JP2016096011A - 気液分離器および燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】気液分離器を用いた燃料電池システムの大型化を抑制する。【解決手段】燃料電池から排出されたオフガスに含まれる水を分離して排出する気液分離器は、燃料電池のエンドプレートに形成され、エンドプレートの端面に開口して気液分離器の一部を構成する気液分離器形成部と、気液分離器形成部の開口を覆って気液分離器の一部を構成するカバー部材と、を備え、気液分離器形成部は、オフガスの流路として機能すると共に水が溜まる貯留部の一部を形成する第１の内壁部であって、開口に接続してエンドプレートの厚さ方向に凹状に形成されている第１の内壁部を有し、カバー部材は、気液分離器形成部と対向する面に形成された開口に接続してカバー部材の厚さ方向に凹状に形成されている第２の内壁部であって、第１の内壁部と積層方向に対向して第１の内壁部と共に貯留部を形成する第２の内壁部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池から排出されたオフガスに含まれる水を分離して排出する気液分離器に関する。
固体高分子型燃料電池等の燃料電池に用いられる電解質膜は、高湿潤状態において高い発電性能を発揮できるため、燃料電池に供給する反応ガスが加湿されることがある。また、反応ガスの利用率の向上と燃料電池内における水の滞留の抑制を目的として、燃料電池から排出されるオフガスから水を分離し、得られた反応ガスを再び燃料電池に供給する循環型の反応ガス供給機構が用いられることがある。このような反応ガス供給機構では、オフガスから水を分離するために気液分離器が用いられる。例えば、特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池スタックに反応ガスを供給するための供給路と燃料電池スタックからオフガスを排出するための排出路とがエンドプレート（スタックマニホールド）に形成され、かかるエンドプレートに気液分離器が接続されて用いられる。
特許第５３５４０２６号公報
しかしながら、特許文献１の燃料電池システムでは、エンドプレートとは別に気液分離器が配置されるため、エンドプレートの設置スペースと気液分離器の設置スペースとを合わせた合計の設置スペースが非常に大きくなり、燃料電池システムが大型化するという問題があった。このため、気液分離器を用いた燃料電池システムの大型化を抑制可能な技術が望まれていた。
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、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、積層された複数の単セルを有するセルスタックと、前記セルスタックに対して前記複数の単セルの積層方向の外側に配置されているエンドプレートと、を有する燃料電池から排出されたオフガスに含まれる水を分離して排出する気液分離器が提供される。この気液分離器は、前記エンドプレートに形成され、前記エンドプレートにおける前記積層方向の端面のうちの前記セルスタックとは反対側の端面に開口し、前記気液分離器の一部を構成する気液分離器形成部と；前記気液分離器形成部の開口を覆って配置され、前記気液分離器の一部を構成するカバー部材と；を備え、前記気液分離器形成部は、前記オフガスの流路として機能すると共に前記オフガスから分離された水が溜まる貯留部の一部を形成する第１の内壁部であって、前記開口に接続して前記エンドプレートの厚さ方向に凹状に形成されている第１の内壁部を有し、前記カバー部材は、前記カバー部材における前記気液分離器形成部と対向する面に形成された開口に接続して前記カバー部材の厚さ方向に凹状に形成されている第２の内壁部であって、前記第１の内壁部と前記積層方向に対向して配置されて、前記第１の内壁部と共に前記貯留部を形成する第２の内壁部を有する、気液分離器。この形態の気液分離器によれば、エンドプレートに形成されている気液分離器形成部と、カバー部材とを備えているので、エンドプレートとは別体として気液分離器を用意する構成に比べて、エンドプレートと気液分離器との合計の設置スペースの大型化を抑制できる。このため、かかる気液分離器を燃料電池システムに用いた場合に、燃料電池システムの大型化を抑制できる。
（２）上記形態の気液分離器において、前記気液分離器形成部は、前記気液分離器への前記オフガスの流入口を形成する流入口形成部と；前記気液分離器からの前記オフガスの排出口を形成する排出口形成部と；を有し、前記カバー部材は、前記貯留部に溜まった水を排出する排水流路を形成する排水流路形成部を有してもよい。この形態の気液分離器によれば、流入口形成部と排出口形成部とをいずれも気液分離器形成部が有し、また、カバー部材の第２の内壁部はカバー部材の厚さ方向に凹状に形成されているので、貯留部の内部におけるオフガスの流れを略Ｕ字状の流れとすることができる。このため、流路の延べ長さを大きくでき、オフガスから水を分離する機会をより多くできる。
（３）上記形態の気液分離器において、前記排水流路の端部には、前記第２の内壁部の底面の近傍に配置されて前記貯留部の内側に露呈している排水口が形成されており、前記カバー部材は、さらに、前記気液分離器が載置された状態で前記底面から上方に突出し、前記カバー部材における前記流入口に対向する位置と前記排水口との間に配置されている突出部と；前記流入口に対向すると共に前記突出部と接して配置され、前記気液分離器が載置された状態において前記カバー部材から前記気液分離器形成部に向かう第１の方向に沿って次第に下方に傾斜する斜面と；を有し、前記突出部における前記第１の方向の端面は、前記カバー部材全体における前記第１の方向の端面よりも、前記第１の方向とは反対方向にオフセットされていてもよい。この形態の気液分離器によれば、カバー部材における流入口に対向する位置と排水口との間に突出部が配置されているので、流入口から流入したオフガスが直線的に排水口に向かうことを抑制できる。このため、排水口近傍に溜まっている水にオフガスがぶつかり、水が飛び散って排出口に流入することを抑制できるので、オフガスからの水の分離効率を向上できる。加えて、突出部が配置されているため、貯留部に溜まった水が貯留部内を流動するオフガスにより巻き上げられてオフガスの流入口に向かう（戻る）ことを抑制できる。
また、突起部における第１の方向の端面が、カバー部全体における第１の方向の端面よりも、第１の方向とは反対方向にオフセットされているので、突起部における第１の方向の端面と気液分離器形成部との間に隙間を設けることができる。このため、突起部に接して配置されている斜面を流れ落ちる水を、かかる隙間を介して排水口に導くことができる。したがって、貯留部内における水の滞留を抑制できる。
（４）上記形態の気液分離器において、前記底面のうち、前記突出部における前記第１の方向の端面と接する部分は、前記気液分離器が載置された状態において前記排水口に向かって下方に傾斜していてもよい。この形態の気液分離器によれば、カバー部材の底面のうち、突起部における第１の方向の端面と接する部分が、排水路に向かって下方に傾斜しているので、かかる部分において水が排水口に向かうことを促進できる。
（５）上記形態の気液分離器において、前記底面における最下点は、前記突出部と前記排水口との間に配置され、
前記突出部と前記最下点との間の前記底面に沿った長さは、前記第２の内壁部において前記最下点を挟んで前記突出部と反対側に位置する部分と前記最下点との間の長さよりも短くてもよい。この形態の気液分離器によれば、気液分離器が第１の方向と垂直な方向に傾いた場合に、突出部と最下点との間の長さを、第２の内壁部において最下点を挟んで突出部と反対側に位置する部分と最下点との間の長さよりも長くする構成に比べて、貯留部に溜まった水の液面を排水口に近づけることができる。このため、溜まった水を排水口から排出することを促進できる。
（６）上記形態の気液分離器において、前記カバー部材は、前記貯留部に溜まった水を排出する排水流路を形成する排水流路形成部を有し、前記カバー部材には、前記排水流路と連通する連通流路と、前記連通流路における水の流通を制御する弁と、を有する弁装置が装着され得、前記カバー部材に前記弁装置が装着され、且つ、前記気液分離器が載置された状態において、前記排水流路の底面の鉛直方向に沿った位置は、前記連通流路の底面の鉛直方向に沿った位置と同じ又はより上方であってもよい。この形態の気液分離器によれば、排水流路の底面の鉛直方向に沿った位置は、連通流路の底面の鉛直方向に沿った位置と同じ又はより上方であるため、排水流路に水が留まることを抑制でき、水の排出をスムーズに行なうことができる。このため、排水流路に留まっている水が弁に付着して凍結して弁が開かなくなることや、かかる溜まった水が不連続に排出されることに起因して耳障りな音が発生することを抑制できる。
本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムや、燃料電池用のエンドプレートや、気液分離器用のカバー部材や、燃料電池から排出されたオフガスに含まれる水を分離して排出する方法等の形態で実現することができる。
本発明の一実施形態としての気液分離器を適用した燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 気液分離器１０の外観構成を示す平面図である。 気液分離器１０の構成を示す断面図である。 気液分離器形成部１２の構成を示す平面図である。 気液分離器形成部１２の構成を示す斜視図である。 図４に示す気液分離器形成部１２のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。 気液分離器１０内（貯留部１３内）に溜まった水と囲み部２２１との位置関係を示す説明図である。 カバー部材１１の構成を示す平面図である。 カバー部材１１の構成を示す斜視図である。 気液分離器１０内（貯留部１３内）における溜まった水の配置を示す説明図である。 気液分離器１０と弁装置５００との接続部分の構成を示す説明図である。 変形例における気液分離器１０と弁装置５００との接続部分を拡大して示す説明図である。
Ａ．実施形態：
Ａ１．システム構成：
図１は、本発明の一実施形態としての気液分離器を適用した燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態において、燃料電池システム５は、駆動用電源を供給するためのシステムとして、燃料電池自動車に搭載されて使用される。なお、燃料電池自動車に代えて、電気自動車等の駆動用電源を必要とする他の任意の移動体に搭載されて使用されてもよい。燃料電池システム５は、燃料電池７と、気液分離器１０と、水素タンク２０と、エアコンプレッサ３０と、循環ポンプ４０と、遮断弁５１と、インジェクタ５２と、排気排水弁５３と、三方弁５４と、圧力調整弁５５と、燃料ガス供給路６１と、燃料ガス循環路６２と、燃料ガス排出路６３と、酸化剤ガス供給路７１と、酸化剤ガス排出路７２と、バイパス流路７３とを備える。なお、図１では、燃料電池７を介して冷却媒体を循環させるための構成は、説明の便宜上省略されている。
燃料電池７は、複数の単セルが積層方向ＳＤに積層された構造を有するセルスタック９０と、セルスタック９０の積層方向ＳＤの両端面に接する一対のターミナルプレート８２，８３と、ターミナルプレート８２に対して積層方向ＳＤの外側に配置されている第１のエンドプレート８０と、ターミナルプレート８３に対して積層方向ＳＤの外側に配置されている第２のエンドプレート８１とを備える。セルスタック９０を構成する各単セルは、固体高分子電解質膜を挟んで設けられるアノード側触媒電極層に供給される燃料ガス（水素）と、カソード側触媒電極層に供給される酸化剤ガス（空気に含まれる酸素）との電気化学反応により電力を発生する。触媒電極層は、触媒、例えば、白金（Ｐｔ）を担持したカーボン粒子や電解質を含んで構成される。各電極側の触媒電極層の外側には、多孔質体により形成されたガス拡散層が配置されている。多孔質体としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体が用いられる。燃料電池７の内部には、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却媒体を流通させるためのマニホールドが積層方向ＳＤに沿って形成されている。２つのターミナルプレート８２，８３は、燃料電池７における総合電極として機能する板状の部材である。第１のエンドプレート８０は、厚さ方向が積層方向ＳＤと一致する略板状の外観形状を有する。第１のエンドプレート８０は、第２のエンドプレート８１と共にセルスタック９０および一対のターミナルプレート８２を挟持する機能と、セルスタック９０内のマニホールドに、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却媒体を供給し、また、これらの媒体を排出するための流路を提供する機能と、気液分離器１０の一部を構成する機能とを有する。第２のエンドプレート８１は、第１のエンドプレート８０と同様に、厚さ方向が積層方向ＳＤと一致する略板状の外観形状を有する。第２のエンドプレート８１は、第１のエンドプレート８０と共にセルスタック９０および一対のターミナルプレート８２を挟持する機能を有する。但し、第１のエンドプレート８０とは異なり、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却媒体の供給および排出のための流路を提供する機能、および気液分離器１０の一部を構成する機能は有していない。
気液分離器１０は、セルスタック９０内の燃料ガス排出用マニホールドと接続され、かかるマニホールドから排出されるオフガスに含まれる水を分離して排出すると共に、水が分離された後のガス（燃料ガス）を排出する。気液分離器１０は、気液分離器形成部１２とカバー部材１１とにより構成されている。気液分離器形成部１２は、第１のエンドプレート８０の内部に形成されており、第１のエンドプレート８０における積層方向ＳＤの外側の端面（以下、「カバー対向面」と呼ぶ）において開口し、第１のエンドプレート８０の厚さ方向、より具体的には、積層方向ＳＤに沿って第１のエンドプレート８０からターミナルプレート８２に向かう方向に凹状の外観形状を有する。カバー部材１１は、第１のエンドプレート８０のカバー対向面に接し、気液分離器形成部１２の開口を覆うように配置されている。カバー部材１１は、気液分離器形成部１２に対向する面において開口し、厚さ方向、より具体的には、積層方向ＳＤに沿って気液分離器形成部１２からカバー部材１１に向かう方向に凹状の外観形状を有する。なお、気液分離器１０の詳細構成については、後述する。
水素タンク２０は、高圧水素を貯蔵しており、燃料電池７に対して燃料ガスとしての水素ガスを供給する。エアコンプレッサ３０は、燃料電池７に対して酸化剤ガスとしての空気を供給する。循環ポンプ４０は、燃料ガス循環路６２に配置されており、気液分離器１０から排出された燃料ガス（水が分離された後の燃料ガス）を燃料ガス供給路６１に送る。遮断弁５１は、水素タンク２０における燃料ガスの排出口近傍に配置され、水素タンク２０からの水素ガスの供給の実行と停止とを切り替える。インジェクタ５２は、燃料ガス供給路６１に配置され、燃料電池７への水素ガスの供給量（流量）および圧力を調整する。排気排水弁５３は、燃料ガス排出路６３に配置されており、気液分離器１０からの水およびオフガスの排出の実行と停止とを切り替える。なお、排気排水弁５３の開閉は図示しない制御部によって制御される。例えば、排気排水弁５３は、運転条件（燃料電池自動車の車速およびアクセルペダルの踏み込み量など）に応じて、予め定められた間隔で定期的に開閉される。三方弁５４は、酸化剤ガス供給路７１に配置されており、エアコンプレッサ３０から供給される空気の全体量のうち、酸化剤ガス供給路７１に供給する量と、バイパス流路７３に供給する量とを調整する。圧力調整弁５５は、酸化剤ガス排出路７２に配置されており、燃料電池７におけるカソード排出側の圧力（いわゆる背圧）を調整する。
燃料電池システム５における燃料ガスの流通形態について説明する。水素タンク２０から供給される水素ガスは燃料ガス供給路６１を介して燃料電池７に供給される。燃料電池７から排出されるオフガス（アノード側オフガス）は、気液分離器１０に供給され、オフガスに含まれる水の少なくとも一部が分離される。水が分離された後のオフガス（すなわち、燃料ガス）は燃料ガス循環路６２および循環ポンプ４０を介して燃料ガス供給路６１に戻され、再び燃料電池７に供給される。なお、気液分離器１０からは、オフガスから分離された水に加えて、気液分離器１０に供給されるオフガスのうちの一部のオフガスが排気排水弁５３を介して燃料ガス排出路６３に排出される。燃料ガス排出路６３は酸化剤ガス排出路７２と接続されており、燃料ガス排出路６３に排出された水およびアノード側オフガスは、燃料電池７から排出される水およびカソード側オフガスと共に酸化剤ガス排出路７２を介して大気へと排出される。燃料ガス排出路６３は、大気開放されている酸化剤ガス排出路７２と連通しているのに対して、気液分離器１０の内部には、大気圧よりも高い背圧が加えられているため、排気排水弁５３を挟んで気圧差が存在する。したがって、排気排水弁５３が開けられた場合に、上述の圧力差によって、気液分離器１０から燃料ガス排出路６３へとオフガスが排出される。
燃料電池システム５における酸化剤ガスの流通形態について説明する。エアコンプレッサ３０から供給される空気（圧縮空気）は、酸化剤ガス供給路７１を介して燃料電池７に供給される。このとき、三方弁５４の開度を調整することにより燃料電池７への供給量を調整できる。燃料電池７から排出されるオフガス（カソード側オフガス）および水は、圧力調整弁５５を介して酸化剤ガス排出路７２に排出される。酸化剤ガス排出路７２は、上述のように燃料ガス排出路６３と接続されており、また、バイパス流路７３とも接続されている。したがって、燃料電池７から排出されたカソード側オフガスは、燃料ガス排出路６３を通って排出されるアノード側オフガスおよび水と、バイパス流路７３を通って排出される空気と共に、大気へと排出される。
なお、上述した排気排水弁５３と同様に、エアコンプレッサ３０、循環ポンプ４０、およびその他の各弁の動作は、図示しない制御部により制御される。この制御部は、例えば、制御用プログラムが記憶されているＲＯＭ（Read Only Member）と、かかるＲＯＭを読み出して実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵのワークエリアとして利用されるＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する。
Ａ２．気液分離器の構成：
図２は、気液分離器１０の外観構成を示す平面図である。図３は、気液分離器１０の構成を示す断面図である。図２では、気液分離器１０を第１のエンドプレート８０からターミナルプレート８２およびセルスタック９０に向かう方向に見た場合の平面図を表す。上述のように、気液分離器１０の一部は第１のエンドプレート８０に形成されているので、図２，３では、第１のエンドプレート８０の一部も描かれている。なお、図２では、気液分離器１０に接続されている弁装置５００も表されている。図３は、図２に示すＡ−Ａ断面を表している。以降の図面では、特に断らない限り、燃料電池システム５が搭載された燃料電池自動車が水平面に配置されている状態における燃料電池システム５（気液分離器１０）の各構成要素を表す。また、以降の図面では、Ｘ軸およびＹ軸は水平面と平行であり、Ｚ軸は鉛直方向と平行である。また、＋Ｚ方向は鉛直上方を示し、−Ｚ方向は鉛直下方を示す。また、＋Ｘ方向は燃料電池自動車のフロント方向を示し、−Ｘ方向は燃料電池自動車のリア方向を示す。なお、本実施形態では、積層方向ＳＤは、Ｙ軸と平行である。
図２に示すように、カバー部材１１は、第１のエンドプレート８０のカバー対向面Ｓ８０にボルトにより取り付けられている。カバー部材１１の＋Ｘ方向の端部には、弁装置５００が接続されている。弁装置５００は、排気排水弁５３および排気排水弁５３を開閉駆動するための駆動部を有している。なお、カバー部材１１と弁装置５００との接続部分の詳細については、後述する。カバー部材１１の平面視形状は、Ｘ軸方向が長手方向となる略矩形であり、Ｙ軸方向と平行な方向が厚み方向に相当する。
図３に示すように、第１のエンドプレート８０の内部に気液分離器形成部１２が形成されている。気液分離器形成部１２は、第１内壁部２０２を有し、第１のエンドプレート８０の厚さ方向（Ｙ軸方向）に延びるガス供給路２１０が形成されている。第１内壁部２０２は、カバー対向面Ｓ８０に形成された開口と接続し、第１のエンドプレート８０の厚さ方向（Ｙ軸方向）に凹状に形成されている。第１内壁部２０２は、後述するカバー部材１１の第２内壁部１６０と共に貯留部１３を形成する。貯留部１３は、Ｚ軸方向につぶれた略球状の外観形状を有し、アノード側オフガスの流路として機能すると共にアノード側オフガスから分離された水を一時的に溜める機能を有する。ガス供給路２１０の−Ｙ方向の端は、第１のエンドプレート８０におけるターミナルプレート８２側の端面に達している。また、ガス供給路２１０の＋Ｙ方向の端は、貯留部１３の内部空間と連通している。ガス供給路２１０は、ターミナルプレート８２を介してセルスタック９０から排出されるアノード側オフガスを貯留部１３に導く。
カバー部材１１において、第１のエンドプレート８０のカバー対向面Ｓ８０と対向する面（以下、「形成部対向面」と呼ぶ）Ｓ１１には、開口が形成されている。カバー部材１１は、かかる開口と接続してカバー部材１１の厚さ方向（Ｙ軸方向）に凹状に形成されている第２内壁部１６０を備える。カバー部材１１の形成部対向面Ｓ１１に形成されている開口の形状および大きさは、気液分離器形成部１２のカバー対向面Ｓ８０に形成された開口の形状および大きさと同じである。そして、これら２つの開口同士が対向するように、カバー部材１１が配置されることにより、第１内壁部２０２と第２内壁部１６０とは接続され、上述の貯留部１３が形成される。カバー部材１１は、貯留部１３内に突出部１１０を備える。突出部１１０は、第２内壁部１６０の底面から上方に突出している。突出部１１０の−Ｙ方向の端面は、カバー部材１１における形成部対向面Ｓ１１よりも＋Ｙ方向にオフセットされている。このため、突出部１１０の−Ｙ方向の端面に対して−Ｙ方向に隣接する部分には隙間１９０が形成されている。なお、突出部１１０および隙間１９０の詳細については後述する。また、カバー部材１１は、第２内壁部１６０（貯留部１３）の底面の一部に斜面Ｓ１０１を有する。かかる斜面Ｓ１０１は、カバー部材１１から気液分離器形成部１２に向かう方向（−Ｙ方向）に沿って次第に下方に傾斜している。
図４は、気液分離器形成部１２の構成を示す平面図である。図５は、気液分離器形成部１２の構成を示す斜視図である。図４では、図２に示す状態からカバー部材１１を取り外して、気液分離器形成部１２が露呈した状態が表されている。
気液分離器形成部１２は、上述の第１内壁部２０２に加えて、ガス供給路形成部２１１と、囲み部２２１とを備えている。ガス供給路形成部２１１は、気液分離器形成部１２における−Ｘ方向の端部に配置されており、ガス供給路２１０を形成する。具体的には、ガス供給路形成部２１１は、Ｙ軸方向（積層方向ＳＤ）と平行に延びる断面が円形の内壁を有し、かかる内壁によってガス供給路２１０を形成する。なお、ガス供給路形成部２１１の＋Ｙ方向の端は、貯留部１３へのガス流入口に相当する。図５において破線の矢印に示すように、ガス流入口から流入したオフガスは、カバー部材１１に向かう。
囲み部２２１は、第１内壁部２０２の−Ｙ方向の端部から＋Ｙ方向に突出してオフガス排出口２２０を囲んでいる。囲み部２２１は、略台形の断面形状を有し、また、Ｙ軸と平行に延びるパイプ状の外観形状を有する。囲み部２２１は、第１壁部２２２と、第２壁部２２３と、第３壁部２２４とを有する。第１壁部２２２は、第１内壁部２０２の天井部分から下方に向かって突出し、Ｙ−Ｚ平面と略平行に配置されている。第２壁部２２３は、第１壁部２２２に対して＋Ｘ方向に離れた位置において、第１壁部２２２と平行に配置されている。第３壁部２２４は、第１壁部２２２の下端と、第２壁部２２３の下端部とを接続する。ここで、第２壁部２２３の鉛直方向（Ｚ軸方向）の長さは、第１壁部２２２の鉛直方向の長さよりも長い。したがって、第３壁部２２４は、＋Ｘ方向に向かうにつれて次第に下方に向かうように傾斜している。上述の３つの壁部２２２〜２２４と、第１内壁部２０２の天井部分とにより、排出流路２２５が形成されている。排出流路２２５は、貯留部１３からオフガス排出口２２０に向かうオフガスの流れを−Ｙ方向に規制する。オフガス排出口２２０は、図４，５に示すように、排出流路２２５における−Ｙ方向の突き当たり部分と、第２壁部２２３の内側部分との境界部分に形成されている。
図６は、図４に示す気液分離器形成部１２のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。図６に示すように、囲み部２２１の＋Ｙ方向の端面Ｓ２２１は、気液分離器形成部１２全体としての＋Ｙ方向の端面であるカバー対向面Ｓ８０よりも、−Ｙ方向に距離ｄ１だけオフセットされている。換言すると、囲み部２２１の端面Ｓ２２１は、カバー対向面Ｓ８０からカバー部材１１側へと突出していない。このように、囲み部２２１の＋Ｙ方向の端面Ｓ２２１を、カバー対向面Ｓ８０よりも−Ｙ方向にオフセットさせることにより、カバー部材１１側に溜まった水が排出流路２２５内に浸入することを抑制している。
図４，５に示すように、第１内壁部２０２のうちの底面（−Ｚ方向に配置されている面）は、第１の面Ｓ２３と、第２の面Ｓ２４とを有する。これら２つの面Ｓ２３，Ｓ２４は、いずれもカバー部材１１の底面（第２内壁部１６０のうちの底面）と接する。第１の面Ｓ２３は、第２の面Ｓ２４の−Ｘ方向に位置して第２の面Ｓ２４と接続している。第１の面Ｓ２３は、囲み部２２１の鉛直下方に位置する。第１の面Ｓ２３は、＋Ｘ方向に沿って次第に下方に傾斜している。これに対して、第２の面Ｓ２４は、＋Ｘ方向に沿って次第に上方に傾斜している。したがって、図４に示すように、第１の面Ｓ２３および第２の面Ｓ２４の−Ｙ方向の断面形状は、略Ｖ字型となっている。そして、第１の面Ｓ２３と第２の面Ｓ２４との接続部分（線状の部分）は、気液分離器１０が載置された状態において気液分離器形成部１２における最下点ｐ２１を含む。ここで、本実施形態においては、第１の面Ｓ２３と囲み部２２１の第３壁部２２４とを略平行となるように構成している。なお、「略平行」とは、第１の面Ｓ２３を延長させて得られる面と、第３壁部２２４を延長させて得られる面との間の角度が、０度以上且つ２０度以下の範囲であることを意味する。なお、かかる範囲の上限は、２０度に限らず９０度よりも小さい任意の値としてもよい。このように、第１の面Ｓ２３と囲み部２２１の第３壁部２２４とを略平行とする理由について、図７を用いて説明する。
図７は、気液分離器１０内（貯留部１３内）に溜まった水と、囲み部２２１との位置関係を示す説明図である。図７（Ａ）は、燃料電池自動車が水平面を走行している際の気液分離器形成部１２の内部の状態を示し、図７（Ｂ）は、燃料電池自動車が上り坂を走行している際の気液分離器形成部１２の内部の状態を示している。
図７（Ａ）に示すように、気液分離器形成部１２の底部には、オフガスから分離された水Ｗ１が溜まっている。このとき、液面ＷＳ１の位置は、囲み部２２１の下端（第２壁部２２３と第３壁部２２４との交差部分）よりも低い。
このように水が溜まった状態で、燃料電池自動車が上り坂を走行すると、気液分離器形成部１２の＋Ｘ方向の端部が−Ｘ方向の端部よりも鉛直上方に位置するように、気液分離器１０が配置されることになる。このとき、第１の面Ｓ２３は、図７（Ａ）の状態に比べて水平に近い状態となり、気液分離器形成部１２の底部の水Ｗ１の大部分は、第１の面Ｓ２３上に位置することとなる。ここで、第１の面Ｓ２３は第３壁部２２４と略平行であるため、水Ｗ１の液面ＷＳ２は、第３壁部２２４と略平行となる。このため、第３壁部２２４と液面ＷＳ２との間の隙間Ｇ１のＺ方向の長さは、いずれの位置においてもほぼ等しい。したがって、液面ＷＳ２が第３壁部２２４に接し、水Ｗ１が排出流路２２５からオフガス排出口２２０に吸い込まれることが抑制される。
図８は、カバー部材１１の構成を示す平面図である。図９は、カバー部材１１の構成を示す斜視図である。図８，９では、第１のエンドプレート８０に装着する前のカバー部材１１を表している。
カバー部材１１は、上述した第２内壁部１６０、突出部１１０、および斜面Ｓ１０１に加えて、排水流路形成部１２０を備える。突出部１１０は、カバー部材１１の第２内壁部１６０におけるガス流入口に対向する位置と、排水流路形成部１２０に形成された排水口１２１との間に配置されている。突出部１１０は、厚肉部１１１と薄肉部１１２とを備え、これらが一体化された構造を有する。厚肉部１１１は、薄肉部１１２に比べてＺ軸方向の長さが大きく、第２内壁部１６０の底面と接している。上述したように、厚肉部１１１の−Ｙ方向の端面Ｓ１１０は、カバー部材１１全体としての−Ｙ方向の端面である形成部対向面Ｓ１１よりも＋Ｙ方向に距離ｄ２だけオフセットされている。薄肉部１１２は、薄板状の外観形状を有し、厚肉部１１１に対して＋Ｘ方向に位置する。薄肉部１１２の＋Ｚ方向の面は、厚肉部１１１の＋Ｚ方向の端面と一体化して１つの面（天井面）を形成している。薄肉部１１２の下端（−Ｚ方向の端面）は、第２内壁部１６０の底面に接していない。したがって、薄肉部１１２は、厚肉部１１１に支持されている。厚肉部１１１および薄肉部１１２の天井面は、第２内壁部１６０に接していない。したがって、突出部１１０と第２内壁部１６０の天井面との間には空隙が形成されている。
第２内壁部１６０のうちの底面は、第３の面Ｓ１３と、第４の面Ｓ１４とを有する。第３の面Ｓ１３は、上述の気液分離器形成部１２の第１の面Ｓ２３と接して１つの面を形成する。同様に、第４の面Ｓ１４は、上述の気液分離器形成部１２の第２の面Ｓ２４と接して１つの面を形成する。したがって、第３の面Ｓ１３および第４の面Ｓ１４の＋Ｙ方向の断面形状は、第１の面Ｓ２３および第２の面Ｓ２４の−Ｙ方向の断面形状と同様に、略Ｖ字型となっている。そして、第３の面Ｓ１３および第４の面Ｓ１４との接続部分（線状の部分）は、気液分離器１０が載置された状態においてカバー部材１１における最下点ｐ１１を含む。この最下点ｐ１１は、上述の気液分離器形成部１２の最下点ｐ２１とＹ軸方向に対応する。上述の突出部１１０は、第３の面Ｓ１３に接して配置されている。
斜面Ｓ１０１は、突出部１１０の−Ｘ方向に配置され、突出部１１０の下端に接している。斜面Ｓ１０１は、気液分離器形成部１２に形成されているガス流入口に対向している。上述のように、斜面Ｓ１０１は、カバー部材１１から気液分離器形成部１２に向かう方向（−Ｙ方向）に沿って次第に下方に傾斜している。換言すると、気液分離器形成部１２からカバー部材１１に向かう方向（＋Ｙ方向）に沿って次第に上方に傾斜している。斜面Ｓ１０１の下端、すなわち、−Ｙ方向の端は、図３に示す隙間１９０の底面と接している。
排水流路形成部１２０は、第２内壁部１６０のうちの底面に接して配置されている。排水流路形成部１２０の内部には、＋Ｘ方向に延びる図示しない排水流路が形成されている。排水流路形成部１２０の−Ｘ方向の端部には、排水口１２１が形成されている。排水口１２１は、第２内壁部１６０の底面の近傍に位置して、貯留部１３の内部に露呈している。なお、上述の排水流路の詳細構成については、後述する。貯留部１３内に溜まった水は、排水口１２１から排水流路に排出される。
貯留部１３におけるオフガスの流れについて、図８を用いて説明する。ガス流入口から貯留部１３に流入したオフガスのうちの大部分のオフガスは、斜面Ｓ１０１に当たって斜面Ｓ１０１に沿って上昇し、第２内壁部１６０における＋Ｙ方向の壁Ｓ１０２と、＋Ｚ方向の壁（天井面）Ｓ１０３と突出部１１０の上面とに囲まれた領域を、略＋Ｘ方向に向かう。突出部１１０が存在するため、斜面Ｓ１０１に沿って上昇したオフガスが貯留部１３の底面に向かう（−Ｚ方向に向かう）ことが抑制される。突出部１１０の上面を通過したオフガスのうちの大部分のオフガスは、気液分離器形成部１２に向かい、排出流路２２５を通ってオフガス排出口２２０から排出される。突出部１１０の上面を通過したオフガスのうちの残りのオフガスは、排水口１２１から水と共に排水流路に排出される。気液分離器形成部１２のガス流入口から貯留部１３に流入したオフガスのうちの極僅かのオフガスは、斜面Ｓ１０１に沿って下降して、図３に示す隙間１９０を＋Ｘ方向に向かい、オフガス排出口２２０または排水口１２１から排出される。
上述のように、気液分離器１０内に供給されたオフガスは、貯留部１３の壁面や突出部１１０の天井面にぶつかることにより向きを変えながら貯留部１３内を流動して、気液分離器１０から排出される。このとき、オフガスに含まれる水分は、オフガスが貯留部１３の壁面や突出部１１０の上面に衝突した際にふるい落とされ、各壁面を下方に流れる。例えば、斜面Ｓ１０１における液体の水は、斜面Ｓ１０１に沿って下方に流れる。ここで、斜面Ｓ１０１の下端は隙間１９０の下端と接続しているため、また、隙間１９０の鉛直下方に位置する第３の面Ｓ１３は＋Ｘ方向に沿って下方に傾斜しているため、斜面Ｓ１０１を下降した水は、隙間１９０を通って＋Ｘ方向に移動して排水口１２１に向かうこととなる。また、第２内壁部１６０のうち、斜面Ｓ１０１とは異なる壁においてふるい落とされた水は、各壁を下方に流れて貯留部１３の底部に溜まり、排水口１２１から排水流路へと排出される。
ここで、排水口１２１はカバー部材１１に形成されているのに対して、貯留部１３のオフガス排出口２２０は気液分離器形成部１２に形成されている。加えて、排水口１２１は貯留部１３の底部に配置されているのに対して、オフガス排出口２２０は貯留部１３の天井部近傍に配置されている。本実施形態では、このような構造とすることにより、排水口１２１とオフガス排出口２２０との間の距離を比較的長くして、排水口１２１近傍に溜まった水がオフガス排出口２２０に流入することを抑制する。また、突出部１１０を設けることにより、貯留部１３に流入したオフガスが直線的に貯留部１３の底部に向かうことを抑制する。このようにして、貯留部１３の底部に溜まった水の水面にオフガスが直接ぶつかり、水が飛び散ってオフガス排出口２２０に流入することを抑制する。
また、貯留部１３におけるガス流入口とオフガス排出口２２０とをいずれも気液分離器形成部１２側に設けると共に、これらガス流入口およびオフガス排出口２２０と対向するカバー部材１１の第２内壁部１６０を＋Ｙ方向に凹状に形成することにより、貯留部１３内におけるオフガスの流れを略Ｕ字状の流れとなるように制御している。上述の略Ｕ字状の流れとは、具体的には、オフガスが、ガス流入口からカバー部材１１に向かい、貯留部１３の壁をぶつかりながら略＋Ｘ方向に移動し、カバー部材１１から気液分離器形成部１２に向かって移動してオフガス排出口２２０から排出される流れを意味する。本実施形態では、上述のように貯留部１３内におけるオフガスの流れを略Ｕ字状の流れとすることにより、貯留部１３内におけるオフガスの流路の延べ長さを比較的大きくしてオフガスから水を分離する機会をより多くしている。
図１０は、気液分離器１０内（貯留部１３内）における溜まった水の配置を示す説明図である。図１０（Ａ）は、燃料電池自動車が水平面を走行している際のカバー部材１１の内部の状態を示し、図１０（Ｂ）は、燃料電池自動車が上り坂を走行している際のカバー部材１１の内部の状態を示している。
図１０（Ａ）に示すように、カバー部材１１の底部には、オフガスから分離された水Ｗ２が溜まっている。このとき、水Ｗ２の液面ＷＳ３は、排水口１２１の近傍に位置している。このため、水Ｗ２は排水口１２１から排出され易い。
ここで、本実施形態では、突出部１１０の＋Ｘ方向の端面Ｓ１１１と、最下点ｐ１１との間の長さＬ１を短く設定している。具体的には、貯留部１３（第２内壁部１６０）における＋Ｘ方向の端面Ｓ１６１と最下点ｐ１１との間の長さＬ２に比べて、長さＬ１を短く設定している。このため、図１０（Ｂ）に示すように、燃料電池自動車が上り坂を走行して水Ｗ２が突出部１１０側に移動した場合に、水Ｗ２の液面ＷＳ４の高さ（鉛直方向に沿った位置）を、長さＬ１がより長い構成に比べて、より上方に位置させることができる。それゆえ、長さＬ１がより長い構成に比べて、液面ＷＳ４を排水口１２１から比較的近い位置に配置させることができ、水Ｗ２が排水口１２１から排出されないことを抑制できる。
図１１は、気液分離器１０と弁装置５００との接続部分の構成を示す説明図である。図１１（Ａ）は、図３におけるＢ−Ｂ断面を示し、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）における領域Ａｒ１を拡大して示し、図１１（Ｃ）は、図１１（Ｂ）における領域Ａｒ２を拡大して示す。なお、図１１（Ａ）では、弁装置５００の＋Ｘ方向の一部の詳細構造については省略している。
図１１（Ａ）に示すように、排水流路形成部１２０の内部には、Ｘ軸方向に延びる排水流路１２２が形成されている。排水流路１２２の−Ｘ方向の端部は排水口１２１として形成されている。図１１（Ｂ）に示すように、排水流路１２２の鉛直下方の面は、３つの面（第１底面１５１、第２底面１５２、および第３底面１５３）を有する。第１底面１５１、第２底面１５２、および第３底面１５３は、この順序で、排水口１２１から＋Ｘ方向に並んでいる。第１底面１５１の鉛直方向の位置は、第２底面１５２の鉛直方向の位置よりも高い。また、第２底面１５２の鉛直方向の位置は、第３底面１５３の鉛直方向の位置よりも高い。したがって、図１１（Ｂ）に示すように、排水流路１２２の底面の鉛直方向の位置は、＋Ｘ方向に沿って階段状に下っている。
弁装置５００は、−Ｘ方向に延びるパイプ状の接続部５１０を有する。接続部５１０の内部には、連通流路５１１が設けられている。気液分離器１０に弁装置５００が装着された状態において、接続部５１０は、排水流路１２２に挿入されている。連通流路５１１は、接続部５１０の内部をＸ軸方向に沿って貫通する貫通孔として形成されている。連通流路５１１の両端は開放され、−Ｘ方向の開放端は排水流路１２２と連通し、＋Ｘ方向の開放端は弁装置５００の内部に位置している。連通流路５１１の＋Ｘ方向の開放端は、排気排水弁５３により閉塞され得る。図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、接続部５１０の−Ｘ方向の端部は、第１底面１５１と第２底面１５２とを接続するＺ軸方向に沿った壁面Ｓ１５１に対して、距離ｄ４だけ＋Ｘ方向にずれた位置に配置されている。これは、弁装置５００または気液分離器１０の製造ばらつきに起因して、接続部５１０の−Ｘ方向の端部が壁面Ｓ１５１にぶつかり、弁装置５００が正常に気液分離器１０に装着されないことを抑制するためである。
ここで、図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、連通流路５１１の鉛直下方の面（底面）５１２の鉛直方向に沿った位置と、第１底面１５１の鉛直方向に沿った位置とは、ほぼ等しい。したがって、貯留部１３の底部に溜まった水が排出される際に排水流路１２２内に留まることを抑制でき、水の排出をスムーズに行なうことができる。排水流路１２２内に水が留まったまま燃料電池システム５の運転が停止し、燃料電池システム５の配置環境が非常に低温の環境となった場合、排水流路１２２内に留まっている水は過冷却水となり得る。この状態で燃料電池システム５が起動した場合、過冷却水が排気排水弁５３に向かって移動して排気排水弁５３において凍結するおそれがある。このように排気排水弁５３において水が凍結すると、排気排水弁５３が開かずに排水が行なわれなくなるおそれがある。加えて、排水流路１２２内に水が留まっている場合、かかる水が不連続に排気排水弁５３から排出されて耳障りな音が発生するおそれがある。しかしながら、本実施形態の燃料電池システム５では、上述のように、排水流路１２２に水が滞留することを抑制できるので、排気排水弁５３において水が凍結して開弁されないこと、および、耳障りな音が発生することを、抑制できる。
なお、本実施形態において、上述した第１のエンドプレート８０は、請求項におけるエンドプレートに相当する。また、囲み部２２１は請求項における排出口形成部に、斜面Ｓ１０１は請求項における斜面に、排気排水弁５３は請求項における弁に、それぞれ相当する。
以上説明した本実施形態の燃料電池システム５に用いられる気液分離器１０は、第１のエンドプレート８０の一部として形成されている気液分離器形成部１２と、第１のエンドプレート８０に装着されるカバー部材１１とにより構成されているので、第１のエンドプレート８０とは別に気液分離器を用意する構成に比べて、第１のエンドプレート８０と気液分離器１０との合計の設置スペースの大型化を抑制できる。このため、燃料電池システム５の大型化を抑制できる。加えて、２つの部材を重ねることにより気液分離器１０を構成するので、突出部１１０および第１の面Ｓ２３や第２の面Ｓ２４等の気液分離器１０内部の構造を比較的容易に製造することができる。
また、貯留部１３におけるガス流入口とオフガス排出口２２０とをいずれも気液分離器形成部１２側に設けると共に、これらガス流入口およびオフガス排出口２２０と対向するカバー部材１１の第２内壁部１６０を＋Ｙ方向に凹状に形成しているため、貯留部１３内におけるオフガスの流れを略Ｕ字状の流れとなるように制御できる。このため、貯留部１３内におけるオフガスの流路の延べ長さを比較的大きくできる。したがって、オフガスから水を分離する機会をより多くできる。
また、排水口１２１をカバー部材１１に形成してオフガス排出口２２０を気液分離器形成部１２に形成すると共に、排水口１２１を貯留部１３の底部に配置してオフガス排出口２２０を貯留部１３の天井部近傍に配置している。このため、排水口１２１とオフガス排出口２２０との間の距離を比較的長くでき、排水口１２１近傍に溜まった水がオフガス排出口２２０に流入することを抑制できる。このため、オフガスからの水の分離効率を向上できる。
また、気液分離器１０には、カバー部材１１に突出部１１０を設けているので、ガス流入口からカバー部材１１に向かって供給されたオフガスが、直線的に貯留部１３の底部に向かうことが抑制される。このため、貯留部１３の底部に溜まった水の液面にオフガスが直接ぶつかり、水が飛び散ってオフガス排出口２２０に流入することを抑制できる。加えて、突出部１１０を設けることにより、貯留部１３に溜まった水が貯留部１３内を流動するオフガスにより巻き上げられてガス流入口に向かう（戻る）ことを抑制できる。
また、突出部１１０（厚肉部１１１）の端面Ｓ１１０を、カバー部材１１全体としての−Ｙ方向の端面である形成部対向面Ｓ１１よりも＋Ｙ方向に距離ｄ２だけオフセットさせることによって隙間１９０を形成し、且つ、かかる隙間１９０の底面と、ガス流入口と対向する位置に斜面Ｓ１０１の下端とを接続している。このため、斜面Ｓ１０１を流れ落ちる液体の水を、隙間１９０を介して排水口１２１に向かわせることができる。加えて、隙間１９０の底面（第３の面Ｓ１３）を、＋Ｘ方向に沿って下方に傾斜して形成しているので、隙間１９０において水が排水口１２１に向かうことを促進できる。
また、突出部１１０の端面Ｓ１１１と最下点ｐ１１との間の長さＬ１を、第２内壁部１６０における＋Ｘ方向の端面Ｓ１６１と最下点ｐ１１との間の長さＬ２に比べて短く設定しているため、長さＬ１をより長くした構成に比べて、燃料電池自動車が上り坂を走行する場合（気液分離器１０がＸ軸方向に傾斜する場合）に、貯留部１３の底部に溜まった水の液面を排水口１２１に近づけることができる。このため、貯留部１３に溜まった水の排出を促進できる。
また、排水流路１２２における第１底面１５１の鉛直方向の位置を、接続部５１０の連通流路５１１の底面５１２の鉛直方向の位置とほぼ同じにしているので、貯留部１３の底部に溜まった水が排出される際に排水流路１２２内に留まることを抑制でき、水の排出をスムーズに行なうことができる。このため、排水流路１２２に留まっている水に起因して排気排水弁５３が開弁されないこと、および耳障りな音が発生することを、抑制できる。
また、囲み部２２１の＋Ｙ方向の端面Ｓ２２１を、気液分離器形成部１２全体としての＋Ｙ方向の端面であるカバー対向面Ｓ８０よりも、−Ｙ方向に距離ｄ１だけオフセットさせているので、カバー部材１１側に溜まった水が排出流路２２５内に浸入することを抑制できる。加えて、貯留部１３の底面（第１の面Ｓ２３および第３の面Ｓ１３）と囲み部２２１の第３壁部２２４とを、互いに略平行に形成しているので、燃料電池自動車が上り坂を走行する場合に、貯留部１３に溜まった水の液面と囲み部２２１との間の距離を比較的大きくできる。このため、水が排出流路２２５からオフガス排出口２２０に吸い込まれることを抑制できる。
Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上記実施形態において、排水流路１２２の第１底面１５１の鉛直方向に沿った位置と、連通流路５１１の底面５１２の鉛直方向に沿った位置とは、略同一であったが、本発明はこれに限定されない。図１２は、変形例における気液分離器１０と弁装置との接続部分を拡大して示す説明図である。図１２（Ａ）は、かかる接続部分の変形例における第１の態様を示し、図１２（Ｂ）は、かかる接続部分の変形例における第２の態様を示す。
図１２（Ａ）の態様では、排水流路１２２の第１底面１５１の鉛直方向に沿った位置は、連通流路５１１の底面５１２ａの鉛直方向に沿った位置よりも上方である。このような態様においても、貯留部１３の底部に溜まった水が排出される際に排水流路１２２内に留まることを抑制できる。
図１２（Ｂ）の態様では、連通流路５１１の底面５１２ｂは、−Ｘ方向の端部が最も鉛直上方に位置し、＋Ｘ方向に沿って下方に傾斜している。ここで、底面５１２ｂの−Ｘ方向の端部の鉛直方向に沿った位置は、排水流路１２２の第１底面１５１の鉛直方向に沿った位置とほぼ等しい。したがって、第１底面１５１の鉛直方向に沿った位置は、底面５１２ｂのいずれの部分における鉛直方向に沿った位置と同じ又はより上方である。
以上の変形例および上記実施形態から理解できるように、排水流路１２２の第１底面１５１の鉛直方向に沿った位置が、連通流路５１１の底面５１２ｂの鉛直方向に沿った位置と同じ又はより上方である気液分離器に、本発明を適用できる。
Ｂ２．変形例２：
上記実施形態では、囲み部２２１の＋Ｙ方向の端面Ｓ２２１が気液分離器形成部１２全体としての＋Ｙ方向の端面であるカバー対向面Ｓ８０よりも−Ｙ方向に距離ｄ１だけオフセットされている点と、貯留部１３の底面（第１の面Ｓ２３および第３の面Ｓ１３）と囲み部２２１の第３壁部２２４とを互いに略平行に形成している点とがいずれも実現されていたが、これら２点のうち、いずれか１点のみを実現してもよい。かかる構成においても、オフガスから分離された水が排出流路２２５からオフガス排出口２２０に吸い込まれることを抑制できる。
Ｂ３．変形例３：
上記実施形態における気液分離器１０の構成は、あくまでも一例であり、種々変更可能である。例えば、気液分離器１０へのオフガスの流入口およびオフガス排出口２２０は、いずれも気液分離器形成部１２に形成されていたが、これらのうちの少なくとも一方を、カバー部材１１に形成してもよい。また、排水流路形成部１２０は、カバー部材１１（第２内壁部１６０）の底部に形成されていたが、気液分離器形成部１２（第１内壁部２０２）の底部に形成されてもよい。また、気液分離器１０において突出部１１０を省略してもよい。かかる構成においても、気液分離器１０の一部を第１のエンドプレート８０内に形成するので、燃料電池システムの大型化を抑制できる。また、隙間１９０の底面に傾斜を設けなくともよい。少なくとも隙間１９０が形成されていることにより、斜面Ｓ１０１を下って斜面Ｓ１０１の下端に達した水が、排水口１２１に向かうことが妨げられない。また、図１０に示す長さＬ１を、長さＬ２と同じまたはより長くしてもよい。また、囲み部２２１の下方の壁である第３壁部２２４は、第１の面Ｓ２３と略平行であったが、第１の面Ｓ２３と略平行でなくともよい。この構成においても、囲み部２２１の＋Ｙ方向の端面Ｓ２２１を、カバー対向面Ｓ８０よりも−Ｙ方向にオフセットさせることにより、カバー部材１１側に溜まった水が排出流路２２５内に流入することを抑制できる。上記実施形態において、気液分離器形成部１２は、第１のエンドプレート８０に形成されていたが、第１のエンドプレート８０に代えて、第２のエンドプレート８１に形成されてもよい。この構成においては、水素ガスの供給系および排出系を、第２のエンドプレート８１側に設けると共に、第２のエンドプレート８１およびターミナルプレート８３に、アノード側反応ガスの流通用のマニホールドと連通するための貫通孔を設けてもよい。
本発明は、上述の実施形態および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
５…燃料電池システム
７…燃料電池
１０…気液分離器
１１…カバー部材
１２…気液分離器形成部
１３…貯留部
２０…水素タンク
３０…エアコンプレッサ
４０…循環ポンプ
５１…遮断弁
５２…インジェクタ
５３…排気排水弁
５４…三方弁
５５…圧力調整弁
６１…燃料ガス供給路
６２…燃料ガス循環路
６３…燃料ガス排出路
７１…酸化剤ガス供給路
７２…酸化剤ガス排出路
７３…バイパス流路
８０…第１のエンドプレート
８１…第２のエンドプレート
８２…ターミナルプレート
８３…ターミナルプレート
９０…セルスタック
１１０…突出部
１１１…厚肉部
１１２…薄肉部
１２０…排水流路形成部
１２１…排水口
１２２…排水流路
１５１…第１底面
１５２…第２底面
１５３…第３底面
１６０…第２内壁部
１９０…隙間
２０２…第１内壁部
２１０…ガス供給路
２１１…ガス供給路形成部
２２０…オフガス排出口
２２１…囲み部
２２２…第１壁部
２２３…第２壁部
２２４…第３壁部
２２５…排出流路
５００…弁装置
５１０…接続部
５１１…連通流路
５１２…底面
５１２ａ…底面
５１２ｂ…底面
Ｓ１３…第３の面
Ａｒ１…領域
Ａｒ２…領域
Ｇ１…隙間
Ｓ１１…形成部対向面
Ｓ１４…第４の面
Ｓ２３…第１の面
Ｓ２４…第２の面
Ｓ８０…カバー対向面
Ｓ１０１…斜面
Ｓ１０２…壁
Ｓ１１０…端面
Ｓ１１１…端面
Ｓ１５１…壁面
Ｓ１６１…端面
Ｓ２２１…端面
ＳＤ…積層方向
Ｗ１…水
Ｗ２…水
ＷＳ１…液面
ＷＳ２…液面
ＷＳ３…液面
ＷＳ４…液面
ｄ１…距離
ｄ２…距離
ｄ４…距離
ｐ１１…最下点
ｐ２１…最下点

Claims (7)

  1. 積層された複数の単セルを有するセルスタックと、前記セルスタックに対して前記複数の単セルの積層方向の外側に配置されているエンドプレートと、を有する燃料電池から排出されたオフガスに含まれる水を分離して排出する気液分離器であって、
    前記エンドプレートに形成され、前記エンドプレートにおける前記積層方向の端面のうちの前記セルスタックとは反対側の端面に開口し、前記気液分離器の一部を構成する気液分離器形成部と、
    前記気液分離器形成部の開口を覆って配置され、前記気液分離器の一部を構成するカバー部材と、
    を備え、
    前記気液分離器形成部は、前記オフガスの流路として機能すると共に前記オフガスから分離された水が溜まる貯留部の一部を形成する第１の内壁部であって、前記開口に接続して前記エンドプレートの厚さ方向に凹状に形成されている第１の内壁部を有し、
    前記カバー部材は、前記カバー部材における前記気液分離器形成部と対向する面に形成された開口に接続して前記カバー部材の厚さ方向に凹状に形成されている第２の内壁部であって、前記第１の内壁部と前記積層方向に対向して配置されて、前記第１の内壁部と共に前記貯留部を形成する第２の内壁部を有する、気液分離器。
  2. 請求項１に記載の気液分離器において、
    前記気液分離器形成部は、
    前記気液分離器への前記オフガスの流入口を形成する流入口形成部と、
    前記気液分離器からの前記オフガスの排出口を形成する排出口形成部と、
    を有し、
    前記カバー部材は、前記貯留部に溜まった水を排出する排水流路を形成する排水流路形成部を有する、気液分離器。
  3. 請求項２に記載の気液分離器において、
    前記排水流路の端部には、前記第２の内壁部の底面の近傍に配置されて前記貯留部の内側に露呈している排水口が形成されており、
    前記カバー部材は、さらに、
    前記気液分離器が載置された状態で前記底面から上方に突出し、前記カバー部材における前記流入口に対向する位置と前記排水口との間に配置されている突出部と、
    前記流入口に対向すると共に前記突出部と接して配置され、前記気液分離器が載置された状態において前記カバー部材から前記気液分離器形成部に向かう第１の方向に沿って次第に下方に傾斜する斜面と、
    を有し、
    前記突出部における前記第１の方向の端面は、前記カバー部材全体における前記第１の方向の端面よりも、前記第１の方向とは反対方向にオフセットされている、気液分離器。
  4. 請求項３に記載の気液分離器において、
    前記底面のうち、前記突出部における前記第１の方向の端面と接する部分は、前記気液分離器が載置された状態において前記排水口に向かって下方に傾斜している、気液分離器。
  5. 請求項３または請求項４に記載の気液分離器において、
    前記底面における最下点は、前記突出部と前記排水口との間に配置され、
    前記突出部と前記最下点との間の前記底面に沿った長さは、前記第２の内壁部において前記最下点を挟んで前記突出部と反対側に位置する部分と前記最下点との間の長さよりも短い、気液分離器。
  6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の気液分離器において、
    前記カバー部材は、前記貯留部に溜まった水を排出する排水流路を形成する排水流路形成部を有し、
    前記カバー部材には、前記排水流路と連通する連通流路と、前記連通流路における水の流通を制御する弁と、を有する弁装置が装着され得、
    前記カバー部材に前記弁装置が装着され、且つ、前記気液分離器が載置された状態において、前記排水流路の底面の鉛直方向に沿った位置は、前記連通流路の底面の鉛直方向に沿った位置と同じ又はより上方である、気液分離器。
  7. 燃料電池システムであって、
    積層された複数の単セルを有するセルスタックと、前記セルスタックに対して前記複数の単セルの積層方向の外側に配置されているエンドプレートと、を有する燃料電池と、
    前記燃料電池から排出されたオフガスに含まれる水を分離して排出する気液分離器と、
    を備え、
    前記気液分離器は、
    前記エンドプレートに形成され、前記エンドプレートにおける前記積層方向の端面のうちの前記セルスタックとは反対側の端面に開口し、前記気液分離器の一部を構成する気液分離器形成部と、
    前記気液分離器形成部の開口を覆って配置され、前記気液分離器の一部を構成するカバー部材と、
    を有し、
    前記気液分離器形成部は、前記オフガスの流路として機能すると共に前記オフガスから分離された水が溜まる貯留部の一部を形成する第１の内壁部であって、前記開口に接続して前記エンドプレートの厚さ方向に凹状に形成されている第１の内壁部を有し、
    前記カバー部材は、前記カバー部材における前記気液分離器形成部と対向する面に形成された開口に接続して前記カバー部材の厚さ方向に凹状に形成されている第２の内壁部であって、前記第１の内壁部と前記積層方向に対向して配置されて、前記第１の内壁部と共に前記貯留部を形成する第２の内壁部を有する、燃料電池システム。
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