JP2021182476A - 燃料電池用の気液分離器 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成により排水弁の凍結を抑制することのできる燃料電池用の気液分離器を提供する。【解決手段】燃料電池スタックから排出されるガスから液水を分離する気液分離器は、ガスを導入する導入部１１、導入部１１を通じて導入されたガスから液水を分離する気液分離部１２、及び液水が分離されたガスを排出する排出部１３を有するハウジング１０と、ハウジング１０に接続され、液水を排出する排水部２０と、排水部２０を開閉する排水弁３０と、ハウジング１０の内部に設けられ、ハウジング１０の内部と排水部２０の上流側端部２１に連なる空間とを仕切るメッシュ状のフィルタ４０と、を備え、フィルタ４０は、ハウジング１０の底面１４ａに接する端縁４１と、底面１４ａから離れた本体部４２とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用の気液分離器に関する。
特許文献１には、燃料電池用の気液分離器が開示されている。この気液分離器は、燃料電池スタックから排出される含水ガスから水を分離する気液分離部及び気液分離部で分離された水を蓄える貯水部を有するハウジングと、ハウジングに収容され、気液分離部から貯水部に送られる水に含まれる異物を除去する濾過ユニットとを備えている。ハウジングには、燃料電池本体から排出される含水ガスを導入する導入口と、気液分離部にて水が分離されたガスを排出する排出口とが設けられている。また、ハウジングには、濾過ユニットにより異物が除去された水を外部に排出する排出流路を開閉する排水弁が設けられている。
特開２０１９−１５５３３５号公報
ところで、燃料電池システムにおいては、運転停止後に、ガスを圧送することによって気液分離器内の掃気が行われる。しかしながら、特許文献１に記載のものを含む従来の気液分離器においては、導入口や排出口などに接続される配管内に残存する水滴や、結露によりハウジング内に生じた水滴などが、フィルタを通過して排水弁に流入する場合がある。この場合、外気温の低下に伴って排水弁が凍結するおそれがある。
本発明の目的は、簡単な構成により排水弁の凍結を抑制することのできる燃料電池用の気液分離器を提供することにある。
上記目的を達成するための燃料電池用の気液分離器は、燃料電池スタックから排出されるガスから液水を分離する。前記ガスを導入する導入部、前記導入部を通じて導入された前記ガスから液水を分離する気液分離部、及び液水が分離された前記ガスを排出する排出部を有するハウジングと、前記ハウジングに接続され、前記液水を排出する排水部と、前記排水部を開閉する排水弁と、前記ハウジングの内部に設けられ、前記ハウジングの内部と前記排水路の上流側端部に連なる空間とを仕切るメッシュ状のフィルタと、を備え、前記フィルタは、前記ハウジングの底面に接する端縁と、前記底面から離れた本体部とを有する。
同構成によれば、メッシュ状のフィルタを通過した液水は、表面張力によって、ハウジングの底面とフィルタとの隅部に溜まりやすくなる。これにより、燃料電池システムの運転停止後に、上記液水の排水弁への流入が抑制される。したがって、簡単な構成により排水弁の凍結を抑制することができる。
燃料電池用の気液分離器の一実施形態を示す斜視図。 図１の２−２線に沿った断面図。 図１の３−３線に沿った断面図。 液水がハウジングの底面とフィルタとの隅部に溜まった状態を示す断面図。 変形例の排水部を備える気液分離器を示す断面図。 メッシュの変形例を示す断面図。
以下、図１〜図６を参照して、燃料電池用の気液分離器の一実施形態について説明する。
図１に示すように、気液分離器は、例えば、燃料電池スタック（図示略）の燃料ガス排出通路から排出される燃料ガス（以下、オフガス）から液水を分離するものであり、ハウジング１０、排水部２０、排水弁３０、及びフィルタ４０を備えている。ここで、オフガスには、未反応の水素ガス、窒素ガス、液水などが含まれている。
まず、ハウジング１０について詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、ハウジング１０は、中空の直方体状であるハウジング本体１０ａと、オフガスを導入する筒状の導入部１１と、ハウジング本体１０ａの内部に導入されたオフガスから液水を分離する気液分離部１２と、液水が分離されたオフガスを排出する筒状の排出部１３とを有している。
ハウジング本体１０ａは、底壁１４と、底壁１４に対向する天井壁１５と、４つの側壁１６，１７，１８，１９とを有している。
導入部１１は、側壁１６から外方に向けて突出している。導入部１１は、燃料電池スタックの燃料ガス排出通路に接続される。
気液分離部１２は、長方形板状であり、天井壁１５の内面から底壁１４に向かって突出している。気液分離部１２は、導入部１１に対向する衝突面１２ａを有している。
排出部１３は、ハウジング１０の天井壁１５から外方に向けて突出している。排出部１３は、燃料電池スタックの燃料ガス供給通路に接続される。
次に、排水部２０について説明する。
図１に示すように、排水部２０は、オフガスから分離された液水を排出するものであり、筒状である。なお、以降において、排水部２０の軸線方向において液水の流れ方向の上流側及び下流側を、単に上流側及び下流側として説明することがある。
図１〜図３に示すように、排水部２０は、ハウジング１０の側壁１８を貫通して設けられている。より詳しくは、排水部２０は、側壁１８に設けられた挿通口１８ａに挿通されている。排水部２０の上流側端部２１は、ハウジング１０の内部に突出している。
次に、排水弁３０について説明する。
図１及び図２に示すように、排水弁３０は、排水部２０を開閉することにより液水の排出を制御する。排水弁３０は、例えば電磁弁により構成されており、排水部２０のうちハウジング１０の外部に位置する部分に設けられている。なお、排水弁３０は、ハウジング１０内の液水の液面レベルをセンサ等により直接感知した結果、もしくは燃料電池スタックの発電状況から発電により生成された液水量を計算し、その結果から推定した液面レベルに基づいて制御部（いずれも図示略）により開閉制御される。
次に、フィルタ４０について説明する。
図１及び図２に示すように、底壁１４の上面である底面１４ａの中央部には、天井壁１５に向かって突出する支持壁５０が設けられている。
支持壁５０は、長方形板状の主壁５１と、直角三角形板状であり、互いに対向する一対の側壁５２とを有している。
主壁５１は、ハウジング１０の側壁１８に沿って延在している。
図１〜図３に示すように、主壁５１は、開口５１ａを有している。開口５１ａには、排水部２０の上流側端部２１が接続されている。
各側壁５２の長辺が底面１４ａに連結されている。各側壁５２の短辺が主壁５１の両端縁に連結されている。
図１〜図３に示すように、フィルタ４０は、長方形板状のメッシュ状フィルタである。本実施形態のフィルタ４０は、金属製である。フィルタ４０は、支持壁５０の主壁５１の上端縁、各側壁５２の斜辺、及び底壁１４の底面１４ａによって区画される長方形状の開口部５３を閉塞するように主壁５１、各側壁５２、及び底壁１４に接着剤を介して、または熱溶着にて組み付けられている。フィルタ４０は、ハウジング１０の内部と排水部２０の上流側端部２１に連なる空間Ｓとを仕切っている。すなわち、フィルタ４０は、底面１４ａに接する端縁４１と、底面１４ａから離れた本体部４２とを有する。端縁４１は、排水部２０の上流側端部２１と間隔をおいて設けられている。本体部４２は、端縁４１と排水部２０の上流側端部２１との間に位置するとともに、排水部２０に近づくほどハウジング１０の底面１４ａから離れるように傾斜している。
次に、本実施形態の作用について説明する。
燃料電池システムの運転に伴って導入部１１からハウジング本体１０ａの内部にオフガスが導入されると、このオフガスが気液分離部１２の衝突面１２ａに衝突する。これにより、オフガスに含まれる液水が衝突面１２ａに付着することで分離される。
また、燃料電池システムにおいては、運転停止後に、燃料ガスを圧送することによって気液分離器内の掃気が行われる。ただし、掃気後においても、導入部１１及び排出部１３に残存する水滴や、結露によりハウジング１０内に生じた水滴が、自重によりハウジング１０の底面１４ａに落下する。
図４に示すように、底面１４ａに落下し、フィルタ４０を通過した液水は、表面張力によって、ハウジング１０の底面１４ａとフィルタ４０との隅部Ｔに溜まるようになる。
次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）フィルタ４０は、底面１４ａに接する端縁４１と、底面１４ａから離れた本体部４２とを有する。
こうした構成によれば、上述した作用を奏する。これにより、燃料電池システムの運転停止後に、液水の排水弁３０への流入が抑制される。したがって、簡単な構成により排水弁３０の凍結を抑制することができる。
（２）排水部２０の上流側端部２１は、ハウジング１０の内部に突出している。
こうした構成によれば、排水部２０の上流側端部２１から排水弁３０までの長さを容易に延ばすことができる。これにより、排水部２０に液水が流入した場合であっても、排水弁３０に液水が到達しにくくなる。したがって、簡単な構成により排水弁３０の凍結をより一層抑制することができる。
（３）端縁４１は、排水部２０と間隔をおいて設けられており、本体部４２は、端縁４１と排水部２０との間に位置するとともに、排水部２０に近づくほど底面１４ａから離れるように傾斜している。
こうした構成によれば、フィルタ４０とハウジング１０の底面１４ａとのなす角度が鋭角となるため、フィルタを通過した液水が、表面張力によって、ハウジング１０の底面１４ａとフィルタ４０との隅部Ｔに一層留まりやすくなる。その結果、燃料電池システムの運転停止後に、上記液水が排水弁３０に流入することが一層抑制される。
（４）底面１４ａとフィルタ４０との間には、フィルタ４０を支持する支持壁５０が設けられており、支持壁５０には、排水部２０が接続されている。
こうした構成によれば、支持壁５０を設けることによって、ハウジング１０へのフィルタ４０の取り付けが容易になる。
＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・主壁５１が、ハウジング１０の側壁１８に対して傾斜するように支持壁５０及びフィルタ４０を配置することもできる。
・排水部２０の上流側端部２１は、ハウジング１０の内部に突出したものでなくてもよい。すなわち、図５に示すように、上流側端部２１が側壁１８の挿通口１８ａに接続されたものであってもよい。この場合、支持壁５０の主壁５１を、側壁１８と隣り合って配置することもできる。また、主壁５１を省略することもできる。
・支持壁５０は省略することもできる。例えば、図６に示すように、フィルタ４０をドーム型にすることもできる。この場合、排水部２０の上流側端部２１をフィルタ４０に直接接続すればよい。
・ハウジング１０の形状は本実施形態で例示したものに限定されず、搭載要件に合わせて適宜変更してもよい。
・本発明に係る気液分離器は、燃料電池スタックの燃料ガス排出通路から排出される燃料ガスから液水を分離するものに限定されず、酸化剤ガス排出通路から排出される酸化剤ガスから液水を分離するものであってもよい。
Ｓ…空間
Ｔ…隅部
１０…ハウジング
１０ａ…ハウジング本体
１１…導入部
１２…気液分離部
１２ａ…衝突面
１３…排出部
１４…底壁
１４ａ…底面
１５…天井壁
１６…側壁
１７…側壁
１８…側壁
１８ａ…挿通口
１９…側壁
２０…排水部
２１…上流側端部
３０…排水弁
４０…フィルタ
４１…端縁
４２…本体部
５０…支持壁
５１…主壁
５１ａ…開口
５２…側壁
５３…開口部

Claims (4)

  1. 燃料電池スタックから排出されるガスから液水を分離する気液分離器であって、
    前記ガスを導入する導入部、前記導入部を通じて導入された前記ガスから液水を分離する気液分離部、及び液水が分離された前記ガスを排出する排出部を有するハウジングと、
    前記ハウジングに接続され、前記液水を排出する排水部と、
    前記排水部を開閉する排水弁と、
    前記ハウジングの内部に設けられ、前記ハウジングの内部と前記排水部の上流側端部に連なる空間とを仕切るメッシュ状のフィルタと、を備え、
    前記フィルタは、前記ハウジングの底面に接する端縁と、前記底面から離れた本体部とを有する、
    燃料電池用の気液分離器。
  2. 前記排水部の前記上流側端部は、前記ハウジングの内部に突出している、
    請求項１に記載の燃料電池用の気液分離器。
  3. 前記端縁は、前記排水部と間隔をおいて設けられており、
    前記本体部は、前記端縁と前記排水部との間に位置するとともに、前記排水部に近づくほど前記底面から離れるように傾斜している、
    請求項１または請求項２に記載の燃料電池用の気液分離器。
  4. 前記底面と前記フィルタとの間には、前記フィルタを支持する支持壁が設けられており、
    前記支持壁には、前記排水部が接続されている、
    請求項３に記載の燃料電池用の気液分離器。
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