JP2014072096A - 燃料電池システムの気液分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスに含まれる液体を良好に除去することができる、燃料電池システムの気液分離器を提供する。
【解決手段】排ガスは、第１吐出管１３２の第１吐出口１３５から吐出される。第１吐出口１３５に対して第１吐出口１３５からの排ガスの吐出方向に対向する位置には、捕獲壁１４１の内面が配置されている。第１吐出口１３５から吐出された排ガスは、捕獲壁１４１の内面に衝突する。排ガス中の液体は、捕獲壁１４１の内面に付着し、液体が除去された気体は、捕獲壁１４１の内面に沿って流れる。捕獲壁１４１の下方に設けられた案内壁１４２の上面は、吐出方向における下流側の端部が下がるように傾斜している。捕獲壁１４１から流れ落ちる液体は、案内壁１４２の上面を流れ、その下流側端部から流れ落ちる。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システムに適用され、燃料電池からの排ガス中の気体と液体を分離する気液分離器に関する。

燃料電池システムとして、液体燃料であるヒドラジンを燃料電池に供給するものが知られている。

燃料電池は、たとえば、固体高分子膜の両側にアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を貼り合わせて一体化した膜／電極接合体を備えている。アノードには、燃料循環路が接続されている。すなわち、燃料循環路の一端がアノードの燃料供給口に接続され、その他端がアノードの燃料排出口に接続されている。アノードには、燃料循環路からヒドラジンが供給され、アノードを通過したヒドラジンは、燃料循環路に排出される。一方、カソードには、空気が供給される。

アノードでは、窒素ガス（Ｎ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）および電子（ｅ⁻）が生成される。電子は、外部回路（図示せず）を介して、カソードに移動する。窒素ガスおよび水は、未反応のヒドラジンとともに、燃料循環路に排出される。一方、カソードでは、アニオン（ＯＨ⁻）が生成される。アニオンは、固体高分子膜を透過して、アノードに移動する。その結果、アノードとカソードとの間に、発電反応（電気化学反応）による起電力が発生する。

特開２０１１−２１６３４１号公報

たとえば、アノードでは、ヒドラジンの自然分解が起こり、分解物として、アンモニア（ＮＨ_３）が生成する。そのため、アノードから排出される排出物には、ヒドラジン、窒素ガスおよび水の他に、アンモニアが含まれる。そのため、その排出物を液体であるヒドラジンおよび水と気体である窒素ガスおよびアンモニアとに分離した後、窒素ガスおよびアンモニアを含む排ガスからアンモニアを除去する処理が必要となる。

この処理のために、排ガスが流通する排ガス流路内に中和剤としての硫酸を供給することにより、排ガス流路内で排ガス中のアンモニアと硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）とを中和させる構成が考えられる。この構成では、排ガス流路を通過後の排ガスには、液体である硫酸が含まれる。そのため、気液分離器が必要であり、気液分離器で排ガス流路を通過後の排ガスから硫酸を除去した後、排ガスのみを気液分離器から外部に排出しなければならない。

ところが、気液分離器の性能によっては、排ガス中の硫酸を除去しきれず、硫酸のミストが排ガスとともに外部に放出されるおそれがある。

本発明の目的は、排ガスに含まれる液体を良好に除去することができる、燃料電池システムの気液分離器を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムの気液分離器は、燃料電池および前記燃料電池からの排ガスが流通する排ガス流路とを含む燃料電池システムに適用され、前記排ガス流路を流通する排ガス中の気体と液体とを分離する。前記気液分離器は、前記排ガス流路と連通し、排ガスを吐出口から吐出する排ガス吐出管と、前記吐出口に対して前記吐出口からの排ガスの吐出方向から対向し、前記吐出方向の下流側に膨出する湾曲状をなす内面を有し、当該内面に排ガス中の液体を付着させて捕獲するための捕獲壁と、前記捕獲壁の下方に設けられ、前記吐出方向における下流側の下流側端部が上流側の上流側端部よりも低い位置に配置される上面を有し、前記捕獲壁の前記内面の下端から流れ落ちる液体を前記上面で受け取って前記吐出方向の下流側へ案内するための案内壁とを含む。

この構成によれば、排ガス流路を流通する排ガスは、排ガス吐出管の吐出口から吐出される。吐出口に対して吐出口からの排ガスの吐出方向に対向する位置には、捕獲壁の内面が配置されている。吐出口から吐出された排ガスは、捕獲壁の内面に衝突する。そして、排ガス中の液体は、捕獲壁の内面に付着し、液体が除去された気体は、捕獲壁の内面に沿って流れる。

捕獲壁の内面は、吐出方向の下流側に膨出する湾曲状をなしている。そのため、捕獲壁の内面に付着した液体は、その内面を伝って、吐出方向の上流側に向かう方向に加速しつつ流下する。そして、液体は、捕獲壁の内面の下端に達すると、その下端から流れ落ちる。

捕獲壁から流れ落ちる液体は、吐出方向の上流側に向かう速度成分を有しつつ、捕獲壁の下方に設けられた案内壁の上面に受け取られる。案内壁の上面は、吐出方向における下流側の下流側端部が上流側の上流側端部よりも低い位置に配置されるように形成されている。そのため、案内壁の上面に受け取られた液体は、吐出方向の上流側に向かう速度成分を失った後、案内壁の上面を下流側端部に向けて緩やかに流れる。そして、案内壁の上面の下流側端部に達した液体は、その下流側端部から気液分離器の底部に溜まった液体に向かって流れ落ちる。

案内壁が設けられていない構成では、捕獲壁から流れ落ちる液体が気液分離器の底部に溜まった液体の液面に勢いよく入射し、このとき、液体の飛沫が発生するおそれがある。案内壁が設けられていることにより、液体が捕獲壁から勢いよく流れ落ちても、その液体が気液分離器の底部に溜まった液体の液面に勢いよく入射しないので、液体の飛沫の発生を防止することができる。

捕獲壁の内面に沿って流れる気体は、捕獲壁と案内壁との間を通過して、気液分離器の外部に放出される。

液体の飛沫の発生を防止できるので、気液分離器から外部に放出される気体が液体のミストを運び出すことを防止できる。

よって、排ガスに含まれる液体を良好に除去することができ、液体が気液分離器の外部に放出されることを防止できる。

気液分離器は、吐出方向における上流側の端部が案内壁の下流側端部の上方に間隔を空けて配置され、案内壁の下流側端部からの液体の飛散を防止するための飛散防止壁をさらに含むことが好ましい。

案内壁の下流側端部上に液体が溜まっている場合、捕獲壁と案内壁との間を通過する気体がその溜まった液体に当たり、液体の飛沫やミストが発生するおそれがある。

案内壁の下流側端部の上方に飛沫防止壁が設けられていることにより、液体の飛沫やミストが生じても、そのミストなどを運ぶ気体が飛沫防止壁に当たったときに、ミストなどが飛沫防止壁に付着する。よって、気液分離器から外部に放出される気体が液体のミストを運び出すことを一層防止できる。

本発明によれば、排ガスに含まれる液体を良好に除去することができ、液体が気液分離器の外部に放出されることを防止できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置が備えられた燃料電池システムの構成図である。 図２は、排ガス処理装置の気液分離器を鉛直面で切断したときの図解的な断面図である。 図３は、排ガス処理装置の気液分離器を水平面で切断したときの図解的な断面図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜システム構成＞

図１は、本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置が備えられた燃料電池システムの構成図である。

燃料電池システム１は、液体燃料を用いる燃料電池システム（ＦＣシステム）であり、たとえば、自動車に駆動源として搭載される。

燃料電池システム１は、燃料電池１１を備えている。

燃料電池１１は、所定数（たとえば、１００〜２００）のセルが一方向に積層された、いわゆるセルスタックを有している。各セルは、膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）、膜／電極接合体の両側に配置されたセパレータ、および膜／電極接合体と各セパレータとの間に介在されたガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）を備えている。

膜／電極接合体は、固体高分子膜の両側にアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を貼り合わせて一体化したものである。固体高分子膜は、たとえば、アニオン（ＯＨ⁻）を透過させる性質を有する。

セパレータの両面には、たとえば、葛折り状に屈曲した凹溝（図示せず）が形成されている。膜／電極接合体のアノードに対向する凹溝は、燃料流路として形成されている。燃料流路の一端および他端は、それぞれ燃料入口１２および燃料出口１３に接続されている。膜／電極接合体のカソードに対向する凹溝は、エア流路として形成されている。エア流路の一端および他端は、それぞれエア入口１４およびエア出口１５に接続されている。また、各セル間では、一方のセルのセパレータに形成された凹溝と他方のセルのセパレータに形成された凹溝とが重なり合い、それらの凹溝が冷却水流路を形成している。冷却水流路の一端および他端は、それぞれ冷却水入口１６および冷却水出口１７に接続されている。

燃料電池システム１は、燃料循環システム２０を備えている。

燃料循環システム２０には、第１燃料タンク２１、第２燃料タンク２２、燃料サブタンク２３および気液分離器２４が含まれる。

第１燃料タンク２１には、液体燃料として、たとえば、常温のヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）が貯留されている。第１燃料タンク２１には、第１燃料補給管２５の一端が接続されている。第１燃料補給管２５の他端は、燃料サブタンク２３に接続されている。第１燃料補給管２５の途中部には、第１燃料供給ポンプ２６が介装されている。

第２燃料タンク２２には、電解液として、たとえば、常温の水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）が貯留されている。第２燃料タンク２２には、第２燃料補給管２７の一端が接続されている。第２燃料補給管２７の他端は、燃料サブタンク２３に接続されている。第２燃料補給管２７の途中部には、第２燃料供給ポンプ２８が介装されている。

燃料サブタンク２３には、電解液に混合された液体燃料、たとえば、水酸化カリウム水溶液に混合されたヒドラジンが貯留されている。燃料サブタンク２３には、燃料供給管２９の一端が接続されている。燃料供給管２９の他端は、燃料電池１１の燃料入口１２に接続されている。燃料供給管２９の途中部には、燃料循環ポンプ３０が介装されている。

燃料電池１１の燃料出口１３には、燃料排出管３１の一端が接続されている。燃料排出管３１の他端は、気液分離器２４に接続されている。

気液分離器２４の底部には、燃料帰還管３２の一端が接続されている。燃料帰還管３２の他端は、燃料サブタンク２３に接続されている。燃料帰還管３２の途中部には、ストレーナ３３が介装されている。また、気液分離器２４の上部には、パージ管３４の一端が接続されている。

燃料電池システム１は、給排気システム４０を備えている。

給排気システム４０には、エアコンプレッサ４１および気液分離器４２が含まれる。

エアコンプレッサ４１の吸込口には、吸気管４３の一端が接続されている。吸気管４３の他端は、エアクリーナ４４に接続されている。吸気管４３には、吸気管４３を流通するエアの流量を検出するエア流量計４５が設けられている。

エアコンプレッサ４１の吐出口には、エア供給管４６の一端が接続されている。エア供給管４６の他端は、燃料電池１１のエア入口１４に接続されている。エア供給管４６の途中部には、インタークーラ４７が介装されている。

燃料電池１１のエア出口１５には、エア排出管４８の一端が接続されている。エア排出管４８の他端は、気液分離器４２に接続されている。

気液分離器４２の底部には、回収管４９の一端が接続されている。回収管４９の他端は、気液分離器２４に接続されている。回収管４９の途中部には、環流電磁弁５０およびフィルタ５１が気液分離器４２側からこの順に介装されている。気液分離器４２の上部には、パージ管５２の一端が接続されている。パージ管５２の途中部には、エア背圧調整弁５３が介装されている。

また、給排気システム４０には、排ガス処理装置１００が含まれる。

排ガス処理装置１００は、中和剤タンク１０１、中和剤供給管１０２、スクラバ１０３および気液分離器１０４を備えている。

中和剤タンク１０１には、中和剤として、たとえば、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）が貯留されている。

中和剤供給管１０２の一端は、中和剤タンク１０１に接続されている。中和剤供給管１０２の途中部には、中和剤ポンプ１０５が介装されている。

スクラバ１０３の入口には、気液分離器４２から延びるパージ管５２の他端が接続されている。スクラバ１０３における入口の近傍には、中和剤供給管１０２の他端が接続されている。スクラバ１０３の出口には、接続管１０６の一端が接続されている。接続管１０６の他端は、気液分離器１０４の側壁に接続されている。

気液分離器１０４の側壁にはさらに、気液分離器２４から延びるパージ管３４の他端が接続されている。気液分離器１０４の底部には、中和剤帰還管１０７の一端が接続されている。中和剤帰還管１０７の他端は、中和剤タンク１０１に接続されている。また、気液分離器１０４の上部には、排気管１０８の一端が接続されている。

排気管１０８の途中部には、マフラー１０９が介装されている。排気管１０８には、排気管１０８からの排気中のアンモニア濃度を検出するＮＨ_３センサ１１０が設けられている。

燃料電池システム１は、冷却システム１２０を備えている。

冷却システム１２０は、燃料電池１１の冷却水入口１６から冷却水流路に冷却水を供給する。冷却水は、冷却水流路を流通した後、冷却水出口１７から排出されて、冷却システム１２０に戻される。冷却水が冷却水流路を流通することにより、燃料電池１１が冷却される。

＜発電動作＞

燃料電池１１による発電のために、燃料循環ポンプ３０が駆動される。燃料循環ポンプ３０が駆動されると、燃料サブタンク２３に貯留されている液体燃料を含む液体が燃料供給管２９に吸い出される。そして、燃料供給管２９を液体が流通し、その液体が燃料電池１１の燃料入口１２から燃料電池１１の燃料流路に供給される。

また、燃料電池１１による発電のために、エアコンプレッサ４１が駆動される。エアコンプレッサ４１が駆動されると、エア（大気）がエアクリーナ４４を通して吸気管４３に取り込まれる。吸気管４３に取り込まれたエアは、エアコンプレッサ４１で圧縮されて、エアコンプレッサ４１からエア供給管４６に送り出される。エアコンプレッサ４１での圧縮に伴って温度が上昇したエアは、エア供給管４６を流通する途中で、インタークーラ４７によって冷却される。そして、冷却後のエアは、燃料電池１１のエア入口１４を通して、燃料電池１１のエア流路に供給される。

燃料電池１１の燃料流路を液体燃料を含む液体が流通し、エア流路をエアが流通すると、燃料電池１１において、発電反応（電気化学反応）が生じ、その電気化学反応による起電力が発生する。

具体的には、アノードにおいて、反応式（１）で示される反応が生じ、窒素ガス（Ｎ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）および電子（ｅ⁻）が生成される。電子は、外部回路（図示せず）を介して、カソードに移動する。窒素ガスおよび水は、未反応の液体燃料とともに、燃料流路から燃料出口１３を通して燃料排出管３１に流出する。一方、カソードでは、反応式（２）で示される反応が生じ、アニオン（ＯＨ⁻）が生成される。アニオンは、固体高分子膜を透過して、アノードに移動する。

ＮＨ_２ＮＨ_２＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ ・・・（１）
Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ ・・・（２）

この結果、アノードとカソードとの間に、発電反応（電気化学反応）による起電力が発生する。

燃料電池１１の燃料流路を流通した液体は、燃料出口１３から燃料排出管３１に排出される。燃料電池１１のアノードでは、液体燃料であるヒドラジンの自然分解が起こり、分解物として、アンモニア（ＮＨ_３）が生成する。そのため、燃料排出管３１に排出される液体には、ヒドラジン、窒素ガスおよび水の他に、アンモニアが含まれる。燃料排出管３１に排出される液体は、燃料排出管３１を通して、気液分離器２４に流入する。気液分離器２４では、燃料排出管３１から流入する液体からその液体に含まれる気体（窒素ガスおよびアンモニア）が分離される。

脱気された液体は、気液分離器２４内の下部（底部）に集まり、気液分離器２４から燃料帰還管３２に流出する。燃料帰還管３２に流出した液体は、燃料帰還管３２を流通し、その途中でストレーナ３３を通過する。液体がストレーナ３３を通過することにより、液体から異物（固形物）が除去される。その後、燃料帰還管３２を流通する液体は、燃料帰還管３２から燃料サブタンク２３に戻る。

こうして、液体燃料を含む液体は、燃料サブタンク２３、燃料供給管２９、燃料電池１１の燃料流路、燃料排出管３１、気液分離器２４および燃料帰還管３２を含む燃料循環路を循環する。

気液分離器２４内で液体から分離された気体は、気液分離器２４からパージ管３４に流出し、パージ管３４を排ガス処理装置１００に向けて流通する。そして、パージ管３４を流通する気体は、排ガス処理装置１００を経由して、大気に放出される。

燃料電池１１のエア流路を流通したエアは、エア出口１５からエア排出管４８に排出される。

燃料電池１１内では、水および液体燃料が膜／電極接合体のアノードから固体高分子膜を透過してカソードに移動する、いわゆるクロスリークが発生する。そのため、エア排出管４８に流出するエアには、そのクロスリークした液体燃料（ヒドラジン）、その液体燃料の自然分解によって生成されるアンモニアおよび水の蒸気が含まれる。

エア排出管４８に流出した気体は、エア排出管４８を流通して、気液分離器４２に流入する。気液分離器４２では、エア排出管４８から流入する気体とそのエアに含まれる液体燃料などの液体とが分離される。

液体が除去された気体は、気液分離器４２からパージ管５２に流出し、パージ管５２を排ガス処理装置１００に向けて流通する。そして、パージ管５２を流通する気体は、排ガス処理装置１００を経由して、大気に放出される。

一方、気体から分離した液体は、気液分離器４２内の下部（底部）に集まる。環流電磁弁５０が閉じられている間、その液体は、気液分離器４２内の下部に溜められる。気液分離器４２内に溜められた液体は、エア背圧調整弁５３の開度が小さくされて、気液分離器４２内の圧力が通常よりも高められた状態で、環流電磁弁５０が開かれることにより、回収管４９を通して、気液分離器２４に送られる（回収される）。液体が回収管４９を流通する途中でフィルタ５１を通過することにより、液体から異物が除去される。気液分離器２４に流入した液体は、気液分離器２４内の下部（底部）に集まり、気液分離器２４から燃料帰還管３２に流出し、燃料帰還管３２を流通して、燃料帰還管３２から燃料サブタンク２３に戻る。

＜燃料補給動作＞

燃料電池システム１の稼働中に、燃料サブタンク２３に液体燃料を補給する必要が生じると、第１燃料供給ポンプ２６および／または第２燃料供給ポンプ２８が駆動される。

第１燃料供給ポンプ２６が駆動されると、第１燃料タンク２１から第１燃料補給管２５に液体燃料（ヒドラジン）が汲み出される。そして、その液体燃料が第１燃料補給管２５を通して燃料サブタンク２３に供給される。

第２燃料供給ポンプ２８が駆動されると、第２燃料タンク２２から第２燃料補給管２７に電解液（水酸化カリウム水溶液）が汲み出される。そして、その電解液が第２燃料補給管２７を通して燃料サブタンク２３に供給される。

＜排ガス処理装置の気液分離器＞

図２は、排ガス処理装置の気液分離器を鉛直面で切断したときの図解的な断面図である。図３は、排ガス処理装置の気液分離器を水平面で切断したときの図解的な断面図である。

気液分離器１０４の側壁１３１の上端部には、第１吐出管１３２および第２吐出管１３３が設けられている。第１吐出管１３２および第２吐出管１３３は、側壁１３１を貫通している。

第１吐出管１３２は、円筒管状をなし、直線状に延びている。気液分離器１０４外において、第１吐出管１３２の端部１３４には、接続管１０６が接続されている。気液分離器１０４内において、第１吐出管１３２の先端は、第１吐出口１３５として開放されており、側壁１３１と直交する方向に向いている。

第２吐出管１３３は、第１吐出管１３２よりも小径の円筒管状をなしている。第２吐出管１３３は、第１吐出管１３２の側方に配置されている。気液分離器１０４外において、第２吐出管１３３の端部１３６には、パージ管３４が接続されている。気液分離器１０４内において、第２吐出管１３３は、側壁１３１から第１吐出管１３２と平行に少し延び、途中部で湾曲して、第１吐出口１３５の全周を側壁１３１と直交する方向に延長した仮想周面１３７に近づくように延びている。そして、第２吐出管１３３の先端は、第２吐出口１３８として開放されており、仮想周面１３７と間隔を空けて配置されている。

また、気液分離器１０４内には、捕獲壁１４１、案内壁１４２および飛散防止壁１４３が設けられている。図３では、捕獲壁１４１、案内壁１４２および飛散防止壁１４３の図示が省略されている。

捕獲壁１４１は、第１吐出口１３５に対して側壁１３１と直交する方向に対向する位置に配置されている。捕獲壁１４１は、第１吐出口１３５から離れる側に膨出する半円筒状をなしている。

案内壁１４２は、捕獲壁１４１の下方に間隔を空けて配置されている。案内壁１４２は、捕獲壁１４１の下端部の延長線と側壁１３１との交点付近から側壁１３１側に膨出するように湾曲しつつ下方に延びる板状の湾曲部１４４と、湾曲部１４４に連続し、側壁１３１から離れるほど下方に位置するように直線状に緩やかに傾斜した平板状の傾斜部１４５とを一体的に有している。

飛散防止壁１４３は、平板状をなし、気液分離器１０４の側壁１３１と対向する側壁１４６から離れるほど下方に位置するように直線状に傾斜している。飛散防止壁１４３の先端部は、案内壁１４２の傾斜部１４５の先端部の上方に配置され、傾斜部１４５の先端部と上下方向に重なっている。

排気管１０８は、側壁１４６の上端部に接続されている。

＜排ガス処理＞

燃料電池１１の発電中、排ガス処理装置１００では、気液分離器２４からパージ管３４に排出される気体および気液分離器４２からパージ管５２に排出される気体（排ガス）からアンモニア（ＮＨ_３）を除去するための排ガス処理が行われる。

排ガス処理のために、中和剤ポンプ１０５が駆動される。中和剤ポンプ１０５が駆動されると、中和剤タンク１０１から中和剤供給管１０２に中和剤である硫酸を含む液体が汲み出される。この中和剤を含む液体は、中和剤供給管１０２をスクラバ１０３に向けて流通する。そして、中和剤を含む液体は、スクラバ１０３内に噴射される。

その一方で、エアコンプレッサ４１が駆動されると、吸気管４３、エア供給管４６、燃料電池１１のエア流路、エア排出管４８、気液分離器４２およびパージ管５２をエアが流通する。エア排出管４８、気液分離器４２およびパージ管５２を流通するエア（気体）には、燃料電池１１内でカソードにクロスリークした液体燃料（ヒドラジン）の自然分解によって生成されるアンモニアが含まれる。

アンモニアを含む気体は、パージ管５２からスクラバ１０３内に流入する。中和剤噴射口１３７から噴射される中和剤を含む液体は、スクラバ１０３内でパージ管５２から送り込まれる気体に混ざり、気体に含まれるアンモニアと中和剤である硫酸とが中和して、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）が生成される。

中和剤および硫酸アンモニウムを含む気体は、スクラバ１０３から接続管１０６および第１吐出管１３２を通して気液分離器１０４に流入する。一方、気液分離器１０４には、パージ管３４を流通する気体が第２吐出管１３３を通して送り込まれる。パージ管３４を流通する気体には、燃料電池１１内のアノードで液体燃料（ヒドラジン）の自然分解によって生成されるアンモニアが含まれる。

気液分離器１０４内では、第１吐出管１３２の第１吐出口１３５から中和剤および硫酸アンモニウムを含む気体が吐出される。その一方で、第２吐出管１３３の第２吐出口１３８からアンモニアを含む気体が吐出される。この第２吐出口１３８から吐出される気体は、第１吐出口１３５から吐出される気体の流れに向けて吐出される。第１吐出口１３５から吐出される気体には、中和剤が含まれている。そのため、第２吐出口１３８から吐出される気体に中和剤が混入し、その気体に含まれるアンモニアと中和剤である硫酸とが中和して、硫酸アンモニウムが生成される。

アンモニアが除去された気体および硫酸および硫酸アンモニウムを含む液体の混合流体は、捕獲壁１４１の内面に衝突する。そして、硫酸および硫酸アンモニウムを含む液体は、捕獲壁１４１の内面に付着し、アンモニアが除去された気体は、捕獲壁の内面に沿って流れる。

捕獲壁１４１の内面に付着した液体は、その内面を伝って流下し、内面の下端部上に集められる。そして、その集められた液体は、捕獲壁１４１から案内壁１４２上に流れ落ちる。このとき、液体が捕獲壁１４１から勢いよく流れ落ちても、その液体は、案内壁１４１の湾曲部１４４に受け止められ、湾曲部１４４上を傾斜部１４５に向けて勢いが弱まりつつ流れる。案内壁１４２上に流れ落ちた液体は、傾斜部１４５上を傾斜部１４５の緩やかな傾斜によって流れ、傾斜部１４５の先端部から気液分離器１０４の底部に流れ落ちる。

気液分離器１０４の底部に溜まった液体は、中和剤帰還管１０７を通して、中和剤タンク１０１に戻される。このようにして、中和剤である硫酸を含む液体は、中和剤タンク１０１、中和剤供給管１０２、スクラバ１０３、気液分離器１０４および中和剤帰還管１０７を含む中和剤循環路を循環する。

捕獲壁１４１の内面に沿って流れる気体は、捕獲壁１４１と案内壁１４１との間を通過し、さらに捕獲壁１４１と飛散防止壁１４３との間を通過して、排気管１０８に排出される。そして、排気管１０８に排出された気体は、排気管１０８を流通し、その途中でマフラー１０９を通過し、その際にアンモニアなどの有害物質がさらに除去された後、大気に放出される。

＜作用効果＞

以上のように、パージ管５２、スクラバ１０３および接続管１０６を流通する排ガスは、第１吐出管１３２の第１吐出口１３５から吐出される。第１吐出口１３５に対して第１吐出口１３５からの排ガスの吐出方向に対向する位置には、捕獲壁１４１の内面が配置されている。第１吐出口１３５から吐出された排ガスは、捕獲壁１４１の内面に衝突する。そして、排ガス中の液体は、捕獲壁１４１の内面に付着し、液体が除去された気体は、捕獲壁１４１の内面に沿って流れる。

捕獲壁１４１の内面は、吐出方向の下流側に膨出する湾曲状をなしている。そのため、捕獲壁１４１の内面に付着した液体は、その内面を伝って、吐出方向の上流側に向かう方向に加速しつつ流下する。そして、液体は、捕獲壁１４１の内面の下端に達すると、その下端から流れ落ちる。

捕獲壁１４１から流れ落ちる液体は、吐出方向の上流側に向かう速度成分を有しつつ、捕獲壁１４１の下方に設けられた案内壁１４２の上面に受け取られる。案内壁１４２の上面は、吐出方向における下流側の下流側端部が上流側の上流側端部よりも低い位置に配置されるように形成されている。そのため、案内壁１４２の上面に受け取られた液体は、吐出方向の上流側に向かう速度成分を失った後、案内壁１４２の上面を下流側端部に向けて緩やかに流れる。そして、案内壁１４２の上面の下流側端部に達した液体は、その下流側端部から気液分離器１０４の底部に溜まった液体に向かって流れ落ちる。

案内壁１４２が設けられていない構成では、捕獲壁１４１から流れ落ちる液体が気液分離器１０４の底部に溜まった液体の液面に勢いよく入射し、このとき、液体の飛沫が発生するおそれがある。案内壁１４２が設けられていることにより、液体が捕獲壁１４１から勢いよく流れ落ちても、その液体が気液分離器１０４の底部に溜まった液体の液面に勢いよく入射しないので、液体の飛沫の発生を防止することができる。

捕獲壁１４１の内面に沿って流れる気体は、捕獲壁１４１と案内壁１４２との間を通過して、気液分離器１０４の外部に放出される。

液体の飛沫の発生を防止できるので、気液分離器１０４から外部に放出される気体が液体のミストを運び出すことを防止できる。

よって、排ガスに含まれる液体を良好に除去することができ、液体が気液分離器１０４の外部に放出されることを防止できる。

また、気液分離器１０４は、吐出方向における上流側の端部が案内壁１４２の下流側端部の上方に間隔を空けて配置され、案内壁１４２の下流側端部からの液体の飛散を防止するための飛散防止壁１４３を備えている。

案内壁１４２の下流側端部上に液体が溜まっている場合、捕獲壁１４１と案内壁１４２との間を通過する気体がその溜まった液体に当たり、液体の飛沫やミストが発生するおそれがある。

案内壁１４２の下流側端部の上方に飛沫防止壁が設けられていることにより、液体の飛沫やミストが生じても、そのミストなどを運ぶ気体が飛沫防止壁に当たったときに、ミストなどが飛沫防止壁に付着する。よって、気液分離器１０４から外部に放出される気体が液体のミストを運び出すことを一層防止できる。

＜変形例＞

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、パージ管３４を流通する気体が気液分離器１０４内に流入し、気液分離器１０４内で、その気体がスクラバ１０３からの中和剤を含む液体と混合される構成を取り上げた。しかしながら、この構成に限らず、パージ管３４を流通する気体とパージ管５２を流通する気体とが合流して、その合流した気体がスクラバ１０３および接続管１０６を通して気液分離器１０４内に流入する構成が採用されてもよい。

また、案内壁１４２は、半円筒状に限らず、半球状に形成されていてもよい。

また、気液分離器１０４内の構成の一例として、第２吐出口１３８は、第１吐出口１３５の全周を第１吐出口１３５からの排ガスの吐出方向に延長したときの仮想周面１３７に対して、その外側に間隔を空けて配置されているとした。

しかしながら、第２吐出口１３８の位置は、第１吐出口１３５から吐出される排ガスの流量（勢い）と第２吐出口１３８から吐出される排ガスの流量とに基づいて、第１吐出口１３５から吐出される排ガスに第２吐出口１３８から吐出される排ガスを良好に混合させることができる位置に設定されるとよく、第２吐出口１３８は、仮想周面１３７の外側に限らず、仮想周面１３７上に配置されていてもよいし、仮想周面１３７の内側に少し入り込んだ位置に配置されていてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 燃料電池システム
１１ 燃料電池
５２ パージ管（排ガス流路）
１０４ 気液分離器
１０３ スクラバ（排ガス流路）
１０６ 接続管（排ガス流路）
１３２ 第１吐出管（排ガス吐出管）
１４１ 捕獲壁
１４２ 案内壁
１４３ 飛沫防止壁

Claims (2)

1. 燃料電池および前記燃料電池からの排ガスが流通する排ガス流路とを含む燃料電池システムに適用され、前記排ガス流路を流通する排ガス中の気体と液体とを分離する気液分離器であって、
   前記排ガス流路と連通し、排ガスを吐出口から吐出する排ガス吐出管と、
   前記吐出口に対して前記吐出口からの排ガスの吐出方向から対向し、前記吐出方向の下流側に膨出する湾曲状をなす内面を有し、当該内面に排ガス中の液体を付着させて捕獲するための捕獲壁と、
   前記捕獲壁の下方に設けられ、前記吐出方向における下流側の下流側端部が上流側の上流側端部よりも低い位置に配置される上面を有し、前記捕獲壁の前記内面の下端から流れ落ちる液体を前記上面で受け取って前記吐出方向の下流側へ案内するための案内壁とを含む、燃料電池システムの気液分離器。
2. 前記吐出方向における上流側の端部が前記案内壁の前記下流側端部の上方に間隔を空けて配置され、前記案内壁の前記下流側端部からの液体の飛散を防止するための飛散防止壁をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システムの気液分離器。

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