JP2019005689A - 気液分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】気液分離器が傾斜姿勢となった場合であっても、入口ポートがドレイン液で閉塞されることを回避する。
【解決手段】気液分離器３２は、気液二相流が供給される第１入口ポート６０及び第２入口ポート６２と、該気液二相流が気液分離された後の気流を排出する出口ポート６４が形成されたケーシング５６を有する。該ケーシング５６内には、隔壁６６によって第１気液分離室７０と第２気液分離室７２が形成される。第２入口ポート６２は、隔壁６６の、第１気液分離室７０に臨む面で開口する。この開口は、第２入口ポート６２から流出する気液二相流の流通方向を変化させる偏向部材９６で覆われている。
【選択図】図２

Description

本発明は、気液分離器に関し、一層詳細には、燃料電池に付設するものとして好適な気液分離器に関する。

周知の通り、燃料電池は、電解質（例えば、固体高分子膜）を挟んで対向するアノード電極とカソード電極を有し、アノード電極に水素等の燃料ガス、カソード電極に圧縮空気等の酸化剤ガスが供給されることで発電する。燃料ガス及び酸化剤ガスは、少なくとも一部が消費されるが、未反応分が燃料排ガス、酸化剤排ガスとしてアノード電極、カソード電極から、燃料排ガス排出流路、酸化剤排ガス排出流路にそれぞれ排出される。このように、燃料電池に対して反応ガスの供給機器、排出機器等が付設されることで、燃料電池システムが構成される。

燃料排ガスは、水分を含んだ気液二相流である。そこで、燃料排ガス排出流路に、燃料排ガスを水素と水分に分離するための気液分離器が設けられる。水分が分離された水素は、アノード電極に再供給される。一方、水分は、ドレイン弁を介して気液分離器内から排出される。

このような機能を営む気液分離器として、特許文献１に記載されたものが知られている。なお、この気液分離器では、エンジンの排気ガスからドレイン水を分離するようにしている。分離されたドレイン水は、一般的に、気液分離器の底部に設けられて液排出部を構成するドレインポート及びドレイン弁から排出される。

特開平７−２５９５４９号公報

特に車載用の燃料電池システムでは、小型化が要請される。このため、燃料電池システムを構成する気液分離器も小型化することが求められる。

入口ポートをケーシングの底部に設けた気液分離器を小型化しようとすると、入口ポートとドレインポートが近接する。この場合、車載用の燃料電池システムにおいては、ユーザが転蛇操作を行うことに伴って車体が傾くとともに気液分離器が傾斜姿勢となったとき、気液分離器内のドレイン水の液面が入口ポートよりも高くなる懸念がある。すなわち、入口ポートがドレイン水で閉塞される。このような状態となると、燃料排ガスが入口ポートから気液分離器内に流入することが困難となる。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、傾斜姿勢となった場合であっても気液二相流が入口ポートから流入することが容易な気液分離器を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、気液二相流が供給される入口ポートと、前記入口ポートから導入された前記気液二相流を液相と気流とに分離する気液分離室と、前記気流を排出する出口ポートとが形成されたケーシングを有する気液分離器において、
前記ケーシング内に、前記気液分離室を形成するための隔壁が設けられ、
前記入口ポートは、前記隔壁の、前記気液分離室に臨む面に設けられ、
さらに、前記入口ポートから流入する前記気液二相流の流通方向を変化させる偏向部材を有するとともに、前記ケーシングの内壁と前記偏向部材との間にクリアランスが形成されていることを特徴とする。

この構成において、入口ポートから流出した気液二相流により、偏向部材とケーシングの内壁との間の微小隙間（クリアランス）にベンチュリ効果が発現する。すなわち、前記クリアランスを介して気液分離室に向かう流れが生じる。隔壁によって気液分離室と区分された別室内にドレイン液（貯留液）が存在するときには、この流れにより、該ドレイン液が吸引されて気液分離室に移動する。一方、前記気液分離室内のドレイン液は、前記別室に移動する。ドレイン液がこのように移動することにより、ドレイン液の液面が入口ポートを避けるように傾斜する。

その結果として、入口ポートが貯留液で閉塞されることが回避される。このため、気液分離器が傾斜姿勢となった場合であっても、気液二相流が入口ポートからケーシング内に流入することが容易である。従って、例えば、気液分離器を燃料電池システムに組み込む場合、燃料電池からの排水素に対する気液分離を継続して行うことができるので、該燃料電池の定常運転を継続することができる。

なお、例えば、燃料電池からの排水素等、比重が小さい水素と比重が大きい水とを分離するときには、気液分離を促進するべく入口ポートをドレインポートよりも高位置に設けることが本来は望ましい。しかしながら、機器レイアウトの都合上、入口ポートを底部に設けざるを得ない場合がある。本発明によれば、このような場合においても、上記したベンチュリ効果に基づいて、入口ポートが貯留液で閉塞されることが回避される。

前記気液分離室内には、偏向部材から流通した気液二相流を案内する案内部を設けることが好ましい。この場合、気液二相流の流通方向が案内部によって変化する。すなわち、気液二相流が案内部に案内されつつ、気液分離室内に比較的長時間滞在する。以上のことが相俟って、気液二相流が液相と気相（気流）に十分に分離される。すなわち、十分な気液分離効率が得られる。

入口ポートを底部に設けた場合には、入口ポートから導入された気液二相流を上昇させた後に案内部によって下降させるようにすればよい。これにより、上記したように気液二相流が気液分離室内に比較的長時間滞在するようになる。

入口ポート及び出口ポートは、ケーシングの同一端面に設けることが好ましい。この場合、ケーシングを得るための素材に入口ポート及び出口ポートを形成する加工が容易となるからである。

以上のように構成される気液分離器は、例えば、燃料電池を含む燃料電池システムの構成機器に採用することができる。この場合、燃料電池のアノード電極から排出された燃料排ガスが、気液二相流として気液分離器に供給される。

本発明によれば、気液分離器を構成するケーシング内に、気液分離室を形成するための隔壁を設けるとともに、気液二相流を気液分離室に供給するための入口ポートを、前記隔壁の、気液分離室に臨む面で開口させ、さらに、前記入口ポートの開口を覆う偏向部材を設けるようにしている。このため、入口ポートから気液二相流が気液分離室に流入するとき、偏向部材とケーシングの内壁との間の微小隙間（クリアランス）にベンチュリ効果が発現する。

このベンチュリ効果により、前記クリアランスを介して気液分離室に向かう流れが生じる。隔壁によって気液分離室と区分された別室内にドレイン液が存在するときには、この流れにより、該ドレイン液が吸引されて気液分離室に移動する。その一方で、前記気液分離室内のドレイン液が前記別室に移動する。このようなドレイン液の移動が起こることにより、ドレイン液の液面が入口ポートを避けるように傾斜する。

その結果として、入口ポートが貯留液で閉塞されることが回避される。このため、例えば、気液分離器が傾斜姿勢となった場合であっても、気液二相流が入口ポートからケーシング内に流入することが容易である。従って、例えば、気液分離器を車載型の燃料電池システムに組み込む場合であっても、燃料電池からの排水素に対する気液分離を継続して行うことができる。すなわち、該燃料電池の定常運転を継続することができる。

本発明の実施の形態に係る気液分離器を含む燃料電池システムの要部概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る気液分離器の要部概略斜視図である。 図２の気液分離器の要部概略側面一部省略図である。 図２の気液分離器の要部概略側面図である。 図２の気液分離器の概略縦断面模式図である。

以下、本発明に係る気液分離器につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態では、気液分離器を燃料電池に付設して燃料電池システムを構成する場合を例示する。また、以下の説明における上下左右は、図２における上下左右に対応するが、これは理解を容易にするための便宜的なものである。特に、左右方向は、気液分離器を実使用する際の左右方向を特定するものではない。

はじめに、燃料電池システムにつき図１を参照して概略説明する。燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両（図示せず）に搭載される車載型である。

燃料電池システム１０は、図示しない燃料電池が複数個積層されることで構成された燃料電池スタック１２を有する。個々の燃料電池は、例えば、固体高分子膜からなる電解質と、該電解質を挟んで対向するアノード電極及びカソード電極を有する電解質・電極構造体が一対のセパレータで挟持されることで構成される。なお、この構成は周知であり、従って、図示及び詳細な説明は省略する。

燃料電池システム１０は、さらに、燃料電池スタック１２に付設されてアノード電極に燃料ガスを供給するための水素供給流路１４（燃料ガス供給流路）と、アノード電極から燃料排ガスを排出するための水素排出流路１６（燃料排ガス排出流路）とを有する。この中、水素供給流路１４には、燃料ガスとしての高圧水素を貯留した水素タンク１８が接続される。

水素供給流路１４は二叉に分岐しており、このため、水素供給流路１４は、第１分岐路２０、第２分岐路２２を含む。これら第１分岐路２０、第２分岐路２２には、それぞれ、第１インジェクタ２４、第２インジェクタ２６が設けられる。第１分岐路２０、第２分岐路２２は、第１インジェクタ２４、第２インジェクタ２６の下流側で合流して合流路２８となり、該合流路２８にエジェクタ３０が設けられる。

一方の水素排出流路１６には、気液分離器３２が接続される。この気液分離器３２から出発する循環流路３４は、前記エジェクタ３０に接続される。また、気液分離器３２の底部には、ドレイン弁３６を介して水分を排出する排水流路３８が設けられる。

燃料電池システム１０は、さらに、カソード電極に酸化剤ガスとしての圧縮空気を供給するための空気供給流路４０（酸化剤ガス供給流路）と、カソード電極から排圧縮空気を排出するための空気排出流路４２（酸化剤排ガス排出流路）とを有する。この中の空気供給流路４０には、大気を圧縮して供給するエアポンプ４４（コンプレッサ）が設けられる。

燃料電池スタック１２には、さらに、該燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給する図示しない冷却媒体供給流路が設けられるとともに、全体の制御を行う制御部としてのＥＣＵ４６が付設される。以上により、燃料電池システム１０が構成される。

次に、本実施の形態に係る気液分離器３２につき説明する。

図２〜図４は、それぞれ、本実施の形態に係る気液分離器３２の要部概略斜視図、要部概略側面一部省略図、要部概略側面図である。この気液分離器３２は、一端面で開口する内室５０が形成された本体部材５２と、前記一端面に取り付けられて内室５０を閉塞する閉塞部材５４とを有するケーシング５６を備える。本体部材５２と閉塞部材５４の間は、シール材５８によってシールされる。

本体部材５２の他端面における左上方、左下方には、内室５０に連通する第１入口ポート６０、第２入口ポート６２がそれぞれ形成される。すなわち、第１入口ポート６０は、第２入口ポート６２に比して上方（高位置）である。また、右上方には出口ポート６４が形成される。従って、この気液分離器３２は、複数個（この場合、２個）の入口ポート６０、６２と、単一個の出口ポート６４とを有する。

内室５０には、板材からなる隔壁６６が立設される。この隔壁６６により、内室５０内が、図２における紙面奥側の第１気液分離室７０、紙面手前側の第２気液分離室７２に区分される。閉塞部材５４、隔壁６６及び第２案内部１０６（後述）を省略した図３では第１気液分離室７０が示され、隔壁６６を図示した図４では第２気液分離室７２が示されている。

なお、隔壁６６の面積は、内室５０の平面視から求められる該内室５０の面積の略半分である（図４参照）。すなわち、内室５０には、排水素の流通方向上流側にのみ隔壁６６が存在する。内室５０内の、隔壁６６が存在しない空間は、第１気液分離室７０及び第２気液分離室７２よりも流通方向下流側であり、第１気液分離室７０を通過した排水素と、第２気液分離室７２を通過した排水素とが合流（集合）して集合流となる集合室７４である。

隔壁６６の紙面手前側の端面における左上方には、堰止板７６が設けられる。この堰止板７６は、第１入口ポート６０からケーシング５６内に導入された排水素が第２気液分離室７２に流入することを阻止するとともに、排水素の流通方向を変化させる役割を果たす。

また、隔壁６６には、２個の呼吸孔７８ａ、７８ｂが形成される。第１気液分離室７０と第２気液分離室７２は、これら呼吸孔７８ａ、７８ｂを介して連通する。

図２及び図３に示されるように、本体部材５２の、第１入口ポート６０、第２入口ポート６２及び出口ポート６４が形成された他端面には、内室５０内に突出するようにして第１規制部８０、第２規制部８２が設けられる。第１規制部８０は、鉛直方向に対して若干左下方に傾斜するように延在する。一方、第２規制部８２は、左下方から右上方に向かって傾斜する案内傾斜部８４と、該案内傾斜部８４に連なり鉛直上方に指向して延在する第１鉛直部８６と、該第１鉛直部８６に連なり左方に向かって水平に延在する第１水平部８８とからなる。これら第１規制部８０及び第２規制部８２により、第１気液分離室７０内で排水素の流通方向を変化させる（すなわち、第１気液分離室７０内の排水素の流通方向を所定方向に規制する）第１案内部９０が構成される。

なお、隔壁６６は、第１規制部８０及び第２規制部８２の、紙面手前側の側面部に当接している。そして、隔壁６６の左下方には弧状切欠部９２が形成されるとともに、第２入口ポート６２から弧状切欠部９２にわたって導管９４（図２参照）が橋架される。このため、第２入口ポート６２は、導管９４を介して隔壁６６の第２気液分離室７２に臨む面で開口した形態となっている。

導管９４の開口、換言すれば、第２入口ポート６２の開口の近傍には、該開口から所定距離で離間した位置で該開口を覆う偏向部材９６が配設される。偏向部材９６は、導管９４（第２入口ポート６２）から流入した排水素の流通方向を変化させるためのものであり、右方の第３規制部９８側に臨むように開口している。

偏向部材９６の図２及び図４における左方、すなわち、閉塞した背部側では、第１気液分離室７０と第２気液分離室７２を連通する連通部９７が設けられている（特に図４参照）。この連通部９７は、ケーシング５６の内壁から偏向部材９６の背部にわたって形成されている。すなわち、連通部９７により、ケーシング５６の内壁と偏向部材９６との間に微小空間（クリアランス）が形成される。連通部９７によって形成されるクリアランスは、例えば、３〜５ｍｍ程度である。また、後述する貯留部１１８の上部には、板状閉塞部９９が設けられる。

第３規制部９８は、支持台１００の斜面１０２に、隔壁６６の右方下端を挟持する挟持部１０４と一体的に突出形成されている。第３規制部９８は、前記堰止板７６とともに第２案内部１０６を構成し、第２気液分離室７２内で排水素の流通方向を変化させる。すなわち、第２気液分離室７２内の排水素の流通方向を所定方向に規制する。

第３規制部９８は、第１案内部９０を構成する第２規制部８２と平面視で略重なる位置に設けられる。すなわち、第３規制部９８は、第１鉛直部８６に略重なる第２鉛直部１０８と、該第２鉛直部１０８に連なるとともに左方に向かって水平に延在し、且つ第１水平部８８に略重なる第２水平部１１０とからなる。このことから諒解されるように、第１気液分離室７０、第２気液分離室７２の内部は、第１案内部９０、第２案内部１０６の各々により、クランク形状をなしている。

支持台１００は、液滴水Ｄを案内する誘導路としての誘導傾斜部１１２を有する。また、前記斜面１０２と誘導傾斜部１１２との間には所定の段差が形成されており、この段差と第３規制部９８（第２鉛直部１０８）とで仮貯液部１１４が形成される。誘導傾斜部１１２に誘導された液滴水Ｄは、この仮貯液部１１４に一旦貯留される。前記挟持部１０４には、仮貯液部１１４に貯留された水を第１気液分離室７０側に移すための移液孔１１６（図３及び図４参照）が形成されている。

第１気液分離室７０及び第２気液分離室７２には、その底部が切り欠かれるようにして、所定の容積を有する貯留部１１８が形成される。貯留部１１８は、第１気液分離室７０及び第２気液分離室７２に連通する。

貯留部１１８の底部には、貯留部１１８内の水分を排出する液排出部としてのドレインポート１２０が設けられる。前記ドレイン弁３６は、ドレインポート１２０に接続され、開状態となったときに貯留部１１８内の水分を排出する。一方、ドレイン弁３６が閉状態であるときには、水分は貯留部１１８に貯留される。

本実施の形態に係る気液分離器３２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

燃料電池スタック１２を運転するに際しては、水素タンク１８から水素供給流路１４に燃料ガスとしての水素が供給される。水素は、第１分岐路２０の第１インジェクタ２４、又は第２分岐路２２の第２インジェクタ２６のいずれかを通過した後、さらに合流路２８のエジェクタ３０を経由して、燃料電池スタック１２を構成する各燃料電池のアノード電極に供給される。

その一方で、エアポンプ４４を介して、空気供給流路４０に酸化剤ガスである圧縮空気が送られる。圧縮空気は、後述する排圧縮空気によって加湿された後、燃料電池スタック１２を構成する各燃料電池のカソード電極に供給される。

以上のように反応ガスが供給されることにより、各燃料電池のアノード電極、カソード電極で電極反応がそれぞれ生起される。これにより、発電が行われる。なお、燃料電池スタック１２には冷却媒体流路が形成されており、該冷却媒体流路に、前記冷却媒体供給流路を介して供給された冷却媒体が流通される。

カソード電極に供給されて一部が消費された圧縮空気は、排圧縮空気として空気排出流路４２に排出される。排圧縮空気は、カソード電極での電極反応によって生成した水分を含む湿潤ガスである。この排圧縮空気は、図示しない加湿器において、カソード電極に新たに供給される酸化剤ガスを加湿する。その後、所定の圧力に設定されて燃料電池システム１０の外部に排出される。

一方、アノード電極に供給されて一部が消費された水素は、排水素として水素排出流路１６に排出される。排水素は、水素排出流路１６を流通する過程で気液分離器３２に供給される。

この際、排水素は、図２に示す第１入口ポート６０と第２入口ポート６２から個別にケーシング５６内に導入される。上方の第１入口ポート６０から流入した排水素は、内室５０の内壁に沿って右下方に傾斜するように若干進行し、隔壁６６が存在することで図２の紙面奥側に形成された第１気液分離室７０に流入する。なお、第２気液分離室７２に進行しようとする排水素は、隔壁６６の紙面手前側の端面に設けられた堰止板７６で堰止される。このため、第１入口ポート６０から流入した排水素が第２気液分離室７２に流入することが阻止される。

第１気液分離室７０に流入した排水素は、第１規制部８０の延在方向に沿って流通する。このため、排水素の流通方向が、それまでの右下方向きから、鉛直下方よりも若干左方向きとなる。

排水素は、その後、第２規制部８２の案内傾斜部８４、第１鉛直部８６、第１水平部８８に沿って進行する。このため、排水素の流通方向は、左下方から右上方、右上方から水平方向（左方）の順序で変化する。排水素は、さらに、第１規制部８０の、第２規制部８２に臨む側の端面によって案内されることで上昇し、その後、流通方向が集合室７４側に偏向される。その結果、第１気液分離室７０から導出されて集合室７４に到達する。図３には、以上の流通過程を矢印で示している。

この流通過程で、排水素の流速が急速に低下する。さらに、第１気液分離室７０内に第１案内部９０（第１規制部８０、第２規制部８２）が形成され、該第１気液分離室７０内がクランク形状とされている。このため、排水素が、第１気液分離室７０内に比較的長時間滞在する。以上のような理由から、第１入口ポート６０から第１気液分離室７０内に供給された排水素（気液二相流）が、液相である水分と、気相である第１水素気流（第１気流）とに効率よく分離される。水分は貯留部１１８に貯留され、第１水素気流は集合室７４に流入する。

一方、下方の第２入口ポート６２側に回り込んだ排水素は、第１気液分離室７０内に配設された導管９４を経由し、第２気液分離室７２内に臨む開口から導出される。このため、第２入口ポート６２から流入した排水素が第１気液分離室７０に流入することが阻止される。

前記開口の近傍には、上記したように、右方が開口した偏向部材９６が設けられている。このため、導管９４から導出された排水素の流通方向は、閉塞部材５４側から右方の第３規制部９８側に変化する。排水素は、その後、第３規制部９８の第２鉛直部１０８、第２水平部１１０に沿って進行する。このため、排水素の流通方向は、一旦左下方から右上方に向かい、その後、右上方から水平方向（左方）に向かうように変化する。排水素は、さらに、内室５０の内壁に案内されながら上昇し、さらに、堰止板７６の、第２気液分離室７２に臨む側の端面に案内されることで、流通方向が下方に偏向される。その結果、排水素は、第２気液分離室７２から導出されて集合室７４に到達する。図４には、以上の流通過程を矢印で示している。

第２気液分離室７２内でも同様に、上記の流通過程で、排水素の流速が急速に低下する。さらに、第２気液分離室７２内に第２案内部１０６（第３規制部９８、堰止板７６）が形成されているために、該第２気液分離室７２内がクランク形状とされている。このため、排水素が、第２気液分離室７２内に比較的長時間滞在する。従って、第２入口ポート６２（導管９４）から第２気液分離室７２内に供給された排水素（気液二相流）もまた、液相である水分と、気相である第２水素気流（第２気流）とに効率よく分離される。水分は、第１気液分離室７０で分離された水分と同じく貯留部１１８に貯留され、第２水素気流は集合室７４に流入する。

さらに、第１気液分離室７０と第２気液分離室７２は、隔壁６６に形成された呼吸孔７８ａ、７８ｂを介して連通している。このため、上記の気液分離が進行するとき、第１気液分離室７０内における排水素の流速や流体圧力と、第２気液分離室７２内における排水素の流速や流体圧力とが略同等となる。その結果として、第１気液分離室７０、第２気液分離室７２における気液分離効率が略同等となる。従って、例えば、一方の気液分離室の耐圧を、他方の気液分離室に比して大きくする必要がない。

第１気液分離室７０から導出された第１水素気流と、第２気液分離室７２から導出された第２水素気流は、集合室７４で集合して集合流となる。すなわち、第１水素気流及び第２水素気流は、流通方向が互いに略平行となる。この集合流が、出口ポート６４を介して循環流路３４（図１参照）に流入する。集合流は、その後、循環流路３４からエジェクタ３０に吸引され、新たに供給された水素とともにアノード電極に再供給される。

集合流（第１水素気流及び第２水素気流）には、未だ若干の水分が含まれる。このため、集合流が集合室７４の内壁に接触することに伴い、水分が液化して液滴水Ｄ（液相）となり、集合室７４の内壁に付着する。

液滴水Ｄは、重力の作用下に下方、すなわち、集合室７４の底部に向かって流下する。ここで、集合室７４の底部には、支持台１００に設けられた誘導傾斜部１１２が位置する。液滴水Ｄは、この誘導傾斜部１１２に誘導され、第３規制部９８の第２鉛直部１０８に堰止されることで前記仮貯液部１１４に一旦貯留される。仮貯液部１１４が出口ポート６４から大きく離間した位置にあるので、仮貯液部１１４に貯留された水分が集合流とともにエジェクタ３０に吸引されることが回避される。

支持台１００の挟持部１０４には、移液孔１１６が形成されている。従って、段差部に所定量の水分が貯留されると、該水分は移液孔１１６からオーバーフローする。これにより、水分が貯留部１１８に移される。以下、貯留された水分を「ドレイン水Ｗ」と表記する。

偏向部材９６が設けられていないとき、ケーシング５６内のドレイン水Ｗの液面は、例えば、気液分離器３２を模式的に表した図５中に仮想線Ｌ１で示す位置となる。この場合において、燃料電池システム１０を搭載した燃料電池車両が、ユーザが転蛇操作を行うこと等に伴って傾斜すると、気液分離器３２も傾斜姿勢となるために液面が第２入口ポート６２を閉塞する懸念がある。この状況下では、排水素が第２入口ポート６２から第１気液分離室７０に流入することが困難となる。

本実施の形態では、第２入口ポート６２（導管９４）を、隔壁６６の、第１気液分離室７０に臨む面で開口させ、且つ偏向部材９６で開口を覆っている。このため、導管９４から流出した排水素は、図２に矢印Ｓ１で示すように、偏向部材９６によって流通方向が第１案内部９０側に変化し、閉塞部材５４の内壁に沿って進行する。

これに伴い、偏向部材９６の背部とケーシング５６との間にいわゆるベンチュリ効果が発現する。すなわち、図２に矢印Ｓ２で示すように、偏向部材９６の背部側に形成された第１気液分離室７０と第２気液分離室７２の前記連通部９７（図４参照）を介して、第２気液分離室７２から第１気液分離室７０側に向かう流れが生じる。従って、第２気液分離室７２側のドレイン水Ｗ（図５参照）が、前記連通部９７を介して第１気液分離室７０側に吸引される。

第１気液分離室７０側のドレイン水Ｗは、第２気液分離室７２から第１気液分離室７０側に吸引された分、図２に矢印Ｓ３で示すように貯留部１１８を介して第２気液分離室７２側に移る。このため、気液分離器３２内のドレイン水Ｗの貯留量が低下することはない。

以上のようにドレイン水Ｗが移動する結果、図５中に実線Ｌ２で示すように、ドレイン水Ｗの液面が第２入口ポート６２を避けるように傾斜する。すなわち、第２入口ポート６２の周囲では、液面が該第２入口ポート６２よりも下方（低位置）となる。このように、本実施の形態では、連通部９７（クリアランス）の近傍で起こるベンチュリ効果によって、第２入口ポート６２をドレイン水Ｗから露呈させることができる。このため、排水素を第２入口ポート６２から継続して第１気液分離室７０内に流入させることが可能となる。

この状態は、燃料電池システム１０を搭載した燃料電池車両が、ユーザが転蛇操作を行うこと等に伴って傾斜したときにも保たれる。すなわち、第２入口ポート６２がドレイン水Ｗから露呈する。従って、第１気液分離室７０において排水素に対する気液分離を続行することができるので、燃料電池スタック１２、ひいては燃料電池システム１０の定常運転を継続することができる。

さらに、本実施の形態では、本体部材５２の同一端面に第１入口ポート６０、第２入口ポート６２及び出口ポート６４を形成している。このため、素材から本体部材５２を得るまでの加工が容易である。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、気液分離器３２を含む燃料電池システム１０は、車載型のものに特に限定されず、定置型のものであってもよい。

また、気液分離器３２は、第２入口ポート６２から気液二相流をケーシング５６内に導入するものとして用いられるものであればよく、燃料電池システム１０を構成するものに特に限定されるものではない。気液二相流も、水分を含んだ水素以外のものであってもよい。

１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…水素供給流路 １６…水素排出流路
１８…水素タンク ２４…第１インジェクタ
２６…第２インジェクタ ３０…エジェクタ
３２…気液分離器 ３４…循環流路
３６…ドレイン弁 ３８…排水流路
４０…空気供給流路 ４２…空気排出流路
５０…内室 ５２…本体部材
５６…ケーシング ６０…第１入口ポート
６２…第２入口ポート ６４…出口ポート
６６…隔壁 ７０…第１気液分離室
７２…第２気液分離室 ７４…集合室
７６…堰止板 ７８ａ、７８ｂ…呼吸孔
８０…第１規制部 ８２…第２規制部
９０…第１案内部 ９４…導管
９６…偏向部材 ９７…連通部（クリアランス）
９８…第３規制部 １００…支持台
１０６…第２案内部 １１２…誘導傾斜部
１１４…仮貯液部 １１６…移液孔
１２０…ドレインポート Ｄ…液滴水
Ｗ…ドレイン水

偏向部材９６の図２及び図４における左方、すなわち、閉塞した背部側では、第１気液分離室７０と第２気液分離室７２を連通する連通部９７が設けられている（特に図４参照）。この連通部９７は、ケーシング５６の内壁から偏向部材９６の背部にわたって形成されている。すなわち、連通部９７により、ケーシング５６の内壁と偏向部材９６との間に微小空間（クリアランスの一部）が形成される。連通部９７によって形成されるクリアランスは、例えば、３〜５ｍｍ程度である。また、後述する貯留部１１８の上部には、板状閉塞部９９が設けられる。

本実施の形態では、第２入口ポート６２（導管９４）を、隔壁６６の、第２気液分離室７２に臨む面で開口させ、且つ偏向部材９６で開口を覆っている。このため、導管９４から流出した排水素は、図２に矢印Ｓ１で示すように、偏向部材９６によって流通方向が第１案内部９０側に変化し、閉塞部材５４の内壁に沿って進行する。

これに伴い、偏向部材９６の背部とケーシング５６との間にいわゆるベンチュリ効果が発現する。すなわち、図２に矢印Ｓ２で示すように、偏向部材９６の背部側に形成された第１気液分離室７０と第２気液分離室７２の前記連通部９７（図４参照）を介して、第１気液分離室７０から第２気液分離室７２側に向かう気流が生じる。第２気液分離室７２に流入した気流は、偏向部材９６と閉塞部材５４との間の狭小なクリアランスを通過した後、図２に矢印Ｓ３で示すように貯留部１１８を介して第１気液分離室７０側に戻る。

以上のように気流が移動する結果、ドレイン水Ｗが気流に押し出され、図５中に実線Ｌ２で示すように、該ドレイン水Ｗの液面が弧状切欠部９２を避けるように傾斜する。すなわち、弧状切欠部９２の周囲では、液面が該弧状切欠部９２よりも下方（低位置）となる。このように、本実施の形態では、連通部９７を含むクリアランスの近傍で起こるベンチュリ効果によって、弧状切欠部９２をドレイン水Ｗから露呈させることができる。このため、排水素を弧状切欠部９２から継続して第１気液分離室７０内に流入させることが可能となる。

この状態は、燃料電池システム１０を搭載した燃料電池車両が、ユーザが転蛇操作を行うこと等に伴って傾斜したときにも保たれる。すなわち、弧状切欠部９２がドレイン水Ｗから露呈する。従って、第１気液分離室７０において排水素に対する気液分離を続行することができるので、燃料電池スタック１２、ひいては燃料電池システム１０の定常運転を継続することができる。

Claims (5)

1. 気液二相流が供給される入口ポートと、前記入口ポートから導入された前記気液二相流を液相と気流とに分離する気液分離室と、前記気流を排出する出口ポートとが形成されたケーシングを有する気液分離器において、
   前記ケーシング内に、前記気液分離室を形成するための隔壁が設けられ、
   前記入口ポートは、前記隔壁の、前記気液分離室に臨む面に設けられ、
   さらに、前記入口ポートから流入する前記気液二相流の流通方向を変化させる偏向部材を有するとともに、前記ケーシングの内壁と前記偏向部材との間にクリアランスが形成されていることを特徴とする気液分離器。
2. 請求項１記載の気液分離器において、前記気液分離室内に設けられて前記偏向部材から流通した前記気液二相流を案内する案内部を有することを特徴とする気液分離器。
3. 請求項２記載の気液分離器において、前記入口ポート及び液排出部が前記ケーシングの底部に設けられ、前記入口ポートから導入された気液二相流を上昇させた後に前記案内部によって下降させることを特徴とする気液分離器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の気液分離器において、前記入口ポート及び前記出口ポートが前記ケーシングの同一端面に形成されていることを特徴とする気液分離器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の気液分離器において、燃料電池に付設されて燃料電池システムを構成し、前記気液二相流として燃料電池のアノード電極から排出された燃料排ガスが供給されることを特徴とする気液分離器。

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