JP2006100239A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of restraining produced water from preferentially flowing in a specific region of an entrance-side surface of an impurity remover, and of efficiently using the entire impurity remover. <P>SOLUTION: This fuel cell system 1 is so structured that an ion-exchange resin member 20 as an impurity remover for removing impurities mixed in a fluid F, which is discharged from a fuel cell 100, is provided in a discharge path in which the fluid F passes; and on the upstream side of the ion-exchange resin member 20, a dispersion means for causing the fluid F to disperse and flow into an entrance side surface 21 of the ion-exchange resin member 20 is provided. <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排出ガスが流通する排出ガス通路を有す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 having an exhaust gas passage through which exhaust gas 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、不純物除去器を通過する流体(気液混合体)のうち、液体(液滴)は、その重さにより、不純物除去器の入側表面(入口表面)において、特定領域に連続的に流入することがある。この現象は、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や、特許文献2に記載された燃料電池発電装置でも発生し、これらの従来技術においても、燃料電池から排出されるガス及び生成水のうち、特に生成水(液滴)は、イオン交換樹脂の入口表面の特定領域に偏って流入されることがある。このため、イオン交換樹脂が局部的に劣化する虞がある。   Here, of the fluid (gas-liquid mixture) that passes through the impurity remover, the liquid (droplet) is continuously applied to a specific region on the entrance side surface (inlet surface) of the impurity remover due to its weight. May flow in. This phenomenon also occurs in the polymer electrolyte fuel cell system described in Patent Document 1 and the fuel cell power generation device described in Patent Document 2, and in these conventional technologies, the gas discharged from the fuel cell and Of the generated water, particularly generated water (droplets) may flow in a specific region on the inlet surface of the ion exchange resin. For this reason, there exists a possibility that ion-exchange resin may deteriorate locally.

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、生成水が不純物除去器の入側(入口)表面の特定領域に偏って流入することを抑制することができ、不純物除去器全体を効率よく使用することが可能な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, and the generated water can be prevented from flowing in a specific region on the inlet side (inlet) surface of the impurity remover, An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of efficiently using the entire impurity remover.

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上流に、当該不純物除去器の入側表面に前記流体を分散させて流入させる分散手段を配設した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. The present invention provides a fuel cell system in which dispersive means for dispersing and flowing the fluid into the inlet side surface of the impurity remover is provided upstream of the impurity remover.

この構成を備えた燃料電池システムは、不純物除去器の入側表面に流体を分散させて流入させることができるため、流体が、不純物除去器の入側表面の特定領域に偏って流入することを抑制することができる。したがって、不純物除去器全体を効率よく使用することが可能となる。   In the fuel cell system having this configuration, since the fluid can be dispersed and flowed to the inlet side surface of the impurity remover, the fluid is biased to flow into a specific region on the inlet side surface of the impurity remover. Can be suppressed. Therefore, the entire impurity remover can be used efficiently.

なお、流体を分散させて流入させるとは、前記不純物除去器の入側表面に流入する流体(気液混合体)が、当該不純物除去器の入側表面の所定領域に継続的に偏って流入することを抑制することを意味し、好ましくは、流体が前記不純物除去器の入側表面に対し均等に流入させることを意味している。   In addition, when the fluid is dispersed and introduced, the fluid (gas-liquid mixture) that flows into the inlet-side surface of the impurity remover continuously flows in a predetermined region on the inlet-side surface of the impurity remover. This means that the fluid is allowed to flow evenly into the entrance surface of the impurity remover.

前記不純物除去器は、前記排出通路の気体と液体が混在する位置に配設することができる。   The impurity remover may be disposed at a position where the gas and liquid in the discharge passage are mixed.

また、本発明にかかる分散手段は、前記流体の流れを、前記不純物除去器の上流で分散させるよう構成することができる。より具体的には、前記分散手段は、前記不純物除去器の入側表面に配設してもよく、前記不純物除去器の入側表面と間隔をおいた上流側に配設してもよい。   Further, the dispersion means according to the present invention can be configured to disperse the fluid flow upstream of the impurity remover. More specifically, the dispersing means may be disposed on the entrance surface of the impurity remover, or may be disposed on the upstream side spaced from the entrance surface of the impurity remover.

前記不純物除去器の入側表面に配設された分散手段は、当該不純物除去器の入側表面で前記流体の流れを分散させることができる。この構成を備えた分散手段は、前記流体のうち、特に液体が不純物除去器の入側表面全体に分散するように、流体の流れを誘導することができる。   Dispersing means disposed on the entry side surface of the impurity remover can disperse the fluid flow on the entry side surface of the impurity remover. Dispersing means having this configuration can guide the flow of the fluid such that the liquid, in particular, the liquid is dispersed over the entire entrance surface of the impurity remover.

また、前記不純物除去器の入側表面で前記流体の流れを分散させる分散手段は、例えば、前記不純物除去器の入側表面の外周部に形成された流体通路を備えることができる。そして、この流体通路は、例えば、前記不純物除去器の入側表面に形成された溝状部材から構成してもよい。   In addition, the dispersion means for dispersing the fluid flow on the entry-side surface of the impurity remover can include, for example, a fluid passage formed in an outer peripheral portion of the entry-side surface of the impurity remover. And this fluid channel | path may be comprised from the groove-shaped member formed in the entrance side surface of the said impurity remover, for example.

そしてまた、前記分散手段は、外周部から中央部に向けて窪むよう傾斜した傾斜面を備えていてもよい。このように構成することで、前記液体は、重力により前記傾斜面に沿って流れるため、排水性をさらに良くすることができる。   The dispersing means may include an inclined surface that is inclined so as to be recessed from the outer peripheral portion toward the central portion. By comprising in this way, since the said liquid flows along the said inclined surface with gravity, drainage can be improved further.

また、前記分散手段は、回転可能に形成し、その回転軸から放射状に延出した回転翼を備えて構成することができる。この構成を備えた分散手段は、回転翼が回転することによって、流体(特に液体)を均一に飛散させることができ、前記不純物除去器の入側表面に均一に分散させて流入させることができる。また、この分散手段は、回転軸から放射状に延出した複数の回転翼を備えていてもよい。   Further, the dispersing means can be configured to include a rotating blade formed so as to be rotatable and extending radially from its rotating shaft. Dispersing means having this configuration can evenly disperse fluid (particularly liquid) by rotating the rotor blades, and can evenly disperse and flow into the entrance surface of the impurity remover. . Further, the dispersing means may include a plurality of rotating blades extending radially from the rotating shaft.

前記回転翼は、前記不純物除去器の入側表面に接触させて配設してもよく、前記不純物除去器の入側表面と所定の間隔をおいて配設してもよい。特に、前記回転翼を前記不純物除去器の入側表面に接触させて配設した場合は、前記不純物除去器の入側表面に落下した流体(特に液体)を回転翼によりかき集めて、当該不純物除去器の入側表面により均一に分散させることができ有利である。   The rotor blade may be disposed in contact with the entry side surface of the impurity remover, or may be arranged at a predetermined interval from the entry side surface of the impurity remover. In particular, when the rotor blade is disposed in contact with the entrance surface of the impurity remover, fluid (particularly liquid) dropped on the entrance surface of the impurity remover is collected by the rotor blade to remove the impurity. Advantageously, it can be more uniformly dispersed on the entrance surface of the vessel.

そしてまた、本発明では、前記回転翼の下流側に、複数の貫通孔が形成された多孔部材を配設してもよい。このように構成することで、前記流体のうち、特に液体を、前記回転翼と多孔部材とで形成される空間(部屋)によって受けることができる。このため、この空間に液体を一旦保持した後、多孔部材の貫通孔から液体を排出することができる。したがって、前記不純物除去器の入側表面に液体をより均一に分散させて流入させることができる。   In the present invention, a porous member having a plurality of through holes may be disposed on the downstream side of the rotor blade. By comprising in this way, especially the liquid can be received by the space (room) formed with the said rotary blade and a porous member among the said fluid. For this reason, after once holding a liquid in this space, a liquid can be discharged | emitted from the through-hole of a porous member. Accordingly, the liquid can be more uniformly dispersed and allowed to flow into the entrance side surface of the impurity remover.

さらにまた、前記回転翼は、前記流体の流れによって回転するよう構成してもよく、他の駆動源によって回転させるようにしてもよい。   Furthermore, the rotary blade may be configured to rotate by the fluid flow, or may be rotated by another drive source.

また、本発明にかかる分散手段は、複数の貫通孔が形成されてなる流体導入部材であってもよい。この場合、前記貫通孔は、前記分散手段の中央部から外周部に向けて放射状に配設することができる。また、前記貫通孔は、千鳥状に配設することもできる。前記分散手段に、複数の貫通孔をこのような配置で形成することで、前記流体のうち、特に液体を不純物除去器に、さらに効率よく均一に分散させて流入させることができる。   Further, the dispersing means according to the present invention may be a fluid introducing member in which a plurality of through holes are formed. In this case, the through holes can be arranged radially from the central portion of the dispersing means toward the outer peripheral portion. The through holes may be arranged in a staggered manner. By forming a plurality of through holes in the dispersive means in such an arrangement, it is possible to disperse the liquid, particularly the liquid, into the impurity remover more efficiently and uniformly into the impurity remover.

そしてまた、前記貫通孔は、前記分散手段の中央部から離間した距離によって、開口断面積が異なるように形成してもよい。さらにまた、前記貫通孔の開口断面積は、前記分散手段の中央部側から外周側に配設されるにしたがって大きくなるように形成してもよい。このように構成することで、前記流体のうち、特に液体の不純物除去器への流入量をより均一化させることができる。   In addition, the through hole may be formed so that the opening cross-sectional area differs depending on the distance away from the central portion of the dispersing means. Furthermore, the opening cross-sectional area of the through-hole may be formed so as to increase as it is arranged from the central part side to the outer peripheral side of the dispersing means. By comprising in this way, especially the inflow amount of the liquid to the impurity remover among the fluids can be made more uniform.

また、前記分散手段は、前記不純物除去器の入側表面に流入する流体の流入方向とは異なる方向から、当該流体を供給するよう構成することもできる。このように構成することで、前記流体は、不純物除去器の入側表面の上流で、例えば、旋回流等の乱流となって、当該不純物除去器の入側表面から流入するため、不純物除去器へ流入する流体に偏りが生じることを抑制することができる。   Moreover, the said dispersion | distribution means can also be comprised so that the said fluid may be supplied from the direction different from the inflow direction of the fluid which flows in into the entrance side surface of the said impurity removal device. By configuring in this way, the fluid becomes a turbulent flow such as a swirl flow upstream of the inlet side surface of the impurity remover and flows from the inlet side surface of the impurity remover. The occurrence of bias in the fluid flowing into the vessel can be suppressed.

そしてまた、前記排出通路から前記不純物除去器に供給される流体は、当該流体が前記不純物除去器に流入する方向とは異なる方向から供給されるよう構成することもできる。なお、前記不純物除去器に流入する方向とは異なる方向とは、流体が不純物除去器に流入する方向に対し平行でない方向(非平行な方向)のことであり、例えば、流体が不純物除去器に流入する方向と直交する方向や、接線方向、傾斜する方向、あるいは、不純物除去器の入側表面に対して非直交である方向、不純物除去器が略柱状のケースに配置されている場合には、当該ケースの軸芯に対して非平行な方向等、様々な方向が挙げられる。このように構成することで、例えば、不純物除去器の上流で旋回流(サイクロン)等、乱流となった流体が、当該不純物除去器に流入する(すなわち、不純物除去器に流入する方向とは異なる方向から流体が当該不純物除去器に流入する)際に、不純物除去器へ流入する流体に偏りが生じることを抑制することができる。   In addition, the fluid supplied from the discharge passage to the impurity remover can be configured to be supplied from a direction different from the direction in which the fluid flows into the impurity remover. The direction different from the direction in which the impurity flows into the impurity remover is a direction that is not parallel to the direction in which the fluid flows into the impurity remover (non-parallel direction). For example, the fluid flows into the impurity remover. When the impurity remover is arranged in a substantially columnar case, the direction perpendicular to the inflow direction, the tangential direction, the inclined direction, or the direction non-orthogonal to the entrance surface of the impurity remover There are various directions such as a direction non-parallel to the axial center of the case. By configuring in this way, for example, a turbulent fluid such as a swirl flow (cyclone) upstream of the impurity remover flows into the impurity remover (that is, the direction of flowing into the impurity remover). When the fluid flows into the impurity remover from a different direction), it is possible to prevent the fluid flowing into the impurity remover from being biased.

さらにまた、前記分散手段は、前記排出通路に連通した流体通路を有し、当該流体通路は、前記排出通路の開口面積よりも大きな開口面積を備えた構成とすることもできる。このように構成することで、不純物除去器へ流入する流体に偏りが生じることを抑制することができる。   Furthermore, the dispersion means may have a fluid passage communicating with the discharge passage, and the fluid passage may have a larger opening area than the opening area of the discharge passage. By comprising in this way, it can suppress that the bias | inclination arises in the fluid which flows in into an impurity remover.

また、前記分散手段は、前記排出通路から前記不純物除去器に供給される流体の供給方向を、当該流体が前記不純物除去器に流入する方向とは異なる方向に変更させる方向変更器から構成してもよい。このように、方向変更器によって流体の方向を任意に変更することでも、流体の不純物除去器への流体に偏りが生じることを抑制することができる。   In addition, the dispersing means includes a direction changer that changes the supply direction of the fluid supplied from the discharge passage to the impurity remover in a direction different from the direction in which the fluid flows into the impurity remover. Also good. In this way, even if the direction of the fluid is arbitrarily changed by the direction changer, it is possible to suppress the occurrence of bias in the fluid to the impurity removing device.

そしてまた、前記分散手段は、前記燃料電池の作動状態に応じて、前記不純物除去器に供給される流体の供給状態を変更する供給状態変更手段であってもよい。このように構成することで、燃料電池から排出される流体の状態に応じて不純物除去器に流入する流体の流れを変更することができるため、流体の不純物除去器への流体に偏りが生じることを抑制することができる。   In addition, the dispersion unit may be a supply state changing unit that changes a supply state of the fluid supplied to the impurity remover according to an operating state of the fuel cell. With this configuration, the flow of the fluid flowing into the impurity remover can be changed according to the state of the fluid discharged from the fuel cell, so that the fluid is biased to the impurity remover. Can be suppressed.

また、本発明にかかる不純物除去器は、気液分離器内に配設してもよく、気液分離器の外部に配設してもよい。また、気液分離器が配設されていない配管系に配設することもできる。   The impurity remover according to the present invention may be disposed in the gas-liquid separator or may be disposed outside the gas-liquid separator. Moreover, it can also arrange | position in the piping system in which the gas-liquid separator is not arrange | positioned.

さらにまた、前記分散手段は、前記不純物除去器の上流に配設された複数の排出通路から構成することもできる。このように構成することで、前記流体は、複数の排出通路から不純物除去器の入側表面に流入することになるため、流体を分散させて流入させることができる。したがって、流体が、不純物除去器の入側表面の特定領域に偏って流入することを抑制することができ、不純物除去器全体を効率よく使用することが可能となる。   Furthermore, the dispersion means can be composed of a plurality of discharge passages arranged upstream of the impurity remover. With such a configuration, the fluid flows from the plurality of discharge passages to the entrance surface of the impurity remover, so that the fluid can be dispersed and flowed. Therefore, it is possible to prevent the fluid from flowing in a specific region on the entrance side surface of the impurity remover, and to use the entire impurity remover efficiently.

前記複数の排出通路は、前記不純物除去器を収容するケース(ハウジング)に接続させることができる。   The plurality of discharge passages can be connected to a case (housing) that houses the impurity remover.

また、前記不純物除去器を気液分離器内に配設し、前記複数の排出通路を当該気液分離器に接続させた構成としてもよい。   The impurity remover may be disposed in a gas-liquid separator, and the plurality of discharge passages may be connected to the gas-liquid separator.

本発明にかかる燃料電池システムは、不純物除去器の上流に、当該不純物除去器の入側表面に前記流体を分散させて流入させる分散手段を配設したため、生成水が不純物除去器の入側(入口)表面の特定領域に偏って流入することを抑制することができ、不純物除去器全体を効率よく使用することができる。   In the fuel cell system according to the present invention, since the dispersion means for dispersing and flowing the fluid into the inlet side surface of the impurity remover is disposed upstream of the impurity remover, the generated water enters the impurity remover on the inlet side ( It is possible to suppress the inflow in a specific region on the entrance surface, and the entire impurity remover can be used efficiently.

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形態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 embodiment. 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イオン交換樹脂部材付近を示す斜視図であって、内部が見えるように模式的に記載した図、図3は、図2に示すイオン交換樹脂部材の拡大断面図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment, and FIG. 2 is a perspective view showing the vicinity of a gas-liquid separator and an ion exchange resin member of the fuel cell system shown in FIG. FIG. 3 schematically shown in FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the ion exchange resin member 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、前記燃料極(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。   A 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), and an oxidant gas (oxygen, usually at the oxidant electrode (cathode). Air), a separator that forms a flow path for supplying air, and a stack that includes a plurality of stacked cells.

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、特に図2に示すように、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。この気液分離器12は、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ものである。   As shown in FIG. 2 in particular, the gas-liquid separator 12 has a hollow and substantially cylindrical shape, and includes a gas-liquid inlet 18 for introducing hydrogen and water discharged from the circulation passage 11, and an inside of the gas-liquid separator 12. A gas discharge port 19 is formed for discharging the gas separated in step (b). The gas-liquid separator 12 separates the fluid F (gas-liquid mixture) introduced from the gas-liquid inlet 18 into gas and liquid by swirling.

また、気液分離器12の下部には、気液分離器12で分離された水を収容し、外部に排出する排水口17が形成されている。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。   In addition, a drain port 17 is formed in the lower part of the gas-liquid separator 12 for containing the water separated by the gas-liquid separator 12 and discharging it to the outside. 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.

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有し、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、気液分離されたガスは、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 has a cation exchange resin and an anion exchange resin, and 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 into gas and liquid passes through the ion exchange resin member 20 and is then exhausted from the gas outlet 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.

このイオン交換樹脂部材20の流体Fが流入する入側表面21の外周部には、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に流体Fを分散させて流入させる分散手段としての流体通路22が形成されている。この流体通路22は、特に図3に示すように、イオン交換樹脂部材20の入側表面21の外周部に形成された凹状部と、気液分離器12の内壁とにより画定された凹状の溝(樋)から形成されており、この流体通路22に収容された生成水等の液体は、流体通路22の全周に行き渡るようになっている。   A fluid passage 22 is formed in the outer peripheral portion of the inlet side surface 21 into which the fluid F of the ion exchange resin member 20 flows. The fluid passage 22 functions as a dispersing means for dispersing and flowing the fluid F into the inlet side surface 21 of the ion exchange resin member 20. Has been. As shown in FIG. 3 in particular, the fluid passage 22 has a concave groove defined by a concave portion formed on the outer peripheral portion of the entrance-side surface 21 of the ion exchange resin member 20 and an inner wall of the gas-liquid separator 12. The liquid such as generated water accommodated in the fluid passage 22 is spread over the entire circumference of the fluid passage 22.

なお、この流体通路22は、例えば、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を保護するために収容する図示しない樹脂製のケースに形成してもよく、当該ケースと気液分離器12の内壁とにより画定してもよい。   The fluid passage 22 may be formed, for example, in a resin case (not shown) that is accommodated in order to protect the ion exchange resin that is a component of the ion exchange resin member 20, and the case and the gas-liquid separator. It may be defined by 12 inner walls.

また、気液分離器12の中央部分(円筒形状の軸芯部分)には、イオン交換樹脂部材20の中心部を貫通する気体通路23が形成されている。この気体通路23は、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。   In addition, a gas passage 23 penetrating the central portion of the ion exchange resin member 20 is formed in the central portion (cylindrical shaft core portion) of the gas-liquid separator 12. The gas passage 23 is connected to the circulation passage 13, and allows hydrogen separated from the fluid F by the gas-liquid separator 12 to pass through the circulation passage 13.

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。この時、循環通路11から供給された流体F(気液混合体)は、旋回流(サイクロン)等の乱流となってイオン交換樹脂部材20に流入される。すなわち、流体Fが、イオン交換樹脂部材20に流入する方向とは異なる方向(図2に矢印Dで示す方向)からイオン交換樹脂部材20に流入する。この時、この流体Fのうち、生成水等の液体の大部分は、気液分離器12の内壁を伝って流体通路22に収容される。この流体通路22に収容された液体は、流体通路22の全周に行き渡り、流体通路22から溢れ出た液体が、イオン交換樹脂部材20に流入するため、イオン交換樹脂部材20全体に分散させて前記液体を流入させることができ、イオン交換樹脂部材20全体を効率よく使用することができる。   The generated water and unreacted hydrogen discharged to the circulation passage 11 are moved to the gas-liquid separator 12 by the power of the circulation pump 15, and are separated into gas (hydrogen) and liquid (water). At this time, the fluid F (gas-liquid mixture) supplied from the circulation passage 11 flows into the ion exchange resin member 20 as a turbulent flow such as a swirling flow (cyclone). That is, the fluid F flows into the ion exchange resin member 20 from a direction different from the direction in which it flows into the ion exchange resin member 20 (the direction indicated by the arrow D in FIG. 2). At this time, most of the liquid F such as generated water is accommodated in the fluid passage 22 along the inner wall of the gas-liquid separator 12. The liquid stored in the fluid passage 22 spreads over the entire circumference of the fluid passage 22, and the liquid overflowing from the fluid passage 22 flows into the ion exchange resin member 20, so that it is dispersed throughout the ion exchange resin member 20. The liquid can be introduced, and the entire ion exchange resin member 20 can be used efficiently.

ここで、従来では、前記流体F(気液混合体)のうち、液体は、主に、循環通路11の内壁(配管の内壁)を伝わって流れるため、気液分離器12に供給されると、その重さにより旋回流から逸脱して重力の影響で落下する。この液体の落下位置は、旋回流の流速によっても異なるが、殆どの場合が、気液入口18の直下付近となる。このような現象は、旋回流を利用して気液を分離するタイプの気液分離器以外でも、流体が流れる配管系全般で一般的に生じる。   Here, conventionally, in the fluid F (gas-liquid mixture), the liquid mainly flows along the inner wall of the circulation passage 11 (the inner wall of the pipe), and therefore when supplied to the gas-liquid separator 12. Because of its weight, it deviates from the swirling flow and falls under the influence of gravity. The liquid drop position varies depending on the flow velocity of the swirl flow, but in most cases, is near the gas-liquid inlet 18. Such a phenomenon generally occurs in general piping systems in which a fluid flows, other than a gas-liquid separator of a type that separates gas and liquid using a swirling flow.

しかしながら、実施例1では、前述したように、分散手段としての流体通路22が形成されているため、前記液体が、気液入口18の直下付近に落下しても、この液体は、流体通路22内に収容されるため、イオン交換樹脂部材20全体に分散させて流入されることになる。   However, in the first embodiment, as described above, the fluid passage 22 as the dispersing means is formed. Therefore, even if the liquid falls near the gas-liquid inlet 18, the liquid passes through the fluid passage 22. Since it is accommodated in the ion exchange resin member 20, the ion exchange resin member 20 is dispersed and introduced.

イオン交換樹脂部材20に流入した液体は、気液分離器12の内壁を伝わって、排出口17に収容される。一方、水素は、イオン交換樹脂部材20を通過して気液分離器12の下方に移動した後、気体通路23を介して循環通路13へと移動する。また、前記液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。   The liquid flowing into the ion exchange resin member 20 travels through the inner wall of the gas-liquid separator 12 and is accommodated in the discharge port 17. On the other hand, hydrogen passes through the ion exchange resin member 20 and moves below the gas-liquid separator 12, and then moves to the circulation passage 13 through the gas passage 23. Impurities contained in the liquid are adsorbed by 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の入側表面21の外周部に形成した流体通路22によって、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に流体Fを分散させて流入させ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の入側表面21と間隔をおいた上流側に、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に流体Fを分散させて流入させる分散手段を配設してもよい。   In the first embodiment, the case where the fluid F is dispersed and introduced into the inlet side surface 21 of the ion exchange resin member 20 by the fluid passage 22 formed in the outer peripheral portion of the inlet side surface 21 of the ion exchange resin member 20 will be described. However, the present invention is not limited to this. Dispersing means for dispersing and flowing the fluid F into the inlet side surface 21 of the ion exchange resin member 20 is disposed upstream of the inlet side surface 21 of the ion exchange resin member 20 at a distance. You may set up.

例えば、分散手段として、図4に示すように、複数の貫通孔25が開口された流体導入部材26を、気液分離器12内のイオン交換樹脂部材20よりも上流側に、イオン交換樹脂部材20の入側表面21と間隔をおいて配設してもよい。このように流体導入部材26を配設することで、循環通路11から気液分離器12内に供給された流体Fは、複数の貫通孔25を通過して分散された状態で、イオン交換樹脂部材20の入側表面21から流入することができる。なお、貫通孔25のサイズ、配設数、配置場所等は、任意に決定することができる。   For example, as a dispersion means, as shown in FIG. 4, a fluid introduction member 26 having a plurality of through holes 25 is provided upstream of the ion exchange resin member 20 in the gas-liquid separator 12. You may arrange | position with the entrance surface 21 of 20 at intervals. By disposing the fluid introduction member 26 in this manner, the fluid F supplied from the circulation passage 11 into the gas-liquid separator 12 passes through the plurality of through holes 25 and is dispersed in the ion exchange resin. It can flow from the entry side surface 21 of the member 20. In addition, the size of the through-hole 25, the number of arrangement | positioning, an arrangement | positioning location, etc. can be determined arbitrarily.

また、分散手段として、例えば、図5に示すように、循環通路11から気液分離器12内に供給される流体Fの進行方向を任意の方向に変更して誘導する方向変更部材27を、気液分離器12内のイオン交換樹脂部材20よりも上流側に、イオン交換樹脂部材20の入側表面21と間隔をおいて配設してもよい。このように方向変更部材27を配設することで、循環通路11から気液分離器12内に供給された流体Fは、分散した状態でイオン交換樹脂部材20の入側表面21から流入することができる。   Further, as the dispersing means, for example, as shown in FIG. 5, a direction changing member 27 for guiding the fluid F supplied from the circulation passage 11 into the gas-liquid separator 12 by changing the traveling direction to an arbitrary direction, You may arrange | position with the entrance side surface 21 of the ion exchange resin member 20 in the upstream from the ion exchange resin member 20 in the gas-liquid separator 12, and a space | interval. By arranging the direction changing member 27 in this way, the fluid F supplied from the circulation passage 11 into the gas-liquid separator 12 flows from the inlet side surface 21 of the ion exchange resin member 20 in a dispersed state. Can do.

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、実施例2にかかる燃料電池システムに配設された気液分離器及びイオン交換樹脂部材付近を示す断面図、図7は、図6に示すVII−VII線に沿った断面図、図8は、図6に示すVIII−VIII線に沿った断面図、図9は、イオン交換樹脂部材への流体の流入状態を示す模式図である。   6 is a cross-sectional view showing the vicinity of a gas-liquid separator and an ion exchange resin member disposed in the fuel cell system according to Example 2, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII shown in FIG. 6, and FIG. 9 is a schematic diagram showing a fluid inflow state to the ion exchange resin member.

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。   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〜図8に示すように、実施例2にかかる燃料電池システム1の、実施例1と異なる点は、分散手段を、イオン交換樹脂部材20を収容するケース30から形成した点である。   As shown in FIGS. 6 to 8, the fuel cell system 1 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the dispersing means is formed from a case 30 that houses the ion exchange resin member 20.

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の入側表面32(図6でいう上面)は、外周部から中央部に向けて、すり鉢状に出側に向けて窪む(凹状となった)傾斜面となっている。このようにすることで、図9に示すように、ケース30の外周部側(実施例2では、後に詳述する流体通路36)に落下した液体が、傾斜面に沿ってイオン交換樹脂部材20の中央部側に向けて移動するため、さらに液体をイオン交換樹脂部材20の入側表面21に均一に分散させることができる。   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 has a hollow, substantially cylindrical shape in which a space for accommodating the ion exchange resin member 20 is formed. Yes. The entrance side surface 32 (upper surface in FIG. 6) of the case 30 is an inclined surface that is recessed (concave) toward the exit side in a mortar shape from the outer peripheral part toward the center part. By doing in this way, as shown in FIG. 9, the liquid which fell to the outer peripheral part side (the fluid channel | path 36 explained in full detail in Example 2 later) of the case 30 is ion-exchange resin member 20 along an inclined surface. Therefore, the liquid can be further uniformly dispersed on the entrance-side surface 21 of the ion exchange resin member 20.

また、ケース30の入側表面32の外周部は、出側に向けて若干窪んだ状態で形成されており、気液分離器12の内壁との間に凹状の流体通路36を形成するよう構成されている。   Further, the outer peripheral portion of the entrance side surface 32 of the case 30 is formed in a state of being slightly depressed toward the exit side, and is configured to form a concave fluid passage 36 between the inner wall of the gas-liquid separator 12. Has been.

また、ケース30の入側表面32には、図6及び図7に示すように、中央部から外周部に向けて、放射状に(実施例2では、2つの同心円上)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の入側表面32の中央部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。すなわち、貫通孔33は、中央部側の近くに形成されているものほど小さ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の入側から出側までの長さが、中央部側よりも外周部側が長くても、液体の通過長さに対する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。   Further, as shown in FIGS. 6 and 7, a plurality of through-holes 33 are radially formed on the entry-side surface 32 of the case 30 from the central portion toward the outer peripheral portion (on the two concentric circles in the second embodiment). Are arranged in a staggered pattern. These through holes 33 have an opening area of the through holes 33 formed on the outer peripheral side so as to be larger than an opening area of the through holes 33 formed on the center side of the entrance side surface 32 of the case 30. Is formed. That is, the through hole 33 is formed so as to have a smaller opening area as it is formed closer to the center side. By doing in this way, even if the length from the entrance side to the exit side of the ion exchange resin member 20 is longer on the outer peripheral part side than on the central part side, the flow rate with respect to the passage length of the liquid can be complemented to be constant. The entire ion exchange resin member 20 can be used more efficiently.

ケース30の出側表面34(図6でいう下面)は、図6及び図8に示すように、外周部から中央部に向けて、入側に向けて窪んだ傾斜面となっている。そして、ケース30の出側表面34には、複数の貫通孔35が形成されている。この貫通孔35は、貫通孔33の開口面積よりも小さい開口面積を備えている。   As shown in FIGS. 6 and 8, the exit side surface 34 (the lower surface in FIG. 6) of the case 30 is an inclined surface that is recessed from the outer peripheral portion toward the central portion and toward the entrance side. A plurality of through holes 35 are formed in the exit side surface 34 of the case 30. The through hole 35 has an opening area smaller than the opening area of the through hole 33.

このケース30に収容されたイオン交換樹脂部材20を内設した気液分離器12は、実施例1と同様に、循環通路11から供給された流体F(気液混合体)が、旋回流(サイクロン)等の乱流となって供給される。この時、この流体Fのうち、生成水等の液体の大部分は、気液分離器12の内壁を伝って流体通路36に収容される。この流体通路36に収容された液体は、流体通路36の全周に行き渡り、流体通路36から溢れ出た液体が、ケース30の入側表面32に形成された傾斜面に沿って移動し、貫通孔33を通過してイオン交換樹脂部材20の全体に分散した状態で流入する。   In the gas-liquid separator 12 having the ion exchange resin member 20 accommodated in the case 30, the fluid F (gas-liquid mixture) supplied from the circulation passage 11 is swirling (as in the first embodiment). Cyclone) and other turbulent flows are supplied. At this time, most of the liquid F such as produced water is accommodated in the fluid passage 36 along the inner wall of the gas-liquid separator 12. The liquid accommodated in the fluid passage 36 spreads over the entire circumference of the fluid passage 36, and the liquid overflowing from the fluid passage 36 moves along the inclined surface formed on the entry side surface 32 of the case 30, and penetrates. It flows through the holes 33 in a state of being dispersed throughout the ion exchange resin member 20.

この時、前述したように、貫通孔33は、千鳥状に形成されているため、ケース30の内周部側に形成された貫通孔33にも、前記傾斜面を伝わって液体が到達することができる。また、イオン交換樹脂部材20の外周部側に形成されている貫通孔33ほど大きな開口面積を有するため、イオン交換樹脂部材20の入側から出側までの長さが、中央部側よりも外周部側が長くても、液体の通過長さに対する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。   At this time, as described above, since the through holes 33 are formed in a staggered pattern, the liquid also reaches the through holes 33 formed on the inner peripheral side of the case 30 through the inclined surface. Can do. Moreover, since the through-hole 33 formed in the outer peripheral part side of the ion exchange resin member 20 has a larger opening area, the length from the entry side to the exit side of the ion exchange resin member 20 is larger than that of the central part side. Even if the part side is long, the flow rate with respect to the passage length of the liquid can be supplemented to be constant, and the entire ion exchange resin member 20 can be used more efficiently.

イオン交換樹脂部材20に流入した液体は、実施例1と同様に、気液分離器12の内壁を伝わって排出口17に収容され、水素は、イオン交換樹脂部材20を通過して気液分離器12の下方に移動した後、気体通路23を介して循環通路13へと移動する。また、前記液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。   The liquid that has flowed into the ion exchange resin member 20 travels along the inner wall of the gas-liquid separator 12 and is accommodated in the discharge port 17 as in the first embodiment, and the hydrogen passes through the ion-exchange resin member 20 and undergoes gas-liquid separation. After moving below the vessel 12, it moves to the circulation passage 13 via the gas passage 23. Impurities contained in the liquid are adsorbed by the ion exchange resin member 20.

なお、実施例2では、気液分離器12の内壁とケース30との間に流体通路36を形成した場合について説明したが、これに限らず、流体通路36は必ずしも形成しなくてもよい。流体通路36を形成しない場合であっても、ケース30の外周部付近に落下した液体は、ケース30の入側表面32に形成された傾斜面に沿って移動し、貫通孔33を通過してイオン交換樹脂部材20の全体に分散した状態で流入することができる。   In the second embodiment, the case where the fluid passage 36 is formed between the inner wall of the gas-liquid separator 12 and the case 30 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the fluid passage 36 does not necessarily have to be formed. Even in the case where the fluid passage 36 is not formed, the liquid dropped near the outer periphery of the case 30 moves along the inclined surface formed on the entry side surface 32 of the case 30 and passes through the through hole 33. The ion exchange resin member 20 can flow in a dispersed state.

また、ケース30の入側表面32に形成された傾斜面の傾斜角度は、任意に決定することができる。   Further, the inclination angle of the inclined surface formed on the entry side surface 32 of the case 30 can be arbitrarily determined.

さらにまた、実施例2では、複数の貫通孔33を放射状かつ千鳥状に配置した場合について説明したが、これに限らず、貫通孔33のサイズ、設置位置、設置パターン、設置数等は、任意に決定することができる。   Furthermore, in the second embodiment, the case where the plurality of through holes 33 are arranged radially and in a staggered manner has been described. However, the size, the installation position, the installation pattern, the number of installations, and the like of the through holes 33 are arbitrary. Can be determined.

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10は、実施例3にかかる燃料電池システムに配設された気液分離器及びイオン交換樹脂部材付近を示す断面図、図11は、図10に示すイオン交換樹脂部材に配設された分散手段としての回転翼の斜視図である。   10 is a cross-sectional view showing the vicinity of a gas-liquid separator and an ion exchange resin member arranged in the fuel cell system according to Example 3, and FIG. 11 is a dispersion arranged in the ion exchange resin member shown in FIG. It is a perspective view of the rotary blade as a means.

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。   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10及び図11に示すように、実施例3にかかる燃料電池システム1の、実施例1と異なる点は、分散手段を回転翼部材40から構成した点である。   As shown in FIGS. 10 and 11, the fuel cell system 1 according to the third embodiment is different from the first embodiment in that the dispersing means is composed of the rotor blade member 40.

回転翼部材40は、特に図11に示すように、気液分離器12内に形成された気体通路23の外周に回転可能に取付けられる回転軸41と、回転軸41から放射状に互いに等間隔で配設された8枚の回転翼42を備えて構成されている。この回転翼42は、回転軸41の軸芯O方向に対し、略垂直方向(径方向)に延出されており、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に接触する位置に設けられている。そして、気液分離機12内に供給された流体Fの旋回流によって回転可能となっている。   As shown in FIG. 11 in particular, the rotary blade member 40 includes a rotary shaft 41 that is rotatably attached to the outer periphery of a gas passage 23 formed in the gas-liquid separator 12 and is radially spaced from the rotary shaft 41 at equal intervals. It is configured with eight rotary blades 42 arranged. The rotating blade 42 extends in a substantially vertical direction (radial direction) with respect to the direction of the axis O of the rotating shaft 41, and is provided at a position in contact with the entrance surface 21 of the ion exchange resin member 20. . And it can rotate by the swirling flow of the fluid F supplied into the gas-liquid separator 12.

この回転翼部材40が設けられたイオン交換樹脂部材20を内設した気液分離器12は、実施例1と同様に、循環通路11から供給された流体F(気液混合体)が、旋回流(サイクロン)等の乱流となって供給される。この時、この旋回流によって回転翼部材40が回転し、当該流体Fをスプリンクラーのように飛散させ、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に均一に分散させて流入させることができる。   As in the first embodiment, the gas-liquid separator 12 having the ion exchange resin member 20 provided with the rotor blade member 40 swirls the fluid F (gas-liquid mixture) supplied from the circulation passage 11. Supplied as a turbulent flow such as a cyclone. At this time, the rotating blade member 40 is rotated by the swirling flow, and the fluid F can be scattered like a sprinkler and can be uniformly dispersed and flown into the entrance-side surface 21 of the ion exchange resin member 20.

また、回転翼42は、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に接触させて配設されているため、この入側表面21に落下した流体(特に液体)を回転翼42によりかき集めて、入側表面21により均一に分散させることができる。   Further, since the rotor blade 42 is disposed in contact with the inlet-side surface 21 of the ion exchange resin member 20, the fluid (particularly liquid) dropped on the inlet-side surface 21 is collected by the rotor blade 42, and is input. The side surface 21 can be uniformly dispersed.

イオン交換樹脂部材20に流入した液体は、実施例1と同様に、気液分離器12の内壁を伝わって排出口17に収容され、水素は、イオン交換樹脂部材20を通過して気液分離器12の下方に移動した後、気体通路23を介して循環通路13へと移動する。また、前記液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。   The liquid that has flowed into the ion exchange resin member 20 travels along the inner wall of the gas-liquid separator 12 and is accommodated in the discharge port 17 as in the first embodiment, and the hydrogen passes through the ion-exchange resin member 20 and undergoes gas-liquid separation. After moving below the vessel 12, it moves to the circulation passage 13 via the gas passage 23. Impurities contained in the liquid are adsorbed by the ion exchange resin member 20.

なお、実施例3では、回転軸41の軸芯O方向に対し、略垂直方向(径方向)に延出した回転翼42を形成した場合について説明したが、これに限らず、例えば、図12に示すように、回転翼42は、回転軸41の軸芯O方向に対し、所定の角度αで傾斜させて形成してもよい。このように、回転翼42を傾斜させて形成することで、回転翼部材40の回転力が小さくなっても、流体Fをスプリンクラーで放出するように飛散させることができる。   In the third embodiment, the case where the rotary blade 42 extending in the substantially vertical direction (radial direction) with respect to the direction of the axis O of the rotary shaft 41 has been described. As shown in FIG. 4, the rotary blade 42 may be formed to be inclined at a predetermined angle α with respect to the direction of the axis O of the rotary shaft 41. Thus, by forming the rotary blade 42 to be inclined, the fluid F can be scattered so as to be discharged by the sprinkler even if the rotational force of the rotary blade member 40 decreases.

また、他の実施例としては、図13に示すように、回転翼42は、回転軸41からの距離に応じて回転軸41方向へ徐々に湾曲させた構成にしてもよい。あるいは、図14に示すように、回転翼42は、回転軸41から所定の位置で回転軸方向へ屈曲させた構成にしてもよい。このようにすることで、回転翼部材40の内側方向へも、液体を積極的に飛散させることができる。これらの構成を備えた回転翼42の場合も、図12に示すように、回転軸41の軸芯O方向に対し、所定の角度αで傾斜させてもよい。   As another embodiment, as shown in FIG. 13, the rotating blade 42 may be gradually curved in the direction of the rotating shaft 41 according to the distance from the rotating shaft 41. Alternatively, as shown in FIG. 14, the rotary blade 42 may be configured to be bent from the rotary shaft 41 in the direction of the rotary shaft at a predetermined position. By doing so, the liquid can be actively scattered also in the inner direction of the rotary blade member 40. Also in the case of the rotary blade 42 provided with these configurations, as shown in FIG. 12, the rotary blade 42 may be inclined at a predetermined angle α with respect to the direction of the axis O of the rotary shaft 41.

そしてまた、他の実施例としては、図15に示すように、回転翼42は、回転軸41から外周側に向かって、回転軸41側が出側に向けて凹状に窪んだ傾斜(勾配)を形成した構成を備えていてもよい。この場合、この回転翼42の傾斜に相補した傾斜面を、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に形成することが好ましい。このようにすることで、回転翼部材40の外周側に落下した液体が、回転軸41方向に、一層移動し易くなり、さらに液体を入側表面21により均一に分散させることができる。この構成を備えた回転翼42の場合も、図12に示すように、回転軸41の軸芯O方向に対し、所定の角度αで傾斜させてもよい。   As another embodiment, as shown in FIG. 15, the rotary blade 42 has a slope (gradient) that is concaved concavely toward the outer side from the rotary shaft 41 toward the outer side. You may have the structure formed. In this case, it is preferable to form an inclined surface complementary to the inclination of the rotary blade 42 on the entrance side surface 21 of the ion exchange resin member 20. By doing so, the liquid that has dropped to the outer peripheral side of the rotor blade member 40 becomes easier to move in the direction of the rotating shaft 41, and the liquid can be evenly dispersed on the inlet side surface 21. Also in the case of the rotary blade 42 having this configuration, it may be inclined at a predetermined angle α with respect to the direction of the axis O of the rotary shaft 41 as shown in FIG.

さらにまた、他の実施例としては、図16に示すように、回転翼42の下流側(この実施例では下側)に、複数の貫通孔45が形成された多孔部材46を配設してもよい。このようにすることで、回転翼42と多孔部材46とで形成される空間(部屋)47によって、流体Fのうち、特に液体を受けることができる。したがって、一旦、この空間47に液体を保持した後、多孔部材46の貫通孔45から液体をイオン交換樹脂部材20の入側表面21に到達させることができる。このため、入側表面21に液体をより均一に分散させて流入させることができる。   Furthermore, as another embodiment, as shown in FIG. 16, a porous member 46 in which a plurality of through holes 45 are formed is disposed on the downstream side (lower side in this embodiment) of the rotor blade 42. Also good. By doing in this way, especially the liquid F can be received by the space (room) 47 formed by the rotary blade 42 and the porous member 46. Therefore, once the liquid is held in the space 47, the liquid can reach the entrance side surface 21 of the ion exchange resin member 20 from the through hole 45 of the porous member 46. For this reason, the liquid can be more uniformly dispersed and allowed to flow into the entry side surface 21.

また、多孔部材46に形成された複数の貫通孔45は、回転軸41を中心とした放射状に、千鳥状で配設することができる。このようにすることで、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に、液体をより一層均一に分散させて流入させることができる。   Further, the plurality of through holes 45 formed in the porous member 46 can be arranged in a zigzag manner in a radial pattern around the rotation shaft 41. By doing in this way, the liquid can be more uniformly dispersed and allowed to flow into the entrance side surface 21 of the ion exchange resin member 20.

そしてまた、多孔部材46は、図17に示すように、回転軸41から外周側に向かって、回転軸41側が出側に向けて凹状に窪んだ傾斜(勾配)を形成した構成を備えていてもよい。このようにすることで、多孔部材46に落下した液体が回転軸41方向に、一層移動し易くなり、さらに液体を入側表面21により均一に分散させることができる。この場合も、多孔部材46の傾斜に相補した傾斜面を、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に形成することが好ましい。   Further, as shown in FIG. 17, the porous member 46 has a configuration in which an inclination (gradient) is formed in which the rotating shaft 41 side is recessed concavely from the rotating shaft 41 toward the outer peripheral side toward the outlet side. Also good. By doing so, the liquid dropped on the porous member 46 can be more easily moved in the direction of the rotation axis 41, and the liquid can be more uniformly dispersed on the entry side surface 21. Also in this case, it is preferable to form an inclined surface complementary to the inclination of the porous member 46 on the entrance side surface 21 of the ion exchange resin member 20.

また、実施例3では、回転翼部材40を、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に接触させた状態で回転可能に配設した場合について説明したが、これに限らず、回転翼部材40は、イオン交換樹脂部材20の入側表面21と所定の間隔をおいた上流側に配設してもよい。   In the third embodiment, the case where the rotor blade member 40 is rotatably disposed in contact with the inlet-side surface 21 of the ion exchange resin member 20 has been described. May be arranged on the upstream side of the ion exchange resin member 20 with a predetermined distance from the entrance surface 21.

そしてまた、回転翼42のサイズや配設枚数、回転翼42の傾き角度(α)等は、任意に決定することができる。   In addition, the size and number of the rotor blades 42, the inclination angle (α) of the rotor blades 42, and the like can be arbitrarily determined.

また、実施例1〜実施例3で説明した分散手段は、旋回流を利用して気液を分離する方式(サイククロン方式)の気液分離器12のみならず、例えば、圧力差や温度差等により気液を分離する等、旋回流を利用して気液を分離する方式以外の気液分離器にも応用可能であることは勿論である。   In addition, the dispersing means described in the first to third embodiments is not limited to the gas-liquid separator 12 that uses a swirl flow to separate the gas and liquid (cyclone method), but includes, for example, a pressure difference, a temperature difference, and the like. Of course, the present invention can be applied to gas-liquid separators other than the method of separating gas and liquid using a swirling flow, such as separating gas and liquid by the above.

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18は、実施例4にかかる燃料電池システムに配設された気液分離器及びイオン交換樹脂部材付近を示す斜視図であって、内部が見えるように記載した図、図19は、図18に示すXIX−XIX線に沿った断面図であり、イオン交換樹脂部材への流体の流入状態を示す模式図である。   18 is a perspective view showing the vicinity of a gas-liquid separator and an ion exchange resin member arranged in the fuel cell system according to Example 4, and is a view described so that the inside can be seen. FIG. It is sectional drawing along the XIX-XIX line | wire shown in, and is a schematic diagram which shows the inflow state of the fluid to an ion exchange resin member.

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。   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18及び図19に示すように、実施例4にかかる燃料電池システム1の、実施例1と異なる点は、気液分離器112における気液分離方式と、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に配設した流体通路55の形状である。   As shown in FIGS. 18 and 19, the fuel cell system 1 according to the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the gas-liquid separation method in the gas-liquid separator 112 and the entrance-side surface of the ion exchange resin member 20. 21 is a shape of the fluid passage 55 disposed in the nozzle 21.

気液分離器112は、特に図18に示すように、中空の略四角柱形を備え、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112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。この気液分離器112は、気液入口18から導入された流体F(気液混合体)を、旋回流ではなく、圧力の差等によって、気体と液体とに分離するものである。   As shown in FIG. 18 in particular, the gas-liquid separator 112 has a hollow, substantially quadrangular prism shape, the gas-liquid inlet 18 for introducing hydrogen and water discharged from the circulation passage 11, and the gas-liquid separator 112. A gas discharge port 19 for discharging the gas separated in the inside is formed. This gas-liquid separator 112 separates the fluid F (gas-liquid mixture) introduced from the gas-liquid inlet 18 into a gas and a liquid not by a swirl flow but by a pressure difference or the like.

また、気液分離器112の下部には、気液分離器112で分離された水を収容し、外部に排出する排水口17が形成されている。この排水口17には、気液分離器112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。   In addition, a drain port 17 is formed in the lower part of the gas-liquid separator 112 to store the water separated by the gas-liquid separator 112 and discharge it to the outside. 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 112 is discharged to the outside and hydrogen is not discharged to the outside.

気液分離器112内に配設されているイオン交換樹脂部材20の入側表面21には、この入側表面21に流体Fを分散させて流入させる分散手段としての流体通路55が形成されている。この流体通路55は、特に図19に示すように、イオン交換樹脂部材20の外周(四辺)に形成された凹状部と、気液分離器112の内壁とによって画定される外周溝と、この外周溝に連通し、イオン交換樹脂部材20の入側表面21を四分割する十字状の溝と、を備えて構成されている。なお、この十字状の溝の中央部分には、気体通路23が貫通されている。そして、この流体通路55に収容された生成水等の液体は、流体通路55の全体に行き渡るようになっている。   The inlet side surface 21 of the ion exchange resin member 20 disposed in the gas-liquid separator 112 is formed with a fluid passage 55 as a dispersing means for dispersing and flowing the fluid F into the inlet side surface 21. Yes. As shown in FIG. 19 in particular, the fluid passage 55 includes an outer peripheral groove defined by a concave portion formed on the outer periphery (four sides) of the ion exchange resin member 20 and an inner wall of the gas-liquid separator 112, and the outer periphery. The cross-shaped groove | channel which communicates with a groove | channel and divides the entrance side surface 21 of the ion exchange resin member 20 into four is comprised. A gas passage 23 is penetrated through the central portion of the cross-shaped groove. A liquid such as generated water accommodated in the fluid passage 55 is distributed over the entire fluid passage 55.

なお、この流体通路55は、例えば、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を保護するために収容する図示しない樹脂製のケースに形成してもよい。   In addition, you may form this fluid channel | path 55 in the resin-made case which is accommodated in order to protect the ion exchange resin which is the component of the ion exchange resin member 20, for example.

この気液分離器112は、前述したように、実施例1で説明した気液分離器12とは違い、旋回流によって気液を分離する方式ではなく、循環通路11から流体F(気液混合体)が、所定の速度、圧力等で供給され、流体Fが気液分離器112の内壁に衝突し、この流体Fのうち、生成水等の液体の大部分は、気液分離器112の内壁を伝って流体通路55に収容される。この時、流体Fは、気体通路23を構成する外壁にも衝突し、液体は、この外壁伝って流体通路55に収容される。   As described above, the gas-liquid separator 112 is different from the gas-liquid separator 12 described in the first embodiment in that it does not separate the gas and liquid by a swirl flow, but the fluid F (gas-liquid mixing) from the circulation passage 11. Body) is supplied at a predetermined speed, pressure, etc., and the fluid F collides with the inner wall of the gas-liquid separator 112, and most of the liquid F such as generated water of the fluid F is in the gas-liquid separator 112. It is accommodated in the fluid passage 55 along the inner wall. At this time, the fluid F also collides with the outer wall constituting the gas passage 23, and the liquid is accommodated in the fluid passage 55 along the outer wall.

この流体通路55に収容された液体は、流体通路55の全体に行き渡り、流体通路55から溢れ出た液体が、イオン交換樹脂部材20に流入するため、当該液体をイオン交換樹脂部材20全体に分散させて流入させることができ、イオン交換樹脂部材20全体を効率よく使用することができる。   The liquid accommodated in the fluid passage 55 spreads over the entire fluid passage 55, and the liquid overflowing the fluid passage 55 flows into the ion exchange resin member 20, so that the liquid is dispersed throughout the ion exchange resin member 20. The entire ion exchange resin member 20 can be used efficiently.

イオン交換樹脂部材20に流入した液体は、実施例1と同様に、気液分離器112の内壁を伝わって排出口17に収容され、水素は、イオン交換樹脂部材20を通過して気液分離器112の下方に移動した後、圧力差等によって、気体通路23を介して循環通路13へと移動する。また、前記液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。   The liquid that has flowed into the ion exchange resin member 20 travels along the inner wall of the gas-liquid separator 112 and is stored in the discharge port 17 as in the first embodiment, and the hydrogen passes through the ion-exchange resin member 20 and is gas-liquid separated. After moving below the vessel 112, it moves to the circulation passage 13 via the gas passage 23 due to a pressure difference or the like. Impurities contained in the liquid are adsorbed by the ion exchange resin member 20.

なお、実施例4では、イオン交換樹脂部材20の入側表面21の外周(四辺)に配設した溝と、入側表面21を四分割するように配設された溝によって流体通路55を構成した場合について説明したが、これに限らず、流体通路55は、例えば、図20に示すように、イオン交換樹脂部材20の入側表面21をさらに細かく分割してもよい。このようにすることで、入側表面21に、さらに液体を分散させて流入させることができる。   In Example 4, the fluid passage 55 is configured by a groove disposed on the outer periphery (four sides) of the inlet side surface 21 of the ion exchange resin member 20 and a groove disposed so as to divide the inlet side surface 21 into four parts. However, the present invention is not limited to this, and the fluid passage 55 may further finely divide the entrance surface 21 of the ion exchange resin member 20 as shown in FIG. By doing in this way, the liquid can be further dispersed and flowed into the entry side surface 21.

また、イオン交換樹脂部材20の入側表面21に流体Fを分散させて流入させる、他の構成を備えた分散手段としては、例えば、図21〜図24に示すように、平板63にパンチングメンタル方式により複数の凸状の孔62を形成した流体導入部材61を使用してもよい。この流体導入部材61は、特に図24に示すように、循環通路11から供給された液体が、凸状の孔62によって画定された凹部64に溜まり、この凹部64から溢れ出た液体が、凸状の孔62を介してイオン交換樹脂部材20に流入するため、当該液体をイオン交換樹脂部材20全体に分散させて流入させることができ、イオン交換樹脂部材20全体を効率よく使用することができる。   Moreover, as a dispersion | distribution means provided with the other structure which disperse | distributes and flows the fluid F to the entrance side surface 21 of the ion exchange resin member 20, for example, as shown in FIGS. You may use the fluid introduction member 61 which formed the some convex hole 62 with the system. As shown in FIG. 24 in particular, the fluid introducing member 61 is configured such that the liquid supplied from the circulation passage 11 is accumulated in the concave portion 64 defined by the convex hole 62, and the liquid overflowing from the concave portion 64 is convex. Since the liquid flows into the ion exchange resin member 20 through the hole 62, the liquid can be dispersed and flown over the entire ion exchange resin member 20, and the entire ion exchange resin member 20 can be used efficiently. .

そしてまた、他の実施例としては、例えば、図25に示すように、気液入口18を広くとり、循環通路11と気液入口18との間に、先端に行くにしたがって広がる略扇形としたノズル状通路71を配設することにより、流体Fがイオン交換樹脂部材20の入側表面21に偏って供給されることを抑制してもよい。この場合、図26に示すように、このノズル状通路71のみによって分散手段を構成してもよく、図25に示すように、流体通路55と併用して分散手段を構成してもよい。   As another embodiment, for example, as shown in FIG. 25, the gas-liquid inlet 18 is widened, and a substantially fan shape is formed between the circulation passage 11 and the gas-liquid inlet 18 and extends toward the tip. By disposing the nozzle-shaped passage 71, the fluid F may be prevented from being supplied to the entrance surface 21 of the ion exchange resin member 20 in a biased manner. In this case, as shown in FIG. 26, the dispersing means may be constituted only by the nozzle-like passage 71, or the dispersing means may be constituted in combination with the fluid passage 55 as shown in FIG.

さらにまた、他の実施例としては、例えば、図27に示すように、ノズル状通路71内に、循環通路11から供給される流体Fの状態に応じて、当該流体Fの流動方向を制御して、流体Fがイオン交換樹脂部材20の入側表面21に流入する方向とは異なる方向に、流体Fの供給方向を変更させる方向変更器72を設けてもよい。この方向変更器72は、回転軸74を通る直線上に配設された2枚の羽根73を備え、回転軸74を中心として、所定の角度で回転することで、ノズル状通路71の流体Fが通過可能な開口面積を変更すると共に、流体Fの進行方向を変更することができる。   Furthermore, as another embodiment, for example, as shown in FIG. 27, the flow direction of the fluid F is controlled in the nozzle-like passage 71 in accordance with the state of the fluid F supplied from the circulation passage 11. Thus, a direction changer 72 that changes the supply direction of the fluid F may be provided in a direction different from the direction in which the fluid F flows into the entrance-side surface 21 of the ion exchange resin member 20. The direction changer 72 includes two blades 73 arranged on a straight line passing through the rotation shaft 74, and rotates at a predetermined angle around the rotation shaft 74, thereby allowing the fluid F in the nozzle-like passage 71 to flow. In addition to changing the opening area through which the fluid F can pass, the traveling direction of the fluid F can be changed.

分散手段として、このような方向変更器72を設けることでも、流体Fがイオン交換樹脂部材20の入側表面21に偏って供給されることを抑制することができる。なお、この場合も、図28に示すように、このノズル状通路71及び方向変更器72によって分散手段を構成してもよく、図27に示すように、流体通路55と併用して分散手段を構成してもよい。   Providing such a direction changer 72 as the dispersing means can also prevent the fluid F from being biased and supplied to the entrance surface 21 of the ion exchange resin member 20. Also in this case, as shown in FIG. 28, the nozzle-like passage 71 and the direction changer 72 may constitute the dispersion means. As shown in FIG. 27, the dispersion means is used in combination with the fluid passage 55. It may be configured.

また、図28に示す構成のように、ノズル状通路71及び方向変更器72によって分散手段を構成する場合は、分散手段として、燃料電池100の作動状態(例えば、発電量、供給されるガス流量、排出されるガス流量、供給されるガス圧に応じて、排出されるガス圧等)に応じて、方向変更器72の回転軸74の回転角度を制御し、イオン交換樹脂部材20に流入される流体Fの供給状態(流速、圧力、流れ方向等)を変更する流体供給状態変更手段80を配設した構成としてもよい。   Also, as shown in FIG. 28, when the dispersing means is constituted by the nozzle-shaped passage 71 and the direction changer 72, the operating state of the fuel cell 100 (for example, the power generation amount, the supplied gas flow rate) is used as the dispersing means. The rotation angle of the rotating shaft 74 of the direction changer 72 is controlled according to the flow rate of the discharged gas, the discharged gas pressure, etc. The fluid supply state changing means 80 for changing the supply state (flow velocity, pressure, flow direction, etc.) of the fluid F may be provided.

この流体供給状態変更手段80は、例えば、図29に示すように、ノズル状通路71に配設された方向変更器72と、燃料電池100の発電量を測定する発電量測定部81と、方向変更器72の回転軸74に接続されると共に、発電量測定部81から入力された情報(データ)に応じて回転軸74の回転角度を制御する回転角度制御部82と、を備えて構成される。このように、流体供給状態変更手段80によっても、液体をイオン交換樹脂部材20全体に分散させて流入させることができ、イオン交換樹脂部材20全体を効率よく使用することができる。   For example, as shown in FIG. 29, the fluid supply state changing means 80 includes a direction changer 72 disposed in the nozzle-shaped passage 71, a power generation amount measuring unit 81 that measures the power generation amount of the fuel cell 100, and a direction. A rotation angle control unit 82 is connected to the rotation shaft 74 of the changer 72 and controls the rotation angle of the rotation shaft 74 in accordance with information (data) input from the power generation amount measurement unit 81. The As described above, the fluid supply state changing means 80 can also cause the liquid to be dispersed and flown over the entire ion exchange resin member 20, so that the entire ion exchange resin member 20 can be used efficiently.

なお、流体供給状態変更手段80は、例えば、図30に示す燃料電池システム2のように、循環通路11の、気液分離器12の上流側に配設することができ、前述した構成の他、例えば、燃料電池100から排出された流体Fを、流体チャンバに一旦収容し、この流体チャンバから気液分離器12に供給する際に流体Fの供給状態(流速、圧力、流れ方向等)を変更する等してもよい。   The fluid supply state changing means 80 can be disposed on the upstream side of the gas-liquid separator 12 in the circulation passage 11 as in the fuel cell system 2 shown in FIG. 30, for example. For example, when the fluid F discharged from the fuel cell 100 is once accommodated in the fluid chamber and supplied from the fluid chamber to the gas-liquid separator 12, the supply state (flow velocity, pressure, flow direction, etc.) of the fluid F is changed. It may be changed.

また、実施例4では、旋回流を利用して気液を分離する方式以外の気液分離器に、分散手段を配設した場合について説明したが、これに限らず、実施例4で説明した分散手段は、旋回流を利用して気液を分離する方式(サイククロン方式)の気液分離器にも応用可能であることは勿論である。   In the fourth embodiment, the case where the dispersion means is disposed in the gas-liquid separator other than the method of separating the gas and liquid using the swirl flow is described. Of course, the dispersing means can be applied to a gas-liquid separator using a swirling flow to separate the gas and liquid (cyclone type).

次に、本発明の実施例5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 5 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図31は、実施例5にかかる燃料電池システムに配設され、内部にイオン交換樹脂部材が配設された気液分離器の平面図、図32は、図31に示すXXXII−XXXII線に沿った断面図である。   FIG. 31 is a plan view of a gas-liquid separator disposed in the fuel cell system according to the fifth embodiment and having an ion exchange resin member disposed therein, and FIG. 32 is taken along the line XXXII-XXXII shown in FIG. FIG.

なお、実施例5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。   In the fifth embodiment, members similar to those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図31及び図32に示すように、実施例5にかかる燃料電池システム1の、実施例1と異なる点は、分散手段を、気液分離器12に接続された2つの流体通路111から構成した点である。   As shown in FIGS. 31 and 32, the difference of the fuel cell system 1 according to the fifth embodiment from the first embodiment is that the dispersing means is composed of two fluid passages 111 connected to the gas-liquid separator 12. Is a point.

すなわち、実施例5にかかる燃料電池システム1は、実施例1のようにイオン交換樹脂部材20の表面に流体通路22を設ける代わりに、気液分離器12の上方に、2つの流体通路111を接続した構成を備えている。この流体通路111は、燃料電池システム1の循環通路11の気液分離器12近傍側端部を2つに分岐し(図示せず)、この分岐された循環通路11に各々接続されて、循環通路11から供給される流体Fを気液分離器12内に供給するようになっている。この2つの流体通路111は、気液分離器12の互いに180度位相した位置(対角線上)に接続されている。   That is, in the fuel cell system 1 according to the fifth embodiment, instead of providing the fluid passage 22 on the surface of the ion exchange resin member 20 as in the first embodiment, the two fluid passages 111 are provided above the gas-liquid separator 12. It has a connected configuration. The fluid passage 111 branches the end of the circulation passage 11 of the fuel cell system 1 in the vicinity of the gas-liquid separator 12 into two (not shown) and is connected to the branched circulation passage 11 to circulate. The fluid F supplied from the passage 11 is supplied into the gas-liquid separator 12. The two fluid passages 111 are connected to positions (on the diagonal line) of the gas-liquid separator 12 that are 180 degrees out of phase with each other.

この構成を備えた気液分離器12では、流体Fが2つの流体通路111から気液分離器12内にそれぞれ供給されることになる。したがって、この流体Fは、イオン交換樹脂部材20の入側表面に分散された状態で流入することになり、流体Fが、イオン交換樹脂部材20の入側表面の特定領域に偏って流入することを抑制することができる。このため、イオン交換樹脂部材20全体を効率よく使用することが可能となる。   In the gas-liquid separator 12 having this configuration, the fluid F is supplied from the two fluid passages 111 into the gas-liquid separator 12. Therefore, the fluid F flows in a state of being dispersed on the entry side surface of the ion exchange resin member 20, and the fluid F flows in a specific region on the entry side surface of the ion exchange resin member 20. Can be suppressed. For this reason, it becomes possible to use the ion exchange resin member 20 whole efficiently.

なお、実施例5では、2つの流体通路111を気液分離器12に接続した場合について説明したが、これに限らず、流体通路111は、気液分離器12に3つ以上接続してもよい。なお、流体通路111の配設数が多いほど、流体Fは、イオン交換樹脂部材20の入側表面により一浪分散された状態で流入することになる。また、この流体通路111の配設位置は、所望により任意に設定することができる。   In the fifth embodiment, the case where two fluid passages 111 are connected to the gas-liquid separator 12 has been described. However, the present invention is not limited to this, and three or more fluid passages 111 may be connected to the gas-liquid separator 12. Good. Note that as the number of the fluid passages 111 is increased, the fluid F flows in a state where the fluid F is dispersed by the entrance surface of the ion exchange resin member 20. Further, the position of the fluid passage 111 can be arbitrarily set as desired.

また、実施例5では、旋回流を利用して気体と液体とに分離する方式の気液分離器12に流体通路111を接続した場合について説明したが、これに限らす、流体通路111は、旋回流ではなく、圧力の差等によって、気体と液体とに分離する方式の気液分離器112(図18参照)に接続してもよい。   Further, in the fifth embodiment, the case where the fluid passage 111 is connected to the gas-liquid separator 12 that uses a swirling flow to separate the gas and the liquid has been described. However, the fluid passage 111 is not limited thereto. You may connect to the gas-liquid separator 112 (refer FIG. 18) of the system which isolate | separates into a gas and a liquid not by a swirl flow but by the difference in pressure.

そしてまた、実施例5では、気液分離器12内にイオン交換樹脂部材20を配設した構成とし、この気液分離器12に流体通路111を接続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に複数の排出通路(流体通路)から流体Fを供給することが可能であれば、例えば、イオン交換樹脂を収容するケース(ハウジング)等に複数の排出通路(流体通路)を接続してもよい。   In the fifth embodiment, the ion exchange resin member 20 is arranged in the gas-liquid separator 12 and the fluid passage 111 is connected to the gas-liquid separator 12. However, the present invention is not limited to this. If the fluid F can be supplied to the ion exchange resin member 20 from a plurality of discharge passages (fluid passages), for example, a plurality of discharge passages (fluid passages) in a case (housing) or the like that stores the ion exchange resin. May be connected.

さらにまた、本発明にかかる燃料電池システムでは、実施例5にかかる分散手段としての流体通路111の配設と、前述した実施例1〜4にかかる分散手段の設置とを組み合わせてもよい。   Furthermore, in the fuel cell system according to the present invention, the arrangement of the fluid passage 111 as the dispersing means according to the fifth embodiment and the installation of the dispersing means according to the first to fourth embodiments described above may be combined.

また、前述した実施例1〜実施例5では、分散手段を水素循環系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、本発明にかかる分散手段は、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 the first to fifth embodiments described above, the case where the dispersing means is disposed in the circulation passage of the hydrogen circulation system 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the dispersing means according to the present invention is an oxidizing gas (air ) It may be arranged in the supply system or in another piping system.

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イオン交換樹脂部材付近を示す斜視図であって、内部が見えるように記載した図である。It is the perspective view which shows the gas-liquid separator of the fuel cell system shown in FIG. 1, and ion exchange resin member vicinity, Comprising: It is the figure described so that the inside could be seen. 図2に示すイオン交換樹脂部材の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of 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イオン交換樹脂部材付近を示す斜視図であって、内部が見えるように記載した図である。It is the perspective view which shows the gas-liquid separator concerning other Examples of this invention, and the ion exchange resin member vicinity, Comprising: It is the figure described so that the inside could be seen. 本発明の他の実施例にかかる気液分離器及び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 gas-liquid separator concerning other Examples of this invention, and the ion exchange resin member vicinity. 本発明の実施例2にかかる燃料電池システムに配設された気液分離器及び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 gas-liquid separator and ion exchange resin member vicinity arrange | positioned by the fuel cell system concerning Example 2 of this invention. 図6に示すVII−VII線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VII-VII line shown in FIG. 図6に示すVIII−VIII線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VIII-VIII line shown in FIG. 実施例2にかかるイオン交換樹脂部材への流体の流入状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the inflow state of the fluid to the ion exchange resin member concerning Example 2. FIG. 本発明の実施例3にかかる燃料電池システムに配設された気液分離器及び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 gas-liquid separator and ion exchange resin member vicinity arrange | positioned by the fuel cell system concerning Example 3 of this invention. 図10に示すイオン交換樹脂部材に配設された分散手段としての回転翼の斜視図である。It is a perspective view of the rotary blade as a dispersion | distribution means arrange | positioned at the ion exchange resin member shown in FIG. 本発明の他の実施例にかかる分散手段としての回転翼の斜視図である。It is a perspective view of the rotary blade as a dispersion | distribution means concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる分散手段としての回転翼の斜視図である。It is a perspective view of the rotary blade as a dispersion | distribution means concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる分散手段としての回転翼の斜視図である。It is a perspective view of the rotary blade as a dispersion | distribution means concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる気液分離器及び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 gas-liquid separator concerning other Examples of this invention, and the ion exchange resin member vicinity. 本発明の他の実施例にかかる分散手段としての回転翼の斜視図である。It is a perspective view of the rotary blade as a dispersion | distribution means concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる分散手段としての回転翼の断面図である。It is sectional drawing of the rotary blade as a dispersion | distribution means concerning the other Example of this invention. 本発明の実施例4にかかる燃料電池システムに配設された気液分離器及びイオン交換樹脂部材付近を示す斜視図であって、内部が見えるように記載した図である。It is the perspective view which shows the gas-liquid separator and ion exchange resin member vicinity arrange | positioned by the fuel cell system concerning Example 4 of this invention, Comprising: It is the figure described so that the inside could be seen. 図18に示すXIX−XIX線に沿った拡大断面図であり、イオン交換樹脂部材への流体の流入状態を示す模式図である。FIG. 19 is an enlarged cross-sectional view taken along the line XIX-XIX shown in FIG. 本発明の他の実施例にかかる分散手段としての流体通路、及びイオン交換樹脂部材の平面図である。It is a top view of the fluid channel | path as a dispersion | distribution means concerning the other Example of this invention, and an ion exchange resin member. 本発明の他の実施例にかかる燃料電池システムに配設された気液分離器及びイオン交換樹脂部材付近を示す斜視図であって、内部が見えるように記載した図である。It is the perspective view which shows the gas-liquid separator and ion exchange resin member vicinity which were arrange | positioned in the fuel cell system concerning the other Example of this invention, Comprising: It is the figure described so that the inside could be seen. 本発明の他の実施例にかかる分散手段の斜視図である。It is a perspective view of the dispersion | distribution means concerning the other Example of this invention. 図22に示すXXIII−XXIII線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XXIII-XXIII line | wire shown in FIG. 図23に示す分散手段に形成され凹部に溜まった液体が、凸状の孔を介してイオン交換樹脂部材へ流入する状態を示す模式断面図である。FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing a state where the liquid formed in the dispersing means shown in FIG. 23 and accumulated in the concave portion flows into the ion exchange resin member through the convex hole. 本発明の他の実施例にかかる分散手段付近を示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows the dispersion | distribution means vicinity concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる分散手段付近を示す側面模式図である。It is a side surface schematic diagram which shows the dispersion | distribution means vicinity concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる分散手段付近を示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows the dispersion | distribution means vicinity concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる分散手段付近を示す側面模式図である。It is a side surface schematic diagram which shows the dispersion | distribution means vicinity concerning the other Example of this invention. 本発明の他の実施例にかかる分散手段付近を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the dispersion | distribution means vicinity concerning the other Example of this invention. 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5にかかる燃料電池システムに配設され、内部にイオン交換樹脂部材が配設された気液分離器の平面図である。It is a top view of the gas-liquid separator arrange | positioned by the fuel cell system concerning Example 5 of this invention, and the ion exchange resin member being arrange | positioned inside. 図31に示すXXXII−XXXII線に沿った断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view taken along line XXXII-XXXII shown in FIG. 31.

符号の説明Explanation of symbols

1、2 燃料電池システム
10 水素循環系
11 循環通路
12、112 気液分離器
20 イオン交換樹脂部材
21 入側表面
22、36、55 流体通路
26、61 流体導入部材
27 方向変更部材
40 回転翼部材
71 ノズル状通路
72 方向変更器
80 流体供給状態変更手段
111 流体通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Fuel cell system 10 Hydrogen circulation system 11 Circulation passage 12, 112 Gas-liquid separator 20 Ion exchange resin member 21 Inlet side surface 22, 36, 55 Fluid passage 26, 61 Fluid introduction member 27 Direction change member 40 Rotary blade member 71 Nozzle-shaped passage 72 Direction changer 80 Fluid supply state change means 111 Fluid passage

Claims (26)

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上流に、当該不純物除去器の入側表面に前記流体を分散させて流入させる分散手段を配設した燃料電池システム。
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 fuel cell system in which dispersive means for dispersing and flowing the fluid into the inlet-side surface of the impurity remover is disposed upstream of the impurity remover.
前記不純物除去器は、前記排出通路の気体と液体が混在する位置に配設されてなる請求項1記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the impurity remover is disposed at a position where gas and liquid in the discharge passage are mixed. 前記分散手段は、前記流体の流れを、前記不純物除去器の上流で分散させる請求項1または請求項2記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the dispersion unit disperses the flow of the fluid upstream of the impurity remover. 前記分散手段は、前記不純物除去器の入側表面に配設されてなる請求項1ないし請求項3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 3, wherein the dispersion unit is disposed on an entry-side surface of the impurity remover. 前記分散手段は、前記不純物除去器の入側表面で前記流体の流れを分散させる請求項4記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 4, wherein the dispersion unit disperses the flow of the fluid on an entrance side surface of the impurity remover. 前記分散手段は、前記不純物除去器の入側表面の外周部に形成された流体通路を備えてなる請求項4または請求項5記載の燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 4 or 5, wherein the dispersing means includes a fluid passage formed in an outer peripheral portion of an entry side surface of the impurity remover. 前記流体通路は、前記不純物除去器の入側表面に形成された溝状部材からなる請求項5記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 5, wherein the fluid passage is formed by a groove-like member formed on an entry-side surface of the impurity remover. 前記分散手段は、外周部から中央部に向けて窪む傾斜面を備えてなる請求項6に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 6, wherein the dispersing means includes an inclined surface that is recessed from the outer peripheral portion toward the central portion. 前記分散手段は、前記不純物除去器の入側表面と間隔をおいた上流側に配設されてなる請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the dispersion unit is disposed on the upstream side of the impurity removing unit at a distance from the inlet side surface. 5. 前記分散手段は、回転可能であり、回転軸から放射状に延出した回転翼を備えてなる請求項1ないし請求項5または請求項9のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   10. The fuel cell system according to claim 1, wherein the dispersion unit is rotatable and includes rotating blades extending radially from a rotating shaft. 11. 前記回転軸から放射状に延出した複数の回転翼を備えてなる請求項10記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 10, comprising a plurality of rotor blades extending radially from the rotating shaft. 前記回転翼の下流側に、複数の貫通孔が形成された多孔部材を配設してなる請求項10または請求項11記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 10 or 11, wherein a porous member having a plurality of through holes is disposed downstream of the rotor blade. 前記回転翼は、前記流体の流れによって回転可能である請求項10ないし請求項12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 10 to 12, wherein the rotor blade is rotatable by the flow of the fluid. 前記分散手段は、複数の貫通孔が形成されてなる流体導入部材を備えてなる請求項1ないし請求項9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 9, wherein the dispersion unit includes a fluid introduction member in which a plurality of through holes are formed. 前記貫通孔は、前記分散手段の中央部から外周部に向けて放射状に配設されてなる請求項14記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 14, wherein the through holes are arranged radially from the central portion to the outer peripheral portion of the dispersing means. 前記貫通孔が千鳥状に配設されてなる請求項14または請求項15記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 14 or 15, wherein the through holes are arranged in a staggered pattern. 前記貫通孔は、前記分散手段の中央部から離間した距離によって、開口断面積が異なる請求項14ないし請求項16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 14 to 16, wherein the through hole has an opening cross-sectional area that varies depending on a distance away from a central portion of the dispersing means. 前記貫通孔の開口断面積は、前記分散手段の中央部側から外周側に配設されるにしたがって大きくなる請求項17記載の燃料電池システム。   18. The fuel cell system according to claim 17, wherein an opening cross-sectional area of the through-hole increases as it is arranged from the center side to the outer periphery side of the dispersing means. 前記分散手段は、前記不純物除去器の入側表面に流入する流体の流入方向とは異なる方向から、当該流体を供給する請求項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 fuel cell system according to any one of claims 1 to 18, wherein the dispersion unit supplies the fluid from a direction different from an inflow direction of the fluid flowing into the entrance side surface of the impurity remover. 前記分散手段は、前記排出通路に連通した流体通路を有し、当該流体通路は、前記排出通路の開口面積よりも大きな開口面積を備えてなる請求項9記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 9, wherein the dispersion unit has a fluid passage communicating with the discharge passage, and the fluid passage has an opening area larger than an opening area of the discharge passage. 前記分散手段は、前記排出通路から前記不純物除去器に供給される流体の供給方向を、当該流体が前記不純物除去器に流入する方向とは異なる方向に変更させる方向変更器を備えてなる請求項1ないし請求項20のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The said dispersion | distribution means is provided with the direction changer which changes the supply direction of the fluid supplied to the said impurity remover from the said discharge channel to the direction different from the direction where the said fluid flows in into the said impurity remover. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 20. 前記分散手段は、前記燃料電池の作動状態に応じて、前記不純物除去器に供給される流体の供給状態を変更する供給状態変更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 dispersion unit includes a supply state changing unit that changes a supply state of a fluid supplied to the impurity remover according to an operating state of the fuel cell. 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22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 22, wherein the impurity remover is disposed in a gas-liquid separator. 前記分散手段は、前記不純物除去器の上流に配設された複数の排出通路からなる請求項1記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the dispersing means includes a plurality of discharge passages arranged upstream of the impurity remover. 前記複数の排出通路が、前記不純物除去器を収容するケースに接続されてなる請求項24記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 24, wherein the plurality of discharge passages are connected to a case that houses the impurity remover. 前記不純物除去器を気液分離器内に配設し、前記複数の排出通路が当該気液分離器に接続されてなる請求項24または請求項25記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 24 or 25, wherein the impurity remover is disposed in a gas-liquid separator, and the plurality of discharge passages are connected to the gas-liquid separator.
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