JP2006073473A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2006073473A JP2004258661A JP2004258661A JP2006073473A JP 2006073473 A JP2006073473 A JP 2006073473A JP 2004258661 A JP2004258661 A JP 2004258661A JP 2004258661 A JP2004258661 A JP 2004258661A JP 2006073473 A JP2006073473 A JP 2006073473A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of preventing liquid from being sucked into a gas exhaust part together with gas when the liquid moves to a liquid exhaust part and the gas to the gas exhaust part, respectively, after the fluid passes through an impurity eliminator, and capable of improving a gas liquid separating property. <P>SOLUTION: The impurity eliminator 20 for removing impurities mixing into fluid is installed at exhaust paths 11, 13 where the fluid exhausted from a fuel cell 100 is circulated, the gas exhaust part and the liquid exhaust part are arranged at the downstream of a fluid outlet of the impurity eliminator 20, and a liquid movement restraining means for restraining the liquid in the fluid exhausted from the fluid outlet from moving to the gas exhaust part is installed between at least either the gas exhaust part or the liquid exhaust part and the impurity eliminator 20. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システムにかかり、特に、燃料電池から排出される流体が流通する排出通路に、当該流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system in which an impurity remover for removing impurities mixed in the fluid is disposed in a discharge passage through which a fluid discharged from the fuel cell flows.

従来から、燃料電池を含む燃料電池システムでは、供給された水素の全てが電池反応に使用されるわけではない。しがたって、排出された未反応の水素を再度燃料電池に戻して有効利用する循環システムが採用されており、燃料電池から排出される排出ガスと、燃料電池の電池反応により生成された水(生成水)とが混合して存在する気液混合流体から水分を除去するための気液分離器が配設されている。   Conventionally, in a fuel cell system including a fuel cell, not all supplied hydrogen is used for a cell reaction. Therefore, a circulation system is used in which the discharged unreacted hydrogen is returned to the fuel cell for effective use. The exhaust gas discharged from the fuel cell and the water generated by the cell reaction of the fuel cell ( A gas-liquid separator for removing water from the gas-liquid mixed fluid that is mixed with the product water is provided.

ここで、前記水素循環系内を流れるガスや水には、僅かではあるが、燃料電池やシステムの配管部品等から溶出した不純物が存在している。また、カソード系の外気より吸い込んだ空気からも不純物が入り込み、電解質膜を通過して水素循環系に混入することもある。特に燃料電池やシステムの配管部品等から溶出した不純物中に金属イオンが存在している場合は、燃料電池自身の機能低下や寿命低下に通じる虞がある。また、燃料電池内で生成される水が酸性になる場合もある。そこで、従来から、水素循環系内にイオン交換器を配設し、生成水やガス等による燃料電池の劣化を抑制する方法が採用されている。   Here, in the gas and water flowing in the hydrogen circulation system, there are a small amount of impurities eluted from the fuel cell and the piping parts of the system. Impurities may also enter from the air sucked from the outside air of the cathode system and pass through the electrolyte membrane and enter the hydrogen circulation system. In particular, when metal ions are present in impurities eluted from fuel cell or piping parts of the system, there is a risk of reducing the function and life of the fuel cell itself. Moreover, the water produced | generated within a fuel cell may become acidic. Therefore, conventionally, a method has been adopted in which an ion exchanger is provided in the hydrogen circulation system to suppress deterioration of the fuel cell due to generated water, gas, or the like.

近年では、燃料電池の生成水が排出される少なくとも一方の排出管の固体高分子型燃料電池側に設けられ、前記排出ガスに同伴する前記生成水中に含まれるイオンを除去する固体高分子型燃料電池システムが紹介されている。この固体高分子型燃料電池システムでは、前記生成水中に含まれるイオンを除去する手段として、イオン交換樹脂を利用し、フッ素イオンを除去することが開示されている。(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, a polymer electrolyte fuel is provided on the polymer electrolyte fuel cell side of at least one discharge pipe from which the generated water of the fuel cell is discharged, and removes ions contained in the generated water accompanying the exhaust gas. A battery system is introduced. In this polymer electrolyte fuel cell system, it is disclosed that an ion exchange resin is used to remove fluorine ions as means for removing ions contained in the generated water. (For example, refer to Patent Document 1).

また、燃料電池のエア側排気マニホールドに、不純物除去部材を配置した燃料電池発電装置もある。(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−313404号公報 特開平9−312166号公報
There is also a fuel cell power generator in which an impurity removing member is arranged on the air side exhaust manifold of the fuel cell. (For example, refer to Patent Document 2).
JP 2002-313404 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-312166

ここで、前記流体(気液混合体)は、前記不純物除去部材(イオン交換樹脂)を通過した後、液体は液体排出部へ移動し、気体は気体排出部へ移動することになるが、この時、液体が気体排出部に気体と共に巻き込まれることを防止し、気液分離性を向上させて、気体排出部には気体のみが供給されるようにする必要がある。   Here, after the fluid (gas-liquid mixture) passes through the impurity removing member (ion exchange resin), the liquid moves to the liquid discharge portion and the gas moves to the gas discharge portion. At this time, it is necessary to prevent the liquid from being entangled with the gas in the gas discharge part, improve the gas-liquid separation property, and supply only the gas to the gas discharge part.

しかしながら、特許文献1に記載された固体高分子型燃料電池システムは、流体(気液混合体)を液体と気体とに分離した後、この分離された液体をイオン交換樹脂に通すことで、当該液体から不純物を除去するものである。すなわち、流体(気液混合体)の状態では、イオン交換樹脂を通過しないため、イオン交換樹脂を通過した液体が気体と共に、気体排出部へ巻き込まれることについては考慮する必要がない。したがって、当然のことながら、イオン交換樹脂を通過した液体が、気体と共に気体排出部へ巻き込まれることを防止するための構成については、開示されていない。   However, the polymer electrolyte fuel cell system described in Patent Document 1 separates a fluid (gas-liquid mixture) into a liquid and a gas, and then passes the separated liquid through an ion exchange resin. Impurities are removed from the liquid. That is, in the state of the fluid (gas-liquid mixture), since it does not pass through the ion exchange resin, it is not necessary to consider that the liquid that has passed through the ion exchange resin is involved in the gas discharge part together with the gas. Therefore, as a matter of course, a configuration for preventing the liquid that has passed through the ion exchange resin from being caught in the gas discharge portion together with the gas is not disclosed.

また、特許文献2に記載された燃料電池発電装置も、不純物除去部材を通過した液体が気体と共に、気体排出部へ巻き込まれることを防止し、気液分離性を向上させるための構成については記載されていない。   In addition, the fuel cell power generation device described in Patent Document 2 also describes a configuration for preventing the liquid that has passed through the impurity removal member from being caught in the gas discharge unit together with the gas and improving the gas-liquid separation property. It has not been.

本発明は、従来の燃料電池システムを改良することを課題とするものであり、気液混合流体が不純物除去器を通過した後、液体が液体排出部へ、気体が気体排出部へ、それぞれ移動する際に、液体が気体排出部に気体と共に巻き込まれることを防止することが可能であり、気液分離性を向上させることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to improve the conventional fuel cell system. After the gas-liquid mixed fluid passes through the impurity remover, the liquid moves to the liquid discharge section and the gas moves to the gas discharge section. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of preventing the liquid from being caught in the gas discharge part together with the gas and improving the gas-liquid separation property.

この目的を達成するため、本発明は、燃料電池から排出される流体が流通する排出通路に、当該流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムであって、前記不純物除去器の流体出口の下流に、気体排出部及び液体排出部が設けられ、当該気体排出部及び液体排出部の少なくとも一方と、当該不純物除去器との間に、前記流体出口から排出される流体中の液体が、前記気体排出部へ移動することを抑制する液体移動抑制手段を配設してなる燃料電池システムを提供するものである。   In order to achieve this object, the present invention is a fuel cell system in which an impurity remover for removing impurities mixed in the fluid is disposed in a discharge passage through which the fluid discharged from the fuel cell flows. A gas discharge part and a liquid discharge part are provided downstream of the fluid outlet of the impurity remover, and are discharged from the fluid outlet between at least one of the gas discharge part and the liquid discharge part and the impurity remover. A fuel cell system is provided in which liquid movement suppressing means for suppressing movement of liquid in the fluid to the gas discharge portion is provided.

この構成を備えた燃料電池システムは、気体排出部及び液体排出部の少なくとも一方と、当該不純物除去器との間に、流体出口から排出される流体中の液体が、前記気体排出部へ移動することを抑制する液体移動抑制手段を備えているため、前記流体が不純物除去器を通過した後、液体が液体排出部へ移動し且つ気体が気体排出部へ移動する際に、当該液体が気体排出部に移動する(例えば、気体と共に巻き込まれる)ことを防止することができる。したがって、気液分離性能を向上させることができる。   In the fuel cell system having this configuration, the liquid in the fluid discharged from the fluid outlet moves to the gas discharge portion between at least one of the gas discharge portion and the liquid discharge portion and the impurity remover. Since the liquid movement restraining means is provided to suppress this, when the fluid passes through the impurity remover, the liquid moves to the liquid discharge section and the gas moves to the gas discharge section. It can be prevented from moving to the part (for example, being entrained with the gas). Therefore, gas-liquid separation performance can be improved.

この構成は、すなわち、前記流体が不純物除去器を通過した後、液体が液体排出部へ移動し且つ気体が気体排出部へ移動する際に、当該気体が液体と共に液体排出部に移動することを抑制する気体移動抑制手段としても機能している。   That is, after the fluid passes through the impurity remover, when the liquid moves to the liquid discharge portion and the gas moves to the gas discharge portion, the gas moves to the liquid discharge portion together with the liquid. It also functions as a gas movement suppressing means for suppressing.

前記液体移動抑制手段は、前記不純物除去器の流体出口に、前記液体の質量を増大させる液体質量増大手段を備えてなることができる。このように構成することで、液体の質量を大きくすることができるため、気体に対する液体の運動(重力)エネルギを増加させることができ、気液を効率よく分離することができる。また、重力によって、当該液体を液体排出部にさらに移動し易くすることができる。さらに、前記液体の液滴を大粒化することができるため、当該液体が前記気体排出部に移動することをより一層防止することができる。   The liquid movement suppressing unit may include a liquid mass increasing unit that increases the mass of the liquid at a fluid outlet of the impurity remover. With such a configuration, the mass of the liquid can be increased, so that the kinetic (gravity) energy of the liquid with respect to the gas can be increased, and the gas and liquid can be separated efficiently. Moreover, the liquid can be further easily moved to the liquid discharge portion by gravity. Furthermore, since the liquid droplets can be enlarged, the liquid can be further prevented from moving to the gas discharge section.

また、本発明にかかる燃料電池システムは、前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、前記液体質量増大手段が、当該複数の孔からなる構成を有することができる。このように構成することで、前記液体は、前記各々の貫通孔に集まり、当該液体の液滴を大粒化することができる。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the fluid outlet of the impurity remover includes a porous member in which a plurality of through holes are formed, and the liquid mass increasing means has a configuration including the plurality of holes. it can. By configuring in this way, the liquid can collect in each of the through holes, and the liquid droplets of the liquid can be enlarged.

そしてまた、本発明にかかる燃料電池システムでは、前記液体質量増大手段は、前記流体出口の所定領域に液体を集中させる液体集中手段を備えて構成することができる。このように構成することでも、液体を集中させて質量を大きくすることができる。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the liquid mass increasing means can be configured to include a liquid concentration means for concentrating the liquid in a predetermined region of the fluid outlet. Even with this configuration, the liquid can be concentrated to increase the mass.

前記液体集中手段は、前記液体が前記所定領域に向けて移動するよう誘導する傾斜面を備えていてもよい。また、前記傾斜面は、前記気体排出部から離間するにしたがって、重力方向に向かうよう傾斜させることができる。   The liquid concentration means may include an inclined surface that guides the liquid to move toward the predetermined area. Moreover, the said inclined surface can be made to incline toward a gravitational direction as it leaves | separates from the said gas discharge part.

また、本発明にかかる燃料電池システムは、前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、当該多孔部材により前記傾斜面を形成した構成を有することもできる。このように構成することで、重力によって、前記傾斜面に沿って液体を集中させることができると共に、集中した液体を、さらに前記各々の貫通孔に集めて液滴を大粒化することができる。したがって、前記液体が前記気体排出部に移動することをより一層確実に防止することができると共に、液体を液体排出部にさらに移動し易くすることができる。   Further, the fuel cell system according to the present invention may have a configuration in which the fluid outlet of the impurity remover includes a porous member in which a plurality of through holes are formed, and the inclined surface is formed by the porous member. With this configuration, the liquid can be concentrated along the inclined surface by gravity, and the concentrated liquid can be further collected in each of the through holes to increase the size of the droplet. Therefore, the liquid can be more reliably prevented from moving to the gas discharge part, and the liquid can be further easily moved to the liquid discharge part.

そしてまた、前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、この流体出口に前記傾斜面を形成した場合、前記複数の貫通孔は、その開口面積が、前記気体排出部から離間するにしたがって大きくなるように形成することができる。このように構成することで、液体が集中している部分を前記気体排出部から遠ざけることができると共に、前記気体排出部を、前記液体が集中する部分よりも上方に配設することができるため、前記液体が前記気体排出部に移動することをより一層確実に防止することができる。   Further, when the fluid outlet of the impurity remover is formed of a porous member in which a plurality of through holes are formed and the inclined surface is formed at the fluid outlet, the plurality of through holes have an opening area of the gas It can form so that it may become large as it leaves | separates from a discharge part. By configuring in this way, the portion where the liquid is concentrated can be moved away from the gas discharge portion, and the gas discharge portion can be disposed above the portion where the liquid is concentrated. , The liquid can be more reliably prevented from moving to the gas discharge part.

また、本発明にかかる燃料電池システムは、前記不純物除去器の流体入口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、前記傾斜面の傾斜角度によって決定される不純物除去器の流体通過方向の長さに応じて、当該流体入口の貫通孔の開口面積を決定することもできる。このように構成することで、不純物除去器の流体入口側から流体出口までの長さ(液体が通過する距離)に違いがあっても、当該長さが長い部分ほど流体出口から液体が排出し易くなるため、液体の排出処理をよりスムーズに行うことができる。   In the fuel cell system according to the present invention, the fluid inlet of the impurity remover includes a porous member in which a plurality of through holes are formed, and the impurity remover has a fluid passage direction determined by the inclination angle of the inclined surface. Depending on the length, the opening area of the through hole of the fluid inlet can be determined. With this configuration, even if there is a difference in the length from the fluid inlet side of the impurity remover to the fluid outlet (distance through which the liquid passes), the longer the length, the more liquid is discharged from the fluid outlet. Since it becomes easy, the discharge process of a liquid can be performed more smoothly.

そしてまた、前記流体入口の貫通孔は、前記不純物除去器の流体通過方向の長さが長くなるにしたがって、その開口面積が大きくなるよう形成することができる。このように構成することで、不純物除去器の流体入口側から流体出口までの長さが長い領域には、比較的大量の流体が流入し、流体入口側から流体出口までの長さが短い領域には、比較的少量の流体が流入することになるため、不純物除去器の流体入口から流体出口までの長さに違いがあっても、液体の通過長さに対する液体の流量を一定に補完することができ、不純物除去器を、より一層効率よく使用することができる。   Further, the through hole of the fluid inlet can be formed so that the opening area thereof becomes larger as the length of the impurity remover in the fluid passage direction becomes longer. With this configuration, a relatively large amount of fluid flows into a region where the length from the fluid inlet side to the fluid outlet of the impurity remover is long, and a region where the length from the fluid inlet side to the fluid outlet is short. Since a relatively small amount of fluid flows in, the flow rate of the liquid with respect to the passage length of the liquid is constantly complemented even if the length from the fluid inlet to the fluid outlet of the impurity remover is different. The impurity remover can be used more efficiently.

さらにまた、本発明にかかる燃料電池システムの液体移動制御手段は、前記気体排出部の入口に設けられ、前記流体の流速を低下させる流体流速低下手段を備えてなることができる。このように構成することで、流体の速度が遅くなるため、気体によって、質量の重い液体が巻き込まれることを防止することができ、液体が気体排出部に移動することを抑制することができる。   Furthermore, the liquid movement control means of the fuel cell system according to the present invention can include a fluid flow rate lowering means that is provided at the inlet of the gas discharge part and reduces the flow rate of the fluid. By configuring in this manner, the fluid speed is reduced, so that it is possible to prevent a liquid having a large mass from being caught by the gas, and it is possible to suppress the liquid from moving to the gas discharge unit.

この流体流速低下手段は、前記気体排出部の入口の開口面積が、当該気体排出部の下流側の開口面積よりも大きい構成を備えてなることができる。   The fluid flow velocity lowering means may have a configuration in which the opening area of the inlet of the gas discharge part is larger than the opening area on the downstream side of the gas discharge part.

そしてまた、本発明にかかる燃料電池システムの液体移動制御手段は、前記不純物除去器の流体出口と、前記気体排出部の入口との間に設けられ、前記流体の流れを偏向させる流体偏向手段を備えて構成することができる。このように構成することで、質量の重い液体の移動方向を任意の方向(前記気体排出部から離間させる方向)に偏向させることができるため、前記液体が前記気体排出部に移動することをより一層確実に防止することができる。   Further, the liquid movement control means of the fuel cell system according to the present invention is provided between the fluid outlet of the impurity remover and the inlet of the gas discharge section, and includes a fluid deflection means for deflecting the fluid flow. It can be prepared. By configuring in this way, it is possible to deflect the moving direction of the liquid having a large mass in an arbitrary direction (a direction away from the gas discharge unit), and thus it is possible to prevent the liquid from moving to the gas discharge unit. This can be prevented more reliably.

この流体偏向手段は、前記流体中の液体を所定方向に誘導するように構成してもよく、前記気体排出部の入口に配設してもよい。   The fluid deflecting means may be configured to guide the liquid in the fluid in a predetermined direction, or may be disposed at the inlet of the gas discharge unit.

また、本発明にかかる燃料電池システムの液体移動制御手段は、前記流体中の液体を、前記不純物除去器の流体出口から前記液体排出口へ誘導する液体誘導手段を備えて構成することもできる。このように構成することで、液体が前記気体排出部に移動することをより一層確実に防止することができる。   Moreover, the liquid movement control means of the fuel cell system according to the present invention may be configured to include liquid guiding means for guiding the liquid in the fluid from the fluid outlet of the impurity remover to the liquid outlet. By comprising in this way, it can prevent more reliably that a liquid moves to the said gas discharge part.

この液体誘導手段は、前記液体を、前記気体排出部から離間する方向へ誘導するよう構成することができる。   The liquid guiding means can be configured to guide the liquid in a direction away from the gas discharge unit.

さらにまた、本発明にかかる燃料電池システムの液体移動制御手段は、前記気体排出部に設けられ、前記流体中の気体を通過させると共に、液体を捕集する液体捕集部材を備えて構成することもできる。このように構成することで、例え、液体が前記気体排出部に移動したとしても、前記液体捕集部材により捕集して、液体排出部に排出させることができる。   Furthermore, the liquid movement control means of the fuel cell system according to the present invention is provided with a liquid collecting member that is provided in the gas discharge section and allows the gas in the fluid to pass therethrough and collects the liquid. You can also. By comprising in this way, even if a liquid moves to the said gas discharge part, it can be collected by the said liquid collection member, and can be made to discharge to a liquid discharge part.

また、本発明にかかる燃料電池システムの不純物除去器は、不純物除去部材と、当該不純物除去部材を収容するケースと、当該ケースによって画定されると共に、前記気体排出部の一部を構成する気体排出通路と、を備えてなり、前記ケースの上流側表面に、前記流体を当該不純物除去部材に流入させる流体入口を形成し、当該ケースの下流側表面に、当該不純物除去部材を通過した流体を排出する流体出口を形成してなることができる。   The impurity remover of the fuel cell system according to the present invention includes an impurity removal member, a case that houses the impurity removal member, a gas discharge that is defined by the case and forms a part of the gas discharge unit. A fluid inlet for allowing the fluid to flow into the impurity removal member on the upstream surface of the case, and discharging the fluid that has passed through the impurity removal member on the downstream surface of the case. A fluid outlet can be formed.

そしてまた、不純物除去器を、気液分離器内に配設してもよい。この気液分離器は、旋回流を発生させることにより気液を分離するよう構成してもよい。   Moreover, an impurity remover may be disposed in the gas-liquid separator. This gas-liquid separator may be configured to separate gas and liquid by generating a swirling flow.

本発明にかかる燃料電池システムは、不純物除去器の流体出口から排出される流体中の液体が、気体排出部へ移動することを抑制する液体移動抑制手段を備えているため、流体が不純物除去器を通過した後、液体が液体排出部へ、気体が気体排出部へ、それぞれ移動する際に、液体が気体排出部に気体と共に巻き込まれることを防止することができ、優れた気液分離性を有することができる。   The fuel cell system according to the present invention includes the liquid movement suppressing means for suppressing the liquid in the fluid discharged from the fluid outlet of the impurity remover from moving to the gas discharge portion. When the liquid moves to the liquid discharge portion and the gas moves to the gas discharge portion after passing through the liquid, it is possible to prevent the liquid from being caught in the gas discharge portion together with the gas. Can have.

次に、本発明の好適な実施の形態にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施例にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。   Next, a fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the Example described below is the illustration for demonstrating this invention, and this invention is not limited only to these Examples. Therefore, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.

図1は、実施例1にかかる燃料電池システムの概略構成図、図2は、図1に示す燃料電池システムの気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図、図3は、図2に示すIII−III線に沿った断面図、図4は、図2に示すIV−IV線に沿った断面図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. FIG. 2 is a schematic view of the vicinity of an ion exchange resin member as a gas-liquid separator and an impurity remover built in the fuel cell system shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV shown in FIG.

なお、実施例1では、燃料電池から排出される流体が流通する排出通路として、水素循環系に配設された循環通路を例にとって説明する。   In the first embodiment, a description will be given of a circulation passage disposed in a hydrogen circulation system as an example of a discharge passage through which a fluid discharged from the fuel cell flows.

図1に示す実施例1にかかる燃料電池システム1の燃料電池100は、MEAと、MEAの燃料極(アノード)に燃料ガス(水素)を、酸化剤極(カソード)に酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための流路を形成するセパレータと、を重ね合わせたセルを複数備えてなるスタックを内蔵した構成を備えている。   The fuel cell 100 of the fuel cell system 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes an MEA, a fuel gas (hydrogen) at the fuel electrode (anode) of the MEA, and an oxidant gas (oxygen, normal) at the oxidant electrode (cathode). Is provided with a built-in stack comprising a plurality of stacked cells and separators that form flow paths for supplying air).

この燃料電池100の空気供給口101には、酸化ガスとしての空気を供給する空気供給通路102が接続され、空気排出口103には、燃料電池100から排出される空気及び水が排出される空気排出通路104が接続されている。また、燃料電池100の水素供給口105には、水素循環系10の一端が接続され、水素排出口106には、水素循環系10の他端が接続されている。   An air supply passage 102 for supplying air as an oxidizing gas is connected to the air supply port 101 of the fuel cell 100, and air discharged from the fuel cell 100 and air from which water is discharged are connected to the air discharge port 103. A discharge passage 104 is connected. Further, one end of the hydrogen circulation system 10 is connected to the hydrogen supply port 105 of the fuel cell 100, and the other end of the hydrogen circulation system 10 is connected to the hydrogen discharge port 106.

水素循環系10は、燃料電池100から排出された未反応の水素と生成水のうち、未反応の水素を循環させて、新たな水素と共に再び燃料電池100内に供給し、生成水は外部に排出するものである。この水素循環系10は、一端が水素排出口106に接続された循環通路11と、循環通路11の他端に接続され、循環通路11から導入される水素と水とを分離する気液分離器12と、気液分離器12内に配設された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材20と、気液分離器12から排出された気体が導入される循環通路13と、循環通路13の下流側に接続され、水素循環系10の循環動力として働く循環ポンプ15と、一端が水素供給口105に接続されて燃料電池100に水素を供給すると共に、他端側が循環通路13の下流側端部と合流点Aにおいて接続された水素供給通路16と、を備えている。なお、符号24は、燃料電池100に水素を供給する際に、水素の圧力を調整する弁である。   The hydrogen circulation system 10 circulates unreacted hydrogen out of unreacted hydrogen and generated water discharged from the fuel cell 100, and supplies the unreacted hydrogen together with new hydrogen into the fuel cell 100. To be discharged. The hydrogen circulation system 10 includes a circulation passage 11 having one end connected to the hydrogen discharge port 106 and a gas-liquid separator connected to the other end of the circulation passage 11 to separate hydrogen and water introduced from the circulation passage 11. 12, an ion exchange resin member 20 as an impurity remover disposed in the gas-liquid separator 12, a circulation passage 13 into which the gas discharged from the gas-liquid separator 12 is introduced, and downstream of the circulation passage 13 A circulation pump 15 connected to the side and serving as a circulation power of the hydrogen circulation system 10, one end being connected to the hydrogen supply port 105 to supply hydrogen to the fuel cell 100, and the other end being a downstream end of the circulation passage 13. And a hydrogen supply passage 16 connected at the junction A. Reference numeral 24 denotes a valve that adjusts the hydrogen pressure when supplying hydrogen to the fuel cell 100.

気液分離器12は、中空の略円筒形を備え、循環通路11から排出される水素と水を導入するための気液入口18と、気液分離器12内で分離されたガスを排出するガス排出口19が形成されている。このガス排出口19は、気液分離器12の前記中空を画定する円筒形の気体通路23に連通していると共に、循環通路13に接続されており、気液分離器12によって流体Fから分離された水素を循環通路13へと通過させる。そして、実施例1では、この気体通路23と、ガス排出口19によって、本発明でいう気体排出部を構成している。   The gas-liquid separator 12 has a hollow and substantially cylindrical shape, and discharges the gas-liquid inlet 18 for introducing hydrogen and water discharged from the circulation passage 11 and the gas separated in the gas-liquid separator 12. A gas discharge port 19 is formed. The gas discharge port 19 communicates with the cylindrical gas passage 23 defining the hollow of the gas-liquid separator 12 and is connected to the circulation passage 13, and is separated from the fluid F by the gas-liquid separator 12. The generated hydrogen is passed to the circulation passage 13. In the first embodiment, the gas passage 23 and the gas discharge port 19 constitute a gas discharge portion referred to in the present invention.

また、気液分離器12の下部には、流体Fから分離された水を収容し、外部に排出する排水口17が連通形成されている。この排水口17には、気液分離器12で分離された水のみを外部に排出させ、水素は外部に出さない構造のドレイン弁(図示せず)が配設されている。そして、実施例1では、気液分離器12の、後に詳述するイオン交換樹脂部材20よりも下流側と、これに連通形成された排水口17によって、本発明でいう液体排出部を構成している。   In addition, a drain port 17 that contains water separated from the fluid F and discharges it to the outside is formed in communication with the lower portion of the gas-liquid separator 12. The drain port 17 is provided with a drain valve (not shown) having a structure in which only water separated by the gas-liquid separator 12 is discharged to the outside and hydrogen is not discharged to the outside. And in Example 1, the liquid discharge part said by this invention is comprised by the downstream from the ion exchange resin member 20 explained in full detail behind the gas-liquid separator 12, and the drain port 17 formed in communication with this. ing.

なお、実施例1では、気液分離器12として、気液入口18から導入された流体F(気液混合体)を、旋回させることによって、気体と液体とに分離するサイクロン式気液分離器を使用した。   In the first embodiment, as the gas-liquid separator 12, a cyclone type gas-liquid separator that separates gas and liquid by swirling the fluid F (gas-liquid mixture) introduced from the gas-liquid inlet 18 is used. It was used.

イオン交換樹脂部材20は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂をケース30内に収容し、このケース30を気液分離器12の内壁に接して配設されている。このため、気液入口18から導入され、流体Fから分離されたガスは、イオン交換樹脂部材20を通過した後、ガス排出口19から循環通路13に排気されることになる。なお、イオン交換樹脂部材20の構成要素であるイオン交換樹脂は、通常粒子状であるが、繊維状のものを使用することもできる。   The ion exchange resin member 20 contains a cation exchange resin and an anion exchange resin in a case 30, and the case 30 is disposed in contact with the inner wall of the gas-liquid separator 12. For this reason, the gas introduced from the gas-liquid inlet 18 and separated from the fluid F passes through the ion exchange resin member 20 and is then exhausted from the gas discharge port 19 to the circulation passage 13. In addition, although the ion exchange resin which is a component of the ion exchange resin member 20 is a particulate form normally, a fibrous thing can also be used.

ケース30は、気体通路23が略中央となるように、気体通路23を囲んで配設され、その内部にイオン交換樹脂部材20の構成要素である前述したカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を収容する空間が形成された中空の略円筒形状を有している。このケース30の下面34(流体出口)は、図2に示すように、液体通路23から外周部に向けて下方に傾斜した、すなわち、気体通路23から離間するにしたがって、重力方向に向かうよう傾斜した傾斜面となっている。この傾斜面は、イオン交換樹脂部材20に流入した流体のうち、特に液体を前記外周部側に向けて移動するように誘導し、この部分に液体を集中させる役割を果たしている。また、ケース30の下面34には、図3に示すように、複数の貫通孔35が形成されている。なお、このケース30の下面34によって、流体出口が形成され、流体が貫通孔35から排出される。   The case 30 is disposed so as to surround the gas passage 23 so that the gas passage 23 is substantially in the center, and accommodates the above-described cation exchange resin and anion exchange resin that are constituent elements of the ion exchange resin member 20 therein. It has a hollow, generally cylindrical shape in which a space is formed. As shown in FIG. 2, the lower surface 34 (fluid outlet) of the case 30 is inclined downward from the liquid passage 23 toward the outer peripheral portion, that is, is inclined toward the direction of gravity as the distance from the gas passage 23 increases. It has become an inclined surface. The inclined surface guides the liquid flowing into the ion exchange resin member 20 to move in particular toward the outer peripheral portion, and plays a role of concentrating the liquid on this portion. Further, as shown in FIG. 3, a plurality of through holes 35 are formed in the lower surface 34 of the case 30. A fluid outlet is formed by the lower surface 34 of the case 30, and the fluid is discharged from the through hole 35.

また、ケース30の下面34の気体通路23との境界部分には、気体通路23から離れる方向に湾曲した偏向ガイド部37が形成されている。この偏向ガイド部37は、この部分に到達した流体の流れを気体通路23から離れる方向に偏向させて誘導する役割を果たしている。   Further, a deflection guide portion 37 curved in a direction away from the gas passage 23 is formed at a boundary portion between the lower surface 34 of the case 30 and the gas passage 23. The deflection guide portion 37 plays a role of guiding the flow of fluid that has reached this portion by deflecting it in a direction away from the gas passage 23.

ケース30の上面32(流体入口)は、図2に示すように、外周部から液体通路23に向けて、すり鉢状に下方に向けて窪む(凹状となった)傾斜面となっている。そして、図4に示すように、液体通路23から外周部に向けて、放射状に複数の貫通孔33が、千鳥状に配設されている。これらの貫通孔33は、外周部側に形成された貫通孔33の開口面積が、ケース30の流体通路23側に形成された貫通孔33の開口面積よりも、大きくなるように形成されている。   As shown in FIG. 2, the upper surface 32 (fluid inlet) of the case 30 is an inclined surface that is recessed (concave) downward in a mortar shape from the outer peripheral portion toward the liquid passage 23. And as shown in FIG. 4, the several through-hole 33 is radially arrange | positioned toward the outer peripheral part from the liquid channel | path 23 in zigzag form. These through holes 33 are formed so that the opening area of the through holes 33 formed on the outer peripheral side is larger than the opening area of the through holes 33 formed on the fluid passage 23 side of the case 30. .

なお、ケース30の上面32に形成された貫通孔33の配置や開口面積は、ケース30の下面34に形成された傾斜面によって決定される。具体的には、ケース30の下面34に形成された傾斜面によって、イオン交換樹脂部材20の流体入口から流体出口までの長さが決定されるが、この長さが長い位置に形成された貫通孔33ほど、大きい開口面積を有するように形成されている。このようにすることで、イオン交換樹脂部材20の流体入口側から流体出口までの長さが長い外周部側には大量の流体が流入し、流体入口側から流体出口までの長さが短い気体通路23側には、少量の流体が流入することになるため、液体の通過長さに対する流体の流量を一定に補完することができ、イオン交換樹脂部材20の全体を、より一層効率よく使用することができる。   The arrangement and opening area of the through holes 33 formed on the upper surface 32 of the case 30 are determined by the inclined surface formed on the lower surface 34 of the case 30. Specifically, the length from the fluid inlet to the fluid outlet of the ion exchange resin member 20 is determined by the inclined surface formed on the lower surface 34 of the case 30, and the penetration formed at a position where this length is long. The hole 33 is formed to have a larger opening area. By doing so, a large amount of fluid flows into the outer peripheral side of the ion exchange resin member 20 that has a long length from the fluid inlet side to the fluid outlet, and a short gas from the fluid inlet side to the fluid outlet. Since a small amount of fluid flows into the passage 23 side, the flow rate of the fluid with respect to the passage length of the liquid can be supplemented to be constant, and the entire ion exchange resin member 20 is used more efficiently. be able to.

この構成を備えた燃料電池システム1は、燃料電池100に水素及び空気が供給され、電気反応を開始すると、
燃料極(アノード)側では、 H2→2H++2e-
酸化剤極(カソード)側では、 (1/2)O2+2H++2e-→H2
燃料電池全体としては、 H2+(1/2)O2→H2
の反応が起こる。この電池反応により、燃料極(アノード)側では、生成水と共に、未反応の水素が水素排出口106を介して循環通路11に排出される。
In the fuel cell system 1 having this configuration, when hydrogen and air are supplied to the fuel cell 100 and an electric reaction is started,
On the fuel electrode (anode) side, H 2 → 2H + + 2e
On the oxidant electrode (cathode) side, (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O
As a whole fuel cell, H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O
Reaction occurs. By this cell reaction, unreacted hydrogen is discharged to the circulation passage 11 through the hydrogen discharge port 106 together with the generated water on the fuel electrode (anode) side.

循環通路11に排出された流体F(生成水と未反応の水素)は、循環ポンプ15の動力によって、気液分離器12に移動し、ここで、気体(水素)と液体(水)とに分離される。具体的には、イオン交換樹脂部材20に流入した流体Fは、イオン交換樹脂部材20を通過して下方に移動した後、気体は、イオン交換樹脂部材20の下面34に形成された貫通孔35から排出されて、サイクロンにより気体通路23及びガス排出口19を介して循環通路13へと移動する。   The fluid F (product water and unreacted hydrogen) discharged to the circulation passage 11 is moved to the gas-liquid separator 12 by the power of the circulation pump 15, where gas (hydrogen) and liquid (water) are converted. To be separated. Specifically, after the fluid F that has flowed into the ion exchange resin member 20 moves downward through the ion exchange resin member 20, the gas passes through holes 35 formed in the lower surface 34 of the ion exchange resin member 20. And is moved to the circulation passage 13 via the gas passage 23 and the gas discharge port 19 by the cyclone.

一方、イオン交換樹脂部材20に流入した流体Fのうち、特に液体は、イオン交換樹脂部材20を通過してイオン交換樹脂部材20の下方に移動し、ケース30の下面34に形成されている傾斜面に沿って、イオン交換樹脂部材20の外周部に向けて移動し、この外周部側に集中して溜まる。したがって、液体の質量を大きくすることができるため、気体に対する液体の運動(重力)エネルギを増加させることができ、気液を効率よく分離することができる。また、重力によって、当該液体を排水口17にさらに移動し易くすることができる。   On the other hand, of the fluid F that has flowed into the ion exchange resin member 20, particularly the liquid passes through the ion exchange resin member 20, moves below the ion exchange resin member 20, and is formed on the lower surface 34 of the case 30. It moves toward the outer peripheral part of the ion exchange resin member 20 along the surface, and concentrates and accumulates on the outer peripheral part side. Therefore, since the mass of the liquid can be increased, the kinetic (gravity) energy of the liquid with respect to the gas can be increased, and the gas and liquid can be separated efficiently. Further, the liquid can be more easily moved to the drain port 17 by gravity.

さらに、前記液体は、ケース30の下面34に形成された貫通孔35から排出されることになるが、この時、貫通孔35の周辺で液滴が大粒化するため、当該液体が、例えば、気体のサイクロンに乗って、気体と共に巻き込まれる等して、気体通路23に移動することをより一層防止することができる。貫通孔35から排出された液体は、重力により気液分離器12の下方から排水口17に移動する。   Further, the liquid is discharged from the through hole 35 formed in the lower surface 34 of the case 30. At this time, since the droplets are enlarged around the through hole 35, the liquid is, for example, It can be further prevented from moving to the gas passage 23 by getting on the gas cyclone and being entrained with the gas. The liquid discharged from the through hole 35 moves from below the gas-liquid separator 12 to the drain port 17 by gravity.

そしてさらに、イオン交換樹脂部材20の気体通路23近傍付近に到達した流体は、偏向ガイド部37によって、気体通路23から離れる方向へ誘導されるため、液体が、気体のサイクロンに乗って、気体通路23に巻き込まれることが、さらに防止される。なお、流体に含まれていた不純物は、イオン交換樹脂部材20に吸着される。   Further, since the fluid reaching the vicinity of the gas passage 23 of the ion exchange resin member 20 is guided in the direction away from the gas passage 23 by the deflection guide portion 37, the liquid rides on the gas cyclone and enters the gas passage. It is further prevented from being caught in 23. The impurities contained in the fluid are adsorbed on the ion exchange resin member 20.

また、イオン交換樹脂部材20を気液分離器12内に配設した、すなわち、気液分離器12内にもともと存在している空間をイオン交換樹脂部材20の配設スペースとして利用したため、イオン交換樹脂部材20を配設することによって、燃料電池システム1自身が大型化することがない。また、イオン交換樹脂部材20を配設するための部品も必要最低限ですみ、コストの増加を抑制することができる。   In addition, since the ion exchange resin member 20 is disposed in the gas-liquid separator 12, that is, the space that originally exists in the gas-liquid separator 12 is used as a space for the ion-exchange resin member 20, ion exchange is performed. By disposing the resin member 20, the fuel cell system 1 itself does not increase in size. In addition, the number of parts for disposing the ion exchange resin member 20 is minimal, and an increase in cost can be suppressed.

なお、実施例1では、イオン交換樹脂部材20の流体出口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔35を形成し、さらに偏向ガイド部37を形成し、貫通孔35から流体を排出する場合について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂部材20の流体出口に傾斜面のみを形成してもよく、また、イオン交換樹脂部材20の流体出口を傾斜させずに、貫通孔35のみを形成してもよく、また、偏向ガイド部37のみを配設してもよい。また、これらのうちの2種を適宜組み合わせてもよい。   In Example 1, an inclined surface is formed at the fluid outlet of the ion exchange resin member 20, a plurality of through holes 35 are formed, a deflection guide portion 37 is further formed, and the fluid is discharged from the through holes 35. Although it demonstrated, not only this but only the inclined surface may be formed in the fluid outlet of the ion exchange resin member 20, and only the through-hole 35 is formed without inclining the fluid outlet of the ion exchange resin member 20. Alternatively, only the deflection guide portion 37 may be provided. Moreover, you may combine 2 types of these suitably.

また、実施例1では、気液分離器12として、サイクロン式の気液分離器を使用した場合について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂部材20は、他の方式の気液分離器を用いた場合にも適用可能であることは勿論である。この場合、例えば、図5に示すように、気液分離器120内に、上部から下部へ徐々に流体通過長さが長くなるよう構成されたイオン交換樹脂部材20を配設してもよい。すなわち、不純物の含有量が比較的少なく、且つ質量が軽い気体が主に通過する領域である上部は、イオン交換樹脂部材20の通過時間を短くし、不純物の含有量が比較的多く、且つ質量が重い液体が主に通過する領域である下部は、イオン交換樹脂部材20の通過時間を長くすることで、不純物を効率よく除去することができる。   Moreover, in Example 1, although the case where a cyclone type gas-liquid separator was used as the gas-liquid separator 12 was demonstrated, not only this but the ion exchange resin member 20 is a gas-liquid separator of another system. Needless to say, the present invention can also be applied to the case of using. In this case, for example, as shown in FIG. 5, an ion exchange resin member 20 configured to gradually increase the fluid passage length from the upper part to the lower part may be disposed in the gas-liquid separator 120. That is, the upper part, which is a region through which a gas having a relatively small impurity content and a light mass mainly passes, shortens the passage time of the ion exchange resin member 20, has a relatively large impurity content, and mass. The lower part, which is a region through which heavy liquid mainly passes, can efficiently remove impurities by lengthening the passage time of the ion exchange resin member 20.

また、ケース30の流体出口に形成された傾斜面の傾斜角度や、貫通孔35の配置数や配置箇所あるいはサイズ等は、任意に決定することができる。   In addition, the inclination angle of the inclined surface formed at the fluid outlet of the case 30, the number of the through holes 35, the arrangement location, the size, and the like can be arbitrarily determined.

そしてまた、実施例1では、イオン交換樹脂部材20の流体入口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔33を形成した場合について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂部材20の流体入口の形状は、任意に決定してよい。   In the first embodiment, the case where the inclined surface is formed at the fluid inlet of the ion exchange resin member 20 and the plurality of through holes 33 are formed has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the fluid inlet of the ion exchange resin member 20 is formed. The shape of may be determined arbitrarily.

次に、本発明の実施例2にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。   Next, a fuel cell system according to Example 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図6は、本発明の実施例2にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。なお、実施例2では、実施例1で説明した部材と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing the vicinity of an ion exchange resin member as a gas-liquid separator and an impurity remover built in the gas-liquid separator according to Example 2 of the present invention. In the second embodiment, the same members as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図6に示すように、実施例2にかかる燃料電池システムの、実施例1にかかる燃料電池システムと、異なる点は、気体通路23の形状である。すなわち、実施例2にかかる気体通路23は、流体の入口(図6でいう下側)に向けて直径が大きくなった略円錐形を備えており、流体の入口端部が、ケース30よりも下方に延出して形成されている。   As shown in FIG. 6, the fuel cell system according to the second embodiment differs from the fuel cell system according to the first embodiment in the shape of the gas passage 23. That is, the gas passage 23 according to the second embodiment has a substantially conical shape whose diameter increases toward the fluid inlet (the lower side in FIG. 6), and the fluid inlet end is more than the case 30. It is formed to extend downward.

この構成を備えた気体通路23は、流体の入口の開口面積が大きくなっているため、ここを通過する気体の速度を低下させることができる。したがって、気体の運動エネルギを小さくすることができ、気体のサイクロンによって液体が気体通路23に巻き込まれることを防止することができる。   Since the gas passage 23 having this configuration has a large opening area at the inlet of the fluid, the velocity of the gas passing therethrough can be reduced. Therefore, the kinetic energy of the gas can be reduced, and the liquid can be prevented from being caught in the gas passage 23 by the gas cyclone.

なお、実施例2では、イオン交換樹脂部材20の流体出口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔35を形成した場合について説明したが、これに限らず、気体通路23の形状を前述した略円錐形にすることのみでも、気体のサイクロンによって液体が気体通路23に巻き込まれることを防止することができる。   In addition, in Example 2, although the case where the inclined surface was formed in the fluid exit of the ion exchange resin member 20 and the several through-hole 35 was formed was demonstrated, not only this but the shape of the gas channel | path 23 was mentioned above. It is possible to prevent the liquid from being caught in the gas passage 23 by the gas cyclone only by using the conical shape.

また、実施例2では、気体通路23の入口端部を、ケース30よりも下方に延出して形成した場合について説明したが、これに限らず、気体通路23の入口端部は、ケース30から延出せずに連続的に形成してもよい。また、この場合、ケース30の下面34の気体通路23との境界部分には、気体通路23から離れる方向に湾曲した偏向ガイド部37を設けても良い。   In the second embodiment, the case where the inlet end of the gas passage 23 is formed to extend downward from the case 30 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the inlet end of the gas passage 23 extends from the case 30. You may form continuously, without extending. In this case, a deflection guide portion 37 curved in a direction away from the gas passage 23 may be provided at a boundary portion between the lower surface 34 of the case 30 and the gas passage 23.

そしてまた、略円錐形の気体通路23の入口端部は、図7に示すように、ケース30よりも下方に延出し、且つ気体通路23から離れる方向に湾曲する偏向ガイド部47を設けてもよい。   In addition, as shown in FIG. 7, the entrance end of the substantially conical gas passage 23 may be provided with a deflection guide portion 47 that extends downward from the case 30 and curves away from the gas passage 23. Good.

次に、本発明の実施例3にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。   Next, a fuel cell system according to Example 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図8は、本発明の実施例3にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図、図9は、図8に示すイオン交換樹脂部材に配設されたガイド部材を伝わって、液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。なお、実施例3では、実施例1で説明した部材と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing the vicinity of an ion exchange resin member as a gas-liquid separator according to Example 3 of the present invention and an impurity remover incorporated in the gas-liquid separator, and FIG. 9 is a diagram showing the ion exchange resin member shown in FIG. It is a figure which shows typically the state in which a droplet falls to a drain outlet through the guide member arrange | positioned. In the third embodiment, the same members as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図8及び図9に示すように、実施例3にかかる燃料電池システムの、実施例1にかかる燃料電池システムと、異なる点は、イオン交換樹脂部材20の流体出口に形成した貫通孔35に、貫通孔35から排出された流体中の液体を排水口17まで誘導する液体誘導手段としてのガイド部材39を配設した点である。   As shown in FIGS. 8 and 9, the fuel cell system according to Example 3 is different from the fuel cell system according to Example 1 in the through-hole 35 formed at the fluid outlet of the ion exchange resin member 20. A guide member 39 is provided as a liquid guiding means for guiding the liquid in the fluid discharged from the through hole 35 to the drain port 17.

ガイド部材39は、重力方向に略平行に延出した細い円筒形の棒状部材からなり、その先端が、気液分離器12の下部の内壁に固定されている。このガイド部材39は、全ての貫通孔35にそれぞれ配設してもよく、任意の貫通孔35に配設してもよい。貫通孔35から排出された流体中の液体は、図9に示すように、ガイド部材39を伝わって液滴Wとなり、その質量を増加させながら排水口17に落下する。   The guide member 39 is formed of a thin cylindrical rod-like member extending substantially parallel to the direction of gravity, and the tip thereof is fixed to the inner wall of the lower part of the gas-liquid separator 12. The guide members 39 may be disposed in all the through holes 35 or in arbitrary through holes 35. As shown in FIG. 9, the liquid in the fluid discharged from the through hole 35 travels through the guide member 39 to become a droplet W, and drops to the drain port 17 while increasing its mass.

このように構成することで、液体が気体のサイクロンに巻き込まれて、気体と共に気体通路23に移動することを確実に防止することができる。   By comprising in this way, it can prevent reliably that a liquid is caught in the cyclone of gas and moves to the gas channel | path 23 with gas.

また、ガイド部材39は、図10及び図11に示すように、気体通路23から離間する方向に延出させ、その先端を気液分離器12の下部の内壁に固定してもよい。このようにすることで、液滴W(図11参照)を、気体通路23から遠ざけることができるため、液体が気体のサイクロンに巻き込まれて、気体と共に気体通路23に移動することを、さらに確実に防止することができる。   Further, as shown in FIGS. 10 and 11, the guide member 39 may extend in a direction away from the gas passage 23, and the tip thereof may be fixed to the inner wall at the lower part of the gas-liquid separator 12. In this way, since the droplet W (see FIG. 11) can be moved away from the gas passage 23, it is further ensured that the liquid is caught in the gas cyclone and moves to the gas passage 23 together with the gas. Can be prevented.

なお、実施例3では、ガイド部材39の先端を気液分離器12の下部の内壁に固定した場合について説明したが、これに限らず、ガイド部材39の先端は、必ずしも気液分離器12の下部の内壁に固定しなくてもよい。   In the third embodiment, the case where the tip of the guide member 39 is fixed to the inner wall of the lower part of the gas-liquid separator 12 is described. However, the present invention is not limited to this, and the tip of the guide member 39 is not necessarily the tip of the gas-liquid separator 12. It does not have to be fixed to the lower inner wall.

また、実施例3では、ガイド部材39として、細い円筒形の棒状部材を配設した場合について説明したが、これに限らず、ガイド部材39は、例えば、多角柱状や、鎖状、網状等、液体を排水口17に向けて誘導することが可能であれば、他の形状を備えていてもよい。   Further, in the third embodiment, the case where a thin cylindrical rod-like member is disposed as the guide member 39 has been described. However, the guide member 39 is not limited thereto, and the guide member 39 may be, for example, a polygonal column shape, a chain shape, a net shape, or the like. Other shapes may be provided as long as the liquid can be guided toward the drain port 17.

そしてまた、実施例3では、イオン交換樹脂部材20の流体出口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔35を形成した場合について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂部材20の流体出口にガイド部材39を配設することのみでも、気体のサイクロンによって液体が気体通路23に巻き込まれることを防止することができる。   In the third embodiment, the case where the inclined surface is formed at the fluid outlet of the ion exchange resin member 20 and the plurality of through holes 35 are formed has been described. However, the fluid outlet of the ion exchange resin member 20 is not limited to this. It is possible to prevent the liquid from being caught in the gas passage 23 by the gas cyclone only by providing the guide member 39 on the surface.

次に、本発明の実施例4にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。   Next, a fuel cell system according to Example 4 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図12は、本発明の実施例4にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図、図13は、図12に示すイオン交換樹脂部材に配設された液体捕集部材に捕集された液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。である。なお、実施例4では、実施例1で説明した部材と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing the vicinity of an ion exchange resin member as a gas-liquid separator according to Example 4 of the present invention and an impurity remover incorporated therein, and FIG. It is a figure which shows typically the state by which the droplet collected by the arrange | positioned liquid collection member falls to a drain outlet. It is. In the fourth embodiment, the same members as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図12及び図13に示すように、実施例4にかかる燃料電池システムの、実施例1にかかる燃料電池システムと、異なる点は、イオン交換樹脂部材20の流体通路23内に、液体を捕集するための液体捕集部材41を配設した点である。   As shown in FIGS. 12 and 13, the fuel cell system according to the fourth embodiment is different from the fuel cell system according to the first embodiment in that liquid is collected in the fluid passage 23 of the ion exchange resin member 20. This is the point that a liquid collecting member 41 is provided.

液体捕集部材41は、細かい網目を備えた略円盤状の部材からなり、気体通路23の内壁に固定されており、気体を通過させると共に、液体を捕集する機能を備えている。このように、液体捕集部材41を配設することで、例え、液体の一部が気体と共に、流体通路23内に侵入したとしても、この液体を捕集して液滴とし、排水口17に排出することができる。   The liquid collection member 41 is made of a substantially disk-shaped member having a fine mesh, is fixed to the inner wall of the gas passage 23, and has a function of allowing the gas to pass and collecting the liquid. In this way, by arranging the liquid collecting member 41, even if a part of the liquid enters the fluid passage 23 together with the gas, the liquid is collected to form a droplet, and the drain port 17 Can be discharged.

なお、液体捕集部材41の形状は、気体を通過させると共に、液体を捕集する機能を備えていれば、特に限定されるものではない。   The shape of the liquid collection member 41 is not particularly limited as long as it has a function of allowing gas to pass and collecting liquid.

また、実施例4では、イオン交換樹脂部材20の流体出口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔35を形成した場合について説明したが、これに限らず、気体通路23に液体捕集部材41を配設することのみでも、液体の侵入を防止することができる。   In the fourth embodiment, the case where the inclined surface is formed at the fluid outlet of the ion exchange resin member 20 and the plurality of through holes 35 are formed has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the liquid collecting member 41 is provided in the gas passage 23. The liquid can be prevented from entering only by disposing the liquid crystal.

なお、前述した実施例1〜実施例4では、イオン交換樹脂部材20を水素循環系10の循環通路に配設した場合について説明したが、これに限らず、本発明にかかるイオン交換樹脂部材20は、酸化ガス(空気)供給系に配設してもよく、また、他の配管系に配設してもよい。   In addition, although Example 1-Example 4 mentioned above demonstrated the case where the ion exchange resin member 20 was arrange | positioned in the circulation path of the hydrogen circulation system 10, it is not restricted to this but the ion exchange resin member 20 concerning this invention. May be disposed in an oxidizing gas (air) supply system, or may be disposed in another piping system.

また、前述した実施例1〜実施例4では、不純物除去器として、イオン交換樹脂部材20を配設した場合について説明したが、これに限らず、不純物除去器は、流体中の不純物を除去することが可能であれば、イオン交換樹脂を主体とした構成を備えていなくてもよい。   Moreover, although Example 1-Example 4 mentioned above demonstrated the case where the ion exchange resin member 20 was arrange | positioned as an impurity remover, not only this but an impurity remover removes the impurity in a fluid. If possible, it is not necessary to have a configuration mainly composed of an ion exchange resin.

そしてまた、実施例1〜実施例4では、旋回流を利用して気液を分離するサイククロン方式の気液分離器に、イオン交換樹脂部材20(不純物除去器)を配設した場合について説明したが、これに限らず、本発明にかかる不純物除去器は、他の方式で気液分離を行う気液分離器に配設してもよいことは勿論である。   In the first to fourth embodiments, the case where the ion exchange resin member 20 (impurity remover) is disposed in the cyclone type gas-liquid separator that separates the gas-liquid using the swirl flow has been described. However, the present invention is not limited to this, and the impurity remover according to the present invention may be disposed in a gas-liquid separator that performs gas-liquid separation by another method.

本発明の実施例1にかかる燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system concerning Example 1 of this invention. 図1に示す燃料電池システムの気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the ion-exchange resin member vicinity as a gas-liquid separator of the fuel cell system shown in FIG. 1, and the impurity removal device incorporated in this. 図2に示すIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III line | wire shown in FIG. 図2に示すIV−IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line shown in FIG. 本発明の他の実施例にかかる燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system concerning the other Example of this invention. 本発明の実施例2にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the ion-exchange resin member vicinity as a gas-liquid separator concerning Example 2 of this invention, and the impurity removal device incorporated in this. 本発明の他の実施例にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the ion-exchange resin member vicinity as a gas-liquid separator concerning the other Example of this invention, and the impurity removal device incorporated in this. 本発明の実施例3にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the ion exchange resin member vicinity as a gas-liquid separator concerning Example 3 of this invention, and the impurity removal device incorporated in this. 図8に示すイオン交換樹脂部材に配設されたガイド部材を伝わって、液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state in which a droplet falls to a drain outlet through the guide member arrange | positioned at the ion exchange resin member shown in FIG. 本発明の他の実施例にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the ion-exchange resin member vicinity as a gas-liquid separator concerning the other Example of this invention, and the impurity removal device incorporated in this. 図10に示すイオン交換樹脂部材に配設されたガイド部材を伝わって、液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state in which a droplet falls to a drain outlet through the guide member arrange | positioned at the ion exchange resin member shown in FIG. 本発明の実施例4にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the ion-exchange resin member vicinity as a gas-liquid separator concerning Example 4 of this invention, and the impurity removal device incorporated in this. 図12に示すイオン交換樹脂部材に配設された液体捕集部材に捕集された液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state by which the droplet collected by the liquid collection member arrange | positioned at the ion exchange resin member shown in FIG. 12 falls to a drain outlet.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 水素循環系
11、13 循環通路
12 気液分離器
17 排水口
19 ガス排出口
20 イオン交換樹脂部材
23 流体通路
30 ケース
32 上面
33、35 貫通孔
34 下面
37、47 偏向ガイド部
39 ガイド部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Hydrogen circulation system 11, 13 Circulation path 12 Gas-liquid separator 17 Drain port 19 Gas discharge port 20 Ion exchange resin member 23 Fluid path 30 Case 32 Upper surface 33, 35 Through-hole 34 Lower surface 37, 47 Deflection guide part 39 Guide members

Claims (21)

燃料電池から排出される流体が流通する排出通路に、当該流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムであって、
前記不純物除去器の流体出口の下流に、気体排出部及び液体排出部が設けられ、当該気体排出部及び液体排出部の少なくとも一方と、当該不純物除去器との間に、前記流体出口から排出される流体中の液体が、前記気体排出部へ移動することを抑制する液体移動抑制手段を配設してなる燃料電池システム。
A fuel cell system in which an impurity remover for removing impurities mixed in the fluid is disposed in a discharge passage through which a fluid discharged from the fuel cell flows.
A gas discharge part and a liquid discharge part are provided downstream of the fluid outlet of the impurity remover, and are discharged from the fluid outlet between at least one of the gas discharge part and the liquid discharge part and the impurity remover. A fuel cell system comprising a liquid movement restraining means for restraining the liquid in the fluid from moving to the gas discharge section.
前記液体移動抑制手段は、前記不純物除去器の流体出口に、前記液体の質量を増大させる液体質量増大手段を備えてなる請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the liquid movement suppressing unit includes a liquid mass increasing unit configured to increase a mass of the liquid at a fluid outlet of the impurity remover. 前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、前記液体質量増大手段が、当該複数の孔からなる請求項2記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the fluid outlet of the impurity remover comprises a porous member having a plurality of through holes, and the liquid mass increasing means comprises the plurality of holes. 前記液体質量増大手段は、前記流体出口の所定領域に液体を集中させる液体集中手段を備えてなる請求項2記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the liquid mass increasing means includes liquid concentration means for concentrating the liquid in a predetermined region of the fluid outlet. 前記液体集中手段は、前記液体が前記所定領域に向けて移動するよう誘導する傾斜面を備えてなる請求項4記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 4, wherein the liquid concentration means includes an inclined surface that guides the liquid to move toward the predetermined region. 前記傾斜面は、前記気体排出部から離間するにしたがって、重力方向に向かうよう傾斜してなる請求項5記載の燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the inclined surface is inclined so as to be directed in the direction of gravity as it is separated from the gas discharge portion. 前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、当該多孔部材により前記傾斜面を形成してなる請求項5または請求項6記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 5 or 6, wherein the fluid outlet of the impurity remover comprises a porous member in which a plurality of through holes are formed, and the inclined surface is formed by the porous member. 前記複数の貫通孔の開口面積は、前記気体排出部から離間するにしたがって大きくなる請求項7記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 7, wherein opening areas of the plurality of through holes increase as the distance from the gas discharge portion increases. 前記不純物除去器の流体入口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、前記傾斜面の傾斜角度によって決定される不純物除去器の流体通過方向の長さに応じて、当該流体入口の貫通孔の開口面積を決定する請求項5ないし請求項8のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The fluid inlet of the impurity remover is formed of a porous member in which a plurality of through holes are formed, and the fluid inlet of the impurity remover penetrates according to the length of the impurity remover in the fluid passage direction determined by the inclination angle of the inclined surface. The fuel cell system according to any one of claims 5 to 8, wherein an opening area of the hole is determined. 前記不純物除去器の流体通過方向の長さが長くなるにしたがって、前記流体入口の貫通孔の開口面積を大きくしてなる請求項9記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 9, wherein an opening area of the through hole of the fluid inlet is increased as the length of the impurity remover in the fluid passage direction becomes longer. 前記液体移動制御手段は、前記気体排出部の入口に設けられ、前記流体の流速を低下させる流体流速低下手段を備えてなる請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the liquid movement control unit includes a fluid flow rate lowering unit that is provided at an inlet of the gas discharge unit and reduces a flow rate of the fluid. 前記流体流速低下手段は、前記気体排出部の入口の開口面積が、当該気体排出部の下流側の開口面積よりも大きい構成を備えてなる請求項11記載の燃料電池システム。   12. The fuel cell system according to claim 11, wherein the fluid flow velocity lowering unit has a configuration in which an opening area of an inlet of the gas discharge unit is larger than an opening area of a downstream side of the gas discharge unit. 前記液体移動制御手段は、前記不純物除去器の流体出口と、前記気体排出部の入口との間に設けられ、前記流体の流れを偏向させる流体偏向手段を備えてなる請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the liquid movement control means is provided between a fluid outlet of the impurity remover and an inlet of the gas discharge unit, and includes a fluid deflecting means for deflecting the flow of the fluid. system. 前記流体偏向手段は、前記流体中の液体を所定方向に誘導する請求項13記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 13, wherein the fluid deflecting means guides the liquid in the fluid in a predetermined direction. 前記流体偏向手段は、前記気体排出部の入口に配設されてなる請求項13または請求項14記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 13 or 14, wherein the fluid deflecting means is disposed at an inlet of the gas discharge unit. 前記液体移動制御手段は、前記流体中の液体を、前記不純物除去器の流体出口から前記液体排出口へ誘導する液体誘導手段を備えてなる請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the liquid movement control unit includes a liquid guiding unit that guides a liquid in the fluid from a fluid outlet of the impurity remover to the liquid discharge port. 前記液体誘導手段は、前記液体を、前記気体排出部から離間する方向へ誘導する請求項16記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 16, wherein the liquid guiding unit guides the liquid in a direction away from the gas discharge unit. 前記液体移動抑制手段は、前記気体排出部に設けられ、前記流体中の気体を通過させると共に、液体を捕集する液体捕集部材を備えてなる請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the liquid movement suppression unit is provided in the gas discharge unit and includes a liquid collecting member that allows the gas in the fluid to pass therethrough and collects the liquid. 前記不純物除去器は、不純物除去部材と、当該不純物除去部材を収容するケースと、当該ケースによって画定されると共に、前記気体排出部の一部を構成する気体排出通路と、を備えてなり、前記ケースの上流側表面に、前記流体を当該不純物除去部材に流入させる流体入口を形成し、当該ケースの下流側表面に、当該不純物除去部材を通過した流体を排出する流体出口を形成してなる請求項1ないし請求項18のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The impurity remover comprises an impurity removing member, a case that accommodates the impurity removing member, and a gas discharge passage that is defined by the case and forms part of the gas discharge portion, A fluid inlet for allowing the fluid to flow into the impurity removing member is formed on the upstream surface of the case, and a fluid outlet for discharging the fluid that has passed through the impurity removing member is formed on the downstream surface of the case. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 18. 前記不純物除去器を、気液分離器内に配設してなる請求項1ないし請求項19のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 19, wherein the impurity remover is disposed in a gas-liquid separator. 前記気液分離器は、旋回流を発生させることにより気液を分離するよう構成される請求項20記載の燃料電池システム。   21. The fuel cell system according to claim 20, wherein the gas-liquid separator is configured to separate gas and liquid by generating a swirl flow.
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