JP3889246B2 - 燃料電池用気液分離器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池用気液分離器に関する。詳しくは、燃料電池を動力源とする電気自動車の燃料電池からの排気ガス中に含まれる水分を除去する燃料電池用気液分離器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸素と水素を反応させて発電する燃料電池車の排気ガスには、反応を促進するために加湿した水と、化学反応により生成された水とがミスト状になり多量に含まれている。この排気ガスをそのまま排気系ダクトへ流すとマフラーの機能を低下させたり、マフラーの出口から白煙を出すという問題がある。このため、排気ガス中の水を排気ガスから分離する目的で気液分離器が設けられている。
【０００３】
気液分離器には種々なものがあるが、その１つにサイクロン式分離器がある。図４はこのサイクロン式気液分離器を示す。同図において、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）図のｂ−ｂ線における断面図であり、符号１はサイクロン室（遠心分離室）となる本体部、２は入口管、３は出口管、４は落し板、５は貯水タンク部、６は排水管である。そして本体部１は上下を密閉した円筒状をなし、入口管２は本体部１の天板部１ｂの近傍に設けられ且つ円筒部１ａに対して接線方向に設けられている。また、出口管３は本体部１の上部の天板部１ｂの中央部に垂直に設けられ、本体部１の内部及び外部に突出している。また、本体部１の下部は漏斗状の落し板４により仕切られて貯水タンク部５となっており、該貯水タンク部５に排水管６が設けられている。
【０００４】
そして、燃料電池からの排気ガスは、入口管２より本体部１内に入り、旋回運動をしながら下方に行き、反転して上昇し、出口管３より排気される。このとき、旋回運動の遠心力により排気ガス中の気体と水分とが分離され、気体は出口管３より排気され、水は本体部１の内壁面を伝って下降し、落し板４から貯水タンク部５に落下し貯水される。排水管６は常時は図示なきバルブにより閉鎖されているが、貯水タンク部５にある程度貯水されると、図示なきセンサが感知してバルブを開き排水するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記気液分離器においては、貯水タンク部の排水管が閉じられている場合、貯水タンク部内の圧力が高くなり、本体部で分離された水分が本体部の内壁に付着して貯水タンク部の方へ流れなくなり、出口管の方へ流出してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、貯水タンク部内の圧力を低下させ、排気から分離された水分が、出口管から流出するのを防止した燃料電池用気液分離器を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の請求項１は、上下を密閉した円筒状の本体部１０と、該本体部１０の円筒状の上部近傍で且つ接線方向に設けられた入口管１１と、本体部１０の天板部１０ｂの中央部に該本体部１０の内外部に突出するように設けられた出口管１２と、本体部１０の中間部に設けられた漏斗状の落し板１３と、該落し板１３の下方に設けられた貯水タンク部１４と、該貯水タンク部１４に設けられた排水管１５とを具備してなる燃料電池用気液分離器において、前記貯水タンク部１４の上部から出口管１２に通ずるパイプ１６を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２は、上下を密閉した円筒状の本体部１０と、該本体部１０の円筒状の上部近傍で且つ接線方向に設けられた入口管１１と、本体部１０の天板部１０ｂの中央部に該本体部１０の内外部に突出するように設けられた出口管１２と、本体部１０の中間部に設けられた漏斗状の落し板１３と、該落し板１３の下方に設けられた貯水タンク部１４と、該貯水タンク部１４に設けられた排水管１５とを具備してなる燃料電池用気液分離器において、前記貯水タンク部１４の上部から入口管１１に通ずるパイプ１７を設けたことを特徴とする。また、請求項３は、前記パイプ１６，１７は、その内径が入口管１１または出口管１２の内径より小さいことを特徴とする。
【０００９】
この構成を採ることにより、貯水タンク部内の圧力を該貯水タンク部から入口管または出口管に接続したパイプを通して逃がすことができるため、本体部で分離された水は貯水タンク部に落下し、出口管より流出することは防止される。
【００１０】
また、請求項４は、上下を密閉した円筒状の本体部１０と、該本体部１０の円筒状の上部近傍で且つ接線方向に設けられた入口管１１と、本体部１０の天板部１０ｂの中央部に該本体部１０の内外部に突出するように設けられた出口管１２と、本体部１０の中間部に設けられた漏斗状の落し板１３と、該落し板１３の下方に設けられた貯水タンク部１４と、該貯水タンク部１４に設けられた排水管１５とを具備してなる燃料電池用気液分離器において、前記落し板１３の上部に間隔をあけて仕切り板２０を設け、該落し板１３と仕切り板２０の外径を本体部１０の内径よりも小さくし、且つ、本体部１０の底部に立設した複数本の支柱２１により前記落し板１３及び仕切り板２０を支持してなることを特徴とする。また、請求項５は、前記仕切り板２０は、その外周の複数箇所に切欠き２０ａが形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成を採ることにより、空気の流れが一度貯水タンク部内に入り込み、その入り込んだ空気は落し板の開口部から仕切り板の切欠き部を通って元に戻るため水の大部分は貯水タンク部内に貯め込まれるため、出口管より流出することは防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の燃料電池用気液分離器の第１の実施の形態を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）図のｂーｂ線における断面図である。本実施の形態は同図に示すように、本体部１０と、該本体部１０の円筒部１０ａに設けられた入口管１１と、天板部１０ｂの中央に設けられた出口管１２と、本体部１０の中間部に設けられた漏斗状の落し板１３と、該落し板１３により区切られて本体部１０の下部に形成された貯水タンク部１４と、該貯水タンク部１４に設けられた排水管１５とを具備していることは図４で説明した従来例と同様であり、異なるところは、貯水タンク部１４の上部から出口管１２に通ずるパイプ１６を設けたことである。この、パイプ１６には、出口管１２に比べ、圧力損失が十分に高くなるように、出口管１２より細いパイプを用いている。
【００１３】
このように構成された本実施の形態は、出口管１２を流れる主流１８が負圧を生じていることにより、パイプ１６に副流１９が生じ、貯水タンク部１４内の気体を吸い出すようになる。これにより貯水タンク部１４内の圧力が下がるため本体部１０の内壁に付着している水分は落し板１３のドレン口１３ａから貯水タンク部１４内に流れるようになり、出口管１２から水分が流出するのは防止される。なお、落し板１３のドレン口１３ａ及びパイプ１６を貯水タンク部１４内に突出させておけば、壁面を伝う水が副流１９により吸い出されることも防止される。
【００１４】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）図のｂーｂ線における断面図である。本実施の形態は、ほぼ前実施の形態と同様であり、異なるところはパイプの取り付け位置を変更したことである。即ち、本実施の形態は、前実施の形態のパイプ１６の代わりに貯水タンク部１４の上部から入口管１１に通ずるパイプ１７を設けたことである。なお、このパイプ１７は、前実施の形態と同様に入口管１１に比べ、圧力損失が十分に高くなるように、入口管１１より細いパイプを用いている。
【００１５】
このように構成された本第２の実施の形態は、入口管１１を流れる主流１８が負圧を生じていることにより、パイプ１７に副流１９が生じ、貯水タンク部１４内の気体を吸い出すようになる。これにより貯水タンク部１４内の圧力が下がるため本体部１０の内壁に付着している水分は落し板１３のドレン口１３ａから貯水タンク部１４内に流れるようになり、出口管１２から水分が流出するのを防止することができる。なお、前実施の形態と同様に、落し板１３のドレン口１３ａ及びパイプ１７を貯水タンク部１４内に突出させておけば、副流１９に水が吸い出されることも防止される。
【００１６】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は仕切り板の斜視図、（ｃ）は落し板の斜視図である。本実施の形態は、同図に示すように、本体部１０と、該本体部１０の円筒部１０ａに設けられた入口管１１と、天板部１０ｂの中央に設けられた出口管１２と、本体部１０の中間部に設けられた漏斗状の落し板１３と、該落し板１３により区切られて本体部１０の下部に形成された貯水タンク部１４と、該貯水タンク部１４に設けられた排水管１５とを具備していることは図４で説明した従来例と同様であり、異なるところは、以下の通りである。
【００１７】
本実施の形態は、（ｂ）図に示すように、外周に複数の切り欠き２０ａが形成された仕切り板２０を（ａ）図の如く、落し板１３の上部に設けている。そして、該仕切り板２０と落し板１３は本体部１０との間を気体が流通できるように、その外径を本体部１０の内径より小さく形成し、また、その外周近傍の複数箇所には取付け孔２２を穿設している。また、本体部１０には、その底部に複数本の支柱２１を立設し、該支柱２１に仕切り板２０と落し板１３をカシメ固定している。
【００１８】
なお、支柱２１の形成と、該支柱２１に仕切り板２０と落し板１３をカシメ固定するために、本体部は、その中間部（矢印Ａで示す）で上下に分割できるように形成され、仕切り板２０と落し板１３をカシメ固定した後に熱圧着等により一体化するようになっている。
【００１９】
このように構成された本第３の実施の形態は、空気の流れが矢印Ｂの如く落し板１３の外周を通って一度貯水タンク部１４内に入り込み、仕切り板２０の切欠き２０ａから元に戻るため、水の大部分は貯水タンク部１４に貯め込まれる。このため、水が出口管１２より流出するのは防止される。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の燃料電池用気液分離器に依れば、貯水タンク部から出口管または入口管に通ずるパイプを設けたことにより、出口管または入口管に生ずる負圧を利用して貯水タンク部内の圧力を下げることができ、これにより本体部の内壁に付着している水分を貯水タンク部内に流れるようして、出口管から水分が流出するのを防止することができる。また、外径が本体部の内径より小さい落し板及び仕切り板を設けたことにより、貯水タンク部内に水を貯め易くなり、出口管からの水の流出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池用気液分離器の第１の実施の形態を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）図のｂーｂ線における断面図である。
【図２】本発明の燃料電池用気液分離器の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）図のｂーｂ線における断面図である。
【図３】本発明の燃料電池用気液分離器の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は仕切り板の斜視図、（ｃ）は落し板の斜視図である。
【図４】従来の気液分離器の１例を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）図のｂーｂ線における断面図である。
【符号の説明】
１０…本体部
１０ａ…円筒部
１０ｂ…天板部
１１…入口管
１２…出口管
１３…落し板
１３ａ…ドレン口
１４…貯水タンク部
１５…排水管
１６，１７…パイプ
１８…主流
１９…副流
２０…仕切り板
２０ａ…切欠き
２１…支柱
２２…孔

Claims (4)

1. 上下を密閉した円筒状の本体部（１０）と、該本体部（１０）の円筒状の上部近傍で且つ接線方向に設けられた入口管（１１）と、本体部（１０）の天板部（１０ｂ）の中央部に該本体部（１０）の内外部に突出するように設けられた出口管（１２）と、本体部（１０）の中間部に設けられた漏斗状の落し板（１３）と、該落し板（１３）の下方に設けられた貯水タンク部（１４）と、該貯水タンク部（１４）に設けられた排水管（１５）とを具備してなる燃料電池用気液分離器において、
   前記貯水タンク部（１４）の上部から出口管（１２）に通ずるとともに該出口管（１２）よりも圧力損失が高くなるように構成されたパイプ（１６）を設けたことを特徴とする燃料電池用気液分離器。
2. 上下を密閉した円筒状の本体部（１０）と、該本体部（１０）の円筒状の上部近傍で且つ接線方向に設けられた入口管（１１）と、本体部（１０）の天板部（１０ｂ）の中央部に該本体部（１０）の内外部に突出するように設けられた出口管（１２）と、本体部（１０）の中間部に設けられた漏斗状の落し板（１３）と、該落し板（１３）の下方に設けられた貯水タンク部（１４）と、該貯水タンク部（１４）に設けられた排水管（１５）とを具備してなる燃料電池用気液分離器において、
   前記貯水タンク部（１４）の上部から入口管（１１）に通ずるとともに該入口管（１１）よりも圧力損失が高くなるように構成されたパイプ（１７）を設けたことを特徴とする燃料電池用気液分離器。
3. 前記パイプ（１６，１７）は、その内径が入口管（１１）または出口管（１２）の内径より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用気液分離器。
4. 上下を密閉した円筒状の本体部（１０）と、該本体部（１０）の円筒状の上部近傍で且つ接線方向に設けられた入口管（１１）と、本体部（１０）の天板部（１０ｂ）の中央部に該本体部（１０）の内外部に突出するように設けられた出口管（１２）と、本体部（１０）の中間部に設けられた漏斗状の落し板（１３）と、該落し板（１３）の下方に設けられた貯水タンク部（１４）と、該貯水タンク部（１４）に設けられた排水管（１５）とを具備してなる燃料電池用気液分離器において、
   前記落し板（１３）の上部に間隔をあけて仕切り板（２０）を設け、該落し板（１３）と仕切り板（２０）の外径を本体部（１０）の内径よりも小さくし、該仕切り板（２０）の外周の複数箇所に切欠き（２０ａ）を形成し、且つ、本体部（１０）の底部に立設した複数本の支柱（２１）により前記落し板（１３）及び仕切り板（２０）を支持してなることを特徴とする燃料電池用気液分離器。

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