JP2008235051A - Gas-liquid separator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas-liquid separator capable of carrying out drainage appropriately without detecting a water level in a tank, and controlling timing to carry out discharge of formed water by only one sensor. <P>SOLUTION: This is the gas-liquid separator A to separate water mixed in an anode off gas from a fuel cell stack 10 from the anode off gas, and equipped with a tank to separate water from the anode off gas, a drain valve 26 to discharge water from the tank 25, a piping P7 to connect the tank 25 and the drain valve 26, a water detection sensor 29 which is installed at the piping P7 on the upstream side of the drain valve 26 and detects with or without of water, and ECU 51 to control a discharge amount of water in the drain valve 26 based on a detecting signal from the water detection sensor 29. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムで使用される気液分離装置に関する。   The present invention relates to a gas-liquid separator used in a fuel cell system.

燃料電池システムで使用される気液分離装置は、燃料電池が水素と酸素との電気化学反応によって起電力を発生する際に副生する水(生成水)を分離するものである。この生成水は、燃料電池からオフガスとともに排出される。この生成水は、燃料電池システムにおける燃料ガス(酸素、および水素)の流れを阻害する場合があるために、所定の気液分離装置でオフガスから分離される。   A gas-liquid separation device used in a fuel cell system separates water (product water) by-produced when the fuel cell generates an electromotive force by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. This generated water is discharged from the fuel cell together with the offgas. Since this generated water may obstruct the flow of fuel gas (oxygen and hydrogen) in the fuel cell system, it is separated from off-gas by a predetermined gas-liquid separator.

従来、気液分離装置としては、燃料電池からのオフガスを流通させる配管に設けられたものが知られており、分離した生成水を貯留するタンクと、タンクから生成水を排水する配管と、この配管に設けられたドレンバルブとを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。そして、この気液分離装置は、タンクの上方と下方のそれぞれに水位検知センサを備えており、上方の水位検知センサは、タンクの上限水位を検知する位置に配置され、下方の水位検知センサは、タンクの下限水位を検知する位置に配置されている。
このような気液分離装置では、上方の水位検知センサがタンクからの排水を開始するタイミングを決定するセンサとして使用され、下方の水位検知センサがタンクからの排水を終了するタイミングを決定するセンサとして使用されている。
特開2005−50554号公報
Conventionally, as a gas-liquid separation device, one provided in a pipe for circulating off-gas from a fuel cell is known. A tank for storing separated generated water, a pipe for draining the generated water from the tank, What is provided with the drain valve provided in piping is known (for example, refer patent document 1). The gas-liquid separation device includes water level detection sensors above and below the tank. The upper water level detection sensor is disposed at a position for detecting the upper limit water level of the tank, and the lower water level detection sensor is The tank is disposed at a position where the lower limit water level is detected.
In such a gas-liquid separator, the upper water level detection sensor is used as a sensor for determining the timing for starting drainage from the tank, and the lower water level detection sensor is used for determining the timing for ending drainage from the tank. in use.
JP 2005-50554 A

しかしながら、従来の気液分離装置(例えば、特許文献1参照)では、貯留タンクから排水を開始するタイミングと、終了するタイミングとが、タンクの水位を検知することで決定されているために、次のような問題が生じるおそれがある。   However, in the conventional gas-liquid separator (see, for example, Patent Document 1), the timing for starting drainage from the storage tank and the timing for ending the drainage are determined by detecting the water level in the tank. Such a problem may occur.

まず、この気液分離装置は、車両等に搭載される燃料電池システムに使用されると、車両等が傾いた際に、または車両等の加速時や減速時に貯留タンク内の水位が変動する。その結果、この気液分離装置は、排水とその終了のタイミングが正確に決定されない場合があって、その信頼性が充分でないという問題がある。   First, when this gas-liquid separator is used in a fuel cell system mounted on a vehicle or the like, the water level in the storage tank fluctuates when the vehicle or the like tilts or when the vehicle or the like accelerates or decelerates. As a result, this gas-liquid separator has a problem that the drainage and the timing of its termination may not be accurately determined, and its reliability is not sufficient.

また、従来の気液分離装置では、タンクから排水を開始するタイミングが、水を上方の水位検知センサが検知することで決定されることから、タンク内には、定常時においても上限近くまで生成水が貯まっている場合がある。その一方で、燃料電池の発電量が急激に増大すると、副生した生成水の量も急激に増大することとなる。そして、タンク内で上限まで生成水が貯まっている場合に、生成水の量が急激に増大すると、タンクからの排水が追いつかずに生成水が貯留タンクから溢れるおそれがある。つまり、この気液分離装置は、生成水の取り溢しが生じる場合があり、補水能力が低下するという問題がある。   Also, in the conventional gas-liquid separator, the timing to start draining from the tank is determined by the water detected by the upper water level detection sensor. Water may have accumulated. On the other hand, when the amount of power generated by the fuel cell increases rapidly, the amount of by-produced water also increases abruptly. When the generated water is stored up to the upper limit in the tank, if the amount of generated water increases rapidly, the waste water from the tank may not catch up and the generated water may overflow from the storage tank. That is, this gas-liquid separation device may cause overflow of produced water, resulting in a problem that the water replenishment capability is reduced.

また、従来の気液分離装置では、タンクから排水を終了するタイミングが、下方の水位検知センサが水を検知することで決定されることから、タンク内の生成水が、定常時においても下限近くまで少なくなっている場合がある。その一方で、前記したように、車両等に使用されるものでは、水位が変動するために、タンク内の水位が下限水位より低くなっていても排水が継続される場合がある。その結果、この気液分離装置は、排水後に続いて水素等のオフガスがタンクを通じて燃料システムの系外に排出される場合があり、特に、オフガス中の未反応の水素を循環利用する燃料システムでは、燃料ガスの利用効率が低下するという問題がある。   In addition, in the conventional gas-liquid separator, the timing for ending drainage from the tank is determined by detecting water by the lower water level detection sensor, so that the generated water in the tank is close to the lower limit even in steady state. It may be less. On the other hand, as described above, since the water level fluctuates in a vehicle or the like, drainage may continue even if the water level in the tank is lower than the lower limit water level. As a result, in this gas-liquid separator, off-gas such as hydrogen may be discharged out of the fuel system through the tank following drainage, especially in a fuel system that circulates and uses unreacted hydrogen in the off-gas. There is a problem that the utilization efficiency of fuel gas is lowered.

また、従来の気液分離装置では、前記した生成水の取り溢しや、水素等のオフガスが燃料システムの系外に排出されることを防止するために、タンクを大きくすることが考えられる。しかしながら、このことは気液分離装置の大型化および重量化に繋がる。   Further, in the conventional gas-liquid separator, it is conceivable to enlarge the tank in order to prevent the overflow of the generated water and the off-gas such as hydrogen being discharged out of the fuel system. However, this leads to an increase in size and weight of the gas-liquid separator.

また、従来の気液分離装置は、タンクに設けられた2つの水位検知センサを備えているので、これらのセンサの制御が複雑になるとともに、気液分離装置自体の製造コストが高くなる問題もある。
以上のように、従来の気液分離装置では、タンク内の水位を検知することなく的確に排水を行うことができ、1つのセンサのみで生成水の排出を行うタイミングを制御することができる気液分離装置が望まれていた。
In addition, since the conventional gas-liquid separation device includes two water level detection sensors provided in the tank, there is a problem that the control of these sensors becomes complicated and the manufacturing cost of the gas-liquid separation device itself increases. is there.
As described above, in the conventional gas-liquid separator, the water can be drained accurately without detecting the water level in the tank, and the timing at which the generated water is discharged can be controlled by only one sensor. A liquid separator was desired.

そこで、本発明の課題は、タンク内の水位を検知することなく的確に排水を行うことができ、1つのセンサのみで生成水の排出を行うタイミングを制御することができる気液分離装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas-liquid separation device that can accurately drain water without detecting the water level in the tank, and can control the timing of discharging generated water with only one sensor. There is to do.

前記課題を解決する発明は、燃料電池からのガスに混在する液体を前記ガスから分離するための気液分離装置であって、前記ガスから前記液体を分離するタンクと、前記液体を前記タンクから排出するドレン機構と、前記タンクと前記ドレン機構とを接続する排出管部と、前記ドレン機構の上流側で前記排出管部に設けられて前記液体の存在の有無を検知する液体検知手段と、前記液体検知手段からの検知信号に基づいて、前記ドレン機構での前記液体の排出量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
この気液分離装置では、従来の気液分離装置(例えば、特許文献1参照)と異なって、水の検知をタンク内の水位ではなく、排出管部に水が存在するか否かで排水のタイミングとその排水の終了のタイミングを決定しているので、タンク内の水位を検知する必要がない。その結果、本発明の気液分離装置は、気液分離装置が傾斜等によって水位が変動したとしても的確に排水を行うことができる。
また、この気液分離装置では、排出管部に水が存在するか否かで排水のタイミングとその排水の終了のタイミングを決定しているので、1つの前記液体検知手段で前記タイミングを制御することができる。
The invention for solving the above-mentioned problems is a gas-liquid separation device for separating a liquid mixed in a gas from a fuel cell from the gas, the tank separating the liquid from the gas, and the liquid from the tank. A drain mechanism for discharging, a discharge pipe portion connecting the tank and the drain mechanism, and a liquid detection means provided on the discharge pipe portion on the upstream side of the drain mechanism to detect the presence or absence of the liquid; Control means for controlling the discharge amount of the liquid in the drain mechanism based on a detection signal from the liquid detection means.
In this gas-liquid separator, unlike the conventional gas-liquid separator (see, for example, Patent Document 1), the detection of water is not based on the water level in the tank, but on the basis of whether water is present in the discharge pipe or not. Since the timing and the timing of the end of drainage are determined, it is not necessary to detect the water level in the tank. As a result, the gas-liquid separation device of the present invention can perform drainage accurately even if the water level fluctuates due to the inclination of the gas-liquid separation device.
Further, in this gas-liquid separator, the timing of drainage and the timing of termination of the drainage are determined depending on whether or not water is present in the discharge pipe portion, so the timing is controlled by one liquid detection means. be able to.

このような気液分離装置においては、前記ドレン機構は、ドレンバルブであって、前記制御手段は、前記検知信号によって前記液体が存在していると判定したときは、前記ドレンバルブを開放するように制御する構成であってもよい。   In such a gas-liquid separator, the drain mechanism is a drain valve, and the control means opens the drain valve when it is determined by the detection signal that the liquid is present. It may be configured to be controlled.

また、このような気液分離装置においては、前記ドレン機構は、ドレンバルブであって、前記制御手段は、前記検知信号によって前記液体が存在していないと判定したときは、前記ドレンバルブを閉鎖するように制御する構成であってもよい。   Further, in such a gas-liquid separation device, the drain mechanism is a drain valve, and the control means closes the drain valve when it is determined by the detection signal that the liquid is not present. It may be configured to control so as to.

また、このような気液分離装置においては、前記液体検知手段から前記ドレン機構までの前記排出管部の容量は、前記液体検知手段によって前記液体が存在していないことが検知されてから前記ドレン機構が動作するまでの応答時間で、前記排出管部内の前記ガスが前記ドレン機構に到達しない容積に設定されていることが望ましい。   In such a gas-liquid separator, the capacity of the discharge pipe section from the liquid detection means to the drain mechanism is determined after the liquid detection means detects that the liquid is not present. It is desirable that the volume in which the gas in the discharge pipe portion does not reach the drain mechanism in response time until the mechanism operates.

また、このような気液分離装置においては、前記液体検知手段から前記ドレン機構までの前記排出管部の容量は、前記燃料電池からの前記ガスの流量が最大となる状態が、前記液体検知手段によって前記液体の存在の有無が確定される時間を経過するまで継続して前記液体が存在していないことが検知されたときに、前記時間で前記排出管部内の前記ガスが前記ドレン機構に到達しない容積に設定されていることが望ましい。   In such a gas-liquid separation device, the capacity of the discharge pipe section from the liquid detection means to the drain mechanism is such that the flow rate of the gas from the fuel cell is maximized. When it is detected that the liquid does not exist continuously until the time when the presence / absence of the liquid is determined is passed, the gas in the discharge pipe portion reaches the drain mechanism at the time. It is desirable that the volume is not set.

また、このような気液分離装置においては、前記タンクと前記排出管部との接続部から前記液体検知手段までの前記排出管部の容量は、前記燃料電池からの前記ガスの流量が最大となる状態が、前記液体検知手段によって前記液体の存在の有無が確定されるまでの時間を経過するまで継続して前記液体が存在していることが検知されたときに、前記時間で前記タンク側から前記排出管部に流れ込む前記液体が前記接続部に到達しない容積に設定されていることが望ましい。   Further, in such a gas-liquid separator, the capacity of the discharge pipe part from the connection part between the tank and the discharge pipe part to the liquid detection means is such that the flow rate of the gas from the fuel cell is maximum. When it is detected that the liquid is continuously present until the time until the presence or absence of the liquid is determined by the liquid detection means elapses. It is desirable that the volume of the liquid flowing into the discharge pipe portion from the inside does not reach the connection portion.

また、このような気液分離装置においては、前記ドレン機構は、ドレンバルブであって、前記制御手段は、前記液体検知手段によって前記液体の存在の有無が確定される時間を経過するまでは、前記ドレンバルブの開放を禁止するように構成することができる。   Further, in such a gas-liquid separator, the drain mechanism is a drain valve, and the control means until the time when the presence or absence of the liquid is determined by the liquid detection means has elapsed. The drain valve can be prohibited from being opened.

本発明の気液分離装置によれば、タンク内の水位を検知することなく的確に排水を行うことができ、1つのセンサのみで生成水の排出を行うタイミングを制御することができる。   According to the gas-liquid separator of the present invention, water can be drained accurately without detecting the water level in the tank, and the timing at which the generated water is discharged can be controlled with only one sensor.

以下、本発明の気液分離装置における一実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は、本実施形態の気液分離装置を使用した燃料電池システムの全体構成図である。図2は、本実施形態の気液分離装置の構成を説明するための模式図である。ここでは、まず本実施形態の気液分離装置を使用した燃料電池システムについて説明した後に、気液分離装置について説明する。   Hereinafter, an embodiment of the gas-liquid separator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system using the gas-liquid separation device of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the gas-liquid separation device of the present embodiment. Here, after first describing the fuel cell system using the gas-liquid separator of the present embodiment, the gas-liquid separator will be described.

図1に示すように、本実施形態での燃料電池システム1は、燃料電池スタック10、アノード系20、カソード系30、希釈系40、制御系50などを含んで構成されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to this embodiment includes a fuel cell stack 10, an anode system 20, a cathode system 30, a dilution system 40, a control system 50, and the like.

前記燃料電池スタック10は、周知のとおり、固体高分子からなる電解質膜11を、触媒を含むアノード12と、触媒を含むカソード13とで挟み、さらに一対の導電性のセパレータ14,15で挟んで構成した単セルを有し、図示しないがこの単セルを厚み方向に複数積層することにより構成されている。この燃料電池スタック10では、後記するように、アノード12側に供給される水素(水素)と、カソード13側に供給される空気(酸素:酸化剤)との電気化学反応によって起電力を発生するとともに、その電力は、負荷に供給されることとなる。ちなみに、負荷とは、車両であれば、走行モータ、蓄電装置(例えば、キャパシタやバッテリ)、エアコンプレッサ31等の補機類などである。   As is well known, the fuel cell stack 10 includes an electrolyte membrane 11 made of a solid polymer sandwiched between an anode 12 containing a catalyst and a cathode 13 containing a catalyst, and further sandwiched between a pair of conductive separators 14 and 15. Although it has the comprised single cell, although not shown in figure, it is comprised by laminating | stacking multiple this single cell in the thickness direction. In the fuel cell stack 10, as will be described later, an electromotive force is generated by an electrochemical reaction between hydrogen (hydrogen) supplied to the anode 12 side and air (oxygen: oxidant) supplied to the cathode 13 side. At the same time, the electric power is supplied to the load. Incidentally, if it is a vehicle, the load is a traveling motor, a power storage device (for example, a capacitor or a battery), an auxiliary machine such as an air compressor 31, and the like.

前記アノード系20は、水素を燃料電池スタック10のアノード12に供給するとともにアノード12から水素を排出する系であり、水素タンク21、水素遮断弁22、レギュレータ23、エゼクタ24、およびパージ弁27、ならびに後記する気液分離装置Aを備えている。   The anode system 20 is a system that supplies hydrogen to the anode 12 of the fuel cell stack 10 and discharges hydrogen from the anode 12, and includes a hydrogen tank 21, a hydrogen cutoff valve 22, a regulator 23, an ejector 24, and a purge valve 27, In addition, a gas-liquid separator A described later is provided.

前記水素遮断弁22は、例えば電磁作動式のものであり、水素タンク21の出口に設けられている。また、水素遮断弁22は、所定の配管で水素タンク21と接続されている。なお、水素遮断弁22は、水素タンク21と一体に構成されたインタンク式のものであってもよい。   The hydrogen shut-off valve 22 is, for example, an electromagnetically operated type, and is provided at the outlet of the hydrogen tank 21. The hydrogen shut-off valve 22 is connected to the hydrogen tank 21 through a predetermined pipe. The hydrogen shut-off valve 22 may be an in-tank type configured integrally with the hydrogen tank 21.

前記レギュレータ23は、水素遮断弁22の下流側に設けられ、水素タンク21から供給された高圧の水素ガスを燃料電池スタック10に供給するのに適した圧力に減圧する機能を有している。また、レギュレータ23は、所定の配管で水素遮断弁22と接続されている。   The regulator 23 is provided on the downstream side of the hydrogen shut-off valve 22 and has a function of reducing the pressure of the high-pressure hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 21 to a pressure suitable for supplying the fuel cell stack 10. The regulator 23 is connected to the hydrogen cutoff valve 22 by a predetermined pipe.

前記エゼクタ24は、アノード12側から排出された未反応の水素を、燃料電池スタック10のアノード12に再循環させるための真空ポンプの一種である。また、エゼクタ24は、所定の配管でレギュレータ23と接続されるとともに、燃料電池スタック10のアノード12側の入口と接続されている。   The ejector 24 is a kind of vacuum pump for recirculating unreacted hydrogen discharged from the anode 12 side to the anode 12 of the fuel cell stack 10. In addition, the ejector 24 is connected to the regulator 23 through a predetermined pipe and is connected to the inlet on the anode 12 side of the fuel cell stack 10.

前記パージ弁27は、水素循環経路Cを形成する配管P3から分岐する配管P4の途中に設けられ、適宜開弁してアノード系20に蓄積された不純物を排出する機能を有している。ちなみに、水素循環経路Cは、エゼクタ24と燃料電池スタック10のアノード12側の入口とを接続する配管P1と、燃料電池スタック10のアノード12側の出口と後記する気液分離装置Aのタンク25とを接続する配管P2と、タンク25とエゼクタ24とを接続する配管P3とで形成されている。   The purge valve 27 is provided in the middle of the pipe P4 branched from the pipe P3 that forms the hydrogen circulation path C, and has a function of opening the valve as appropriate to discharge impurities accumulated in the anode system 20. Incidentally, the hydrogen circulation path C includes a pipe P1 connecting the ejector 24 and the inlet of the fuel cell stack 10 on the anode 12 side, an outlet of the fuel cell stack 10 on the anode 12 side, and a tank 25 of the gas-liquid separator A described later. And a pipe P3 connecting the tank 25 and the ejector 24 to each other.

前記カソード系30は、空気(酸素)を燃料電池スタック10のカソード13に供給するとともに、カソード13から空気などを排出する系であり、エアコンプレッサ31、および加湿器32を備えている。   The cathode system 30 is a system that supplies air (oxygen) to the cathode 13 of the fuel cell stack 10 and exhausts air and the like from the cathode 13, and includes an air compressor 31 and a humidifier 32.

前記エアコンプレッサ31は、モータにより駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、車外の空気(外気)を取り込んで圧縮してカソード13に供給する機能を有している。   The air compressor 31 is composed of a supercharger or the like driven by a motor, and has a function of taking air outside the vehicle (outside air), compressing it, and supplying it to the cathode 13.

前記加湿器32は、例えば、複数の水透過性の膜を束ねてケースに収容した中空糸膜モジュールを備え、中空糸膜の内側と外側の一側にエアコンプレッサ31からの空気を流通させ、他側に燃料電池スタック10のカソード13から排出された排出オフガス(湿潤な空気、生成水)を流通させることにより、エアコンプレッサ31からの空気を加湿する機能を有している。   The humidifier 32 includes, for example, a hollow fiber membrane module in which a plurality of water permeable membranes are bundled and accommodated in a case, and air from the air compressor 31 is circulated on one side of the inside and outside of the hollow fiber membrane, The other side has a function of humidifying the air from the air compressor 31 by circulating the exhaust off-gas (wet air, generated water) discharged from the cathode 13 of the fuel cell stack 10.

前記希釈系40は、燃料電池スタック10から排出された水素を希釈する機能を有し、希釈装置41を備えている。この希釈装置41は、配管P5で加湿器32と接続され、燃料電池スタック10のカソード13から排出された空気を滞留させる滞留室(図示せず)を有している。また、希釈装置41は、配管P6で後記する気液分離装置Aのドレンバルブ26と接続されるとともに、配管P4で前記パージ弁27と接続されている。これにより、パージ弁27から排出された水素が、希釈装置41内に滞留した空気によって規定水素濃度に希釈された後に系外(車外)に排出されるようになっている。   The dilution system 40 has a function of diluting hydrogen discharged from the fuel cell stack 10 and includes a dilution device 41. The dilution device 41 is connected to the humidifier 32 by a pipe P5 and has a retention chamber (not shown) that retains the air discharged from the cathode 13 of the fuel cell stack 10. The dilution device 41 is connected to a drain valve 26 of a gas-liquid separation device A, which will be described later, by a pipe P6, and is connected to the purge valve 27 by a pipe P4. As a result, the hydrogen discharged from the purge valve 27 is diluted to the specified hydrogen concentration by the air staying in the dilution device 41 and then discharged outside the system (outside the vehicle).

前記制御系50は、ECU51(Electronic Control Unit、電子制御装置)を備えている。このECU51は、燃料電池システム1の制御を総括的に行うように構成されており、特に、次に説明する気液分離装置Aの水検知センサ29からの検知信号に基づいて、気液分離装置Aのドレンバルブ26を後記する手順で制御するように構成されている。このECU51は、特許請求の範囲にいう「制御手段」に相当し、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、プログラムなどで構成されている。また、ECU51は、後記するように、水検知センサ29からの検知信号に基づいて水の存在の有無を確定する所定の時間(以下、単に「確定時間」ということもある)をカウントするためのタイマを備えている。ちなみに、ECU51は、水の存在を検知する検知信号を、確定時間を経過するまで入力したときに、水が存在すると確定し、水の存在を検知しない検知信号を、確定時間を経過するまで入力したときに、水が存在しないと確定する。なお、ここでの「水の存在を検知しない検知信号」とは、水の存在を検知する検知信号が入力されない場合(無信号)も含められる。このような確定時間は、本実施形態では500m秒程度に設定されている。   The control system 50 includes an ECU 51 (Electronic Control Unit). The ECU 51 is configured to collectively control the fuel cell system 1, and in particular, based on a detection signal from a water detection sensor 29 of the gas-liquid separator A described below, the gas-liquid separator The drain valve 26 of A is configured to be controlled according to the procedure described later. The ECU 51 corresponds to “control means” in the claims, and includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, a program, and the like. Further, as will be described later, the ECU 51 counts a predetermined time for determining the presence / absence of water based on a detection signal from the water detection sensor 29 (hereinafter, also simply referred to as “determination time”). A timer is provided. Incidentally, when the detection signal for detecting the presence of water is input until the determination time has elapsed, the ECU 51 determines that water is present, and inputs the detection signal for not detecting the presence of water until the determination time has elapsed. Confirm that there is no water. The “detection signal that does not detect the presence of water” here includes a case where a detection signal that detects the presence of water is not input (no signal). Such a fixed time is set to about 500 milliseconds in the present embodiment.

次に、本実態形態の気液分離装置Aについて説明する。
図1に示すように、気液分離装置Aは、燃料電池スタック10が前記したように起電力を発生した際に副生する水(生成水)を分離するものである。この水は、特許請求の範囲にいう「液体」に相当する。ちなみに、この水は、カソード13側で副生し、主に、カソード13側に接続された配管P5を介してカソードオフガス(空気)とともに燃料電池スタック10から排出される。そして、水を含んだカソードオフガスは、希釈装置41を介して系外(車外)に排出される。
Next, the gas-liquid separation device A of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the gas-liquid separator A separates water (product water) by-produced when the fuel cell stack 10 generates an electromotive force as described above. This water corresponds to the “liquid” in the claims. Incidentally, this water is by-produced on the cathode 13 side, and is mainly discharged from the fuel cell stack 10 together with the cathode offgas (air) via the pipe P5 connected to the cathode 13 side. Then, the cathode off-gas containing water is discharged out of the system (outside the vehicle) through the diluting device 41.

その一方で、カソード13側から電解質膜11を透過してアノード12側に移動(リーク)した水は、アノード12側の出口に接続された配管P2を介してアノードオフガス(水素)とともに燃料電池スタック10から排出される。
本実施形態では、アノードオフガスに混在する水をアノードオフガスから分離するための気液分離装置Aについて説明する。なお、このアノードオフガスは、特許請求の範囲にいう「ガス」に相当する。
On the other hand, the water that has permeated the electrolyte membrane 11 from the cathode 13 side and moved (leaked) to the anode 12 side together with the anode offgas (hydrogen) through the pipe P2 connected to the outlet on the anode 12 side is the fuel cell stack. 10 is discharged.
In the present embodiment, a gas-liquid separator A for separating water mixed in the anode off gas from the anode off gas will be described. The anode off gas corresponds to “gas” in the claims.

この気液分離装置Aは、タンク25と、ドレンバルブ26と、タンク25とドレンバルブ26とを接続する配管P7と、ドレンバルブ26の上流側で配管P7に設けられた水検知センサ29と、前記したECU51とで主に構成されている。なお、ドレンバルブ26は、特許請求の範囲にいう「ドレン機構」に相当し、配管P7は、「排出管部」に相当し、水検知センサ29は、「液体検知手段」に相当する。   The gas-liquid separator A includes a tank 25, a drain valve 26, a pipe P7 connecting the tank 25 and the drain valve 26, a water detection sensor 29 provided in the pipe P7 on the upstream side of the drain valve 26, The ECU 51 is mainly configured. The drain valve 26 corresponds to a “drain mechanism” in the claims, the pipe P7 corresponds to a “discharge pipe part”, and the water detection sensor 29 corresponds to a “liquid detection unit”.

図2に示すように、前記タンク25は、燃料電池スタック10のアノード12側から配管P2を介して導入されるアノードオフガス(水素)から水を分離するものである。そして、このタンク25は、水を分離した後のアノードオフガスを、配管P3、および配管P1を介してアノード12に戻すようになっている。なお、図2では、配管P3と配管P1との間に配置されるエゼクタ24(図1参照)の図示を省略している。
また、タンク25は、アノードオフガスから分離した水を、配管P7、ドレンバルブ26、および配管P6を介して希釈装置41に排出するようになっている。
As shown in FIG. 2, the tank 25 separates water from the anode off-gas (hydrogen) introduced from the anode 12 side of the fuel cell stack 10 via the pipe P2. And this tank 25 returns the anode off gas after separating water to the anode 12 via the piping P3 and the piping P1. 2, illustration of the ejector 24 (refer FIG. 1) arrange | positioned between the piping P3 and the piping P1 is abbreviate | omitted.
The tank 25 discharges water separated from the anode off gas to the diluting device 41 through the pipe P7, the drain valve 26, and the pipe P6.

ドレンバルブ26は、配管P7と配管P6との間に配置されており、後記するように、ECU51から出力される開指令信号、および閉指令信号に応じて開閉する電磁弁等の開閉弁で構成されている。   The drain valve 26 is disposed between the pipe P7 and the pipe P6, and is configured by an open command signal output from the ECU 51 and an open / close valve such as an electromagnetic valve that opens and closes in response to the close command signal, as will be described later. Has been.

水検知センサ29は、配管P7内における水(生成水)の存在の有無を検知するとともに、その検知信号をECU51(図1参照)に出力するようになっている。この水検知センサ29としては、水を検知するものであれば特に制限はなく、例えば静電容量式センサ、超音波式センサ等が挙げられる。なお、この水検知センサ29は、配管P7の内壁面に付着した水滴や水膜を検知せずに、配管P7内を満たすように流れる水を検知するようにその感度が調節されている。   The water detection sensor 29 detects the presence or absence of water (produced water) in the pipe P7 and outputs a detection signal to the ECU 51 (see FIG. 1). The water detection sensor 29 is not particularly limited as long as it detects water, and examples thereof include a capacitance sensor and an ultrasonic sensor. The sensitivity of the water detection sensor 29 is adjusted so as to detect water flowing so as to fill the inside of the pipe P7 without detecting water droplets or a water film adhering to the inner wall surface of the pipe P7.

本実施形態での配管P7は、水検知センサ29からドレンバルブ26までの容量V1、およびタンク25と配管P7との接続部からドレンバルブ26までの容量V2が次のように設定されている。   In the pipe P7 in the present embodiment, the capacity V1 from the water detection sensor 29 to the drain valve 26 and the capacity V2 from the connecting portion between the tank 25 and the pipe P7 to the drain valve 26 are set as follows.

前記容量V1は、水検知センサ29で配管P7内に水が存在していないことが検知されてからドレンバルブ26が動作するまでの応答時間、言い換えれば、ドレンバルブ26が閉鎖されるまでに、配管P7内のアノードオフガスがドレンバルブ26に到達しない容積に設定されている。つまり、容量V1は、ドレンバルブ26からアノードオフガスがより確実に排出されない容量に設定されている。   The capacity V1 is a response time from when the water detection sensor 29 detects that no water is present in the pipe P7 until the drain valve 26 operates, in other words, until the drain valve 26 is closed. The volume is set such that the anode off gas in the pipe P7 does not reach the drain valve 26. That is, the capacity V1 is set to a capacity at which the anode off gas is not discharged more reliably from the drain valve 26.

そして、容量V1は、燃料電池スタック10のアノード12(図2参照)側からタンク25(図2参照)に流れ込むアノードオフガスの流量が最大となる状態で、言い換えれば、タンク25(図2参照)で分離される水の量が最大となるときに、アノードオフガスをドレンバルブ26から排出せずに、しかも水を効率よく排出できる容量に設定されている。
詳しくは後記するが、容量V1は、図3(c)に示すように、前記した確定時間tを経過するまで継続して配管P7内に水Wが存在していないことが検知されたときに、その確定時間tで配管P7内のアノードオフガスGがドレンバルブ26に到達しない容積に設定されている。
The capacity V1 is a state in which the flow rate of the anode off gas flowing into the tank 25 (see FIG. 2) from the anode 12 (see FIG. 2) side of the fuel cell stack 10 is maximized, in other words, the tank 25 (see FIG. 2). When the amount of water separated in (1) becomes the maximum, the anode off-gas is not discharged from the drain valve 26, and the capacity is set such that water can be efficiently discharged.
Although the details will be described later, the capacity V1, as shown in FIG. 3 (c), when it is not water W is present in the pipe P7 continues until after the settling time t 1 described above is detected the anode off-gas G in the pipe P7 is set to a volume that does not reach the drain valve 26 at its settling time t 1.

前記容量V2は、燃料電池スタック10のアノード12(図2参照)側からタンク25(図2参照)に流れ込むアノードオフガスの流量が最大となる状態で、言い換えれば、タンク25(図2参照)で分離される水の量が最大となるときに、水が配管P7からタンク25側に溢れ出ない容量に設定されている。
詳しくは後記するが、図3(f)に示すように、容量V2は、ドレンバルブ26が閉鎖された状態で、前記した確定時間tを経過するまで継続して配管P7内に水Wが存在していることが検知されたときに、その確定時間tでタンク25側から配管P7内に流れ込む水が、タンク25と配管P7との接合部に到達しない容積に設定されている。
The capacity V2 is a state in which the flow rate of the anode off gas flowing from the anode 12 (see FIG. 2) side of the fuel cell stack 10 into the tank 25 (see FIG. 2) is maximized, in other words, in the tank 25 (see FIG. 2). When the amount of water to be separated becomes the maximum, the capacity is set such that the water does not overflow from the pipe P7 to the tank 25 side.
The details will be described later, but as shown in FIG. 3 (f), the volume V2, while the drain valve 26 is closed, the water W in the piping P7 continues until after the settling time t 1 described above is when it is present is detected, the water in the settling time t 1 flows from the tank 25 side to the pipe P7 is set to a volume that does not reach the junction between the tank 25 and the pipe P7.

次に、気液分離装置Aの動作について説明する。ここで参照する図3(a)から図3(f)は、ドレンバルブ26(ドレン機構)の動作との関係で配管P7(排出管部)を流れる水とアノードオフガスの挙動を示す模式図であり、図3(g)は、図3(a)から図3(f)に示す水とアノードオフガスの挙動に対応付けた、ドレンバルブ26の開閉のタイミング(ドレン機構の動作のタイミング)を示すタイムチャートである。図4は、ECU51(制御手段)の動作手順を示すフローチャートである。   Next, the operation of the gas-liquid separator A will be described. FIGS. 3A to 3F referred to here are schematic diagrams showing the behavior of water and anode off-gas flowing through the pipe P7 (discharge pipe portion) in relation to the operation of the drain valve 26 (drain mechanism). Yes, FIG. 3 (g) shows the opening / closing timing of the drain valve 26 (the timing of the operation of the drain mechanism) in correspondence with the behavior of water and anode off-gas shown in FIGS. 3 (a) to 3 (f). It is a time chart. FIG. 4 is a flowchart showing an operation procedure of the ECU 51 (control means).

まず、燃料電池システム1(図1参照)が起動して発電を開始すると、前記したように、図2に示す配管P2を介して水を含むアノードオフガスがタンク25内に送り込まれる。そして、図2に示すタンク25は、アノードオフガスから水を分離した後に、配管P3を介してアノードオフガスをアノード12側に戻すとともに、水を配管P7内に送り込む。   First, when the fuel cell system 1 (see FIG. 1) is activated to start power generation, as described above, the anode off gas containing water is sent into the tank 25 through the pipe P2 shown in FIG. The tank 25 shown in FIG. 2 separates water from the anode off gas, and then returns the anode off gas to the anode 12 side through the pipe P3 and feeds water into the pipe P7.

この気液分離装置Aにおいて、例えば、図3(a)に示すように、水Wと、アノードオフガスGとが配管P7に送り込まれた状態を想定する。さらに詳しく言うと、図3(a)に示す状態(以下、「(a)状態」という)では、配管P7に送り込まれた水Wは、ドレンバルブ26から排出されている。つまり、水検知センサ29は、水Wの存在を検知した検知信号をECU51(図1参照)に出力し、ECU51は、その検出信号を前記した確定時間tを経過しても入力し続けてその存在を確定した状態である。したがって、この(a)状態では、図3(g)に示すように、ドレンバルブ26が開かれた状態となっている。なお、この水Wに続いて配管P7に送り込まれたアノードオフガスGは、水検知センサ29の上流側に位置しており、その存在は水検知センサ29で検知されていない。 In this gas-liquid separator A, for example, as shown in FIG. 3A, it is assumed that the water W and the anode off gas G are fed into the pipe P7. More specifically, in the state shown in FIG. 3A (hereinafter referred to as “(a) state”), the water W fed into the pipe P <b> 7 is discharged from the drain valve 26. In other words, the water detection sensor 29 outputs a detection signal for detecting the presence of the water W to the ECU 51 (see FIG. 1), and the ECU 51 continues to input the detection signal even after the fixed time t 1 has passed. It is in a state where its existence is confirmed. Therefore, in this (a) state, as shown in FIG. 3 (g), the drain valve 26 is open. The anode off gas G sent to the pipe P <b> 7 following this water W is located on the upstream side of the water detection sensor 29, and its presence is not detected by the water detection sensor 29.

次に、図3(b)に示すように、水Wがドレンバルブ26から排出されることで、水検知センサ29の位置にアノードオフガスGが到達すると、水検知センサ29は、水の存在を検知しない検知信号をECU51(図1参照)に出力する。ちなみに、ECU51は、確定時間tが経過するまでは、その存在を確定しない。つまり、この図3(b)に示す状態(以下、「(b)状態」という)でのECU51は、図3(g)に示すように、ドレンバルブ26を開放した状態となっている。 Next, as shown in FIG. 3 (b), when the water W is discharged from the drain valve 26 and the anode off gas G reaches the position of the water detection sensor 29, the water detection sensor 29 detects the presence of water. A detection signal that is not detected is output to the ECU 51 (see FIG. 1). By the way, ECU51 is, until the settling time t 1 has elapsed, not to confirm its existence. That is, the ECU 51 in the state shown in FIG. 3B (hereinafter referred to as “(b) state”) is in a state in which the drain valve 26 is opened as shown in FIG.

そして、図3(c)に示すように、確定時間tが経過した後には、水検知センサ29の下流側にアノードオフガスGが流れ込む。そして、ECU51は、確定時間tが経過することで水Wが存在しないことを確定する。つまり、図3(g)に示すように、ドレンバルブ26は、この図3(c)に示す状態(以下、「(c)状態」という)で閉鎖される。
このとき、前記したように、配管P7の容量V1は、アノードオフガスGがドレンバルブ26に到達しないように設定されているので、アノードオフガスGは、ドレンバルブ26から排出されることが防止される。ちなみに、配管P7には、アノードオフガスGに続いて水Wがタンク25側から流れ込むこととなる。
Then, as shown in FIG. 3C, the anode off gas G flows into the downstream side of the water detection sensor 29 after the fixed time t 1 has elapsed. And, ECU51 is, to confirm that the settling time t 1 is water W does not exist by that elapses. That is, as shown in FIG. 3G, the drain valve 26 is closed in the state shown in FIG. 3C (hereinafter referred to as “(c) state”).
At this time, as described above, the capacity V1 of the pipe P7 is set so that the anode off-gas G does not reach the drain valve 26, so that the anode off-gas G is prevented from being discharged from the drain valve 26. . Incidentally, the water W flows into the pipe P7 from the tank 25 side following the anode off gas G.

次に、図3(d)に示すように、ドレンバルブ26が閉鎖されることで、アノードオフガスGに続いて配管P7に入り込んだ水Wは、ドレンバルブ26側に向かって流れる。この図3(d)に示す状態(以下、「(d)状態」という)では、図3(g)に示すように、閉鎖された状態が継続している。ちなみに、配管P7には、ドレンバルブ26が閉鎖されている状態で水Wがタンク25側から流れ込むこととなる。   Next, as shown in FIG. 3D, the drain valve 26 is closed, so that the water W that has entered the pipe P <b> 7 following the anode off gas G flows toward the drain valve 26. In the state shown in FIG. 3D (hereinafter referred to as “(d) state”), the closed state continues as shown in FIG. Incidentally, the water W flows into the pipe P7 from the tank 25 side in a state where the drain valve 26 is closed.

そして、図3(e)に示すように、配管P7に流れ込んだ水Wが、ドレンバルブ26側に満たされていくとともに、その水Wが水検知センサ29の位置に到達すると、水検知センサ29は、水の存在を検知する検知信号をECU51(図1参照)に出力する。ちなみに、ECU51は、確定時間tが経過するまでは、その存在を確定しない。つまり、この図3(e)に示す状態(以下、「(e)状態」という)でのECU51は、図3(g)に示すように、ドレンバルブ26を閉鎖する状態となっている。 Then, as shown in FIG. 3 (e), when the water W that has flowed into the pipe P <b> 7 is filled on the drain valve 26 side and the water W reaches the position of the water detection sensor 29, the water detection sensor 29. Outputs a detection signal for detecting the presence of water to the ECU 51 (see FIG. 1). By the way, ECU51 is, until the settling time t 1 has elapsed, not to confirm its existence. That is, the ECU 51 in the state shown in FIG. 3E (hereinafter referred to as “(e) state”) is in a state of closing the drain valve 26 as shown in FIG.

次に、図3(f)に示すように、ドレンバルブ26が閉鎖された状態で、確定時間tに到達した時点では、まだ、ECU51は、水の存在を確定しない。つまり、図3(g)に示すように、ドレンバルブ26は、この図3(f)に示す状態(以下、「(f)状態」という)で閉鎖されている。
このとき、前記したように、配管P7の容量V2は、水Wがタンク25と配管P7との接合部に到達しない容積に設定されている。したがって、この状態で分離された水Wの量が急激に増大したとしてもタンク25内に水Wが溢れることが防止される。
Next, as shown in FIG. 3 (f), in a state in which drain valve 26 is closed, at the time it reaches the settling time t 1, still, ECU 51 does not determine the presence of water. That is, as shown in FIG. 3G, the drain valve 26 is closed in the state shown in FIG. 3F (hereinafter referred to as “(f) state”).
At this time, as described above, the capacity V2 of the pipe P7 is set to a volume at which the water W does not reach the joint between the tank 25 and the pipe P7. Therefore, even if the amount of the water W separated in this state increases rapidly, the water W is prevented from overflowing into the tank 25.

そして、前記した(f)状態から確定時間tを経過すると、ECU51は、水Wの存在を確定する。その結果、ECU51は、図3(g)に示すように、前記した(a)状態に戻って、ドレンバルブ26を開放し、配管P7から水Wを排出する。 Then, when the determination time t 1 has elapsed from the state (f) described above, the ECU 51 determines the presence of the water W. As a result, as shown in FIG. 3G, the ECU 51 returns to the state (a) described above, opens the drain valve 26, and discharges the water W from the pipe P7.

次に、このようなECU51の動作手順を、主に図4を参照しながら説明する。
図4に示すように、ECU51(図1参照)は、水検知センサ29(図1参照)から配管P7(図1参照)における水の存在の有無を検知する検知信号を入力する(ステップS1)。そして、ECU51は、この検知信号が水の存在を検知したものか、または水が存在しないことを検知したものか、言い換えれば、検知信号が水の存在を検知した信号か否かを判定する(ステップS2)。
Next, the operation procedure of the ECU 51 will be described mainly with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, the ECU 51 (see FIG. 1) inputs a detection signal for detecting the presence or absence of water in the pipe P7 (see FIG. 1) from the water detection sensor 29 (see FIG. 1) (step S1). . Then, the ECU 51 determines whether this detection signal is the detection of the presence of water or the detection of the absence of water, in other words, whether the detection signal is a signal for detecting the presence of water ( Step S2).

次に、ECU51は、検知信号が水の存在を検知した信号である場合(ステップS2のYes)には、検知信号の入力時間を前記タイマでカウントすることで、入力時間が前記した確定時間を経過したか否かを判定する(ステップS3)。このとき、確定時間を経過していない場合(ステップS3のNo)には、ステップS1に戻る。つまり、この時点でのドレンバルブ26の開放は禁止されることとなる。そして、確定時間を経過している場合(ステップS3のYes)には、配管P7に水が存在しているものと確定してドレンバルブ26に開指令を出力することで(ステップS4)、このサブルーチンは終了する。その結果、前記したように、ドレンバルブ26は開放されて、配管P7から希釈装置41に向けて水を排出する。   Next, when the detection signal is a signal for detecting the presence of water (Yes in step S2), the ECU 51 counts the input time of the detection signal with the timer, so that the input time is determined as described above. It is determined whether or not it has elapsed (step S3). At this time, if the fixed time has not elapsed (No in step S3), the process returns to step S1. That is, the opening of the drain valve 26 at this time is prohibited. And when fixed time has passed (Yes of Step S3), it is determined that water exists in the piping P7, and an open command is output to the drain valve 26 (Step S4). The subroutine ends. As a result, as described above, the drain valve 26 is opened, and water is discharged from the pipe P7 toward the diluting device 41.

一方、前記したステップS2において、ECU51は、検知信号が水の存在を検知しない信号である場合(ステップS2のNo)には、検知信号の入力時間を前記タイマでカウントすることで、入力時間が前記した確定時間を経過したか否かを判定する(ステップS5)。このとき、確定時間を経過していない場合(ステップS5のNo)には、ステップS1に戻る。つまり、この時点でのドレンバルブ26の開放は禁止されることとなる。   On the other hand, in step S2, the ECU 51 counts the input time of the detection signal by the timer when the detection signal is a signal that does not detect the presence of water (No in step S2). It is determined whether or not the determined time has elapsed (step S5). At this time, if the fixed time has not elapsed (No in step S5), the process returns to step S1. That is, the opening of the drain valve 26 at this time is prohibited.

そして、ECU51は、確定時間を経過している場合(ステップS5のYes)には、配管P7に水は存在していないものと確定し、ドレンバルブ26に閉指令を出力することで(ステップS6)、このサブルーチンは終了する。その結果、ドレンバルブ26は閉鎖されて、配管P7からアノードオフガスが排出されることが防止される。   When the determined time has elapsed (Yes in step S5), the ECU 51 determines that water does not exist in the pipe P7, and outputs a close command to the drain valve 26 (step S6). ), This subroutine ends. As a result, the drain valve 26 is closed and the anode off gas is prevented from being discharged from the pipe P7.

以上のような気液分離装置Aは、次のような作用効果を奏することができる。
この気液分離装置Aは、従来の気液分離装置(例えば、特許文献1参照)と異なって、水の検知をタンク25内の水位ではなく、配管P7に水が存在するか否かで排水のタイミングとその排水の終了のタイミングを決定しているので、次のような効果を奏する。
この気液分離装置Aでは、従来の気液分離装置(例えば、特許文献1参照)と異なって、気液分離装置Aの傾斜等による水位の変動で前記したタイミングの正確な決定が阻害されることがないので、この気液分離装置Aは、その信頼性を向上させることができる。
The gas-liquid separator A as described above can achieve the following operational effects.
Unlike the conventional gas-liquid separator (see, for example, Patent Document 1), this gas-liquid separator A is configured to detect water based not on the water level in the tank 25 but on whether or not water is present in the pipe P7. And the timing of the end of the drainage are determined, and the following effects are produced.
In the gas-liquid separator A, unlike the conventional gas-liquid separator (see, for example, Patent Document 1), the accurate determination of the timing described above is hindered by the fluctuation of the water level due to the inclination of the gas-liquid separator A or the like. Therefore, the gas-liquid separator A can improve the reliability.

また、この気液分離装置Aでは、従来の気液分離装置(例えば、特許文献1参照)と異なって、配管P7内にのみ水を導き、タンク25を空にすることができるので、副生した生成水の量が急激に増大したとしてもタンク25から水が溢れることが防止される。その結果、この気液分離装置は、水の取り溢しを生じることが防止されて、補水能力を向上させることができる。   Further, in this gas-liquid separator A, unlike the conventional gas-liquid separator (see, for example, Patent Document 1), water can be guided only into the pipe P7 and the tank 25 can be emptied. Even if the amount of generated water increases rapidly, the overflow of water from the tank 25 is prevented. As a result, this gas-liquid separator is prevented from overflowing water and can improve the water replenishment capability.

また、この気液分離装置Aでは、配管P7に水が存在するか否かで前記したタイミングを決定しているので、この気液分離装置Aは、従来の気液分離装置(例えば、特許文献1参照)と異なって、タンク25内の水の存在の有無にかかわらずにアノードオフガスが燃料システムの系外に排出されることを防止することができる。その結果、この気液分離装置Aは、アノードオフガス中の未反応の水素の損失が低減されるので、燃料ガスの利用効率を向上させることができる。   Moreover, in this gas-liquid separator A, since the above-mentioned timing is determined depending on whether water is present in the pipe P7, this gas-liquid separator A is a conventional gas-liquid separator (for example, patent document). 1), the anode off-gas can be prevented from being discharged out of the fuel system regardless of the presence or absence of water in the tank 25. As a result, this gas-liquid separator A can reduce the loss of unreacted hydrogen in the anode off-gas, so that the fuel gas utilization efficiency can be improved.

また、この気液分離装置Aでは、従来の気液分離装置(例えば、特許文献1参照)と異なって、水の取り溢しや、アノードオフガス中における未反応の水素の損失を防止するために、タンク25を大型化することが免れるので、気液分離装置Aは、その小型化、および軽量化を図ることができる。   Moreover, in this gas-liquid separator A, unlike conventional gas-liquid separators (see, for example, Patent Document 1), in order to prevent overflow of water and loss of unreacted hydrogen in the anode off-gas. Since the enlargement of the tank 25 is avoided, the gas-liquid separator A can be reduced in size and weight.

また、この気液分離装置Aでは、配管P7に設けた1つの水検知センサ29で前記タイミングを制御することができるので、この気液分離装置Aは、二つのセンサが必要な従来の気液分離装置(例えば、特許文献1参照)と異なって、水検知センサ29の制御を簡単にすることができるとともに、気液分離装置A自体の製造コストを低減することができる。   Further, in this gas-liquid separator A, the timing can be controlled by one water detection sensor 29 provided in the pipe P7. Therefore, this gas-liquid separator A is a conventional gas-liquid separator that requires two sensors. Unlike the separation device (for example, see Patent Document 1), the control of the water detection sensor 29 can be simplified, and the manufacturing cost of the gas-liquid separation device A itself can be reduced.

また、この気液分離装置Aでは、水検知センサ29からドレンバルブ26までの配管P7の容量V1が、水検知センサ29によって水が存在していないことが検知されてからドレンバルブ26が動作するまでの応答時間で、配管P7のアノードオフガスがドレンバルブ26に到達しない容積に設定されている。その結果、この気液分離装置Aは、ドレンバルブ26からアノードオフガスが排出されることをより確実に防止することができる。   Further, in this gas-liquid separator A, the drain valve 26 operates after the capacity V1 of the pipe P7 from the water detection sensor 29 to the drain valve 26 is detected by the water detection sensor 29 that no water is present. The response time until the anode off-gas of the pipe P7 is set to a volume that does not reach the drain valve 26. As a result, the gas-liquid separator A can more reliably prevent the anode off gas from being discharged from the drain valve 26.

また、この気液分離装置Aでは、水検知センサ29からドレンバルブ26までの配管P7の容量V1が、燃料電池スタック10からのアノードオフガスの流量が最大となる状態が、確定時間を経過するまで継続して水が存在していないことが確定したときに、この確定時間で配管P7のアノードオフガスがドレンバルブ26に到達しない容積に設定されている。その結果、この気液分離装置Aは、ドレンバルブ26からアノードオフガスが排出されることをより確実に防止することができる。   Further, in this gas-liquid separator A, the capacity V1 of the pipe P7 from the water detection sensor 29 to the drain valve 26 is such that the state in which the flow rate of the anode off-gas from the fuel cell stack 10 is maximized has elapsed. When it is determined that water is not continuously present, the volume is set such that the anode off-gas in the pipe P7 does not reach the drain valve 26 in this determined time. As a result, the gas-liquid separator A can more reliably prevent the anode off gas from being discharged from the drain valve 26.

また、この気液分離装置Aでは、タンク25と配管P7との接続部から水検知センサ29までの配管P7の容量V2が、燃料電池スタック10からのアノードオフガスの流量が最大となる状態が、確定時間を経過するまで継続して水が存在していることが確定したときに、確定時間でタンク25側から配管P7に流れ込む水が前記接続部に到達しない容積に設定されている。その結果、この気液分離装置Aは、配管P7側からタンク25側に水が溢れることが防止される。   Further, in this gas-liquid separator A, the capacity V2 of the pipe P7 from the connection portion between the tank 25 and the pipe P7 to the water detection sensor 29 is such that the flow rate of the anode off gas from the fuel cell stack 10 is maximized. When it is determined that water is continuously present until the fixed time elapses, the volume is set such that the water flowing into the pipe P7 from the tank 25 side at the fixed time does not reach the connecting portion. As a result, this gas-liquid separator A is prevented from overflowing water from the pipe P7 side to the tank 25 side.

また、この気液分離装置Aでは、ECU51が、確定時間を経過するまでは、ドレンバルブ26の開放を禁止するので、この気液分離装置Aは、ドレンバルブ26からアノードオフガスが排出されることをより確実に防止することができる。   Further, in this gas-liquid separator A, the ECU 51 prohibits the opening of the drain valve 26 until the fixed time elapses, so that the gas-liquid separator A discharges the anode off-gas from the drain valve 26. Can be prevented more reliably.

以上のように、この気液分離装置Aによれば、タンク25内の水位を検知することなく的確に排水を行うことができ、1つの水検知センサ29のみで水を排出することができる。   As described above, according to this gas-liquid separation device A, water can be drained accurately without detecting the water level in the tank 25, and water can be discharged by only one water detection sensor 29.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。
前記実施形態では、アノードオフガスと水とを分離する気液分離装置Aについて説明したが、本発明はカソードオフガスと水とを分離する気液分離装置であってもよい。この気液分離装置は、配管P5(図1参照)に設けることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment.
In the above embodiment, the gas-liquid separator A that separates the anode offgas and water has been described. However, the present invention may be a gas-liquid separator that separates the cathode offgas and water. This gas-liquid separator can be provided in the pipe P5 (see FIG. 1).

前記実施形態では、アノードオフガスと水とを分離するタンク25のみを備えているが、このタンク25と水検知センサ29との間の配管P7に別途に水を貯留するタンクを設けてもよい。   In the above embodiment, only the tank 25 for separating the anode off gas and water is provided, but a tank for storing water may be provided separately in the pipe P7 between the tank 25 and the water detection sensor 29.

前記実施形態では、ドレンバルブ26が開閉バルブで構成されているが、本発明は流量調整バルブを使用するものであってもよい。   In the above embodiment, the drain valve 26 is constituted by an on-off valve, but the present invention may use a flow rate adjusting valve.

前記実施形態では、配管P7が直管で形成されているが、本発明はその課題の達成を阻害しない限り、配管P7は曲管で形成されていてもよい。   In the said embodiment, although the piping P7 is formed with the straight pipe | tube, unless this invention inhibits achievement of the subject, the piping P7 may be formed with the curved pipe.

以上のような気液分離装置Aは、車両、船舶、航空機等の可動体に搭載される燃料電池システム1に適用することができる。   The gas-liquid separator A as described above can be applied to the fuel cell system 1 mounted on a movable body such as a vehicle, a ship, or an aircraft.

本実施形態の気液分離装置を使用した燃料電池システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system using a gas-liquid separator according to an embodiment. 本実施形態の気液分離装置の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the gas-liquid separation apparatus of this embodiment. (a)から(f)は、ドレン機構の動作との関係で排出管部を流れる水とアノードオフガスの挙動を示す模式図であり、(g)は、(a)から(f)に示す水とアノードオフガスの挙動に対応付けた、ドレン機構の動作のタイミングを示すタイムチャートである。(A) to (f) is a schematic diagram showing the behavior of water flowing through the discharge pipe and the anode off-gas in relation to the operation of the drain mechanism, and (g) is the water shown in (a) to (f). 6 is a time chart showing the timing of the operation of the drain mechanism in correspondence with the behavior of the anode off gas. 制御手段の動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of a control means.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 燃料電池スタック
25 タンク
29 水検知センサ(液体検知手段)
51 ECU(制御手段)
P7 配管(排出管部)
t1 確定時間
A 気液分離装置
W 水(液体)
G アノードオフガス(ガス)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell stack 25 Tank 29 Water detection sensor (liquid detection means)
51 ECU (control means)
P7 Piping (discharge pipe part)
t1 Determination time A Gas-liquid separator W Water (liquid)
G Anode off gas (gas)

Claims (7)

燃料電池からのガスに混在する液体を前記ガスから分離するための気液分離装置であって、
前記ガスから前記液体を分離するタンクと、
前記液体を前記タンクから排出するドレン機構と、
前記タンクと前記ドレン機構とを接続する排出管部と、
前記ドレン機構の上流側で前記排出管部に設けられて前記液体の存在の有無を検知する液体検知手段と、
前記液体検知手段からの検知信号に基づいて、前記ドレン機構での前記液体の排出量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする気液分離装置。
A gas-liquid separation device for separating a liquid mixed in a gas from a fuel cell from the gas,
A tank for separating the liquid from the gas;
A drain mechanism for discharging the liquid from the tank;
A discharge pipe portion connecting the tank and the drain mechanism;
A liquid detection means provided on the discharge pipe portion upstream of the drain mechanism to detect the presence or absence of the liquid;
Control means for controlling a discharge amount of the liquid in the drain mechanism based on a detection signal from the liquid detection means;
A gas-liquid separation device comprising:
前記ドレン機構は、ドレンバルブであって、前記制御手段は、前記検知信号によって前記液体が存在していると判定したときは、前記ドレンバルブを開放するように制御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 drain mechanism is a drain valve, and the control means controls to open the drain valve when it is determined by the detection signal that the liquid is present. The gas-liquid separation device according to 1. 前記ドレン機構は、ドレンバルブであって、前記制御手段は、前記検知信号によって前記液体が存在していないと判定したときは、前記ドレンバルブを閉鎖するように制御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 drain mechanism is a drain valve, and when the control means determines that the liquid is not present based on the detection signal, the drain mechanism controls the drain valve to be closed. The gas-liquid separation device according to 1. 前記液体検知手段から前記ドレン機構までの前記排出管部の容量は、前記液体検知手段によって前記液体が存在していないことが検知されてから前記ドレン機構が動作するまでの応答時間で、前記排出管部内の前記ガスが前記ドレン機構に到達しない容積に設定されていること特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の気液分離装置。   The capacity of the discharge pipe section from the liquid detection means to the drain mechanism is a response time from the detection of the absence of the liquid by the liquid detection means to the operation of the drain mechanism. The gas-liquid separation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas in the pipe section is set to a volume that does not reach the drain mechanism. 前記液体検知手段から前記ドレン機構までの前記排出管部の容量は、前記燃料電池からの前記ガスの流量が最大となる状態が、前記液体検知手段によって前記液体の存在の有無が確定される時間を経過するまで継続して前記液体が存在していないことが検知されたときに、前記時間で前記排出管部内の前記ガスが前記ドレン機構に到達しない容積に設定されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の気液分離装置。   The capacity of the discharge pipe section from the liquid detection means to the drain mechanism is the time when the presence of the liquid is determined by the liquid detection means when the flow rate of the gas from the fuel cell is maximized. The volume is set so that the gas in the discharge pipe portion does not reach the drain mechanism at the time when it is detected that the liquid does not exist continuously until the time elapses. The gas-liquid separator according to any one of claims 1 to 3. 前記タンクと前記排出管部との接続部から前記液体検知手段までの前記排出管部の容量は、前記燃料電池からの前記ガスの流量が最大となる状態が、前記液体検知手段によって前記液体の存在の有無が確定されるまでの時間を経過するまで継続して前記液体が存在していることが検知されたときに、前記時間で前記タンク側から前記排出管部に流れ込む前記液体が前記接続部に到達しない容積に設定されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の気液分離装置。   The capacity of the discharge pipe section from the connection between the tank and the discharge pipe section to the liquid detection means is such that the liquid flow rate of the gas from the fuel cell is maximized by the liquid detection means. When it is detected that the liquid is continuously present until a time until the presence / absence of the liquid is determined, the liquid flowing into the discharge pipe portion from the tank side at the time is detected as the connection. The gas-liquid separator according to any one of claims 1 to 5, wherein the volume is set so as not to reach the portion. 前記ドレン機構は、ドレンバルブであって、前記制御手段は、前記液体検知手段によって前記液体の存在の有無が確定される時間を経過するまでは、前記ドレンバルブの開放を禁止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 drain mechanism is a drain valve, and the control unit prohibits the opening of the drain valve until a time until the presence or absence of the liquid is determined by the liquid detection unit elapses. The gas-liquid separator according to claim 1.
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