JP2006142252A - Gas-liquid separator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas-liquid separator which enables a separation of a liquid contained in a gas at a high efficiency even if it is of small volume. <P>SOLUTION: The gas-liquid separator (11) is provided with a constitution which has a chamber where the gas flows (33A) and a chamber where a liquid is pooled (33B), separates the liquid contained in the gas in the chamber where the gas flows (33A), and introduces the separated liquid into the chamber where the liquid is pooled (33B). In the chamber where the gas flows (33A), a passage leading from an introduction (32) of the gas to an outlet part (26) of the gas is formed by a plurality of bends, a section area of the passage in the bends is formed widely downstream, and at the downstream side of the bends, a liquid dropping-through hole (51) leading the separated liquid to the chamber where the liquid is pooled (33B) is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、気体に含まれる液体を分離する気液分離装置に関し、特に、小さな容積でも効率の高い分離性能を有する気液分離装置に関する。   The present invention relates to a gas-liquid separation device that separates a liquid contained in a gas, and more particularly, to a gas-liquid separation device having a high separation performance even in a small volume.

図5は、従来の気液分離装置を示す、(a)上面図、(b)b−b縦断面図、(c)構成部品である仕切板の斜視図、である。従来の気液分離装置100は、円筒部110a、天板部110b、底部110cに、液体を含む気体を導入する入口管111と、導入した気体が円筒部110aの内部を循環的に流動した後、外部に導出するための出口管112と、含まれる液体が気体から分離されて下部に蓄積してなる液状物を排出する排水管113と、この蓄積した液状物が気流にもまれて再気化することを防止する仕切板114と、が設けられている。   5A and 5B show a conventional gas-liquid separation device, in which FIG. 5A is a top view, FIG. 5B is a vertical cross-sectional view of bb, and FIG. 5C is a perspective view of a partition plate as a component. In the conventional gas-liquid separation device 100, the cylindrical portion 110a, the top plate portion 110b, and the bottom portion 110c have an inlet pipe 111 for introducing a gas containing liquid, and the introduced gas circulates in the cylindrical portion 110a in a circulating manner. , An outlet pipe 112 for leading to the outside, a drain pipe 113 for discharging a liquid substance formed by separating the contained liquid from the gas and accumulating in the lower part, and this accumulated liquid substance being re-vaporized by being absorbed in the air flow. And a partition plate 114 for preventing this.

そして、入口管111から導入した液体を含む気体は、円筒部110aの内壁面を周方向に回転しつつ、含まれる液滴が遠心力により内壁面に衝突して付着するとともに成長する。さらに、この成長した液滴は、所定の大きさ以上になると、重力により鉛直方向に滴下し、切欠部114aを通過して底部110cに蓄積される。または、内壁面に衝突した気体が円筒部110aにより露点以下に冷却され、含まれる蒸気が結露することによって、この内壁面に付着する場合もありうる。   And the gas containing the liquid introduced from the inlet pipe 111 grows while the contained droplet collides with the inner wall surface by centrifugal force while rotating on the inner wall surface of the cylindrical portion 110a in the circumferential direction. Further, when the grown droplet reaches a predetermined size or more, it drops in the vertical direction due to gravity, passes through the notch 114a, and is accumulated in the bottom 110c. Or the gas which collided with the inner wall surface is cooled below the dew point by the cylindrical part 110a, and the vapor | steam contained may adhere to this inner wall surface by dew condensation.

このようにして、気液分離装置100に導入した気体は、図中の矢印Bで示す軌跡に沿ってその内部を周方向に流動しつつ液体が分離され、最終的に、出口管112から外部に導出することとなる。そして、分離した液体は、図中の矢印A方向に流れ底部110cに蓄積したのち、排水管113から外部へ排出される(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−1033号公報(段落0011〜0016、図1)
In this way, the gas introduced into the gas-liquid separation device 100 is separated from the liquid while flowing in the circumferential direction along the trajectory indicated by the arrow B in the figure, and finally, the gas is separated from the outlet pipe 112 to the outside. Will be derived. The separated liquid flows in the direction of arrow A in the figure and accumulates in the bottom 110c, and is then discharged from the drain pipe 113 to the outside (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laying-Open No. 2003-1033 (paragraphs 0011 to 0016, FIG. 1)

しかし、従来の気液分離装置100では、円筒部110aの内部において流路が規定されていないので、導入した直後に気体が最短のルートで出口管112に直行する場合も有り、含まれる液体の分離が不充分なまま出口管112から導出する効率の悪いものであった。このような従来の気液分離装置100において、気体に含まれる液体の分離を向上させるためには、内容積を大きくする必要があった。   However, in the conventional gas-liquid separator 100, since the flow path is not defined inside the cylindrical portion 110a, the gas may go straight to the outlet pipe 112 by the shortest route immediately after the introduction, and the liquid contained therein The separation from the outlet pipe 112 with poor separation was inefficient. In such a conventional gas-liquid separator 100, in order to improve the separation of the liquid contained in the gas, it is necessary to increase the internal volume.

ところで、燃料ガス(水素)及び酸素(空気)を電気化学反応させて発電動力を得る燃料電池自動車において、電気化学反応の際に生成する水が、循環的に供給される燃料ガス(水素)の循環経路内に入り込んで発電特性を不安定にさせる。このため、燃料ガス(水素)の循環経路内から水を分離して排出するための装置をこの循環経路に取り付ける必要がある。
しかし、前記した従来の気液分離装置100を取り付けて所望する分離効率を得るとなると容積が大きくなることが避けられず、限られた車内スペースにおける要素部品のレイアウトが制約されて問題となる。
そこで、本発明は、このような問題を解決することを課題とし、小さな容積でも高効率に、気体に含まれる水分等の液体を分離して排出することができる気液分離装置を提供する。
By the way, in a fuel cell vehicle that obtains power generation by electrochemically reacting fuel gas (hydrogen) and oxygen (air), the water generated during the electrochemical reaction is the cyclically supplied fuel gas (hydrogen). It enters the circulation path and makes the power generation characteristics unstable. For this reason, it is necessary to attach an apparatus for separating and discharging water from the fuel gas (hydrogen) circulation path to the circulation path.
However, when the above-described conventional gas-liquid separation device 100 is attached to obtain a desired separation efficiency, it is inevitable that the volume is increased, and the layout of element parts in a limited vehicle interior space is restricted, which causes a problem.
Therefore, the present invention has an object to solve such a problem, and provides a gas-liquid separation device capable of separating and discharging a liquid such as moisture contained in a gas with high efficiency even in a small volume.

本発明では、次のような構成を、前記した課題を解決するための手段として備えるものである。すなわち、
請求項1に係る発明は、気体が流れる部屋を有し、前記気体が流れる部屋で気体に含まれる液体を分離し、この分離した液体を前記気体が流れる部屋から排出する構成を備える気液分離装置において、前記気体が流れる部屋には、複数の曲線路によって気体の導入部から気体の導出部に通じる気液分離用の流路が形成され、前記曲線路の下流側には、分離した前記液体を排出する孔が形成されていることを特徴とする。
In the present invention, the following configuration is provided as means for solving the above-described problems. That is,
The invention according to claim 1 has a configuration in which a gas flow chamber is provided, a liquid contained in the gas is separated in the gas flow chamber, and the separated liquid is discharged from the gas flow chamber. In the apparatus, in the chamber in which the gas flows, a flow path for gas-liquid separation that leads from the gas introduction part to the gas lead-out part is formed by a plurality of curved paths. A hole for discharging the liquid is formed.

係る構成により、導入部から導入した気体は、曲線路を曲がりながら流動して導出部から導出されることとなる。この際、気体中の液滴には、曲線路により大きな遠心力が付与することになり、分離が促進することになる。このため、含まれる液滴は、微細なものであっても、曲線路となった流路の隔壁に対し衝突できることになり気体から分離させることが可能になる。また、分離した液体を排出する孔は、気体の流速が低下する部分に形成されることとなるので、例えば一旦排出した液体を大きな負圧により孔から吸い上げるといったことが防止される。   With such a configuration, the gas introduced from the introduction portion flows while bending along the curved path and is led out from the lead-out portion. At this time, a large centrifugal force is applied to the droplets in the gas through the curved path, and the separation is promoted. For this reason, even if the contained liquid droplet is fine, it can collide with the partition wall of the flow path which has become a curved path, and can be separated from the gas. Further, since the hole for discharging the separated liquid is formed in a portion where the flow rate of the gas is reduced, for example, it is prevented that the liquid once discharged is sucked up from the hole by a large negative pressure.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の気液分離装置において、前記流路は、小流路部と、小流路部よりも下流側に流路の断面積が小さい大流路部を有することを特徴とする。
係る構成により、小流路部においては、気体の流速を高め、より多くの液体を付着させ、大流路部で液体を迅速に落とすことができる。
The invention according to claim 2 is the gas-liquid separation device according to claim 1, wherein the flow path includes a small flow path portion and a large flow path having a small cross-sectional area downstream of the small flow path portion. It has the part.
With such a configuration, it is possible to increase the flow rate of gas in the small flow path portion, adhere more liquid, and quickly drop the liquid in the large flow path portion.

請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の気液分離装置において、前記流路の前記気体の導入部の近傍における断面積は、前記流路の前記気体の導出部の近傍における断面積よりも小さいことを特徴とする。
係る構成により、導入部においては、流速を高め隔壁への液体の付着を促進し、導出部においては、負圧により、液体を孔から巻き上げることを防止する。
The invention according to claim 3 is the gas-liquid separation device according to claim 1 or 2, wherein the cross-sectional area of the flow path in the vicinity of the gas introduction part is that of the gas lead-out part of the flow path. It is smaller than the cross-sectional area in the vicinity.
With such a configuration, in the introduction part, the flow rate is increased to promote the adhesion of the liquid to the partition wall, and in the lead-out part, the liquid is prevented from being rolled up from the hole due to the negative pressure.

請求項4に係る発明は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の気液分離装置において、前記孔には、気体が流れる方向に交わる開口面を有するガイド部材が形成されていることを特徴とする。
係る構成において、液体を孔から巻き上げることを防止する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the gas-liquid separation device according to any one of the first to third aspects, the hole is provided with a guide member having an opening surface that intersects with the gas flow direction. It is characterized by being.
In such a configuration, the liquid is prevented from being rolled up from the hole.

本発明によれば、容積が小さくとも、液体を含む気体を導入して、この液体を高い効率で分離・除去して導出することができる気液分離装置が提供される。また、このような気液分離装置が、燃料電池自動車の燃料ガス(水素)の循環経路内に取り付けられることになれば、発電特性の安定性が向上するとともに、車内における要素部品のレイアウトの制約が緩和される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the volume is small, the gas-liquid separation apparatus which can introduce | transduce the gas containing a liquid, and can isolate | separate and remove this liquid with high efficiency is provided. Moreover, if such a gas-liquid separator is installed in the fuel gas (hydrogen) circulation path of a fuel cell vehicle, the stability of power generation characteristics is improved and the layout of the component parts in the vehicle is restricted. Is alleviated.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る気液分離装置について説明する。
図1は実施形態に係る気液分離装置の分解斜視図である。
図2(a)は実施形態に係る気液分離装置の上面断面図、(b)はX−X縦断面図である。
図3はガイド部材の詳細を示す斜視図である。
図4は実施形態に係る気液分離装置の適用例を示す、燃料電池自動車の燃料ガス供給システムのブロック図である。
Hereinafter, a gas-liquid separator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a gas-liquid separator according to an embodiment.
FIG. 2A is a top sectional view of the gas-liquid separation device according to the embodiment, and FIG. 2B is an XX longitudinal sectional view.
FIG. 3 is a perspective view showing details of the guide member.
FIG. 4 is a block diagram of a fuel gas supply system for a fuel cell vehicle showing an application example of the gas-liquid separator according to the embodiment.

図1に示すように、本実施形態の気液分離装置11は、上面部材20、第1側枠部材30A、仕切部材50、第2側枠部材30B、底面部材40により外郭が形成されている。さらにこれらの部材により気密性を示す内部空間33が形成されている。そして、内部空間33は仕切部材50により2つの空間に仕切られており、このうち鉛直方向の上側にあって気体が流れる部屋を気液分離室33Aと呼び、同下側にあって液体が溜まる部屋を液溜室33Bと呼ぶこととする。
そして、気液分離室33Aには、導出部26、導入部32が設けられ、液溜室33Bには、排出部41が設けられ、これらの空間の気密状態を解除可能に外部と連通している。さらに気液分離室33Aには、第1隔壁21、第2隔壁22、第3隔壁23、並設隔壁24、案内隔壁25が設けられ、これらにより形成された流路を気体が流動することにより、含まれる液体が分離され、液溜室33Bにおいて回収・蓄積されるものである。
As shown in FIG. 1, in the gas-liquid separation device 11 of the present embodiment, an outer surface is formed by the upper surface member 20, the first side frame member 30 </ b> A, the partition member 50, the second side frame member 30 </ b> B, and the bottom surface member 40. . Furthermore, the internal space 33 which shows airtightness is formed of these members. The internal space 33 is partitioned into two spaces by a partition member 50. Among these, a room on the upper side in the vertical direction in which gas flows is referred to as a gas-liquid separation chamber 33A, and the liquid is stored on the lower side. The room will be referred to as a liquid reservoir 33B.
The gas-liquid separation chamber 33A is provided with a lead-out portion 26 and an introduction portion 32, and the liquid reservoir chamber 33B is provided with a discharge portion 41, which communicates with the outside so that the airtight state of these spaces can be released. Yes. Further, the gas-liquid separation chamber 33A is provided with a first partition wall 21, a second partition wall 22, a third partition wall 23, a side-by-side partition wall 24, and a guide partition wall 25, and the gas flows through the flow path formed by these. The contained liquid is separated and collected and accumulated in the liquid reservoir 33B.

導入部32は、側枠部材30の側面に、内部空間33と外部が連通するように設けられ、液体が含まれる気体を導入するものである。
導出部26は、上面部材20に、内部空間33と外部が連通するように設けられている。そして、導入部32から導入した気体が、気液分離用の流路、つまり図2(a)で示す入力流路R、第1コーナー流路S、第2コーナー流路T、第3コーナー流路U、第4コーナー流路V、出力流路W(以下、単に「曲線路」と呼ぶ場合がある)の順番で流動した後に導出するものである。ところで、本実施形態では導出部26は、重力の反対方向に開口しており、この開口の周囲には内部空間33側に突出した返し部材26a(図1参照)が設けられている。
返し部材26aは、上面部材20を伝って這い上がってきた液体(這い上がろうとしている液体)をブロックして、導出部26から導出されないようにするものである。
排出部41は、液溜室33Bに設けられ、流路を流動した気体から分離して、液溜室33Bに蓄積した液体を外部に排出するものである。
The introduction part 32 is provided on the side surface of the side frame member 30 so that the internal space 33 and the outside communicate with each other, and introduces a gas containing a liquid.
The lead-out portion 26 is provided on the upper surface member 20 so that the internal space 33 communicates with the outside. And the gas introduced from the introduction part 32 is a flow path for gas-liquid separation, that is, the input flow path R, the first corner flow path S, the second corner flow path T, and the third corner flow shown in FIG. The flow is derived after flowing in the order of the path U, the fourth corner flow path V, and the output flow path W (hereinafter sometimes simply referred to as “curved path”). By the way, in this embodiment, the derivation | leading-out part 26 is opened in the direction opposite to gravity, and the return member 26a (refer FIG. 1) which protruded in the inner space 33 side is provided around this opening.
The return member 26 a blocks the liquid that has been scooped up through the upper surface member 20 (the liquid that is about to scoop up) so that it is not led out from the lead-out portion 26.
The discharge part 41 is provided in the liquid storage chamber 33B, separates from the gas flowing in the flow path, and discharges the liquid accumulated in the liquid storage chamber 33B to the outside.

仕切部材50は、気液分離室33A及び液溜室33Bの間を仕切るとともに、これら気液分離室33A及び液溜室33Bを連通する複数の液落下孔(孔)51,51…を有している。なお、この液落下孔51は、少なくとも1つ存在すれば機能を発揮するものである。そして、仕切部材50の上面には、第1隔壁21、第2隔壁22、第3隔壁23、並設隔壁24、案内隔壁25(これらを以下、単に「隔壁」と呼ぶ場合がある)が一体的に形成され、これらにより気液分離室33Aが隔てられることにより、図2(a)に示すような、流路が形成される。
ところで、これらの隔壁が形成される部分は、このような仕切部材50の上面に限定されることなく、内部空間33における他の内側面31(例えば、上面部材20、第1側枠部材30Aの内側面31)に形成されるものであってもよい。
The partition member 50 partitions the gas-liquid separation chamber 33A and the liquid reservoir chamber 33B, and has a plurality of liquid drop holes (holes) 51, 51... Communicating the gas-liquid separation chamber 33A and the liquid reservoir chamber 33B. ing. It should be noted that the function of the liquid drop hole 51 is demonstrated if at least one of the liquid drop holes 51 is present. The first partition wall 21, the second partition wall 22, the third partition wall 23, the side-by-side partition wall 24, and the guide partition wall 25 (hereinafter may be simply referred to as “partition walls”) are integrally formed on the upper surface of the partition member 50. As a result, the gas-liquid separation chamber 33A is separated by these, thereby forming a flow path as shown in FIG.
By the way, the part in which these partition walls are formed is not limited to the upper surface of such a partition member 50, but other inner side surfaces 31 (for example, the upper surface member 20 and the first side frame member 30A of the internal space 33). It may be formed on the inner surface 31).

パッキン部材52は、第1隔壁21、第2隔壁22、第3隔壁23、並設隔壁24のうち仕切部材50に一体的に形成されている側とは反対の先端に設けられている。これらのパッキン部材52により、隔壁と上面部材20と間に隙間がなくなり、この隙間を通って隣接する流路の間で気体が流動するショートカット現象がなくなる。このため、導入した気体は、定められた正規の流路を流動することとなり、気体に含まれる液体の分離効率が向上する。なお、パッキン部材52を用いない構成としてもよい。   The packing member 52 is provided at the tip of the first partition wall 21, the second partition wall 22, the third partition wall 23, and the side-by-side partition wall 24 opposite to the side formed integrally with the partition member 50. By these packing members 52, there is no gap between the partition wall and the upper surface member 20, and the shortcut phenomenon in which the gas flows between the adjacent flow paths through this gap is eliminated. For this reason, the introduced gas flows in a predetermined regular flow path, and the separation efficiency of the liquid contained in the gas is improved. The packing member 52 may not be used.

第1隔壁21は、図1に示すように、導入部32及び導出部26に挟まれる内部空間33の内側面31(上面部材20及び側枠部材30の内側面)から延出するものである。そして、この第1隔壁21が側枠部材30に接する基端21bの反対端である第1先端(先端)21aは、対向する内部空間33の内側面31(側枠部材30の内側面)に対して隙間を有している。この隙間により、図2(a)に示す第4コーナー流路Vが形成される。そして、第1隔壁21により内部空間33は、導出部26に連通する出力流路W及びその他の空間(第1,第2,第3,第4コーナー流路S,T,U,V、入力流路R)に隔てられる。   As shown in FIG. 1, the first partition wall 21 extends from the inner surface 31 (the inner surface of the upper surface member 20 and the side frame member 30) of the internal space 33 sandwiched between the introduction portion 32 and the lead-out portion 26. . And the 1st front-end | tip (front-end | tip) 21a which is the opposite end of the base end 21b in which this 1st partition 21 contact | connects the side frame member 30 is on the inner surface 31 (inner side surface of the side frame member 30) of the opposing internal space 33. On the other hand, there is a gap. Due to this gap, a fourth corner channel V shown in FIG. 2A is formed. The first partition 21 causes the internal space 33 to be connected to the output flow path W and other spaces (first, second, third, and fourth corner flow paths S, T, U, V, and It is separated by a flow path R).

第4コーナー流路Vは、第1先端21a、側枠部材30の内側面31及び第3隔壁23で形成されており、その最大の流路幅d8は、第3コーナー流路Uの末端の流路幅d7よりも大きく構成されている。ここで流動幅d(部位を特定しない場合はこのように記す)の大小関係は、流路の高さ方向の幅が同じであることを考慮すれば、そのまま流路の断面積の大小関係に対応するものである。つまり、流路幅が大きいということは、流路はその部位において断面積が大きく構成されることになり、流路幅が小さいということは、流路はその部位において断面積が狭く構成されることになる。
従って、第4コーナー流路Vにおける曲線路においては、断面積の狭い部分の後に断面積の広い部分が形成されている。このため、第3コーナー流路Uを流動して第4コーナー流路Vに進入してきた気体は、この断面積の広い部分で広がりながら進路を鋭角に反転して出力流路Wに導かれることになる。
The fourth corner channel V is formed by the first tip 21a, the inner surface 31 of the side frame member 30, and the third partition wall 23, and the maximum channel width d 8 is the end of the third corner channel U. and it is configured larger than the channel width d 7. Here, the magnitude relation of the flow width d (in this case when the part is not specified) is directly related to the magnitude relation of the cross-sectional area of the flow path, considering that the width in the height direction of the flow path is the same. Corresponding. In other words, a large flow path width means that the flow path is configured to have a large cross-sectional area, and a small flow path width means that the flow path is configured to have a small cross-sectional area at that position. It will be.
Therefore, in the curved path in the fourth corner channel V, a portion having a large cross-sectional area is formed after a portion having a small cross-sectional area. For this reason, the gas that has flowed through the third corner flow path U and entered the fourth corner flow path V is guided to the output flow path W by reversing the course to an acute angle while spreading in a wide portion of the cross-sectional area. become.

第2隔壁22は、図1に示すように、第1隔壁21の途中から分岐して延出し、第2先端(先端)22aが対向する内部空間33の内側面31(側枠部材30の内側面)と隙間を有している。この隙間により、図2(a)に示す第2コーナー流路Tが、形成される。さらに、第2隔壁22は、第1隔壁21により隔てられた出力流路W以外の空間を、導入部32に連通する入力流路R、及び第1,第2,第3コーナー流路S,T,Uを含む空間に隔てる。   As shown in FIG. 1, the second partition wall 22 branches and extends from the middle of the first partition wall 21, and the inner side surface 31 (inside of the side frame member 30) of the internal space 33 facing the second tip (tip) 22 a. Side) and a gap. Due to this gap, a second corner channel T shown in FIG. 2A is formed. Further, the second partition wall 22 includes a space other than the output channel W separated by the first partition wall 21, an input channel R communicating with the introduction portion 32, and the first, second, and third corner channels S, Separated into a space including T and U.

このようにして形成された第1コーナー流路Sは、途中に屈曲22bが設けられている第2隔壁22と、案内隔壁25とにより流路幅が規定されることとなる。そして、第1コーナー流路Sは、この屈曲22b部分の流路幅d2が末端部分の流路幅d1,d3に比較して小さくなるように形成されている。このため、第1コーナー流路Sは、屈曲22b部分で断面積が狭く、さらに進路が曲率を有する構成をとる。このような構成を有することにより、第1コーナー流路Sを流動する気体は、この屈曲22b部分で、流速が高まるとともに流路の壁面に強く押し付けられることになる。 In the first corner channel S formed in this way, the channel width is defined by the second partition wall 22 provided with a bend 22b in the middle and the guide partition wall 25. The first corner channel S is formed so that the channel width d 2 of the bent portion 22b is smaller than the channel widths d 1 and d 3 of the end portions. For this reason, the first corner channel S has a configuration in which the cross-sectional area is narrow at the bent portion 22b and the path has a curvature. By having such a configuration, the gas flowing in the first corner flow path S is strongly pressed against the wall surface of the flow path at the bent 22b portion as the flow velocity increases.

並設隔壁24は、第1コーナー流路Sの曲率を有する流路中に、気体の流動方向に沿って、設けられている。このような並設隔壁24が存在していることにより、この部分を流動する気体は、整流され気体の流動抵抗を低減することに寄与する。さらに気体に対する接触面積が向上するので、気体に含まれる液体の除去効果を高める効果も発揮される。   The side-by-side partition wall 24 is provided in the flow path having the curvature of the first corner flow path S along the gas flow direction. Due to the presence of such side-by-side partition walls 24, the gas flowing through this portion is rectified and contributes to reducing the flow resistance of the gas. Furthermore, since the contact area with gas improves, the effect which improves the removal effect of the liquid contained in gas is also exhibited.

第2コーナー流路Tは、第2先端22a、側枠部材30の内側面31及び第3隔壁23で形成されており、その最大の流路幅d4は、第1コーナー流路Sの末端の流路幅d3よりも大きく構成されている。
従って、第2コーナー流路Tは、第1コーナー流路Sの末端よりも断面積の広い部分を有することなる。そして、第1コーナー流路Sを流動して第2コーナー流路Tに進入してきた気体は、広がるとともに進路を鋭角に反転させて第3コーナー流路Uに導びかれる。
The second corner channel T is formed by the second tip 22a, the inner side surface 31 of the side frame member 30, and the third partition wall 23. The maximum channel width d 4 is the end of the first corner channel S. and it is configured larger than the channel width d 3.
Therefore, the second corner channel T has a portion having a wider cross-sectional area than the end of the first corner channel S. The gas that has flowed through the first corner flow path S and entered the second corner flow path T spreads and is guided to the third corner flow path U by reversing the course to an acute angle.

第3隔壁23は、第1先端21a及び第2先端22aに挟まれる内部空間33において、内側面31から延出し、第2隔壁22との間に第3コーナー流路Uを形成するものである。この第3コーナー流路Uは、屈曲22b部分の流路幅d6が末端部分の流路幅d5,d7に比較して大きくなるように形成されている。
従って、第3コーナー流路Uは、第2コーナー流路Tの末端の断面積の狭い部分の後に、断面積の広い部分が形成されるように構成されていることとなる。そして、第2コーナー流路Tを流動して第3コーナー流路Uに進入してきた気体は、広がるとともに進路を鋭角に反転させて第4コーナー流路Vに導びかれる。
The third partition wall 23 extends from the inner surface 31 in the internal space 33 sandwiched between the first tip 21 a and the second tip 22 a, and forms a third corner flow path U between the second partition wall 22. . The third corner flow path U is channel width d 6 of the bent 22b portion is formed to be larger than the channel width d 5, d 7 of the distal portion.
Therefore, the third corner channel U is configured such that a portion with a large cross-sectional area is formed after a portion with a small cross-sectional area at the end of the second corner channel T. The gas that has flowed through the second corner channel T and entered the third corner channel U spreads and is guided to the fourth corner channel V by reversing the course to an acute angle.

液落下孔51,51…は、第1隔壁21、第2隔壁22、第3隔壁23に交わる任意の直線Yに対し導出部26から離れた部分に偏って配置されている。そして、これら複数の液落下孔51が成す面に対し、第1コーナー流路S及び出力流路Wは、液落下孔51に向けて下り坂になるように形成される斜面50a(図1参照)を有している。このような斜面50aが形成されていることにより、これらの流路上に落下してたまった液体は斜面50aを下って液落下孔51,51…に導かれることとなる。   The liquid dropping holes 51, 51... Are arranged in a portion away from the lead-out portion 26 with respect to an arbitrary straight line Y that intersects the first partition 21, the second partition 22, and the third partition 23. The first corner flow path S and the output flow path W are inclined with respect to the surface formed by the plurality of liquid drop holes 51 so as to descend toward the liquid drop holes 51 (see FIG. 1). )have. By forming such an inclined surface 50a, the liquid that has fallen onto these flow paths is guided to the liquid dropping holes 51, 51...

ガイド部材54は、図2(a)に示すように、複数の液落下孔51,51…のうち、流動する気体の最下流側に設けられている液落下孔51に設けられている。そして、ガイド部材54は、図3に示すように、気体が流動する方向と交わる開口面53を有している。このようなガイド部材54が存在することにより、流路の表面に溜まった液体は、流動する気体の風圧に押されて吹き飛ばされるようなことがあっても確実に捕捉されることとなる。また、ガイド部材54の開口面53は、大きな風圧を受けることになるので、いったん液溜室33Bに入った液体が、逆流して、最下流にある液落下孔51から這い上がってくることを防止する。   2A, the guide member 54 is provided in the liquid drop hole 51 provided on the most downstream side of the flowing gas among the plurality of liquid drop holes 51, 51. And the guide member 54 has the opening surface 53 which cross | intersects the direction where gas flows, as shown in FIG. Due to the presence of such a guide member 54, the liquid accumulated on the surface of the flow path is surely captured even if it is pushed by the wind pressure of the flowing gas and blown away. Further, since the opening surface 53 of the guide member 54 receives a large wind pressure, the liquid once entering the liquid storage chamber 33B flows backward and rises up from the liquid drop hole 51 located on the most downstream side. To prevent.

(動作説明)
次に、図2を参照して、本実施形態にかかる気液分離装置の動作説明を行う。
まず、導入部32から、液体が含まれる気体が入力流路Rに導入され、第1コーナー流路Sに沿って流動する。なお、この液体が含まれる気体とは、液体が細かいミスト状になった液滴が浮遊し、かつ液体が気化した蒸気が飽和している状態を示していることとする。
まず液体を含む気体が、導入部32から入って入力流路Rから第1コーナー流路Sに進入する。この第1コーナー流路Sは、併設隔壁24により区画されているので流動する気体は整流され圧力損失が少なくなる。さらにこの第1コーナー流路Sは、曲率を有するので、流動する気体は、並設隔壁24及び案内隔壁25に押し付けられるとともに、含まれている液滴に慣性力がかかり、その一部は、並設隔壁24及び案内隔壁25に叩き付けられて付着して気体から分離することになる。
(Description of operation)
Next, with reference to FIG. 2, operation | movement description of the gas-liquid separation apparatus concerning this embodiment is performed.
First, a gas containing a liquid is introduced from the introduction part 32 into the input flow path R and flows along the first corner flow path S. In addition, the gas containing the liquid indicates a state in which a droplet in which the liquid is in a fine mist state floats and the vapor in which the liquid is vaporized is saturated.
First, a gas containing a liquid enters from the introduction part 32 and enters the first corner channel S from the input channel R. Since the first corner channel S is partitioned by the side wall 24, the flowing gas is rectified and the pressure loss is reduced. Further, since the first corner flow path S has a curvature, the flowing gas is pressed against the side-by-side partition wall 24 and the guide partition wall 25, and an inertial force is applied to the contained droplet, It hits against the partition wall 24 and the guide partition wall 25 and adheres to separate from the gas.

第1コーナー流路Sを通過した気体は、次に、本願発明における小流路部である第2コーナー流路Tに進入する。この第2コーナー流路Tにおいて気体は、進行方向を鋭角に曲げられので、含まれる液滴には大きな遠心力がかかり、壁面に叩き付けられて付着する。さらに、本願発明における大流路部である第2コーナー流路Tの下流側(出口側)では流路の断面積が広がるので流速が低下し液滴は重力により沈降する。これにより、気体に含まれる液滴の分離がすすむ。   The gas that has passed through the first corner channel S then enters the second corner channel T, which is a small channel part in the present invention. Since the gas is bent at an acute angle in the second corner channel T, a large centrifugal force is applied to the contained droplets, and they are struck against and adhered to the wall surface. Furthermore, since the cross-sectional area of the flow path is widened on the downstream side (exit side) of the second corner flow path T, which is the large flow path portion in the present invention, the flow velocity is reduced, and the liquid droplets settle due to gravity. As a result, the liquid droplets contained in the gas are separated.

第2コーナー流路Tを通過した気体は、次に、第3コーナー流路Uに進入する。この第3コーナー流路Uにおいても、屈曲22bの部分において、気体は進行方向を鋭角に曲げられるとともに広がるので、前記した同様のメカニズム(遠心力、重力)により、気体から液体がさらに分離することとなる。さらに、流路の断面積は、下流にいくほど広がっていく構成を有しているので、気体の流速は低下していき、液滴が気流から重力により落下して気液分離する効果が高まる。   The gas that has passed through the second corner channel T then enters the third corner channel U. Also in the third corner channel U, the gas is bent at an acute angle and spreads in the bent portion 22b, so that the liquid is further separated from the gas by the same mechanism (centrifugal force, gravity) as described above. It becomes. Furthermore, since the cross-sectional area of the flow path has a configuration that expands toward the downstream, the flow velocity of the gas decreases, and the effect that the liquid drops from the air flow due to gravity and gas-liquid separation increases. .

第3コーナー流路Uを通過した気体は、次に、第4コーナー流路Vに進入する。この第4コーナー流路Vにおいても、気体は進行方向を鋭角に曲げられるとともに、断面積が大きくなることにより広がる。このため、前記した同様のメカニズムにより、気体から液体がさらに分離することとなる。
第4コーナー流路Vを通過した気体は、次に、出力流路Wに進入しそのまま直進して導出部26から導出することとなる。
The gas that has passed through the third corner flow path U then enters the fourth corner flow path V. Also in the fourth corner channel V, the gas is bent when the traveling direction is bent at an acute angle and the cross-sectional area is increased. For this reason, the liquid is further separated from the gas by the same mechanism as described above.
The gas that has passed through the fourth corner flow path V then enters the output flow path W, proceeds straight, and is led out from the lead-out portion 26.

なお、曲線路における流路の断面積は、下流側が広く形成されていることにより、この広い部分に進入した気体は断熱膨張することもありうる。このように断熱膨張した気体は温度が降下するが、この温度の降下は、飽和蒸気状態にある気体から蒸気状態の(気化している)液体を凝結させる。この凝結した液体は、気体中に浮遊している液滴に吸収されるとともにこの液滴が肥大化させる。この肥大化した液滴には、流路の曲率半径が小さい部分で、非常に大きな遠心力が付与されるので流路の壁面に付着しやすくなり、液体の分離がさらに促進されることになる。
また、第2,第3,第4コーナー流路T,U,Vの下流側(曲線路の下流側)は、気体の流速が低下する部分(負圧が低下する部分)であるので、この部分に液落下孔51が設けられていることにより、負圧による水の吸い上げが抑制されることになる。
In addition, the cross-sectional area of the flow path in the curved path is widely formed on the downstream side, so that the gas that has entered the wide portion may expand adiabatically. The gas adiabatically expanded in this manner drops in temperature, and this drop in temperature condenses the vaporized (vaporized) liquid from the saturated vaporized gas. The condensed liquid is absorbed by droplets floating in the gas, and the droplets are enlarged. This enlarged droplet is applied with a very large centrifugal force at a portion where the radius of curvature of the flow path is small, so that it easily adheres to the wall surface of the flow path and further promotes liquid separation. .
In addition, the downstream side of the second, third, and fourth corner channels T, U, and V (downstream side of the curved path) is a portion where the gas flow velocity decreases (portion where the negative pressure decreases). By providing the liquid drop hole 51 in the portion, the suction of water due to negative pressure is suppressed.

一方、流路の壁面に付着した液滴は、液滴同士が合体して大きくなると、重力方向に落下して、図2(b)に示す仕切部材50の上面に到達する。そして、これら上面に到達した液体のうち、斜面50aに到達したものは最大傾斜線であるフォールラインに沿って移動する。さらに、液体は、流動する気体にあおられて仕切部材50の上面を移動するうちに、いずれかの液落下孔51の開口にはまり、液溜室33Bに落下する。また、最下流の液落下孔51には、ガイド部材54が設けられているので、上流部分にある液落下孔51を潜りぬけてきた液体も最終的にはこの最下流の液落下孔51において捕捉される可能性が高い。
このように落下して、液溜室33Bに蓄積した液体は、適時、排出部41に設けられた開閉バルブ(図示せず)が開くことにより、導入する気体の圧力におされて外部に排出されることとなる。
On the other hand, when the droplets adhering to the wall surface of the flow path merge and become large, they drop in the direction of gravity and reach the upper surface of the partition member 50 shown in FIG. Of these liquids that have reached the upper surface, the liquid that has reached the slope 50a moves along the fall line that is the maximum slope line. Furthermore, as the liquid is covered with the flowing gas and moves on the upper surface of the partition member 50, the liquid fits into the opening of one of the liquid dropping holes 51 and falls into the liquid reservoir 33B. Further, since the guide member 54 is provided in the most downstream liquid drop hole 51, the liquid that has penetrated the liquid drop hole 51 in the upstream part finally becomes in the most downstream liquid drop hole 51. There is a high probability of being captured.
The liquid that has fallen in this manner and accumulated in the liquid storage chamber 33B is discharged to the outside under the pressure of the gas to be introduced by opening an open / close valve (not shown) provided in the discharge unit 41 at an appropriate time. Will be.

このように気液分離装置11に気体を導入すると、その気体は、流路を進行する前半の過程においては、流路の曲率部分で大きな遠心力が印加されて流路の壁面に付着することの寄与率が高く、後半の過程においては、気体の流速が低下することで重力による液滴の落下の寄与率が高くなることになる。このようにして、本発明にかかる気液分離装置11では、高効率に液体を分離して気体を導出することができる。   When the gas is introduced into the gas-liquid separation device 11 in this way, the gas is applied to the wall surface of the flow path by applying a large centrifugal force at the curvature portion of the flow path in the first half of the flow path. In the latter half of the process, the rate of drop of the droplet due to gravity increases as the gas flow velocity decreases. In this manner, the gas-liquid separation device 11 according to the present invention can separate the liquid with high efficiency and derive the gas.

(気液分離装置の適用例)
図4を参照して、第1実施形態に係る気液分離装置11の適用例について説明する。
図4に示す燃料電池自動車の燃料ガス供給システムは、水素タンク1と、エゼクタ2と、燃料電池3と、エア排気部7と、逆止弁8と、コンプレッサ9と、気液分離装置11と、開閉バルブ60とから構成される。
(Application example of gas-liquid separator)
With reference to FIG. 4, the application example of the gas-liquid separation apparatus 11 which concerns on 1st Embodiment is demonstrated.
The fuel gas supply system for the fuel cell vehicle shown in FIG. 4 includes a hydrogen tank 1, an ejector 2, a fuel cell 3, an air exhaust unit 7, a check valve 8, a compressor 9, and a gas-liquid separator 11. And the opening / closing valve 60.

水素タンク1は、高圧の水素ガスが充填されており、エゼクタ2に対して水素を供給するものである。
エゼクタ2は、後記する逆止弁8から送られてくる燃料オフガスと水素タンク1から供給される水素ガスを混合し、その混合ガスを燃料ガスとして燃料電池3の燃料極(燃料電池3の左側:図示せず)へ送出するポンプである。
燃料電池3へ供給された燃料ガスは、その一部が発電に利用され、残りが燃料オフガスとして気液分離装置11に送られる。この燃料オフガスは、発電時の水素と酸素との反応により、熱と生成した水分(カソード極で生成したものが電解質膜を介して移動してきたもの)とを多量に含むこととなり、高温多湿な状態を有する。
The hydrogen tank 1 is filled with high-pressure hydrogen gas, and supplies hydrogen to the ejector 2.
The ejector 2 mixes a fuel off-gas sent from a check valve 8 to be described later and a hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 1, and uses the mixed gas as a fuel gas for the fuel electrode (the left side of the fuel cell 3). : Pump not shown).
Part of the fuel gas supplied to the fuel cell 3 is used for power generation, and the remainder is sent to the gas-liquid separator 11 as fuel off-gas. This fuel off-gas contains a large amount of heat and moisture generated by the reaction between hydrogen and oxygen during power generation (what is generated at the cathode electrode has moved through the electrolyte membrane), and is hot and humid. Have a state.

このような燃料オフガスが流入した気液分離装置11において、前記した動作に従い、含まれる液体(液滴)が除去される。このように除去された液体は、開閉バルブ60が適時動作することにより外部へ排出される。
気液分離装置11により除湿された燃料オフガスは、逆止弁8を経由して再びエゼクタ2に送られる。なお、逆止弁8は、気液分離装置11からエゼクタ2への方向には気体を通すが、その逆向きには気体を通さないバルブである。
In the gas-liquid separator 11 into which such fuel off-gas has flowed, the contained liquid (droplets) is removed according to the above-described operation. The liquid thus removed is discharged to the outside when the opening / closing valve 60 operates in a timely manner.
The fuel off-gas dehumidified by the gas-liquid separator 11 is sent again to the ejector 2 via the check valve 8. The check valve 8 is a valve that allows gas to flow in the direction from the gas-liquid separator 11 to the ejector 2 but does not allow gas to flow in the opposite direction.

コンプレッサ9は、酸素を含んだ外部の空気を適量取り込み、燃料電池3の空気極(燃料電池3の右側:図示せず)に供給するものである。
エア排気部7は、コンプレッサ9によって外部から取り入れられ、燃料電池3で使用した空気を排出するものである。
The compressor 9 takes in an appropriate amount of external air containing oxygen and supplies it to the air electrode of the fuel cell 3 (right side of the fuel cell 3: not shown).
The air exhaust unit 7 is taken in from the outside by the compressor 9 and discharges air used in the fuel cell 3.

以上のように本発明を適用した燃料電池自動車の燃料ガス供給システムでは、発電の過程において、循環する燃料オフガス中に混入する水分を、循環経路の途中に配置されている気液分離装置11により、高効率に排出することが可能である。しかも、この気液分離装置11は容積が小さいので、燃料電池自動車の複雑な設計レイアウトの自由度を制限することがない。さらに分離した液体を頻繁に排出する必要がないので、燃料である水素の使用を節約することができる。   As described above, in the fuel gas supply system for a fuel cell vehicle to which the present invention is applied, the moisture mixed in the circulating fuel off-gas in the process of power generation is removed by the gas-liquid separator 11 disposed in the middle of the circulation path. It is possible to discharge with high efficiency. Moreover, since the gas-liquid separator 11 has a small volume, it does not limit the degree of freedom of the complicated design layout of the fuel cell vehicle. Furthermore, since it is not necessary to discharge the separated liquid frequently, the use of hydrogen as a fuel can be saved.

以上の説明において、気体とは、燃料電池自動車に用いられる場合においては、水素ガスを主成分とする気体であるが、特に限定されることなく、空気等にも適用することができる。また、気体に含まれる液体とは、燃料電池自動車に用いられる場合においては、主に水であるが、これも特に限定されることなく、有機溶媒等にも適用することができる。さらにその液体の状態も、微細化して気体中に浮遊する液滴(ミスト)であったりする。また、本発明は燃料電池車以外にも、船舶やその他移動体に適用してもよい。
また、本発明において流路は、仕切部材50に設けられた隔壁(第1,第2,第3隔壁21,22,23等)により形成されていることとしたが、これらの隔壁はその他の部材(例えば、上面部材20、第1側枠部材30A等)に設けられるものであってもよい。さらに本発明においては、エゼクタ2を設置して水素ガスを循環しているが、ポンプを用いてもよい。
In the above description, the gas is a gas mainly composed of hydrogen gas when used in a fuel cell vehicle, but is not particularly limited and can be applied to air or the like. In addition, the liquid contained in the gas is mainly water when used in a fuel cell vehicle, but is not particularly limited and can be applied to an organic solvent or the like. Furthermore, the state of the liquid may be a droplet (mist) that is miniaturized and floats in the gas. In addition to the fuel cell vehicle, the present invention may be applied to ships and other moving objects.
In the present invention, the flow path is formed by partition walls (first, second, third partition walls 21, 22, 23, etc.) provided on the partition member 50. It may be provided on a member (for example, the upper surface member 20, the first side frame member 30A, etc.). Further, in the present invention, the ejector 2 is installed to circulate hydrogen gas, but a pump may be used.

本実施形態に係る気液分離装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the gas-liquid separator which concerns on this embodiment. (a)は本実施形態に係る気液分離装置の上面断面図、(b)はX−X縦断面図である。(A) is a top sectional view of a gas-liquid separation device concerning this embodiment, and (b) is an XX longitudinal section. ガイド部材の詳細を示す斜視図であるIt is a perspective view which shows the detail of a guide member. 本実施形態に係る気液分離装置の適用例を示す、燃料電池自動車の燃料ガス供給システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel gas supply system for a fuel cell vehicle, showing an application example of a gas-liquid separator according to the present embodiment. 従来の気液分離装置を示す、(a)上面図、(b)b−b縦断面図、(c)構成部品である仕切板の斜視図、である。It is the conventional gas-liquid separator, (a) Top view, (b) bb longitudinal cross-sectional view, (c) The perspective view of the partition plate which is a component.

符号の説明Explanation of symbols

11 気液分離装置
21 第1隔壁
21a 第1先端
22 第2隔壁
22a 第2先端
22b 屈曲
23 第3隔壁
24 並設隔壁
26 導出部
26a 返し部材
31 内側面
32 導入部
33 内部空間
33A 気液分離室(気体が流れる部屋)
33B 液溜室(液体が溜まる部屋)
41 排出部
50 仕切部材
50a 斜面
51 液落下孔(孔)
53 開口面
R 入力流路
S 第1コーナー流路(曲線路)
T 第2コーナー流路(曲線路)
U 第3コーナー流路(曲線路)
V 第4コーナー流路(曲線路)
W 出力流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Gas-liquid separator 21 1st partition 21a 1st front-end 22 2nd partition 22a 2nd front-end 22b Bending 23 3rd partition 24 Parallel partition 26 Lead-out part 26a Return member 31 Inner side surface 32 Introduction part 33 Internal space 33A Gas-liquid separation Chamber (room where gas flows)
33B Liquid reservoir (room where liquid is stored)
41 Discharge part 50 Partition member 50a Slope 51 Liquid drop hole (hole)
53 Opening surface R Input channel S First corner channel (curved path)
T Second corner channel (curved path)
U Third corner channel (curved path)
V Fourth corner channel (curved path)
W Output flow path

Claims (4)

気体が流れる部屋を有し、前記気体が流れる部屋で気体に含まれる液体を分離し、この分離した液体を前記気体が流れる部屋から排出する構成を備える気液分離装置において、
前記気体が流れる部屋には、複数の曲線路によって気体の導入部から気体の導出部に通じる気液分離用の流路が形成され、
前記曲線路の下流側には、前記分離した液体を排出する孔が形成されていることを特徴とする気液分離装置。
In a gas-liquid separation device comprising a chamber through which gas flows, a liquid contained in the gas is separated in the room through which the gas flows, and the separated liquid is discharged from the room through which the gas flows.
In the room through which the gas flows, a flow path for gas-liquid separation that leads from the gas inlet to the gas outlet is formed by a plurality of curved paths,
A gas-liquid separation device, wherein a hole for discharging the separated liquid is formed on the downstream side of the curved path.
前記流路は、小流路部と、小流路部よりも下流側に流路の断面積が小さい大流路部を有することを特徴とする請求項1に記載の気液分離装置。   The gas-liquid separation device according to claim 1, wherein the flow path includes a small flow path section and a large flow path section having a small cross-sectional area of the flow path on the downstream side of the small flow path section. 前記流路の前記気体の導入部の近傍における断面積は、前記流路の前記気体の導出部の近傍における断面積よりも小さいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の気液分離装置。   3. The gas-liquid according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the flow path in the vicinity of the gas introduction portion is smaller than a cross-sectional area of the flow path in the vicinity of the gas introduction portion. Separation device. 前記孔には、気体が流れる方向に交わる開口面を有するガイド部材が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の気液分離装置。   The gas-liquid separation device according to any one of claims 1 to 3, wherein a guide member having an opening surface that intersects with a direction in which gas flows is formed in the hole.
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