zu kühlen, die Elektrolytmembran in der Brennstoffzelle 1 zu befeuchten und dergleichen.
• Das Entleerungsrohr 45 kann mit dem unteren Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 45 verbunden sein, und als Verfahren, das Entleerungsrohr 45 herauszuführen, können verschiedene Modi eingesetzt werden. Zum Beispiel ist das Herausführverfahren nicht, wie in den 2 bis 4 und dergleichen gezeigt ist, auf das Beispiel beschränkt, in dem das Entleerungsrohr 45 so angeschlossen ist, dass es sich von der Unterseite des Doppelrohrabschnitts 35 aus nach unten erstreckt, und das Entleerungsrohr 45 kann so angeschlossen werden, dass es sich vom stromabwärtigen Seitenwandabschnitt 25 aus, der dem unteren Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 entspricht, horizontal erstreckt.
• Um das Verständnis für die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Beispiel zu unterstützen, wird unter Bezugnahme auf 5 ein Gas-Flüssigkeit-Abscheider S eines Vergleichsbeispiels beschrieben.
• Es wird zunächst eine Konfiguration des in 5 gezeigten Gas-Flüssigkeit-Abscheiders S im Vergleichsbeispiel beschrieben. Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 1 ist mit Hilfe eines Außenrohrs Po und eines Innenrohrs Pi konfiguriert, die voneinander verschiedene Durchmesser haben. Das Außenrohr Po ist ein zylinderförmiges, gerades Rohr großen Durchmessers, das ein Gehäuse des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders S konfiguriert, und hat an einem Endabschnitt des Außenrohrs Po eine Einführöffnung I, in die das zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid eingeführt wird.
• Das Innenrohr Pi ist ein zylinderförmiges, gerades Rohr, das einen Durchmesser hat, der kleiner als ein Innendurchmesser des Außenrohrs Po ist, und ist innerhalb des Außenrohrs Po koaxial zum Außenrohr Po durch Schweißen montiert. Ein Endabschnitt E des Innenrohrs Pi auf der Seite der Einführöffnung I erstreckt sich nicht zur Einführöffnung I des Außenrohrs Po und befindet sich auf der stromabwärtigen Seite der Einführöffnung I. Auf einer entgegengesetzten Seite des Innenrohrs Pi ist eine Gasabgabeöffnung Og angeordnet.
• Wie in 5 gezeigt ist, ist zwischen dem Außenrohr Po großen Durchmessers und dem Innenrohr Pi kleinen Durchmessers ein Freiraumteil Is vorgesehen, sodass er einen Außenumfang des Innenrohrs Pi umgibt. Die stromabwärtige Seite des Freiraumteils Is wird durch einen stromabwärtigen Seitenwandabschnitt Wd verschlossen. In einem unteren Abschnitt des Außenrohrs Po, der den Freiraumteil Is konfiguriert, ist eine Flüssigkeitsabgabeöffnung Ol angeordnet, die durch ein Flüssigkeitsabgaberohr D mit einem (nicht gezeigten) Behälter oder dergleichen verbunden ist.
• Als Nächstes wird die Strömung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids innerhalb des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders S beschrieben. Während es von der Einführöffnung I ins Innere des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders S strömt, strömt das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das in dem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid enthalten ist, entlang der Innenumfangswandfläche des Außenrohrs Po. In dieser Situation wird das Gasphasenfluid Fg in dem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid in das Innere des Innenrohrs Pi und den Freiraumteil Is, der am Endabschnitt E des Innenrohrs Pi um das Innenrohr Pi herum angeordnet ist, aufgeteilt.
• Das in das Innenrohr Pi strömende Gasphasenfluid Fg strömt, so wie es ist, durch das Innere des Innenrohrs Pi und wird von der Gasabgabeöffnung Og aus zur Außenseite des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders S abgegeben. Andererseits strömt das in den Freiraumteil Is strömende Gasphasenfluid Fg idealerweise durch den Freiraumteil Is in die Flüssigkeitsabgabeöffnung Ol und das Flüssigkeitsabgaberohr D, während es das Flüssigkeitsphasenfluid Fl abstreift, das an der Innenumfangswandfläche des Außenrohrs Po anhaftet.
• In dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider S ist die Strömungskanalquerschnittsfläche im Freiraumteil Is, wie in 5 gezeigt ist, viel kleiner als die Strömungskanalquerschnittsfläche innerhalb des Innenrohrs Pi und sind auch die Strömungskanalquerschnittsflächen der Flüssigkeitsabgabeöffnung Ol und des Flüssigkeitsabgaberohrs D klein eingestellt.
• Aus diesem Grund nimmt in dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider S im Freiraumteil Is ein Druckverlust zu, wenn die Strömungsrate des von der Einführöffnung I aus eingeführten zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids groß ist, und stagniert die Strömung des Gasphasenfluids Fg vom Endabschnitt E des Innenrohrs Pi in Richtung des Freiraumteils Is.
• Andererseits strömt das Gasphasenfluid Fg, das innerhalb des Innenrohrs Pi strömt, relativ gleichmäßig, da das Gasphasenfluid Fg in einen zentralen Abschnitt des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders S strömt. Dadurch wird in dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider S eine Strömungsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen einer Strömungsgeschwindigkeit des innerhalb des Innenrohrs Pi strömenden Gasphasenfluids Fg und einer Strömungsgeschwindigkeit des im Freiraumteil Is strömenden Gasphasenfluids Fg groß.
• Dabei strömt das durch den Endabschnitt E aufgeteilte Gasphasenfluid Fg entlang der Außenumfangsfläche des Innenrohrs Pi um den Endabschnitt E des Innenrohrs Pi herum. Da die Strömung des Gasphasenfluids Fg und des Flüssigkeitsphasenfluids Fl im Freiraumteil Is stagniert, kann das Gasphasenfluid Fg jedoch um den Endabschnitt E herum nicht mehr in den Freiraumteil Is strömen.
• Dadurch ändert das Gasphasenfluid Fg um den Endabschnitt E herum seine Strömungsrichtung zur Innenumfangswandflächenseite des Außenrohrs Po und strömt dann entlang der Innenumfangswandfläche des Außenrohrs Po in Richtung der Einführöffnung I. Mit anderen Worten wird, wie in 5 gezeigt ist, in dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider S um den Endabschnitt E des Innenrohrs Pi herum eine Wirbelströmung erzeugt und wirkt die Wirbelströmung in einer Richtung, die das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das entlang der Innenumfangswandfläche des Außenrohres Po strömt, zur Seite der Einführöffnung I zurückdrückt.
• Infolgedessen wird durch die Wirbelströmung, die um den Endabschnitt E des Innenrohrs Pi herum erzeugt wird, die Strömung des Flüssigkeitsphasenfluids Fl entlang der Innenumfangswandfläche des Außenrohrs Po behindert, sodass eine Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl zurückgeht.
• Aufgrund der Wirbelströmung kann auch eine Strömung des Gasphasenfluids Fg vom Endabschnitt E in Richtung des Inneren des Innenrohrs Pi auf das Flüssigkeitsphasenfluid Fl wirken, das um den Endabschnitt E herum stagniert. Mit anderen Worten kann das Gasphasenfluid Fg, das in das Innere des Innenrohrs Pi strömt, einen Teil des stagnierenden Flüssigkeitsphasenfluids Fe verstreuen.
• In diesem Fall wird ein Teil des Flüssigkeitsphasenfluids Fl, der durch das Gasphasenfluid Fg vestreut wird, durch das Innere des Innenrohrs Pi hindurch von der Gasabgabeöffnung Og abgegeben. Mit anderen Worten senkt der Gas-Flüssigkeit-Abscheider S auch unter diesem Gesichtspunkt die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl.
• Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 6 die Strömung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Beispiel beschrieben. In der wie oben beschrieben konfigurierten Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 strömt das zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid, das von der Brennstoffzelle 1 abgegeben wird, durch den Luftdurchlass 2 vom Einführabschnitt 21 des Außenrohrs 20 in das Innere des Außenrohrs 20.
• Beim Einströmen vom Einführabschnitt 21 in Richtung des Doppelrohrabschnitts 35 strömt das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das in dem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid enthalten ist, entlang der Innenfläche des Außenrohrs 20. Andererseits strömt das Gasphasenfluid Fg im mittleren Abschnitt des Strömungskanals fern von der Innenfläche des Außenrohrs 20. Im mittleren Abschnitt des Strömungskanals des Außenrohrs 20 belegt das Gasphasenfluid Fg einen großen Teil des mittleren Abschnitts und enthält eine kleine Menge nebelartigen Flüssigkeitsphasenfluids Fl, die sich nicht per Augenschein bestätigen lässt.
• Das Flüssigkeitsphasenfluid Fl strömt grundsätzlich über die gesamte Innenfläche des Außenrohrs 20. Dabei strömt das Flüssigkeitsphasenfluid Fl aufgrund der Schwerkraft, die auf das Flüssigkeitsphasenfluid Fl wirkt, mehr in dem unteren Abschnitt der Innenfläche des Außenrohrs 20 als in dem oberen Abschnitt und dem Seitenabschnitt der Innenfläche des Außenrohrs 20.
• Wenn das zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid, das in dem in 6 gezeigten Zustand strömt, den Doppelrohrabschnitt 35 erreicht, wird die Strömung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids im Doppelrohrabschnitt 35 am Endabschnitt des Innenrohrs 30 in eine Strömung des Fluids, die in das Innenrohr 30 strömt, und eine Strömung des Fluids, die in den Freiraumteil 40 strömt, aufgeteilt.
• In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Beispiel ist das Innenrohr 30 so ausgebildet, dass es die gleiche Strömungskanalquerschnittsfläche wie der Einführabschnitt 21 hat, und ist koaxial zur Mittelachse C des Einführabschnitts 21 angeordnet.
• Daher kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 das Gasphasenfluid Fg, das durch den mittleren Abschnitt des Strömungskanals im Einführabschnitt 21 strömt, gleichmäßig in das Innere des Innenrohrs 30 strömen, und es kann ein Druckverlust vom Einführabschnitt 21 zum Abgasrohr 31 verringert werden.
• Die Strömungskanalquerschnittsfläche des Freiraumteils 40 ist kleiner als die Strömungskanalquerschnittsfläche des Innenrohrs 30, doch sind der Freiraumteil 40 und das Innere des Innenrohrs 30 durch die mehreren Verbindungslöcher 41 miteinander verbunden. Aus diesem Grund kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 einen Teil des in den Freiraumteil 40 strömenden Gasphasenfluids Fg durch die mehreren Verbindungslöcher 41 ins Innere des Innenrohrs 30 zurückführen.
• Mit anderen Worten wird auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids, das vom Einführabschnitt 21 aus eingeführt wird, erhöht wird, die Stagnation des Gasphasenfluids Fg oder dergleichen im Freiraumteil 40 durch die jeweiligen Verbindungslöcher 41 gelindert, und es kann die Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids Fg in den Freiraumteil 40 verbessert werden. Dadurch kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 auch in diesem Fall ein Unterschied bei der Strömungsgeschwindigkeit zwischen der Einströmgeschwindigkeit im Inneren des Innenrohrs 30 und der Einströmgeschwindigkeit im Freiraumteil 40 verringert werden, und es kann die Erzeugung der Wirbelströmung, wie sie in 5 gezeigt ist, gehemmt werden.
• Das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das an der Innenfläche des Außenrohrs 20 anhaftet, bewegt sich durch eine Windkraft des Gasphasenfluids Fg, das durch die Innenfläche des Außenrohrs 20 strömt, entlang der Innenfläche des Außenrohrs 20. Wie oben beschrieben wurde, kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt (das heißt in der Nähe des stromaufwärtigen Endabschnitts des Innenrohrs 30), verhindern und das Flüssigkeitsphasenfluid Fl gleichmäßig zu dem Freiraumteil 40 und dem Entleerungsrohr 45 bewegen, sodass sie dazu in der Lage ist, das Flüssigkeitsphasenfluid Fl mit einer hohen Rückgewinnungsrate rückzugewinnen.
• Das Entleerungsrohr 45 ist in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 durch einen (nicht gezeigten) Schlauch mit dem Rückgewinnungswasserströmungskanal 11 des Brennstoffzellensystems 100 verbunden. Wenn der Druckverlust in dem Schlauch oder dem Rückgewinnungswasserströmungskanal 11 groß ist, kann daher durch den Druckverlust das Einströmen des Gasphasenfluids Fg in den Freiraumteil 40 beeinträchtigt werden.
• Genauer gesagt wird angenommen, dass eine Abnahme der Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids im Freiraumteil 40 groß wird und die Strömung des Flüssigkeitsphasenfluids Fl durch die Wirbelströmung, die zusammen mit der Abnahme der Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids erzeugt wird, stark behindert wird. In diesem Fall geht die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 zurück.
• In dieser Hinsicht ermöglicht die Verbindung zwischen dem Inneren des Innenrohrs 30 und dem Freiraumteil 40 durch die mehreren Verbindungslöcher 41 es, in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Beispiel den Einfluss des Druckverlusts aufgrund des Schlauchs, des Rückgewinnungswasserströmungskanals 11 und dergleichen auf die Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids in den Freiraumteil 40 zu verringern, und daher kann der Rückgang der Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl gehemmt werden.
• Wenn die Verbindungslöcher 41 durch das Flüssigkeitsphasenfluid Fl verschlossen werden und die Strömung des Gasphasenfluids Fg vom Freiraumteil 40 ins Innere des Innenrohrs 30 versperrt wird, wird der Druck im Freiraumteil 40 durch das in den Freiraumteil 40 strömende Gasphasenfluid Fg erhöht.
• Wenn der Druck steigt, wird das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das die Verbindungslöcher 41 verschlossen hat, in das Innenrohr 30 hinausgedrückt und aus dem Abgasrohr 31 zur Außenseite abgegeben. Wenn die Verbindungslöcher 41 durch das Flüssigkeitsphasenfluid Fl verschlossen werden und das Innere des Innenrohrs 30 und des Freiraumteils 40 versperrt sind, geht mit anderen Worten die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl durch das Entleerungsrohr 45 zurück.
• Angesichts dessen sind in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10, wie in den 3 und 4 gezeigt ist, das Innere des Innenrohrs 30 und der Freiraumteil 40 miteinander durch die mehreren Verbindungslöcher 41 verbunden, um einen Druckanstieg im Freiraumteil 40 aufgrund eines Verstopfens der Verbindungslöcher 41 durch das Flüssigkeitsphasenfluid Fl und ein durch den Druckanstieg verursachtes Ausströmen des Flüssigkeitsphasenfluids Fl zum Abgasrohr 31 zu verhindern.
• Selbst wenn eines der Verbindungslöcher 41 durch das Flüssigkeitsphasenfluid Fl verschlossen wird, das durch den Freiraumteil 40 strömt, kann daher durch die anderen Verbindungslöcher 41 die Strömung des Gasphasenfluids Fg vom Freiraumteil 40 in Richtung des Inneren des Innenrohrs 30 sichergestellt werden. Aus diesem Grund können in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 der Druckanstieg im Freiraumteil 40 und der Rückgang der Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl auch dann verringert werden, wenn ein Teil der Verbindungslöcher 41 durch das Flüssigkeitsphasenfluid Fl verschlossen wird.
• Außerdem wird gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 die Wirbelströmung daran gehindert, in dem Abschnitt erzeugt zu werden, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, sodass das Flüssigkeitsphasenfluid Fl daran gehindert wird, in der Umgebung der Öffnungskante des Innenrohrs 30 zu stagnieren. Dadurch kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 einen Teil des Flüssigkeitsphasenfluids Fl daran hindern, durch das Gasphasenfluid Fg, das in das Innenrohr 30 strömt, in das Innenrohr 30 verstreut zu werden, und die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl verbessern.
• Da der Innenfläche des Außenrohrs 20 Hydrophilie verliehen ist, kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 zudem die Ablösung des an der Innenfläche des Außenrohrs 20 anhaftenden Flüssigkeitsphasenfluids Fl hemmen. Dadurch kann in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 das an der Innenfläche des Außenrohrs 20 anhaftende Flüssigkeitsphasenfluid Fl daran gehindert werden, in das Innenrohr 30 zu fließen, und es kann die Strömung in den Flüssigkeitsphasenrückgewinnungsabschnitt unterstützt werden, sodass die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl weiter gesteigert werden kann.
• Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 des ersten Beispiels das zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid, das vom Einführabschnitt 21 des Außenrohrs 20 aus eingeführt wird, in das Gasphasenfluid Fg und das Flüssigkeitsphasenfluid Fl getrennt werden, indem es durch den Doppelrohrabschnitt 35 gehen gelassen wird, der das Außenrohr 20 und das Innenrohr 30 umfasst, und das abgetrennte Flüssigkeitsphasenfluid Fl kann durch das Entleerungsrohr 45 hindurch rückgewonnen werden.
• In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 sind der Freiraumteil 40 im Doppelrohrabschnitt 35 und das Innere des Innenrohrs 30 durch die Verbindungslöcher 41 miteinander verbunden. Daher strömt in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10, wie in 6 gezeigt ist, ein Teil des Gasphasenfluids Fg, das in den Freiraumteil 40 strömt, in das Innenrohr 30, ohne im Freiraumteil 40 zu stagnieren.
• Dadurch wird gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 die Strömung des Gasphasenfluids Fg im Freiraumteil 40 durch die Verbindungslöcher 41 geglättet, weswegen es möglich ist, die Fluidströmungsgeschwindigkeit des in den Freiraumteil 40 strömenden Gasphasenfluids Fg zu erhöhen und den Unterschied bei der Strömungsgeschwindigkeit bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit des in das Innenrohr 30 strömenden Gasphasenfluids Fg zu verringern.
• Dadurch kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids zunimmt, das vom Einführabschnitt 21 aus eingeführt wird, die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, gehemmt werden. Mit anderen Worten kann in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids zunimmt, das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das sich entlang der Innenfläche des Außenrohrs 20 bewegt, gleichmäßig in den Freiraumteil 40 und das Entleerungsrohr 45 strömen, und das Flüssigkeitsphasenfluid Fl kann mit einer hohen Rückgewinnungsrate rückgewonnen werden.
• Wie in 4 gezeigt ist, bilden die Verbindungslöcher 41 in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 zwischen dem Inneren des Innenrohrs 30 und dem Freiraumteil 40 an mehreren Abschnitten eine Verbindung.
• Dadurch kann auch dann, wenn einige Verbindungslöcher 41 unter den mehreren Verbindungslöchern 41 durch das Flüssigkeitsphasenfluid Fl verschlossen werden, die Strömung des Gasphasenfluids Fg aus dem Freiraumteil 40 in das Innere des Innenrohrs 30 sichergestellt werden und ein Druckanstieg im Freiraumteil 40 gehemmt werden. Daher kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das die Verbindungslöcher 41 verschließt, daran gehindert werden, durch den Druck des Freiraumteils 40 ins Innere des Innenrohrs 30 einzudringen, und der Rückgang der Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl gehemmt werden.
• - Zweites nicht erfindungsgemäßes Beispiel -
• Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 7 und 8 ein zweites nicht erfindungsgemäßes Beispiel beschrieben, das sich von dem oben beschriebenen ersten Beispiel unterscheidet. Eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem zweiten Beispiel konfiguriert wie im ersten Beispiel einen Teil eines Brennstoffzellensystems 100, das auf einem Elektrofahrzeug (einem Brennstoffzellenfahrzeug) montiert ist.
• Ähnlich wie im ersten Beispiel ist die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem zweiten Beispiel in einem Luftdurchlass 2 des Brennstoffzellensystems 100 auf einer stromabwärtigen Seite einer Brennstoffzelle 1 angeordnet, sie trennt von einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid, das von der Brennstoffzelle 1 abgegeben wird, ein Gasphasenfluid Fg und ein Flüssigkeitsphasenfluid Fl und sie gewinnt das Flüssigkeitsphasenfluid Fl zurück.
• Ähnlich wie im ersten Beispiel weist die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 ein Außenrohr 20, ein Innenrohr 30, ein Abgasrohr 31 und ein Entleerungsrohr 45 auf. In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem zweiten Beispiel ist die Grundkonfiguration die gleiche wie die des oben beschriebenen ersten Beispiels, doch sind die Platzierung der Verbindungslöcher 41 in dem Innenrohr 30 und die Konfiguration des Entleerungsrohrs 45, das mit einem Freiraumteil 40 verbunden ist, von denen des ersten Beispiels verschieden.
• In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem zweiten Beispiel ist das Entleerungsrohr 45 auf einem unteren Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 angeordnet und mit dem Freiraumabschnitt 40 verbunden. In dem zylinderförmigen Entleerungsrohr 45 ist ein Strömungskanal vorgesehen, durch den das Flüssigkeitsphasenfluid Fl strömt, das aus dem Freiraumteil 40 einströmt. In der folgenden Beschreibung wird eine Mittelachse des zylinderförmigen Entleerungsrohrs 45 als eine Entleerungsrohrmitte Cd bezeichnet.
• An einem Endabschnitt des Entleerungsrohrs 45 ist eine Flüssigkeitsphasenabgabeöffnung 46 angeordnet und mit einem Rückgewinnungswasserströmungskanal 11 des Brennstoffzellensystems 100 verbunden. Daher kann das Entleerungsrohr 45 das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das in den Freiraumteil 40 einströmt (das heißt das erzeugte Wasser), zum Rückgewinnungswasserströmungskanal 11 abgeben.
• Wie in 7 gezeigt ist, ist ein Endabschnitt des Entleerungsrohrs 45 mit dem Freiraumteil 40 im unteren Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite verbunden. Das Entleerungsrohr 45 erstreckt sich von der Verbindungsstelle des Freiraumteils 40 aus in der Strömungsrichtung in Richtung der stromabwärtigen Seite nach unten.
• Mit anderen Worten bildet die Entleerungsrohrmitte Cd bezüglich der Mittelachse C, die einer Erstreckungsrichtung des Innenrohrs 30 entspricht, einen spitzen Neigungswinkel a. Der Neigungswinkel α hängt von der Platzierung der jeweiligen Komponenten in dem Brennstoffzellensystem 100 und dergleichen ab, doch ist es wünschenswert, dass der Neigungswinkel α so klein wie möglich ist.
• Dadurch kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 verglichen mit dem Fall, in dem sich das Entleerungsrohr 45 wie im ersten Beispiel nach unten erstreckt, einen Druckverlust verringern, wenn das Flüssigkeitsphasenfluid Fl oder dergleichen durch das Innere des Freiraumteils 40 hindurch in das Entleerungsrohr 45 strömt.
• Dadurch kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 die Strömung des Fluids vom Freiraumteil 40 in Richtung des Entleerungsrohrs 45 glätten und das Auftreten der Wirbelströmung an dem Abschnitt, an dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, weiter hemmen, wodurch es möglich ist, die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl durch das Entleerungsrohr 45 zu verbessern.
• Wie in den 7 und 8 gezeigt ist, verbinden in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem zweiten Beispiel die Verbindungslöcher 41 das Innere des Innenrohrs 30 mit dem Freiraumteil 40 an einem oberen Abschnitt des Innenrohrs 30.
• Da auf das an der Innenfläche des Außenrohrs 20 anhaftende Flüssigkeitsphasenfluid Fl, während es sich zu dem Freiraumteil 40 und dem Entleerungsrohr 45 bewegt, die Schwerkraft wirkt, kommt es zu einer Abweichung bei der Verteilung des Flüssigkeitsphasenfluids Fl auf der Innenfläche des Außenrohrs 20. Mit anderen Worten wird angenommen, dass im unteren Abschnitt des Freiraumteils 40 eine große Menge des Flüssigkeitsphasenfluids Fl und im oberen Abschnitt des Freiraumteils 40 eine kleine Menge des Flüssigkeitsphasenfluids Fl vorhanden sind.
• Daher wird im zweiten Beispiel davon ausgegangen, dass der obere Abschnitt des Innenrohrs 30 über das Innenrohr 30 hinweg ein Abschnitt auf einer entgegengesetzten Seite der Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45 ist, in dem das Flüssigkeitsphasenfluid Fl aufgrund der Schwerkraftwirkung wenig ist. Mit anderen Worten sind die Verbindungslöcher 41 in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem zweiten Beispiel in dem oberen Abschnitt des Innenrohrs 30 angeordnet, sodass das Flüssigkeitsphasenfluid Fl daran gehindert werden kann, durch die Verbindungslöcher 41 in das Innere des Innenrohrs 30 zu strömen.
• Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 des zweiten Beispiels das zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid, das vom Einführabschnitt 21 des Außenrohrs 20 aus eingeführt wird, in das Gasphasenfluid Fg und das Flüssigkeitsphasenfluid Fl getrennt werden, indem es durch den Doppelrohrabschnitt 35 gehen gelassen wird, der das Außenrohr 20 und das Innenrohr 30 umfasst, und das abgetrennte Flüssigkeitsphasenfluid Fl durch das Entleerungsrohr 45 rückgewonnen werden.
• Wie in den 7 und 8 gezeigt ist, sind der Freiraumteil 40 und das Innere des Innenrohrs 30 durch die Verbindungslöcher 41 miteinander verbunden. Daher kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids, das vom Einführabschnitt 21 aus eingeführt wird, zunimmt, die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, gehemmt werden, die Strömung des Flüssigkeitsphasenfluids Fl zum Freiraumteil 40 geglättet werden und das Flüssigkeitsphasenfluid Fl mit einer hohen Rückgewinnungsrate rückgewonnen werden.
• In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 ist das Entleerungsrohr 45 mit dem Freiraumteil 40 am unteren Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 verbunden und so angeordnet, dass die Entleerungsrohrmitte Cd bezüglich der Mittelachse C einen spitzen Neigungswinkel α bildet.
• Dadurch kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 die Strömung des Fluids aus dem Freiraumteil 40 zum Entleerungsrohr 45 geglättet werden und die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, weiter gehemmt werden. Dadurch kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl durch das Entleerungsrohr 45 verbessern.
• Die Verbindungslöcher 41 verbinden in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 das Innere des Innenrohrs 30 mit dem Freiraumteil 40 am oberen Abschnitt des Innenrohrs 30. Der obere Abschnitt des Innenrohrs 30 liegt über das Innenrohr 30 hinweg der Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45 gegenüber.
• Da die Verbindungslöcher 41 gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 in einem Abschnitt angeordnet sind, in dem das Flüssigkeitsphasenfluid Fl bei der Verteilung des Flüssigkeitsphasenfluids Fl im Freiraumteil 40 aufgrund der Schwerkraftwirkung wenig ist, kann das Flüssigkeitsphasenfluid Fl infolgedessen daran gehindert werden, durch die Verbindungslöcher 41 in den inneren Abschnitt des Innenrohrs 30 zu strömen.
• - Ausführungsbeispiel -
• Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 9 und 10 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das sich von den oben beschriebenen Beispielen unterscheidet. Eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel konfiguriert ähnlich wie die oben beschriebenen Beispiele ein Brennstoffzellensystem 100, das auf einem Elektrofahrzeug (einem Brennstoffzellenfahrzeug) montiert ist.
• Die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ähnlich wie die oben beschriebenen Beispiele in einem Luftdurchlass 2 des Brennstoffzellensystems 100 auf einer stromabwärtigen Seite einer Brennstoffzelle 1 angeordnet und trennt von einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid, das aus der Brennstoffzelle 1 abgegeben wird, ein Gasphasenfluid Fg und ein Flüssigkeitsphasenfluid Fl, um ein Flüssigkeitsphasenfluid Fl rückzugewinnen.
• Die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 ist so konfiguriert, dass sie wie die oben beschriebenen Beispiele ein Außenrohr 20, ein Innenrohr 30, ein Abgasrohr 31 und ein Entleerungsrohr 45 aufweist. In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Grundkonfiguration die gleiche wie die der oben beschriebenen Beispiele, doch sind die Platzierung der Verbindungslöcher 41 in dem Innenrohr 30 und die Konfiguration eines stromabwärtigen Seitenwandabschnitts 25 von denen der oben beschriebenen Beispiele verschieden.
• Wie in 9 gezeigt ist, ist das Entleerungsrohr 45 in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel in einem unteren Abschnitt eines Doppelrohrabschnitts 35 auf einer in einer Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite mit einem Freiraumteil 40 verbunden und erstreckt sich von einer Verbindungsstelle des Freiraumteils 40 so, dass es in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung nach unten positioniert ist. Mit anderen Worten erstreckt sich das Entleerungsrohr 45 gemäß dem Ausführungsbeispiel so, dass die Entleerungsrohrmitte Cd ähnlich wie im zweiten Beispiel bezüglich einer Mittelachse C einen spitzen Neigungswinkel α bildet.
• Dadurch kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 die Strömung des Fluids aus dem Freiraumteil 40 in Richtung des Entleerungsrohrs 45 glätten und das Auftreten der Wirbelströmung an dem Abschnitt, an dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, weiter hemmen, wodurch sie dazu im Stande ist, die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl durch das Entleerungsrohr 45 zu verbessern.
• In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel verbinden die mehreren Verbindungslöcher 41 das Innere des Innenrohrs 30 mit dem Freiraumteil 40 am oberen Abschnitt des Innenrohrs 30. Wie in 10 gezeigt ist, sind die mehreren Verbindungslöcher 41 in der Umfangsrichtung des Innenrohrs 30 in regelmäßigen Intervallen an einem oberen Abschnitt des Innenrohrs 30 oberhalb der Mittelachse C angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass die mehreren Verbindungslöcher 41 im Ausführungsbeispiel so angeordnet sind, dass sie, wenn der Gesamtumfang des Innenrohrs 30 als ein Ziel aufgefasst wird, in Richtung der Oberseite des Innenrohrs 30 verschoben sind.
• In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel kann daher auch dann, wenn einige Verbindungslöcher 41 unter den mehreren Verbindungslöchern 41 durch das Flüssigkeitsphasenfluid Fl verschlossen werden, die Strömung des Gasphasenfluids Fg vom Freiraumteil 40 ins Inneren des Innenrohrs 30 sichergestellt werden und eine Zunahme des Drucks im Freiraumteil 40 gehemmt werden.
• Mit anderen Worten wird gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das die Verbindungslöcher 41 versperrt, daran gehindert, durch den Druck des Freiraumteils 40 in das Innere des Innenrohrs 30 einzudringen, und es kann der Rückgang der Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl gehemmt werden.
• Da jedes der mehreren Verbindungslöcher 41 im Ausführungsbeispiel auf dem oberen Abschnitt des Innenrohrs 30 angeordnet ist, befinden sich die mehreren Verbindungslöcher 41 zudem über das Innenrohr 30 hinweg auf der gegenüberliegenden Seite der Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45. Mit anderen Worten kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 das Flüssigkeitsphasenfluid Fl daran hindern, durch die Verbindungslöcher 41 in das Innenrohr 30 zu strömen.
• Es werden eine Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids Fg in den Freiraumteil 40 und ein Lagezusammenhang des Entleerungsrohrs 45 zum Freiraumteil 40 betrachtet. Wenn der Freiraumteil 40 wie in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 im gesamten Außenumfang des Innenrohrs 30 vorgesehen ist, tendiert ein Widerstand beim Einströmen in den Freiraumteil 40 dazu zuzunehmen, wenn ein Abstand von der Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45 zunimmt. Diese Tendenz wird durch einen längeren Weg verursacht, der durch das Innere des Freiraumteils 40 geht, bevor das Entleerungsrohr 45 erreicht wird.
• Aus diesem Grund tendiert die Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids Fg zum Freiraumteil 40 aufgrund der Tendenz des Widerstands im Freiraumteil 40 dazu abzunehmen, wenn der Abstand von der Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45 zunimmt. Die Abweichung der Einströmgeschwindigkeit führt auch zu einer Abweichung eines Strömungsgeschwindigkeitsunterschieds von der Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids Fg bezüglich des Inneren des Innenrohrs 30.
• Mit anderen Worten ist der Unterschied zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des Gasphasenfluids Fg und der Einströmgeschwindigkeit ins Innere des Innenrohrs 30 umso größer, je weiter die Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45 weg liegt, und wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids zunimmt, kann in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, die Wirbelströmung auftreten.
• Wie in 9 gezeigt ist, ist in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der stromabwärtige Seitenwandabschnitt 25 so geneigt, dass er auf der in der Strömungsrichtung stromaufwärtigen Seite positioniert ist, wenn im oberen Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 der Abstand von der Mittelachse C zunimmt. Die Wandfläche des stromabwärtigen Seitenwandabschnitts 25 bildet bezüglich einer Bezugsposition Pc, die einer Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45 entspricht, einen Wandflächenneigungswinkel β. Wie oben beschrieben wurde, befindet sich der obere Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 über das Innenrohr 30 hinweg auf der gegenüberliegenden Seite der Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45.
• Im oberen Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 gemäß dem Ausführungsbeispiel strömt das Gasphasenfluid Fg, das in den Freiraumteil 40 strömt, im Freiraumteil 40 in der Strömungsrichtung stromabwärts und erreicht den stromabwärtigen Seitenwandabschnitt 25. Da der stromabwärtige Seitenwandabschnitt 25 so konfiguriert ist, dass er mit dem Wandflächenneigungswinkel β geneigt ist, kann die Strömung des Gasphasenfluids Fg in Richtung des Entleerungsrohrs 45 geführt werden.
• Dadurch kann die Einströmge des Freiraumteils 40, die dem oberen Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 entspricht, erhöht werden und die Abweichung der Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids Fg im gesamten Freiraumteil 40 verringert werden. Infolgedessen ist der stromabwärtige Seitenwandabschnitt 25, der mit dem Wandflächenneigungswinkel β geneigt ist, in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 so angeordnet, dass die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid fern von dem Entleerungsrohr 45 in den Freiraumteil 40 strömt, gehemmt werden und die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl verbessert werden kann.
• Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 des Ausführungsbeispiels das zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid, das von dem Einführabschnitt 21 des Außenrohrs 20 aus eingeführt wird, in das Gasphasenfluid Fg und das Flüssigkeitsphasenfluid Fl getrennt werden, indem es durch den Doppelrohrabschnitt 35 gehen gelassen wird, der das Außenrohr 20 und das Innenrohr 30 umfasst, und das abgetrennte Flüssigkeitsphasenfluid Fl durch das Entleerungsrohr 45 rückgewonnen werden.
• Wie in den 9 und 10 gezeigt ist, stehen der Freiraumteil 40 und das Innere des Innenrohrs 30 durch die Verbindungslöcher 41 miteinander in Verbindung. Daher kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids, das vom Einführabschnitt 21 aus eingeführt wird, zunimmt, die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, gehemmt werden, die Strömung des Flüssigkeitsphasenfluids Fl zum Freiraumteil 40 geglättet werden und das Flüssigkeitsphasenfluid Fl mit einer hohen Rückgewinnungsrate rückgewonnen werden.
• In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 ist das Entleerungsrohr 45 mit dem Freiraumteil 40 am unteren Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 verbunden und so angeordnet, dass die Entleerungsrohrmitte Cd bezüglich der Mittelachse C einen spitzen Neigungswinkel α bildet.
• Dadurch kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 die Strömung des Fluids aus dem Freiraumteil 40 in Richtung des Entleerungsrohrs 45 glätten und die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, weiter hemmen.
• Wie in 10 gezeigt ist, verbinden im Ausführungsbeispiel die mehreren Verbindungslöcher 41 das Innere des Innenrohrs 30 mit dem Freiraumteil 40 am oberen Abschnitt des Innenrohrs 30. Der obere Abschnitt des Innenrohrs 30 liegt über das Innenrohr 30 hinweg der Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45 gegenüber.
• Da die Verbindungslöcher 41 gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 in einem Abschnitt angeordnet sind, in dem bei der Verteilung des Flüssigkeitsphasenfluids Fl im Freiraumteil 40 das Flüssigkeitsphasenfluid Fl aufgrund der Schwerkraftwirkung wenig ist, kann dadurch verhindert werden, dass das Flüssigkeitsphasenfluid Fl durch die Verbindungslöcher 41 in den inneren Abschnitt des Innenrohrs 30 strömt.
• Selbst wenn einige Verbindungslöcher 41 unter den mehreren Verbindungslöchern 41 durch das Flüssigkeitsphasenfluid Fl verschlossen werden, kann außerdem die Strömung des Gasphasenfluids Fg vom Freiraumteil 40 zum Inneren des Innenrohrs 30 sichergestellt werden. Mit anderen Worten kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 das Flüssigkeitsphasenfluid Fl, das die Verbindungslöcher 41 verschließt, daran gehindert werden, durch den Druck des Freiraumteils 40 in das Innere des Innenrohrs 30 einzudringen.
• Wie in 9 gezeigt ist, ist in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der stromabwärtige Seitenwandabschnitt 25 im oberen Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 so geneigt, dass er auf der in der Strömungsrichtung stromaufwärtigen Seite positioniert ist, wenn der Abstand von der Mittelachse C zunimmt. Die Wandfläche des stromabwärtigen Seitenwandabschnitts 25 bildet bezüglich einer Bezugsposition Pc, die einer Verbindungsstelle des Entleerungsrohrs 45 entspricht, einen Wandflächenneigungswinkel β.
• Dadurch kann die Strömung des Gasphasenfluids Fg, die am oberen Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 in den Freiraumteil 40 strömt, durch den stromabwärtigen Seitenwandabschnitt 25, der mit dem Wandflächenneigungswinkel β geneigt ist, zum Entleerungsrohr 45 geführt werden und die Einströmgeschwindigkeit des Freiraumteils 40 am oberen Abschnitt des Doppelrohrabschnitts 35 erhöht werden. Dadurch kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid fern von dem Entleerungsrohr 45 in den Freiraumteil 40 strömt, hemmen, wodurch sie dazu im Stande ist, die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl zu verbessern.
• - Drittes nicht erfindungsgemäßes Beispiel -
• Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 11 ein drittes nicht erfindungsgemäßes Beispiel beschrieben, das von den oben beschriebenen Beispielen verschieden ist. Eine Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem dritten Beispiel konfiguriert ähnlich wie die oben beschriebenen Beispiele einen Teil eines Brennstoffzellensystems 100, das auf einem Elektrofahrzeug (einem Brennstoffzellenfahrzeug) montiert ist.
• Die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem dritten Beispiel ist ähnlich wie in den oben beschriebenen Beispielen in einem Luftdurchlass 2 des Brennstoffzellensystems 100 auf einer stromabwärtigen Seite einer Brennstoffzelle 1 angeordnet und trennt von einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid, das von der Brennstoffzelle 1 abgegeben wird, ein Gasphasenfluid Fg und ein Flüssigkeitsphasenfluid Fl, um ein Flüssigkeitsphasenfluid Fl rückzugewinnen.
• Die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 ist ähnlich wie in den oben beschriebenen Beispielen so konfiguriert, dass sie ein Außenrohr 20, ein Innenrohr 30, ein Abgasrohr 31 und ein Entleerungsrohr 45 aufweist. In der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem dritten Beispiel ist die Grundkonfiguration die gleiche wie die der oben beschriebenen Beispiele, doch ist die Konfiguration von Verbindungslöchern 41 in dem Innenrohr 30 von der der oben beschriebenen Beispiele verschieden.
• Wie in 11 gezeigt ist, sind die mehreren Verbindungslöcher 41 in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem dritten Beispiel in einer Rohrwand des Innenrohrs 30 angeordnet. Jedes der Verbindungslöcher 41 durchdringt die Rohrwand des Innenrohrs 30, sodass das Innere des Innenrohrs 30 mit einem Freiraumteil 40 verbunden ist, der der Außenseite des Innenrohrs 30 entspricht. Daher kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 ein Teil des Gasphasenfluids Fg, das in den Freiraumteil 40 strömt, durch jedes der Verbindungslöcher 41 zur Innenseite des Innenrohrs 30 zurückgeführt werden. Jedes der Verbindungslöcher 41 im dritten Beispiel ist geneigt, sodass es in Richtung einer Mittelachse C (das heißt des Inneren des Innenrohrs 30) auf einer in einer Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite positioniert ist. Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann ein Widerstand von jedem der Verbindungslöcher 41 verringert werden, wenn das Gasphasenfluid Fg vom Freiraumteil 40 in das Innenrohr 30 strömt.
• Die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 kann die Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids Fg in den Freiraumteil 40 erhöhen, indem sie den Widerstand von jedem der Verbindungslöcher 41 verringert. Dadurch kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids, das vom Einführabschnitt 21 aus eingeführt wird, groß ist, die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, hemmen und die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl verbessern.
• Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 des dritten Beispiels das zweiphasige Gas-Flüssigkeit-Fluid, das vom Einführabschnitt 21 des Außenrohrs 20 aus eingeführt wird, in das Gasphasenfluid Fg und das Flüssigkeitsphasenfluid Fl getrennt werden, indem es durch den Doppelrohrabschnitt 35 gehen gelassen wird, der das Außenrohr 20 und das Innenrohr 30 umfasst, und das abgetrennte Flüssigkeitsphasenfluid Fl durch das Entleerungsrohr 45 rückgewonnen werden.
• Wie in 11 gezeigt ist, stehen der Freiraumteil 40 und das Innere des Innenrohrs 30 durch die Verbindungslöcher 41 miteinander in Verbindung. Daher kann gemäß der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids, das vom Einführabschnitt 21 aus eingeführt wird, zunimmt, die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, gehemmt werden, die Strömung des Flüssigkeitsphasenfluids Fl in den Freiraumteil 40 geglättet werden und das Flüssigkeitsphasenfluid Fl mit einer hohen Rückgewinnungsrate rückgewonnen werden.
• Zudem ist jedes der Verbindungslöcher 41 so geneigt, dass es in Richtung der Mittelachse C auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite positioniert ist. Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann ein Widerstand von jedem der Verbindungslöcher 41 verringert werden, wenn das Gasphasenfluid Fg vom Freiraumteil 40 in das Innenrohr 30 strömt.
• Die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 kann die Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids Fg in den Freiraumteil 40 erhöhen, indem sie den Widerstand von jedem der Verbindungslöcher 41 verringert, und die Erzeugung der Wirbelströmung in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, hemmen. Dadurch kann die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 das Flüssigkeitsphasenfluid Fl auch dann mit einer hohen Rückgewinnungsrate rückgewinnen, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids zunimmt.
• Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist und innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche zweckmäßig abgewandelt werden kann. Die obigen Beispiele und das Ausführungsbeispiel sind nicht füreinander irrelevant und können zweckmäßig kombiniert werden, solange eine Kombination nicht offensichtlich unmöglich ist.
1. (1) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 beim Brennstoffzellensystem 100 eingesetzt, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung kann bei verschiedenen Vorrichtungen und Systemen eingesetzt werden, solange die Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung dazu gedacht ist, ein Fluid in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand in ein Gasphasenfluid und ein Flüssigkeitsphasenfluid zu trennen und das Flüssigkeitsphasenfluid rückzugewinnen.
2. (2) Des Weiteren durchdringen die Verbindungslöcher 41 in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zwar die Rohrwand des Innenrohrs 30, um den Freiraumteil 40 mit dem Inneren des Innenrohrs 40 zu verbinden, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obige Konfiguration beschränkt. Als die Verbindungslöcher können verschiedene Konfigurationen eingesetzt werden, solange der Freiraumteil und das Innere des Innenrohrs miteinander verbunden werden.
• Wie in 12 gezeigt ist, können die mehreren Verbindungslöcher 41 zum Beispiel so vorgesehen werden, dass sie durch den stromabwärtigen Seitenwandabschnitt 25 und die Rohrwand des Innenrohrs 30 gehen. Die Verbindungslöcher 41 erstrecken sich in diesem Fall vom stromabwärtigen Seitenwandabschnitt 25 aus, wobei sie so geneigt sind, dass sie in Richtung der Mittelachse C auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite positioniert sind, und sie sind durch die Rohrwand des Innenrohrs 30 hindurch mit dem Inneren des Innenrohrs 30 verbunden.
• Auch bei dieser Konfiguration der Verbindungslöcher 41 kann die Einströmgeschwindigkeit des Gasphasenfluids Fg in dem Abschnitt, in dem das Fluid in den Freiraumteil 40 strömt, erhöht werden und auch dann, wenn die Strömungsrate des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids erhöht wird, die Rückgewinnungsrate des Flüssigkeitsphasenfluids Fl erhöht werden.
1. (3) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die mehreren Verbindungslöcher 41 in der Umfangsrichtung des Innenrohrs 30 an verschiedenen Stellen angeordnet, doch ist die Platzierung der mehreren Verbindungslöcher 41 nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Die mehreren Verbindungslöcher 41 können wie im ersten Beispiel und im Ausführungsbeispiel gleichmäßig in vorbestimmten Intervallen angeordnet sein, oder die Intervalle der mehreren Verbindungslöcher 41 können entsprechend der Platzierung im Innenrohr 30 zweckmäßig geändert werden.
2. (4) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird auf die Platzierung der mehreren Verbindungslöcher 41 im Innenrohr 30 in der Umfangsrichtung des Innenrohrs 30 Bezug genommen, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obige Konfiguration beschränkt. Mit anderen Worten können die mehreren Verbindungslöcher in der axialen Richtung des Innenrohrs (das heißt in der Strömungsrichtung des Gasphasenfluids Fg) an verschiedenen Stellen vorgesehen werden.
• Zum Beispiel kann eines der mehreren Verbindungslöcher 41 in der Strömungsrichtung stromaufwärts von den anderen Verbindungslöchern 41 angeordnet werden, und andere Verbindungslöcher 41 können in der Strömungsrichtung stromabwärts von den anderen Verbindungslöchern 41 angeordnet werden. Die Platzierung von jedem der Verbindungslöcher 41 in der Strömungsrichtung kann mit einer gewissen Regelmäßigkeit festgelegt werden, oder sie kann zweckmäßig geändert werden.
1. (5) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Verbindungslöcher 41 so vorgesehen, dass sie die Rohrwand des Innenrohrs 30 durchdringen, das den Doppelrohrabschnitt 35 konfiguriert, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obige Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann das gesamte Innenrohr 30, das den Doppelrohrabschnitt 35 konfiguriert, aus einem porösen Material bestehen, wobei die Poren des porösen Materials als Verbindungslöcher verwendet werden können. In diesem Fall ist das poröse Material ein Element, das aus einem Material besteht, das eine große Anzahl von Poren hat, und schließt ein netzartiges Element oder ein schwammartiges Element ein.
• Das oben beschriebene poröse Material kann in der Öffnung angeordnet werden, die die Rohrwand des Innenrohrs 30 durchdringt. Mit anderen Worten kann ein Teil des Innenrohrs 30, das den Doppelrohrabschnitt 35 konfiguriert, durch ein poröses Material ersetzt werden. Da das Gasphasenfluid Fg auch bei der obigen Konfiguration von dem Freiraumteil 40 aus durch die Verbindungslöcher 41 ins Inneren des Innenrohrs 30 zurückgeführt werden kann, können sich die gleichen Wirkungen wie die der oben beschriebenen Beispiele ergeben.
1. (6) In dem oben beschriebenen Beispiel 1 wird direkt auf die Oberfläche eine hydrophile funktionale Gruppe (zum Beispiel eine Hydroxylgruppe oder eine Carboxylgruppe) aufgebracht, um der Oberfläche der Innenwand des Einführrohrs Hydrophilie zu verleihen, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obige Konfiguration beschränkt. Solange der Oberfläche der Innenwand des Einführrohrs Hydrophilie verliehen werden kann, können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, und es können zum Beispiel eine Plasmabehandlung, ein Fotokatalysator, eine feinkonkav-konvexe Form, eine Überzugsausbildung und dergleichen erfolgen.
2. (7) In dem oben beschriebenen Beispiel 1 und 2 werden das Außenrohr 20, das Innenrohr 30, das Abgasrohr 31 und das Entleerungsrohr 45 als zylinderförmige Rohre beschrieben, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Jede Konfiguration kann einen Strömungskanal konfigurieren, durch den das Fluid gehen kann, wobei die Querschnittsform des Strömungskanals nicht beschränkt ist.
• Zum Beispiel können ein Strömungskanal, der eine mehreckige Querschnittsform hat, oder ein Strömungskanal, der eine elliptische Querschnittsform hat, verwendet werden. Das äußere Erscheinungsbild des Außenrohrs 20, des Abgasrohrs 31 und des Entleerungsrohrs 45 in der Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung 10 können bei Bedarf geändert werden.

Claims (5)

1. Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung mit: einem Außenrohr (20), das einen Einführabschnitt (21) aufweist, in den ein zweiphasiges Gas-Flüssigkeit-Fluid eingeführt wird; einem Innenrohr (30), das innerhalb des Außenrohrs (20) in einer Strömungsrichtung des zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluids an einer Stelle stromabwärts vom Einführabschnitt (21) angeordnet ist, um ein vom zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Fluid abgetrenntes Gasphasenfluid abzugeben; einem Doppelrohrabschnitt (35), der auf einer in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite des Außenrohrs (20) vorgesehen ist, wobei zwischen einer Innenseite des Außenrohrs (20) und dem Innenrohr (30) ein Freiraumteil (40) definiert ist und sich das Innenrohr (30) von der Innenseite des Außenrohrs (20) aus in einem vorbestimmten Abstand befindet; einem Verbindungsloch (41), das die Innenseite des Innenrohrs (30) mit dem Freiraumteil (40) verbindet; einem Entleerungsabschnitt (45), der mit dem Freiraumteil (40) verbunden ist, um ein in den Freiraumteil (40) strömendes Flüssigkeitsphasenfluid abzugeben; und einem stromabwärtigen Seitenwandabschnitt (25), der auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite des Doppelrohrabschnitts (35) einen Raum zwischen dem Außenrohr (20) und dem Innenrohr (30) verschließt, wobei sich der stromabwärtige Seitenwandabschnitt (25) über das Innenrohr (30) hinweg auf einer Seite gegenüber einer Verbindungsstelle des Entleerungsabschnitts (45) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärtige Seitenwandabschnitt (25) geneigt ist, sodass er auf der in der Strömungsrichtung stromaufwärtigen Seite positioniert ist, wenn der stromabwärtige Seitenwandabschnitt (25) weiter von einer Mittelachse (C) des Außenrohrs (20) entfernt ist.
2. Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Entleerungsabschnitt (45) so angeordnet ist, dass er sich in einer Richtung erstreckt, die bezüglich einer Erstreckungsrichtung des Innenrohrs (30) auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite einen spitzen Winkel (α) bildet.
3. Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verbindungsloch (41) das Innere des Innenrohrs (30) mit dem Freiraumteil (40) an einer Vielzahl von Stellen verbindet.
4. Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verbindungsloch (41) über das Innenrohr (30) hinweg auf einer Seite gegenüber einer Verbindungsstelle des Entleerungsabschnitts (45) angeordnet ist.
5. Flüssigkeitsrückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verbindungsloch (41) geneigt ist, sodass es in Richtung der Innenseite des Innenrohrs (30) auf der in der Strömungsrichtung stromabwärtigen Seite positioniert ist.

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