JP4791814B2 - 流体分離装置、流体導入方法、流体流制御アッセンブリおよび燃料電池システム - Google Patents
流体分離装置、流体導入方法、流体流制御アッセンブリおよび燃料電池システム Download PDFInfo
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Description
本発明の種々の特徴および利点は、以下に記載する発明を実施するための最良の形態により当業者に明らかになるであろう。
ポンプ部24がガスバウンドになる恐れがないように、流路66の流出部68の位置合わせにより、ボルテックスチャンバ42から直接ポンプ入口に空気が効果的に流れることが可能となる。空気流路66から流れる個々の気泡70は、ロータアッセンブリによって生じた液体流のため、大きな気泡に再集合することができない。小さい気泡70は、中心に集まってポンプの運転を妨害する恐れのあるより大きな気泡になることがなく、ロータを効果的に通過する。
燃料電池反応に用いられる水素が適切に含有されるように、燃料電池アッセンブリ100においては、周囲よりも低い圧力で電力スタックアッセンブリ102が作動する。システムの起動時においては、電力スタックアッセンブリ102を正圧にさらすことなく、電力スタックアッセンブリ102内の空気を置換するために、アキュムレータ108から水を送り出さなければならない。図に示すように、熱交換機110およびポンプアッセンブリ20は、システムの起動時に水で満たされるように、アキュムレータ108の下方に位置している。
燃料電池システム100の周知の運転パラメータまたは液量を知らせるように設計された専用のセンサからの入力に基づいて、入口80を選択的に開閉するようにバルブ120を制御することができる。当業者であれば、これらの特定の状況に対する適切な制御方法を選択することができるであろう。
Claims (19)
- ロータ(26)を有する遠心ポンプ(24)に空気および液体を含む流体を導入する流体分離装置(22)であって、
流体分離装置はハウジング(34)を備え、該ハウジングは、
ハウジングへの液体の流れを許容する第1の流れ寸法を有する入口(40)と、
前記入口の下流側に位置し、第2の流れ寸法を有する出口(32)と、
前記出口(32)から長手方向に離間したエアチャンバ(62)であって、該エアチャンバ(62)と前記出口との間に前記入口(40)が位置する、エアチャンバ(62)と、
前記エアチャンバと連通する流入側と、前記出口(32)の近傍に位置する流出側(68)と、を有する空気流路(66)と、
を備え、
空気流路(66)が、流出側(68)から出口(32)に直接隣接する流体に空気を噴出させるように配設され、
前記空気流路(66)の流出部(68)が、前記第1の流れ寸法または前記第2の流れ寸法の少なくとも一方よりも小さい第3の流れ寸法を有することを特徴とする流体分離装置。 - 前記入口から流入する空気は、該空気よりも小さい気泡として前記空気流路(66)の流出部から放出されることを特徴とする請求項1に記載の流体分離装置。
- 前記空気流路が、直径が一定のチューブからなることを特徴とする請求項1または2に記載の流体分離装置。
- 前記入口と前記出口との間で、かつ前記入口の下流側に第2の入口を備え、前記第2の入口が、前記ハウジング内に流体を流すように選択的に開放されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の流体分離装置。
- 前記入口と直接流体連通しているボルテックスチャンバと、前記ボルテックスチャンバの下流側に位置する旋回抑制チャンバと、液体が前記旋回抑制チャンバから前記出口に流れることを許容する液体流路と、を備える請求項1〜4のいずれかに記載の流体分離装置。
- 前記旋回抑制チャンバが、前記ボルテックスチャンバから前記液体流路に向かって流れる流体の回転流を妨げるように配置された複数のベーンを備えることを特徴とする請求項5に記載の流体分離装置。
- 前記液体流路と前記出口との間にポンプ入口チャンバを備え、液体が前記ポンプ入口チャンバに直接流入するのを選択的に許容する第2の入口を備えることを特徴とする請求項5または6に記載の流体分離装置。
- 前記ポンプ(24)のロータ(26)は、該ポンプの入口付近に配置され、前記流出部を通って流れる空気が前記ロータにより生じた流れに流れ込むように、前記空気流路流出部が前記ロータに隣接することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の流体分離装置。
- ロータ(26)を有する遠心ポンプ(24)に空気および液体を含有する流体を導入する方法であって、
前記ロータの上流側に位置する第1の位置(40)において流体を受容するステップと、
液体から少なくとも一部の空気を分離するステップと、
分離された空気をロータに直接隣接する第2の位置(68)に導くステップと、
を含み、
前記第1の位置において受容されたよりも小さい気泡として前記空気をロータに直接隣接する流体に噴出するように、分離された空気を導くことを特徴とする流体導入方法。 - 前記第1の位置の下流側で、かつ前記ロータに近い第2の箇所(80)で液体を選択的に受容するステップを含む請求項9に記載の方法。
- 選択的に受容された液体がロータを通って流れることを許容すると同時に前記受容された空気を前記第2の位置に導くステップを含む請求項10に記載の方法。
- 前記ロータに導かれた空気が選択された閾値より少ないことを測定するステップと、
次いで、前記第2の箇所(80)における液体流を止めるステップと、
を含む請求項10または11に記載の方法。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の流体分離装置と、
流体が選択的に通流する少なくとも1つの部分を有する第1の構成部品(102,202)と、
前記第1の構成部品から流体を引き込むとともに、前記第1の構成部品に向けて流体を導く遠心ポンプ(24)を有するポンプ装置(20)と、
を備え、
前記入口(40)は、前記第1の構成部品の出口と流体連通し、前記出口(32)は、前記遠心ポンプ(24)の入口に連通することを特徴とするアッセンブリ。 - 前記第1の構成部品が、ベスト(202)を含むことを特徴とする請求項13に記載のアッセンブリ。
- 前記第1の構成部品が、燃料電池スタック(102)を含むことを特徴とする請求項13に記載のアッセンブリ。
- 前記ポンプのロータ(26)は、該ポンプを通して流体を引き込むように圧力差を生じさせ、前記空気流路(66)の流出部(68)が、前記ロータ(26)に直接隣接することを特徴とする請求項13または15に記載のシステム。
- 前記第2の入口(80)とアキュムレータ(108)との間にバルブ(114)を備え、液体が前記アキュムレータから前記第2の入口を直接通って前記ポンプの入口に向かって流れ得るように前記バルブが選択的に開放されることを特徴とする請求項4に記載の流体分離装置。
- 前記分離装置部(22)が、
前記分離装置の入口(40)と直接的に流体連通しているボルテックスチャンバ(42)と、
前記ボルテックスチャンバの下流側に位置する旋回抑制チャンバ(50)と、
前記旋回抑制チャンバからの液体が前記分離装置の出口(32)に流れることを許容する液体流路(46)と、
を備えることを特徴とする請求項17に記載の流体分離装置。 - 前記旋回抑制チャンバが、前記ボルテックスチャンバから前記流体流路に向かって流れる流体の回転流を妨げるように配置された複数のベーン(52)を備えることを特徴とする請求項18に記載の流体分離装置。
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