JP2009117174A - Gas-liquid separator for fuel cell, and moving vehicle equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池から排出されるオフガス中の水分を分離する燃料電池用気液分離装置と、前記燃料電池用気液分離装置を備える移動体とに関する。 The present invention relates to a gas / liquid separation device for a fuel cell that separates moisture in off-gas discharged from the fuel cell, and a moving body including the fuel cell gas / liquid separation device.
一般に、酸素と水素を反応させて発電する燃料電池から排出されるオフガス中には、反応を促進するため加湿した水と化学反応により生成された水がミスト状になり多量に含まれている。多量の水は様々な問題を引き起こす虞があり、例えば、燃料電池を搭載する車両においては、後続車への水かかりという問題を引き起こした。 In general, off-gas discharged from a fuel cell that generates electricity by reacting oxygen and hydrogen contains a large amount of mist-like water and water generated by a chemical reaction to promote the reaction. A large amount of water may cause various problems. For example, in a vehicle equipped with a fuel cell, it causes a problem of water splashing on the following vehicle.
このために、従来、特許文献1〜3に示すように、燃料電池から排出されるオフガス中の水分を分離するための種々の装置が提案されていた。これらは、導管内に螺旋流を生じさせ、その螺旋流による遠心力によって水分の分離を図っていた。
For this reason, conventionally, as shown in
しかしながら、前記従来の燃料電池用気液分離装置では、十分な遠心力を得ることができず、気液分離の効率が低いという問題があった。 However, the conventional gas-liquid separator for a fuel cell has a problem that a sufficient centrifugal force cannot be obtained and the efficiency of gas-liquid separation is low.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、気液分離の効率を高めることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to increase the efficiency of gas-liquid separation.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]
燃料電池から排出されるオフガス中の水分を分離する燃料電池用気液分離装置であって、
筒状の本体部と、
前記本体部に設けられた前記オフガスの入口部と、
前記本体部に設けられた前記オフガスの出口部と、
前記本体部に設けられた前記水分の排水口と
を備え、
前記本体部は、
前記入口部から前記出口部までの前記オフガスの流れの途中に設けられ、回転することにより前記オフガスを発散させる羽根車を備える、燃料電池用気液分離装置。
[Application Example 1]
A gas-liquid separation device for a fuel cell that separates moisture in off-gas discharged from the fuel cell,
A tubular body,
The off-gas inlet provided in the main body;
The off-gas outlet provided in the main body;
The water outlet provided in the main body, and
The main body is
A gas-liquid separator for a fuel cell, comprising an impeller that is provided in the middle of the flow of the off gas from the inlet portion to the outlet portion and emits the off gas by rotating.
適用例1に記載の燃料電池用気液分離装置によれば、オフガスは羽根車の回転により発散され、本体部の内壁へ送られる。これにより、内壁にはオフガス中の水分が液滴として付着することになる。さらには、オフガスは羽根車の羽根に当たり羽根に液滴が付着し、羽根車の回転による遠心力で上記付着した液滴は遠くに飛散することになる。この作用によっても本体部の内壁には液滴が付着することになる。これら結果、気液分離の効率を高めることができる。 According to the fuel cell gas-liquid separator described in Application Example 1, off-gas is diffused by the rotation of the impeller and sent to the inner wall of the main body. As a result, moisture in the off-gas adheres to the inner wall as droplets. Further, the off gas hits the blades of the impeller, and the droplets adhere to the blades, and the attached droplets are scattered far away by the centrifugal force generated by the rotation of the impeller. This action also causes droplets to adhere to the inner wall of the main body. As a result, the efficiency of gas-liquid separation can be increased.
[適用例2]
適用例1に記載の燃料電池用気液分離装置であって、前記羽根車は、前記オフガスの流れで回転する風車である、燃料電池用気液分離装置。この構成によれば、羽根車を回転させるための動力を必要とせず、エネルギ効率に優れている。
[Application Example 2]
The fuel-liquid gas-liquid separator according to Application Example 1, wherein the impeller is a windmill that is rotated by the off-gas flow. According to this configuration, power for rotating the impeller is not required, and the energy efficiency is excellent.
[適用例3]
適用例2に記載の燃料電池用気液分離装置であって、前記入口部および出口部は、前記本体部の中心軸上の一方側と他方側とに設けられ、前記風車は、当該風車の回転軸が前記本体部の中心軸と一致するように配置された、燃料電池用気液分離装置。この構成によれば、風車は、入口部から導入されたオフガスを効率よく受けることができ、さらには、本体部の内周の壁面へ向けて効率的に水分を飛ばすことができる。したがって、気液分離の効率をより高めることができる。
[Application Example 3]
In the gas-liquid separation device for a fuel cell according to Application Example 2, the inlet portion and the outlet portion are provided on one side and the other side on the central axis of the main body portion, and the windmill is connected to the windmill. A gas-liquid separation device for a fuel cell, which is arranged so that a rotation axis coincides with a central axis of the main body. According to this configuration, the wind turbine can efficiently receive the off-gas introduced from the inlet portion, and moreover, can efficiently blow moisture toward the inner peripheral wall surface of the main body portion. Therefore, the efficiency of gas-liquid separation can be further increased.
[適用例4]
適用例3に記載の燃料電池用気液分離装置であって、前記本体部の中心軸上を直線状に延びるとともに、前記出口部から露出して該露出部分で折れ曲がって前記本体部の外側壁面に固定される軸棒を備え、前記風車は、前記軸棒の前記直線状の部分に配置された、燃料電池用気液分離装置。この構成によれば、軸棒を本体部内に固定するための手段を本体部内に設ける必要がないことから、その手段で液滴の排出が阻害されることがない。
[Application Example 4]
The gas-liquid separation device for a fuel cell according to Application Example 3, wherein the fuel cell gas-liquid separation device extends linearly on the central axis of the main body portion, and is exposed from the outlet portion and bent at the exposed portion, so that the outer wall surface of the main body portion A fuel cell gas-liquid separator, wherein the wind turbine is disposed on the linear portion of the shaft rod. According to this configuration, since it is not necessary to provide a means for fixing the shaft rod in the main body in the main body, the discharge of liquid droplets is not hindered by that means.
[適用例5]
適用例2ないし4のいずれかに記載の燃料電池用気液分離装置であって、前記入り口部付近に前記風車としての第1の風車を配置した、燃料電池用気液分離装置。この構成によれば、入口部から入ったオフガスを直ちに気液分離させることができることから、全体としての気液分離の効率をより高めることができる。
[Application Example 5]
5. The fuel cell gas-liquid separator according to any one of Application Examples 2 to 4, wherein a first windmill as the windmill is disposed near the entrance. According to this configuration, since the off-gas entering from the inlet can be immediately gas-liquid separated, the overall gas-liquid separation efficiency can be further improved.
[適用例6]
適用例5に記載の燃料電池用気液分離装置であって、前記出口部付近に前記風車としての第2の風車を配置した、燃料電池用気液分離装置。この構成によれば、入り口部付近と出口部付近の2段階でもって気液分離を図ることができることから、気液分離の効率をより高めることができる。特に、入口部付近に設けた風車によって内壁に付着した液滴の一部が、出口部から吸い出されるのを出口部付近に設けた風車によって、再び内壁に向かって飛散させることができることから、気液分離の効率をより一層高めることができる。
[Application Example 6]
The fuel-liquid gas-liquid separator according to Application Example 5, wherein a second windmill as the windmill is disposed in the vicinity of the outlet portion. According to this configuration, since gas-liquid separation can be achieved in two stages near the entrance and exit, the efficiency of gas-liquid separation can be further increased. In particular, since a part of the liquid droplets attached to the inner wall by the windmill provided near the inlet portion can be scattered from the outlet portion toward the inner wall again by the windmill provided near the outlet portion, The efficiency of gas-liquid separation can be further increased.
[適用例7]
適用例5に記載の燃料電池用気液分離装置であって、前記出口部は、前記本体部の壁面に形成された開口により構成され、前記開口から前記本体部の内側方向に突出する内筒をさらに備える、燃料電池用気液分離装置。この構成によれば、風車の作用により本体部の内壁へ付着した液滴がオフガスの流れを受けて内壁を伝って出口部側に移動した場合にも、本体部と内筒の2重構造となった部分でその液滴を一旦捕まえることができる。このために、液滴が内筒の内側に侵入して出口部から排出されることを防ぐことができる。したがって、気液分離の効率をより高めることができる。
[Application Example 7]
6. The fuel cell gas-liquid separator according to Application Example 5, wherein the outlet portion is configured by an opening formed in a wall surface of the main body, and projects from the opening toward the inside of the main body. A gas-liquid separator for a fuel cell, further comprising: According to this configuration, even when a droplet attached to the inner wall of the main body due to the action of the windmill receives the off-gas flow and moves to the outlet side through the inner wall, the double structure of the main body and the inner cylinder The droplet can be caught once at the part. For this reason, it is possible to prevent droplets from entering the inner cylinder and being discharged from the outlet portion. Therefore, the efficiency of gas-liquid separation can be further increased.
[適用例8]
適用例7に記載の燃料電池用気液分離装置であって、前記内筒は、前記入口部方向の開口端を塞ぐ底面と、周壁に設けられた開口部とを備える、燃料電池用気液分離装置。この構成によれば、入口部方向から送られてきたオフガスが真っすぐ進行して、そのまま内筒内に入ることを防止する。これにより、オフガスに乗って液滴が真っすぐ出口部から排出されることを防止することができる。
[Application Example 8]
8. The fuel cell gas-liquid separation device according to Application Example 7, wherein the inner cylinder includes a bottom surface that closes an opening end in the inlet portion direction, and an opening provided on a peripheral wall. Separation device. According to this configuration, the off gas sent from the direction of the inlet portion advances straight and is prevented from entering the inner cylinder as it is. Thereby, it is possible to prevent the droplets from being discharged straight from the outlet portion on the off gas.
[適用例9]
適用例2ないし8のいずれかに記載の燃料電池用気液分離装置であって、前記風車として2台の風車を備え、前記2台の風車は、互いの羽根が前記中心軸の方向から見たときに互いにずれるように配設され、両方の羽根が一体的に回転するように構成された、燃料電池用気液分離装置。この構成によれば、前記中心軸の方向から見たとき、1台目の風車の羽根と羽根との間に、2台目の風車の羽根が常に位置することになる。このために、1台目の風車の羽根と羽根の間を羽根に当たることなくすり抜けたオフガスが、2台目の風車においても羽根に当たらずにすり抜けることを防ぐことができる。したがって、オフガスを確実に飛散させることができることから、気液分離の効率をより一層高めることができる。
[Application Example 9]
The gas-liquid separator for a fuel cell according to any one of Application Examples 2 to 8, wherein the windmill includes two windmills, and the two windmills are viewed from the direction of the central axis. The fuel cell gas-liquid separator is arranged so as to be displaced from each other when the two blades are rotated so that both blades rotate integrally. According to this configuration, when viewed from the direction of the central axis, the blades of the second wind turbine are always located between the blades of the first wind turbine. For this reason, it is possible to prevent the off-gas that has passed between the blades of the first windmill without hitting the blades and not passing through the blades of the second windmill. Therefore, since the off gas can be reliably scattered, the efficiency of gas-liquid separation can be further enhanced.
[適用例10]
燃料電池と、
前記燃料電池から排出されるオフガスを大気中に排出する排気系と
を備える移動体において、
前記排気系の最も下流側に、適用例1ないし9のいずれかに記載の燃料電池用気液分離装置を設けたことを特徴とする移動体。
[Application Example 10]
A fuel cell;
A moving body comprising: an exhaust system that discharges off-gas discharged from the fuel cell to the atmosphere;
A moving body comprising the fuel cell gas-liquid separator according to any one of Application Examples 1 to 9 provided on the most downstream side of the exhaust system.
適用例10に記載の移動体によれば、燃料電池用気液分離装置により燃料電池から排出されるオフガス中の水分を確実に分離することできる。このために、分離された水分を回収または適切に処理することで、当該移動体に後続して移動する移動体への水かかりを防止することができる。 According to the moving body described in the application example 10, the moisture in the off-gas discharged from the fuel cell can be reliably separated by the fuel cell gas-liquid separator. For this reason, by collecting or appropriately treating the separated water, it is possible to prevent water from moving on the moving body following the moving body.
[適用例11]
適用例10に記載の移動体であって、前記燃料電池用気液分離装置の備える羽根車は、前記移動体の走行によって発生する大気の流れで回転する構成である、移動体。この構成によれば、羽根車を回転させるための動力を必要とせず、エネルギ効率に優れている。
[Application Example 11]
It is a moving body of application example 10, Comprising: The impeller with which the said gas-liquid separation apparatus for fuel cells is equipped with the structure rotated by the flow of the atmosphere which generate | occur | produces by the driving | running | working of the said moving body. According to this configuration, power for rotating the impeller is not required, and the energy efficiency is excellent.
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池用気液分離装置を備える燃料電池システムの形態、本発明の移動体を車両とした形態等で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, the present invention can be realized in the form of a fuel cell system including the gas-liquid separation device for a fuel cell of the present invention, the form in which the moving body of the present invention is a vehicle, or the like. It is possible.
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
1.第1実施例:
A.自動車全体の構成:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池用気液分離装置を搭載する自動車1の概略構成図である。自動車1は、車両前方部のエンジンルーム内に配置された燃料電池3と、燃料電池3の排気系5とを備える。排気系5は、希釈器7、マフラ8および燃料電池用気液分離装置10等を備える。
1. First embodiment:
A. Overall car configuration:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
燃料電池3は、水素を含んだ水素ガスと酸素を含んだ酸化剤ガス(例えば、空気)の供給を受けて、水素極と酸素極において、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。使用済みの水素オフガスと酸化剤オフガスは、排気系5から車外に排出される。
The
希釈器7は、水素オフガス中の残留水素を処理するためのもので、車両の中央部付近に設けられる。排気系5の希釈器7よりも下流側にはマフラ8が設けられ、最も下流側であるテールエンドには、燃料電池用気液分離装置10が設けられている。
The
B.燃料電池用気液分離装置の構成:
図2は、燃料電池用気液分離装置10の内部を示す断面図である。燃料電池用気液分離装置10は、円筒状の本体部20を備える。本体部20には、オフガスを導入するための入口部22が設けられている。入口部22は、本体部20を開口することで構成されており、その開口の径は、円筒状の本体部20の径よりも小さくなっている。この入口部22には、燃料電池3から排出された酸化剤オフガスを流す酸化剤オフガス流路5aが接続されている。
B. Configuration of gas-liquid separator for fuel cell:
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the inside of the fuel cell gas-
本体部20における前記入口部22と反対の側には、オフガスを大気中に排出するための出口部24が設けられている。出口部24は、本体部20の壁面に形成された開口により構成される。この開口には円筒状の内筒26が連結されている。この内筒26は、本体部20の開口から本体部内側方向に突出する構成、すなわち、本体部20の壁面から折り返した構造となっている。なお、入口部22および出口部は、円筒状の本体部20の中心軸上の一方側と他方側とに設けられている。
On the opposite side of the
本体部20における前記出口部24に近い側の周壁の最下点あたりには、水分を排出するための排水口28が設けられている。この排水口28には、配水管30が接続されている。
A
円筒状の前記本体部20の中心軸上には、軸棒32が設けられている。軸棒32は、出口部24から露出してコの字状に折り曲げられて、本体部20の外側壁面に固定されている。本実施例では、ろう材34によりろう付け固定されている。軸棒32における本体部20内部に位置する範囲は、前記中心軸と一致する直線形状となっている。
A
この軸棒32の直線状に延びる範囲には、第1ないし第4の風車41,42,43,44がそれぞれ配設されている。第1ないし第4の風車41,42,43,44は、入口部22から出口部24側に向かう方向に、この順に設けられており、第1の風車41と第2の風車42とは対になって入口部22付近に設けられており、第3の風車43と第4の風車44とは対になって出口部24付近、すなわち、内筒26の付近に設けられている。なお、ここで言う「第2の風車42」は特許請求の範囲で言う「第2の風車」とは相違する。特許請求の範囲で言う「第1の風車」は入口部付近に設けられた風車をいい、上記第1の風車41と第2の風車42に相当する。特許請求の範囲で言う「第2の風車」は出口部付近に設けられた風車をいい、上記第3の風車43と第4の風車44に相当する。
First to
各風車41,42,43,44は、本体部20内の入口部22から出口部24までのガスの流れで回転する羽根車である。各風車41〜44は、軸受により軸棒32に回転可能に設けられた回転支持部RTと、回転支持部RTに固定される4枚のブレード(羽根)BDとを備える。なお、第2の風車42に備えられるブレードBDは4つの風車41〜44の中で最も大型のもので、第1の風車41に備えられるブレードBDは中型のものとなっており、本体部20の入口部22から大径となる部分に至る範囲に配置されるのに適切な大きさとなっている。第3の風車43および第4の風車44にそれぞれ備えられるブレードBDは、同じ大きさで4つの風車41〜44の中で最も小型のものとなっており、内筒26の開口端を覆うのに適切な大きさとなっている。また、本実施例では、各風車41〜44のブレードBDの形状はプロペラ型のものとなっている。
Each
第1の風車41の回転支持部RTと第2の風車42の回転支持部RTとは連結されており、共通のものとなっている。これにより、第1の風車41と第2の風車42は一体的に回転する。一方、第3の風車43の回転支持部RTと第4の風車44の回転支持部RTとは連結されており、共通のものとなっている。これにより、第3の風車43と第4の風車44は一体的に回転する。
The rotation support portion RT of the
図3は、第1の風車41と第2の風車42のブレードBDの位置関係を示す説明図である。この図は、本体部20の中心軸の方向から見た図である。各風車41,42は90゜間隔に配置された4枚のブレードBD(1)、BD(2)を備える。図中のハッチがなされていないブレードBD(1)が第1の風車41のものであり、ハッチがなされているブレードBD(2)が第2の風車42のものである。第2の風車42のブレードブレードBD(2)は、第1の風車41のブレードBD(1)の位置を基準として、45゜だけずれて(オフセットされて)配置されている。すなわち、第1および第2の風車41,42を本体部20の中心軸の方向から見たときに、第1の風車41のブレードBD(1)とブレードBD(1)の間に、第2の風車42の各ブレードBD(2)が位置する構成となっている。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the blades BD of the
なお、第3の風車43のブレードと第4の風車42のブレードとの位置関係も、上記第1の風車41のブレードBD(1)と第2の風車42のブレードBD(2)との位置関係と同様に、互いに45゜だけオフセットされたものとなっている。
The positional relationship between the blades of the
C.オフガスの流れ:
上記のように構成された燃料電池用気液分離装置10における酸化剤オフガスの流れについて次に説明する。図2に示すように、入口部22から導入された酸化剤オフガス(以下、単に「オフガス」と呼ぶ)は、本体部20内に拡がり、内筒26を通って出口部24から大気中に排出される。このオフガスの入口部22から出口部24に至る流れで各風車41〜44は回転する。オフガスは、この回転により流れが乱されて発散され、本体部20の内壁に向かう。さらには、オフガスは第1および第2の風車41、42のブレードBDに当たりブレードBDに液滴Mが付着し、風車41,42の回転による遠心力で上記付着した液滴Mは遠くに飛散することになる。上記飛散した液滴Mは、本体部20の内壁に付着する。
C. Off-gas flow:
Next, the flow of the oxidant off-gas in the fuel cell gas-
上記の結果、本体部20の内壁に付着した液滴M′はオフガスの流れを受けて壁面を伝って出口部24方向に向かう。その壁面を伝った液滴M′は、排水口28から配水管30に排出される。配水管30は、図示しない水回収装置に接続されており、排出された水分は回収される。あるいは、配水管30は、自動車1の底面から露出する構成とし、水分を車外に排出する構成としてもよい。
As a result, the droplet M ′ adhering to the inner wall of the
本体部20内を流れるオフガスは、内筒26を通って出口部24に至るが、内筒26に至る直前でも、第3および第4の風車43,44の回転により発散され、本体部20の内壁へ送られる。第3および第4の風車43,44でも、ブレードBDに液滴Mが付着し、風車43,44の回転による遠心力で上記付着した液滴Mは遠くに飛散することになる。
The off-gas flowing in the
なお、本体部20の内壁に付着した液滴M′がオフガスの流れを受けて壁面を伝って出口部24側に移動した場合にも、本体部20と内筒26の2重構造となった部分で液滴M′′を一旦捕まえることができる。この液滴M′′は内筒26の周面を伝って、最終的には排水口28に至る。
Even when the droplet M ′ adhering to the inner wall of the
D.効果:
以上のように構成された燃料電池用気液分離装置10によれば、上述したように、第1ないし第4の風車41〜44の回転を受けて酸化剤オフガスは発散され、本体部20の内壁に向かうようになる。また、上述したように、風車41〜44の遠心力でブレードBDから飛ばされた液滴は本体部20の内壁に付着する。これらの結果、気液分離の効率を高めることができるという効果を奏する。さらに本実施例では、下記の(i)〜(xi)の作用によっても、気液分離の効率をより一層高いものとしている。
D. effect:
According to the fuel cell gas-
(i)本体部20の中心軸上に軸棒32が設けられ、この軸棒32に第1ないし第4の風車41,42,43,44を配設するように構成されていることから、各風車41〜44の羽根車は、本体部20の内周の壁面へ向けて水分を効率的に飛ばすことができる。壁面へ到着した水分は壁面に付着して液滴となることから、液滴は壁面を伝い、排水口からの水分の排出が容易となる。
(I) Since the
(ii)また、上記軸棒32は出口部24から露出してコの字状に折り曲げられて、本体部20の外側壁面に固定されていることから、軸棒32を固定するための手段を本体部20内に設ける必要がないことから、その手段で液滴の排出が阻害されることがない。
(Ii) Further, since the
(iii)本体部20の入口部22付近に第1および第2の風車41,42を設けた構成であることから、入口部22から入ったオフガスを直ちに気液分離させることができる。このため、全体としての気液分離の効率をより高めることができる。
(Iii) Since the first and
(ix)本体部20の出口部24付近にさらに第3および第4の風車43,44を設けた構成であることから、入り口部付近と出口部付近の2段階でもって気液分離を図ることができる。特に、入口部22付近に設けた第1および第2の風車41,42によって壁面に付着した液滴の一部が、内筒26から吸い出されるのを第3および第4の風車43,44によって、再び壁面側に飛散させることができることから、気液分離の効率をより一層高めることができる。
(Ix) Since the third and
(x)出口部24側に移動した液滴M′′は、前述したように、本体部20と内筒26の2重構造となった部分で一旦捕まえられる。このために、液滴が内筒26の内側に侵入して出口部24から排出されることを防ぐことができる。
(X) The droplet M ″ that has moved to the
(xi)第1および第2の風車41,42は対となり、それぞれのブレードBDが互いに45゜だけオフセットされて設けられていることから第1の風車41のブレードBDとブレードBDとの間をブレードBDに当たることなくすり抜けたオフガスが、第2の風車42においてもブレードBDに当たらずにすり抜けることを防ぐことができる。したがって、オフガスを確実に飛散させることができることから、気液分離の効率をより一層高めることができる。第3および第4の風車43,44においても同様な構成によって、オフガスを確実に飛散させることができる。
(Xi) The first and
2.第2実施例:
図4は、本発明の第2実施例としての燃料電池用気液分離装置110の内部を示す断面図である。第2実施例の燃料電池用気液分離装置110は、前述した第1実施例の燃料電池用気液分離装置10(図2)と比較して、内筒26が無い点が相違する。これに伴い、第3および第4の風車43,44が上記実施例と比べてより下流側に配置されている。これらの構成以外については第1実施例と同一であり、同一のパーツには図中においては同じ符号を付けた。かかる構成の第2実施例によっても、上記第1実施例と同様に、気液分離の効率を高めることができるという効果を奏する。
2. Second embodiment:
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the inside of a fuel cell gas-
3.第3実施例:
図5は、本発明の第3実施例としての燃料電池用気液分離装置210の内部を示す断面図である。第2実施例の燃料電池用気液分離装置210は、前述した第1実施例の燃料電池用気液分離装置10(図2)と比較して、第3および第4の風車43,44が無く、内筒226の全長が第1実施例よりも長くなっている(全長以外の構成は第1実施例の内筒26と同一)点が相違する。その他の構成については第1実施例と同一であり、同一のパーツには図中においては同じ符号を付けた。
3. Third embodiment:
FIG. 5 is a sectional view showing the inside of a fuel cell gas-
上記構成の第2実施例によれば、上記第1実施例と同様に、第1および第2の風車41,42の作用により気液分離の効率を高めることができる。さらに本実施例では、第1および第2の風車41,42の作用により本体部20の内壁へ付着した液滴がオフガスの流れを受けて内壁を伝って出口部224側に移動した場合にも、内筒226により壁面が折り返されていることから、この折り返し部分でその液滴を一旦捕まえることができる。このために、液滴が内筒226の内側に侵入して出口部224から排出されることを防ぐことができる。したがって、気液分離の効率をより高めることができる。なお、本実施例では、内筒226の全長を第1実施例よりも長くしていたが、必ずしも長くする必要はなく、第1実施例と同じ長さでも、短い長さでもよい。
According to the second embodiment having the above-described configuration, the efficiency of gas-liquid separation can be increased by the action of the first and
4.第4実施例:
図6は、本発明の第4実施例としての燃料電池用気液分離装置310の内部を示す断面図である。第4実施例の燃料電池用気液分離装置310は、前述した第3実施例の燃料電池用気液分離装置310(図5)と比較して、内筒326の構成が相違し、その他の構成については同一である。同一のパーツには図中においては同じ符号を付けた。
4). Fourth embodiment:
FIG. 6 is a sectional view showing the inside of a fuel cell gas-
本実施例における内筒326は、入口部22方向の開口端が底面326aにより塞がれた構成となっている。そして、内筒326の周壁に開口部326bが設けられた構成となっている。この構成によれば、入口部22方向から送られてきたオフガスが真っすぐ進行して、そのまま内筒326内に入ることを底面326aにより防止することができる。オフガスは開口部326bから侵入して出口部324から排出される。したがって、本実施例によれば、オフガスに乗って液滴が真っすぐ出口部324から排出されることを防止することができる。この結果、気液分離の効率をより高めることができる。
The
5.第5実施例:
図7は、本発明の第5実施例としての燃料電池用気液分離装置410の内部を示す断面図である。第5実施例の燃料電池用気液分離装置410は、前述した第1実施例の燃料電池用気液分離装置10(図2)と比較して、第3および第4の風車43,44が無く、その第3および第4の風車43,44の位置に、防風壁450を設けた点が相違する。その他の構成については第1実施例と同一であり、同一のパーツには図中においては同じ符号を付けた。
5). Example 5:
FIG. 7 is a sectional view showing the inside of a fuel cell gas-
防風壁450は、筒状となっており、内筒26を間隙をおいて覆うように、軸棒32に固定されている。防風壁450の入口部22側の面450aは、半球形状となっており、オフガスを本体部20の壁面方向に向けてスムーズに流す。かかる構成によっても、入口部22方向から送られてきたオフガスが真っすぐ進行して、そのまま内筒26内に入ることを防風壁450により防止することができる。これにより、第4実施例と同様に、オフガスに乗って液滴が真っすぐ出口部24から排出されることを防止することができる。したがって、気液分離の効率をより高めることができる。
The
6.他の実施形態:
なお、本発明は上記した第1ないし第5実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
6). Other embodiments:
The present invention is not limited to the first to fifth examples and embodiments described above, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
(1)変形例1:
前述した第3ないし第5実施例(図5〜図7)は、本体部20内に第1および第2の風車41,42を設け、さらに本体部20内に別の特徴的な構成を設けたものである。ここでいう別の特徴的な構成とは、第3実施例においては内筒226であり、第4実施例においては底面326aと開口部326bを備えた内筒326であり、第5実施例では内筒26と防風壁450とである。この別の特徴的な構成を付加することで、前述してきたように、第1および第2の風車41,42の作用により本体部20の内壁へ付着した液滴が出口部から排出されるのを防ぐことができる。
(1) Modification 1:
In the third to fifth embodiments (FIGS. 5 to 7) described above, the first and
翻ってみて、本体部20内に第1および第2の風車41,42を備えない構成を考えたとき、この構成においても、入力部41から導入されたオフガスは本体部20内に拡がり、オフガス中の水分は液滴として本体部20の内壁へ少なからず付着する。このために、前述した別の特徴的な構成を単独で備える燃料電池用気液分離装置、すなわち、第1および第2の風車41,42を備えることなく前記別の特徴的な構成を備える燃料電池用気液分離装置を、本発明の他の態様としてもよい。
In turn, when considering a configuration in which the first and
すなわち、他の態様としての第1の態様は、
燃料電池から排出されるオフガス中の水分を分離する燃料電池用気液分離装置であって、
筒状の本体部と、
前記本体部に設けられた前記オフガスの入口部と、
前記本体部に設けられた前記オフガスの出口部と、
前記本体部に設けられた前記水分の排水口と
を備え、
前記入口部および出口部は、前記本体部の中心軸上の一方側と他方側とに設けられ、
前記出口部は、前記本体部の壁面に形成された開口により構成され、
前記開口から前記本体部の内側方向に突出する内筒をさらに備える、燃料電池用気液分離装置。
That is, the first aspect as another aspect is:
A gas-liquid separation device for a fuel cell that separates moisture in off-gas discharged from the fuel cell,
A tubular body,
The off-gas inlet provided in the main body;
The off-gas outlet provided in the main body;
The water outlet provided in the main body, and
The inlet part and the outlet part are provided on one side and the other side on the central axis of the main body part,
The outlet part is constituted by an opening formed in the wall surface of the main body part,
A gas-liquid separator for a fuel cell, further comprising an inner cylinder protruding from the opening toward the inside of the main body.
第2の態様は、
前記第1の態様の燃料電池用気液分離装置であって、
前記内筒は、
前記入口部方向の開口端を塞ぐ底面と、
周壁に設けられた開口部と
を備える、燃料電池用気液分離装置。
The second aspect is
A gas-liquid separator for a fuel cell according to the first aspect,
The inner cylinder is
A bottom surface that closes the open end in the direction of the inlet,
A gas-liquid separator for a fuel cell, comprising: an opening provided on a peripheral wall.
第3の態様は、
前記第1の態様の燃料電池用気液分離装置であって、
筒状であり、前記内筒を間隙をおいて覆う防風壁を備える、燃料電池用気液分離装置。
The third aspect is
A gas-liquid separator for a fuel cell according to the first aspect,
A gas-liquid separator for a fuel cell, comprising a windproof wall that is cylindrical and covers the inner cylinder with a gap.
(2)変形例2:
上記第1および第2実施例では、2対の風車41,42、43,44が設けられていたが、これに替えて、入口部付近に設けた1対の風車41,42だけの構成としてもよい。あるいは、出口部付近に設けた1対の風車43,44だけの構成としてもよい。さらには、3対以上の風車を設ける構成としてもよい。また、風車は必ずしも2台の風車を対として設ける構成とする必要もなく、1台だけでもよく、さらには複数の風車を対をなさずに個別に設けた構成としてもよい。さらに、第3ないし第4実施例において、風車を2対上の数としてもよい。
(2) Modification 2:
In the first and second embodiments, two pairs of
(3)変形例3:
上記第1ないし第5実施例では、風車は4枚の羽根を備える構成としていたが、これに替えて、1,2,3,5,6,…といった他の枚数の羽根を備える構成としてもよい。また、風車はセイルウィング式等、種々のタイプのものとすることができる。要は、風車は、本体部内の入口部から出口部に至るオフガスを発散可能であればどのような構成とすることもできる。
(3) Modification 3:
In the first to fifth embodiments, the wind turbine has a configuration including four blades. However, instead of this, the wind turbine may include other numbers of blades such as 1, 2, 3, 5, 6,. Good. The windmill can be of various types such as a sail wing type. In short, the wind turbine can have any configuration as long as it can emit off-gas from the inlet to the outlet in the main body.
(4)変形例4:
上記第1ないし第5実施例では、風車41〜44を配置する軸棒32は本体部20の外側壁面に固定する構成としていたが、これに替えて、軸棒を固定するための手段を本体部内に設ける構成としてもよい。また、2対の風車41〜44は一つの軸棒に設ける必要もなく、対をなす2台の風車毎に軸棒を設ける構成としてもよい。さらに、上記第1ないし第5実施例では、風車41〜44は羽根車の回転軸が本体部20の中心軸と一致するように配置されていたが、これに換えて、中心軸と一致しない位置に配置する構成としてもよい。要は、風車は、本体部内の入口部から出口部までのオフガスの流れの途中に設けられ、回転することによりオフガスを発散させることができれば、どのような位置に配置してもよいし、どのような手段によって設置してもよい。
(4) Modification 4:
In the first to fifth embodiments, the
(5)変形例5:
上記第1ないし第5実施例では、本体部20は円筒状であったが、これに換えて、三角筒、四角筒、五角筒、六角筒等の多角筒の形状としてもよい。
(5) Modification 5:
In the first to fifth embodiments, the
(6)変形例6:
上記第1ないし第5実施例では、燃料電池用気液分離装置は、オフガスとして酸化剤オフガスを導入していたが、これに換えて、水素オフガスを導入する構成としてもよい。
(6) Modification 6:
In the first to fifth embodiments, the fuel cell gas-liquid separator introduces the oxidant off-gas as the off-gas, but instead of this, a hydrogen off-gas may be introduced.
(7)変形例7:
上記第1ないし第5実施例では、羽根車は、オフガスの流れで回転する風車であったが、必ずしもオフガスの流れで回転する必要もなく、他の動力によって羽根車を回転する構成としてもよい。例えば、自動車の走行によって発生する大気の流れで回転する風車を燃料電池用気液分離装置の外側に設け、この風車の回転力を、燃料電池用気液分離装置の備える羽根車に伝達する構成としてもよい。あるいは、モータ等の動力機関により羽根車を回転する構成としてもよい。
(7) Modification 7:
In the first to fifth embodiments, the impeller is a windmill rotating with an off-gas flow. However, it is not always necessary to rotate with an off-gas flow, and the impeller may be rotated with other power. . For example, a configuration in which a windmill rotating with an air flow generated by traveling of an automobile is provided outside the gas-liquid separator for a fuel cell, and the rotational force of the windmill is transmitted to an impeller included in the gas-liquid separator for a fuel cell. It is good. Alternatively, the impeller may be rotated by a power engine such as a motor.
(8)変形例8:
上記第1ないし第5実施例では、燃料電池用気液分離装置を備える移動体は、自動車であったが、これに換えて、電車等の自動車以外の車両としてもよい。また、車両にも限る必要はなく、船舶、飛行機等の他の移動体としてもよい。
(8) Modification 8:
In the first to fifth embodiments, the moving body including the fuel cell gas-liquid separator is an automobile. However, instead of this, a vehicle other than an automobile such as a train may be used. Moreover, it is not necessary to restrict to a vehicle, It is good also as other moving bodies, such as a ship and an airplane.
1…自動車
3…燃料電池
5…排気系
5a…酸化剤オフガス流路
7…希釈器
8…マフラ
10…燃料電池用気液分離装置
20…本体部
22…入口部
24…出口部
26…内筒
28…排水口
30…配水管
32…軸棒
34…ろう材
41…第1の風車
42…第2の風車
43…第3の風車
44…第4の風車
RT…回転支持部
BD…ブレード
M…液滴
110…燃料電池用気液分離装置
124…出口部
210…燃料電池用気液分離装置
224…出口部
226…内筒
310…燃料電池用気液分離装置
324…出口部
326…内筒
326a…底面
326b…開口部
410…燃料電池用気液分離装置
450…防風壁
DESCRIPTION OF
Claims (11)
筒状の本体部と、
前記本体部に設けられた前記オフガスの入口部と、
前記本体部に設けられた前記オフガスの出口部と、
前記本体部に設けられた前記水分の排水口と
を備え、
前記本体部は、
前記入口部から前記出口部までの前記オフガスの流れの途中に設けられ、回転することにより前記オフガスを発散させる羽根車を備える、燃料電池用気液分離装置。 A gas-liquid separation device for a fuel cell that separates moisture in off-gas discharged from the fuel cell,
A tubular body,
The off-gas inlet provided in the main body;
The off-gas outlet provided in the main body;
The water outlet provided in the main body, and
The main body is
A gas-liquid separator for a fuel cell, comprising an impeller that is provided in the middle of the flow of the off gas from the inlet portion to the outlet portion and emits the off gas by rotating.
前記羽根車は、
前記オフガスの流れで回転する風車である、燃料電池用気液分離装置。 A gas-liquid separator for a fuel cell according to claim 1,
The impeller is
A gas-liquid separator for a fuel cell, which is a windmill rotating with the flow of the off-gas.
前記入口部および出口部は、
前記本体部の中心軸上の一方側と他方側とに設けられ、
前記風車は、
当該風車の回転軸が前記本体部の中心軸と一致するように配置された、燃料電池用気液分離装置。 It is a gas-liquid separator for fuel cells according to claim 2,
The inlet and outlet are
Provided on one side and the other side on the central axis of the main body,
The windmill is
A gas-liquid separation device for a fuel cell, which is disposed so that a rotation axis of the windmill coincides with a central axis of the main body.
前記本体部の中心軸上を直線状に延びるとともに、前記出口部から露出して該露出部分で折れ曲がって前記本体部の外側壁面に固定される軸棒
を備え、
前記風車は、
前記軸棒の前記直線状の部分に配置された、燃料電池用気液分離装置。 It is a gas-liquid separator for fuel cells according to claim 3,
A shaft bar that extends linearly on the central axis of the main body portion, is exposed from the outlet portion, is bent at the exposed portion, and is fixed to the outer wall surface of the main body portion,
The windmill is
A gas-liquid separator for a fuel cell, which is disposed in the linear portion of the shaft rod.
前記入り口部付近に前記風車としての第1の風車を配置した、燃料電池用気液分離装置。 A gas-liquid separator for a fuel cell according to any one of claims 2 to 4,
A gas-liquid separation device for a fuel cell, wherein a first windmill as the windmill is disposed in the vicinity of the entrance.
前記出口部付近に前記風車としての第2の風車を配置した、燃料電池用気液分離装置。 The gas-liquid separator for a fuel cell according to claim 5,
A gas-liquid separation device for a fuel cell, wherein a second windmill as the windmill is disposed in the vicinity of the outlet.
前記出口部は、前記本体部の壁面に形成された開口により構成され、
前記開口から前記本体部の内側方向に突出する内筒をさらに備える、燃料電池用気液分離装置。 The gas-liquid separator for a fuel cell according to claim 5,
The outlet part is constituted by an opening formed in the wall surface of the main body part,
A gas-liquid separator for a fuel cell, further comprising an inner cylinder protruding from the opening toward the inside of the main body.
前記内筒は、
前記入口部方向の開口端を塞ぐ底面と、
周壁に設けられた開口部と
を備える、燃料電池用気液分離装置。 The fuel-liquid gas-liquid separator according to claim 7,
The inner cylinder is
A bottom surface that closes the open end in the direction of the inlet,
A gas-liquid separator for a fuel cell, comprising: an opening provided on a peripheral wall.
前記風車として2台の風車を備え、
前記2台の風車は、
互いの羽根が前記中心軸の方向から見たときに互いにずれるように配設され、両方の羽根が一体的に回転するように構成された、燃料電池用気液分離装置。 A gas-liquid separator for a fuel cell according to any one of claims 2 to 8,
The windmill includes two windmills,
The two windmills are
A gas-liquid separator for a fuel cell, wherein the blades are arranged so as to be displaced from each other when viewed from the direction of the central axis, and are configured such that both blades rotate integrally.
前記燃料電池から排出されるオフガスを大気中に排出する排気系と
を備える移動体において、
前記排気系の最も下流側に、請求項1ないし9のいずれかに記載の燃料電池用気液分離装置を設けたことを特徴とする移動体。 A fuel cell;
A moving body comprising: an exhaust system that discharges off-gas discharged from the fuel cell to the atmosphere;
10. A moving body comprising the fuel cell gas-liquid separator according to claim 1 provided on the most downstream side of the exhaust system.
前記燃料電池用気液分離装置の備える羽根車は、
前記移動体の走行によって発生する大気の流れで回転する構成である、移動体。 The moving body according to claim 10,
The impeller included in the fuel cell gas-liquid separator is,
A moving body configured to rotate by a flow of air generated by traveling of the moving body.
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