JP5306842B2 - 気液分離器と希釈器との一体型装置 - Google Patents

Description

本発明は、気液分離器と希釈器とを一体的に構成した一体型装置に係り、特に、燃料電池システムに配設される気液分離器と希釈器とを一体化した気液分離器と希釈器との一体型装置に関する。

従来から、燃料電池システムでは、燃料電池から排出される排気ガス中に含まれる水分を当該排気ガスから分離する目的で気液分離器が配設されている。このような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。

例えば、上下を密閉した円筒状の本体部と、該本体部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と、本体部の天板部の中央部に該本体部の内外部に突出するように設けられた出口管と、本体部の下部に設けられた貯水タンク部と、該貯水タンク部に設けられた排水管とを備え、前記貯水タンク部の底部に水の移動に抵抗を与える多数のリブを立設したサイクロン式の気液分離器が紹介されている。（例えば、特許文献１参照）。

また、燃料電池システムでは、燃料電池から排出されるアノードオフガス（水素オフガス）を十分に低い水素濃度になるように、カソードオフガス（例えば、空気）で希釈した後に大気中に放出する目的で水素希釈器が配設されている。

このような水素希釈器として、例えば、燃料電池から排出されるアノードオフガスを滞留させる滞留領域と、前記燃料電池から排出されるカソードオフガス（空気）を通流させると共に、該カソードオフガスに前記滞留領域からの前記アノードオフガスを混合させて希釈する希釈領域と、前記滞留領域から前記希釈領域へ前記アノードオフガスを通流させる通流部とを備えた水素希釈器が紹介されている。（例えば、特許文献２参照）。

また、アノードオフガスを蓄積する導入室と、当該導入室とカソードオフガス流路とを連通させる連通路と、当該連通路の連通状態を切り替えると共に、パージ弁が開弁する際に閉弁され、かつ当該パージ弁が閉弁している際に開弁可能となる連通弁と、当該連通弁が開弁している際に、前記導入室を外部から押圧することで当該導入室の容積を収縮させる押圧手段を備えた水素希釈器が紹介されている。（例えば、特許文献３参照）。

そしてまた、アノードオフガスを滞留させる滞留室と、該滞留室にアノードオフガスを導くアノード導入路と、前記滞留室にカソードオフガスを導くカソード導入路と、アノードオフガス及びカソードオフガスを導出するオフガス導出路とを備え、前記カソード導入路の開口と前記オフガス導出路の開口とを略対向させると共に、前記両開口が間隙を備えるように近接させて配設した水素希釈器も紹介されている。（例えば、特許文献４参照）。

特開２００２−３７３６９９号公報 特開２００３−１３２９１５号公報 特開２００７−８０７２８号公報 特開２００８−１４０７８３号公報

しかしながら、特許文献１等に記載されているような従来の気液分離器は、通常、配水管が貯水タンク部に対し水平方向に設けられた構造を有している。このため、当該気液分離器の下流側に希釈器が配設された際に、前記配水管に水が滞留する虞がある。また、従来の気液分離器は、重力を利用して貯水タンク部に水を貯める構造であるため、燃料電池から大量の水が排出された場合は、気液分離できずに水が溢れる虞もある。また、特許文献２〜４等には、気液分離器と水素希釈器との関係について考慮がなされていない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、気液分離を効率よく行うことができ且つ希釈器に導入された気体の希釈を効率よく行えると共に、小型化を達成することができる気液分離器と希釈器との一体型装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスと水との混合流体から気体と液体とを分離する気液分離器と、前記気液分離器の下方に配設された希釈器と、前記気液分離器と希釈器とを連通すると共に、水平方向に対し所定の角度で配設され、前記気液混合流体に含まれる少なくとも液体を前記希釈器に導入する連通管と、を備え、前記気液分離器と、前記希釈器と、前記連通管とを一体的に構成し、前記希釈器は、前記燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスの一部と、前記水と、前記アノードオフガスの一部とが導入され、当該導入されたカソードオフガスとアノードオフガスとを混合し、当該混合されたガス及び前記水を排出する拡張室と、前記拡張室に導入されないカソードオフガスを誘導して排出するカソードオフガス流路と、を有し、前記気液分離器は、前記カソードオフガス流路上に配置されている気液分離器と希釈器との一体型装置を提供するものである。

この構成を備えた気液分離器と希釈器との一体型装置は、気液分離器と、当該気液分離器の下方に配設された希釈器とが、水平方向に対し所定の角度で配設された連通管を介して連通されているため、気液分離器によって分離された液体が連通管を介して希釈器に導入される際に、当該液体を重力を利用して希釈器に落下させることができる。このため、連通管に液体が滞留することを抑制することができる。また、気液分離器と希釈器とが一体的に構成されているため、小型化を達成することもできる。

また、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置は、前記気液分離器の上部を構成する上部構成部材と、前記希釈器の下部を構成する下部構成部材と、前記上部構成部材と下部構成部材との間に位置し、当該上部構成部材及び下部構成部材と一体的に配設されると共に、前記気液分離器の下部及び前記希釈器の上部を構成する共有部材とを備え、前記連通管を前記共有部材に形成した構成を備えることもできる。このように、共有部材により気液分離器の下部と前記希釈器の上部を構成するため、部品点数を削減することができると共に、さらに小型化することができる。

そしてまた、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置は、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスと水との混合流体から気体と液体とを分離する気液分離器と、前記気液分離器の下方に配設された希釈器と、前記気液分離器と希釈器とを連通すると共に、水平方向に対し所定の角度で配設され、前記気液混合流体に含まれる少なくとも液体を前記希釈器に導入する連通管と、を備え、前記気液分離器と、前記希釈器と、前記連通管とを一体的に構成し、前記希釈器は、前記燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスの一部と、前記水と、前記アノードオフガスの一部とが導入され、当該導入されたカソードオフガスとアノードオフガスとを混合し、当該混合されたガス及び前記水を排出する拡張室と、前記拡張室に導入されないカソードオフガスを誘導して排出するカソードオフガス流路と、を有し、前記拡張室は、前記導入されたカソードオフガスの上流側と下流側となる位置に、少なくともアノードオフガスの流れを制御する流通制御部材が配設された構成を備えることができる。

この構成により、アノードオフガスを収容した拡張室に、カソードオフガス流路で生じる圧損によりカソードオフガスの一部を導入することができ、アノードオフガスとカソードオフガスを効率よく混合して、カソードオフガスにより希釈されたアノードオフガスを排出することができる。また、気液分離器と一体的に配設された希釈器は、気液分離器の上部に位置しているため、気液分離器に導入された水は、希釈器に導入された高温のカソードオフガスに暖められるため、凍結を抑制することができる。さらに、希釈器の底面に貯まった水も高温のカソードオフガスに暖められるため、凍結を抑制することができる。また、水が凍結していても、このカソードオフガスによって解凍を促進させることができる。さらにまた、拡張室は、次の水素パージまでに、カソードオフガスによって換気することができる。なお、アノードオフガスの拡張室への導入量やタイミング等は、例えば、流量調整弁等を接続することにより行うことができる。

また、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置では、前記燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスの一部を、前記連通管を介して前記拡張室に導入することができる。

そしてまた、前記流通制御部材は、ラビリンス構造から構成してもよい。このようにすることで、アノードオフガスを拡張室内により確実に保持し、希釈し、排出させることができる。この構成の場合、ラビリンス構造は、例えば、前記共有部材の下面から下方に向けて延出した複数の壁部によって形成することができる。そして、前記壁部の下端の少なくとも一部は、前記下部構成部材の上面に密着させることもできる。このようにすることで、気液分離器と希釈器との一体型装置の強度をさらに向上させることができる。

また、前記流通制御部材は、前記共有部材の下面から下方に向けて延出すると共に、少なくとも１つのスリットが形成されてなる壁部から構成してもよい。このようにすることで、アノードオフガスとカソードオフガスとを噴流により、一層混合し易くすることができる。

さらにまた、前記拡張室は、前記下流側に配設された流通制御部材と、当該拡張室の下流側を画定する側壁との間に、当該下流側に配設された流通制御部材から導入された混合ガスを旋回可能な旋回室を有することができる。このように構成することで、前記利点に加え、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合を促進し、さらにアノードオフガスの希釈性能を向上させることができる。

また、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置では、前記気液分離器は、前記共有部材に設けられ且つ前記気液混合流体の流れを誘導する誘導部を有し、当該誘導部は、上端の少なくとも一部が前記上部構成部材の底面に密着されてなり、下端の少なくとも一部が前記下部構成部材の上面に密着されてなる構成を有することができる。このように構成することで、気液混合流体を効率よく気液分離することができる。また、前記誘導部により、気液分離器と希釈器との一体型装置の強度をさらに向上させることができる。

さらにまた、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置では、前記誘導部は、前記気液混合流体の導入方向と略水平に配設された誘導壁部を有し、前記気液分離器は、前記誘導壁部を挟んで前記気液混合流体導入側と反対側に、気液分離されたアノードオフガスを排出するアノードオフガス排出口を形成することができる。このように構成することで、前記気液混合流体を、狭い空間から広い空間に誘導することができ、軽いアノードオフガスと、重い水をさらに効率よく分離することができる。

また、前記気液分離器は、前記誘導部の周りを前記気液混合流体が旋回可能となる構成を有することができる。このように構成することで、アノードオフガスと水とを、より一層効率よく分離することができる。

また、誘導部の下端に、水が流通可能な貫通孔を形成することで、気液分離された水を当該貫通孔を介して（通って）前記連通管に誘導することができる。このため、さらに排水性を向上させることができる。

本発明によれば、気液分離を効率よく行うことができ且つ希釈器に導入された気体の希釈を効率よく行えると共に、小型化を達成することができる気液分離器と希釈器との一体型装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る気液分離器と希釈器との一体型装置の斜視図である。 図１に示す一体型装置の分解斜視図である。 図１に示す一体型装置の平面図である。 図２に示す共有部材を底面を上面側から透視した平面図である。 図３に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図３に示すVI−VI線に沿った断面図である。 図１に示す一体型装置が接続される燃料電池スタックの一部を示す斜視図である。 図１に示す一体型装置の一部を図７に示す燃料電池スタックに接続した状態を示す斜視図である。 本発明の他実施の形態に係る流通制御部材の図１０に示すIX−IX線に沿った断面図である。 図９に示すＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

次に、本発明の好適な実施の形態に係る気液分離器と希釈器との一体型装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、本実施の形態に係る気液分離器と希釈器との一体型装置の斜視図、図２は、図１に示す一体型装置の分解斜視図、図３は、図１に示す一体型装置の平面図、図４は、図２に示す共有部材を底面を上面側から透視した平面図、図５は、図３に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図、図６は、図３に示すVI−VI線に沿った断面図、図７は、図１に示す一体型装置が接続される燃料電池スタックの一部を示す斜視図、図８は、図１に示す一体型装置の一部を図７に示す燃料電池スタックに接続した状態を示す斜視図である。前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。

なお、本実施の形態では、燃料電池システムに配設される気液分離器と希釈器とを一体化した一体型装置について説明する。また、本実施の形態では、説明を判り易くする目的で、一体型装置を燃料電池スタックに接続した際に、一体型装置の燃料電池スタックと対向する面を「背面」あるいは「後」、背面と対向する面を「前面」あるいは「前」、前面に向かって右側を「右」、左側を「左」として説明するが、本発明の前後左右を特定するものではない。

図１〜図６及び図８に示すように、本実施の形態に係る気液分離器１０と希釈器２０とを一体的に構成した一体型装置１は、気液分離器１０の上部を構成する上部構成部材１１と、希釈器２０の下部を構成する下部構成部材２１と、上部構成部材１１と下部構成部材２１との間に位置し、上部構成部材１１及び下部構成部材２１と一体的に配設される共有部材５０を備えて構成されている。即ち、気液分離器１０は、上部構成部材１１と、上部構成部材１１と対向する共有部材５０の上面とによって構成され、希釈器２０は、共有部材５０の下面と、下部構成部材２１とによって構成されている。

上部構成部材１１は、略水平なプレート部１２と、プレート部１２に連続的に形成され且つプレート部１２から上方に向けて略ドーム状に突出したドーム部１３を有している。

ドーム部１３の右側背面には、燃料電池スタック１００の水素排出口１０１（図７参照）に接続され、水素排出口１０１から水素オフガス（アノードオフガス）及び水を含む気液混合流体を、気液分離器１０内に導入する気液混合流体導入口１４が形成されている。また、ドーム部１３の中央より若干左側の上面には、気液分離器１０内で気液分離された水素オフガスが排出される水素オフガス排出口１５が開口されている。この水素オフガス排出口１５は、燃料電池スタック１００の水素導入口１０２（図７参照）に接続されており（接続状態は図示せず）、水素オフガス排出口１５から排出された水素オフガスは、水素導入口１０２から燃料電池スタック１００に戻されてアノードガスとして再び利用される。そしてまた、ドーム部１３の上面の水素オフガス排出口１５の前後方向両側には、後に詳述する共有部材５０に設けられた誘導部５１の上面に形成されたネジ孔５５及び５６に重ねられるネジ孔１６及び１７が各々形成されている。また、プレート部１２の左側には、流量調整用のバルブ（弁）等が配設される孔１８が開口されている。

共有部材５０は、上面の略右側半分が、気液分離器１０の下部を構成する気液分離器構成領域となっている。共有部材５０の上面の左側には、下方に向けて凹設された凹部６０が形成されており、凹部６０の略中央部には、気液分離器１０と希釈器２０を連通し、気液分離器１０で気液混合流体から分離された水を希釈器２０に導入する連通管６１の開口部が形成されている。この連通管６１は、図５に示すように、凹部６０の底面から下方に向けて延出されている。すなわち、連通管６１は、気液混合流体から分離された水を略鉛直方向に流す（落下させる）ことができるため、前記水を排出する際に、重力を利用することができる。したがって、連通管６１に液体が滞留することを抑制することができる。

共有部材５０の上面の右側には、気液混合流体導入口１４から導入された気液混合流体が、気液分離器１０内を旋回するように気液混合流体の流れを誘導する誘導部５１が配設されている。この誘導部５１は、気液混合流体導入口１４から導入された気液混合流体の導入方向と略水平に配設された誘導壁部５２と、誘導壁部５２の前後方向両側に連続的に形成された略円筒形状を有する円筒部５３及び５４を有している。

円筒部５３及び５４の上面には、ネジ孔５５及び５６が形成されており、これらのネジ孔５５及び５６は、共有部材５０に上部構成部材１１が載置された際に、上部構成部材１１に形成されているネジ孔１６及び１７と重なる位置に配置されている。そして、ネジ孔１６及び５５と、ネジ孔１７及び５６には、上部構成部材１１と共有部材５０とを固定するための図示しないネジが螺合される。これらの円筒部５３及び５４の上端は、図６に示すように、上部構成部材１１の下面に溶着されており、下端は共有部材５０を貫通して下方に延出し、下部構成部材２１の上面に溶着されている。誘導壁部５２は、図３に示すように、共有部材５０に上部構成部材１１が載置された際に、水素オフガス排出口１５よりも右側に位置しており、これによって、水素オフガス排出口１５は、誘導壁部５２を挟んで気液混合流体導入口１４と反対側に位置することになる。この誘導壁部５２の上端は、上部構成部材１１の下面に溶着されている。このように、円筒部５３及び５４の上端及び誘導壁部５２の上端を上部構成部材１１の下面に溶着し、円筒部５３及び５４の下端を下部構成部材２１の上面に溶着することで、円筒部５３及び５４と、誘導壁部５２が補強部材の役割を果たし、一体型装置１の強度を向上させることができる。

なお、気液分離器１０は、図３に示すように、誘導部５１の前後方向に位置する面と、ドーム部１３の内壁とが構成する隙間よりも、誘導部５１の左右方向に位置する面と、ドーム部１３の内壁とが構成する隙間の方が広く構成されている。したがって、気液混合流体導入口１４から導入された気液混合流体は、誘導部５１の前側面とドーム部１３の内壁とが構成する狭い隙間を通過した後、誘導部５１の左側面とドーム部１３の内壁とが構成する広い空間に流れることになるため、軽い水素と、重い水とを効率よく分離することができる。また、ここで分離されなかった水を含む気液混合流体は、誘導部５１の後側面とドーム部１３の内壁とが構成する狭い隙間をさらに移動し、誘導部５１の周りをさらに旋回するため、先程分離されなかった水を循環させることができ、これによって、気液混合流体から先程分離されなかった水を分離できると共に、水の巻き上げを抑制することができる。そして、前記水は、凹部６０から連通管６１を経て希釈器２０に導入される。この時、気液混合流体から分離されなかた水素オフガスは、この水と共に連通管６１を経て希釈器２０に導入される。一方、気液分離された軽い水素オフガスは、上方に移動し、水素オフガス排出口１５から効率よく排出され、燃料電池スタック１００内に戻される。

また、共有部材５０の左側には、燃料電池スタック１００のエアオフガス排出口１０３（図７参照）に接続され、エアオフガス排出口１０３から排出されたエアオフガスを希釈器２０内に導入するエアオフガス導入口７１が開口されている。なお、このエアオフガス導入口７１は、図８に示すように、配管１０５によって、エアオフガス排出口１０３に接続されている。なお、図７において、符号１０６はエア導入口、符号１０７は冷却水排出口、符号１０８は冷却水導入口である。

共有部材５０の下面は、希釈器２０の上部を構成する希釈器構成領域となっている。希釈器２０は、エアオフガス導入口７１から導入されたエアオフガスを、後に詳述する下部構成部材２１の右側端面に形成された流体排出口７０に向けて流動させるエアオフガス流路６２と、連通管６１から水と共に導入された水素オフガスを希釈するための拡張室６３を有している。この共有部材５０の下面には、図４に示すように、エアオフガス流路６２と、拡張室６３とを分離するための分離壁６５が下方に向けて延出されており、分離壁６５の下端は、下部構成部材２１の上面に溶着されている。

エアオフガス流路６２の上部左側には、エアオフガス導入口７１が位置しており、分離壁６５のエアオフガス導入口７１近傍には、拡張室６３内にエアオフガスの一部を導入するための希釈用エア導入口６６が形成されている。また、分離壁６５の流体排出口７０近傍には、拡張室６３内の流体をエアオフガス流路６２に排出する排出口６７が形成されている。

拡張室６３の希釈用エア導入口６６側には、拡張室６３に導入された水素オフガスが希釈用エア導入口６６からエアオフガス流路６２に流出することを抑制する（制御する）流通制御部材としてのラビリンス構造が形成されている。このラビリンス構造は、互いに所定の間隔をおいて、共有部材５０の下面から下方に向けて延出された複数（本実施の形態では５枚）の壁部６８及び６９から構成されている。即ち、このラビリンス構造は、一端が分離壁６５に連続的に形成され、他端が共有部材５０の後側端部と隙間をおいて形成された壁部６８と、一端が共有部材５０の後側端部に連続形成され、他端が分離壁６５と隙間をおいて形成された壁部６９とが交互に配設されることによって構成されている。これら壁部６８及び６９の下端は、下部構成部材２１の上面に溶着されている。

また、共有部材５０の下面の連通管６１が配設されている位置と、円筒部５３及び５４が配設されている位置との間には、一端が共有部材５０の後側端部に連続形成され、他端が分離壁６５と隙間をおいて形成された壁部７３が、下方に向けて形成されている。そしてまた、共有部材５０の下面には、円筒部５３及び５４を前後方向に連結する壁部７４が下方に向けて形成されている。また、共有部材５０の下面には、円筒部５３と分離壁６５を前後方向に連結する壁部７５が下方に向けて形成されている。壁部７４は、円筒部５３及び５４に連続的に形成されており、壁部７５は、円筒部５３と分離壁６５に連続的に形成されている。また、これらの壁部７３、７４及び７５の下端は、下部構成部材２１の上面に溶着されている。

なお、壁部６８、６９及び７３〜７５は、下部構成部材２１の上面に溶着されているため、補強部材の役割を果たし、一体型装置１の強度を向上させることができる。また、図４に示すように、円筒部５４、壁部７４、円筒部５３及び壁部７５からなる部分と、壁部７３とによりラビリンス構造が形成されている。このラビリンス構造は、拡張室６３内でエアオフガスによって希釈された水素オフガスが、排出口６７から少しずつ排出されるように流体の流れを制御する流通制御部材としての役割を果たしている。

また、拡張室６３の右側後部は右側に向けて突出しており、この突出により形成された空間により、円筒部５４と拡張室６３の内壁との間を通過して排出口６７に向かう流体が旋回可能な旋回室７７を構成している。この旋回室７７に到達した水素オフガスとエアオフガスは、ここで渦状となり、水素オフガスは、エアオフガスによってさらに効率よく希釈される。

下部構成部材２１の右側側壁には、希釈器２０内を通過した流体（エアオフガス、エアオフガスによって希釈された水素オフガス、水等）が排出される流体排出口７０が開口されている。この下部構成部材２１は、特に図２に示すように、底面積が広く構成されているため、連通管６１から希釈器２０内に誘導された水は、下部構成部材２１の底部に広い面積で浅く貯められることになる。

これらの構成を備えた上部構成部材１１、共有部材５０及び下部構成部材２１は、例えば、ネジやボルト・ナット等の締結部材により一体的に固定され、気液分離器１０と、希釈器２０とが一体的に構成された一体型装置１を構成する。このように、気液分離器１０と、希釈器２０とを一体的に構成したことで、小型化を達成することができる。

次に、本発明に係る一体型装置１の具体的動作について説明する。

燃料電池スタック１００にアノードガス（燃料ガス：水素）及びカソードガス（酸化ガス：空気）が供給され、電気反応が開始されると、燃料電池スタック１００の水素排出口１０１から水素オフガスと水との気液混合流体が排出され、この気液混合流体は、気液混合流体導入口１４から気液分離器１０内に導入される。気液分離器１０内に導入された気液混合流体は、誘導部５１の前側面とドーム部１３の内壁とが構成する狭い隙間を経て、誘導部５１の左側面とドーム部１３の内壁とが構成する広い空間に流れ込み、サイクロン効果によって、軽い水素と、重い水とを効率よく分離する。気液分離された水素は、上方に移動し、水素オフガス排出口１５から効率よく排出され、燃料電池スタック１００内に戻される。一方、気液分離された水と、気液分離されなかった水素オフガスは、連通管６１を経て希釈器２０に導入され、前記水は、下部構成部材２１の底面に貯められる。この時、連通管６１は、上下方向に開放されており、前記水が重力によって落下するため、連通管６１に水が滞ることを抑制することができる。

一方、燃料電池スタック１００のエアオフガス排出口１０３から排出されたエアオフガスは、エアオフガス導入口７１から希釈器２０のエアオフガス流路６２の上流側に導入される。ここで、エアオフガス流路６２で生じる圧損により、エアオフガスの一部が、希釈用エア導入口６６から壁部６８及び６９によって形成されたラビリンス構造を経て、拡張室６３内に導入される。拡張室６３に導入されたエアオフガスは、連通管６１を経て希釈器２０に導入された水素オフガスと混合され、水素オフガスを希釈する。混合された流体（エアオフガス及び希釈された水素オフガス）は、壁部７３と、円筒部５４、壁部７４、円筒部５３及び壁部７５からなる部分とによって構成されたラビリンス構造を経て、旋回室７７に至り、排出口６７からエアオフガス流路６２の下流側に排出される。なお、拡張室６３の上流側と下流側に配設したラビリンス構造により、省スペースであっても、拡張室６３に効率よく水素オフガスを保持させると共に、エアオフガスと効率よく混合させて希釈し、排出させることができる。

また、拡張室６３内に導入されなかったエアオフガスは、エアオフガス流路６２を流体排出口７０（下流側）に向けて流動し、排出口６７から排出された流体と共に、流体排出口７０から排出される。

ここで、気液分離器１０は、燃料電池スタック１００を通過した暖かいエアオフガスが流通するエアオフガス流路６２上に配置されているため、気液分離器１０内で凍結した水を解凍させる効果を持たせることができる。そしてまた、希釈器２０に貯められた水は、広い面積で浅く貯められるため、凍結しても解凍し易く、解凍時間を短縮することができる。

また、排出口６７からエアオフガス及び希釈された水素オフガスを排出した後、次の水素パージまでに、エアオフガスにより拡張室６３内を換気し、次の水素パージに備えることもできる。

なお、本実施の形態では、壁部６８、６９、７３〜７５の下端を下部構成部材２１の上面に溶着した場合について説明したが、これに限らず、壁部６８、６９、７３〜７５の下端は溶着させずに、下部構成部材２１の上面に密着させておいてもよい。また、壁部６８、６９、７３〜７５の下端の一部と、下部構成部材２１の上面との間に水が流通可能な排水用の貫通孔を形成してもよい。このようにすることで、排水用の貫通孔を介して水を効率よく流体排出口７０に移動させることができ、排水性を向上することができる。

また、本実施の形態では、流通制御部材として、ラビリンス構造を配設した場合について説明したが、これに限らず、流通制御部材として、例えば、図９及び図１０に示すように、拡張室６３の上流側及び／または下流側となる位置に、一端が共有部材５０の後側端部に連続形成され且つ他端が分離壁６５に連続形成され、前後方向に延びる壁部８８を形成し、この壁部８８に少なくとも１つのスリット８９を形成し、スリット８９を通過して下流側に移動したエアオフガスにより噴流を生じさせ、水素オフガスと混合させるようにしてもよい。この壁部８８は、共有部材５０の下面から延出し、下端が下部構成部材２１の上面に溶着されていてもよい。なお、図９は、図１０に示すIX−IX線に沿った断面図であり、図１０は、図９に示すＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

そしてまた、本実施の形態では、分離壁６５と、壁部６８、６９及び７３〜７５を、共有部材５０の下面から延出させた場合について説明したが、これに限らず、壁部６５、６８、６９及び７３〜７５は、例えば、下部構成部材２１の上面から立設させる等、異なった方法で配設してもよい。また、ラビリンス構造を形成するための壁部の配設数は、所望により決定することができる。

さらにまた、本実施の形態では、連通管６１を略鉛直方向に配設した場合について説明したが、これに限らず、連通管６１は、重力を利用して水を希釈器２０に導入することが可能であれは、水平方向に対し所定の角度で傾斜させて配設してもよい。

１…一体型装置、 １０…気液分離器、 １１…上部構成部材、 １４…気液混合流体導入口、 １５…水素オフガス排出口、 ２０…希釈器、 ２１…下部構成部材、 ５０…共有部材、 ５１…誘導部、 ６１…連通管、 ６２…エアオフガス流路、 ６３…拡張室、 ６５…分離壁、 ７０…流体排出口、 ７１…エアオフガス導入口、 ７７…旋回室、 １００…燃料電池スタック

Claims (13)

1. 燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスと水との混合流体から気体と液体とを分離する気液分離器と、
   前記気液分離器の下方に配設された希釈器と、
   前記気液分離器と希釈器とを連通すると共に、水平方向に対し所定の角度で配設され、前記気液混合流体に含まれる少なくとも液体を前記希釈器に導入する連通管と、
   を備え、
   前記気液分離器と、前記希釈器と、前記連通管とを一体的に構成し、
   前記希釈器は、
   前記燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスの一部と、前記水と、前記アノードオフガスの一部とが導入され、当該導入されたカソードオフガスとアノードオフガスとを混合し、当該混合されたガス及び前記水を排出する拡張室と、
   前記拡張室に導入されないカソードオフガスを誘導して排出するカソードオフガス流路と、
   を有し、
   前記気液分離器は、前記カソードオフガス流路上に配置されている気液分離器と希釈器との一体型装置。
2. 前記気液分離器の上部を構成する上部構成部材と、
   前記希釈器の下部を構成する下部構成部材と、
   前記上部構成部材と下部構成部材との間に位置し、当該上部構成部材及び下部構成部材と一体的に配設されると共に、前記気液分離器の下部及び前記希釈器の上部を構成する共有部材と、
   を備え、
   前記連通管は、前記共有部材に形成されてなる請求項１記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
3. 燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスと水との混合流体から気体と液体とを分離する気液分離器と、
   前記気液分離器の下方に配設された希釈器と、
   前記気液分離器と希釈器とを連通すると共に、水平方向に対し所定の角度で配設され、前記気液混合流体に含まれる少なくとも液体を前記希釈器に導入する連通管と、
   を備え、
   前記気液分離器と、前記希釈器と、前記連通管とを一体的に構成し、
   前記希釈器は、
   前記燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスの一部と、前記水と、前記アノードオフガスの一部とが導入され、当該導入されたカソードオフガスとアノードオフガスとを混合し、当該混合されたガス及び前記水を排出する拡張室と、
   前記拡張室に導入されないカソードオフガスを誘導して排出するカソードオフガス流路と、
   を有し、
   前記拡張室は、前記導入されたカソードオフガスの上流側と下流側となる位置に、少なくともアノードオフガスの流れを制御する流通制御部材が配設されてなる気液分離器と希釈器との一体型装置。
4. 前記燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスの一部は、前記連通管を介して前記拡張室に導入される請求項３記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
5. 前記流通制御部材は、ラビリンス構造からなる請求項３または請求項４記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
6. 前記ラビリンス構造は、前記共有部材の下面から下方に向けて延出した複数の壁部からなる請求項５記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
7. 前記壁部の下端の少なくとも一部は、前記下部構成部材の上面に密着されてなる請求項６記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
8. 前記流通制御部材は、前記共有部材の下面から下方に向けて延出すると共に、少なくとも１つのスリットが形成されてなる壁部からなる請求項３または請求項４記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
9. 前記拡張室は、前記下流側に配設された流通制御部材と、当該拡張室の下流側を画定する側壁との間に、当該下流側に配設された流通制御部材から導入された混合ガスを旋回可能な旋回室を有してなる請求項３ないし請求項８のいずれか一項に記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
10. 前記気液分離器は、前記共有部材に設けられ且つ前記気液混合流体の流れを誘導する誘導部を有し、
    前記誘導部は、上端の少なくとも一部が前記上部構成部材の底面に密着されてなり、下端の少なくとも一部が前記下部構成部材の上面に密着されてなる請求項３ないし請求項９のいずれか一項に記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
11. 前記誘導部は、前記気液混合流体の導入方向と略水平に配設された誘導壁部を有し、前記気液分離器は、前記誘導壁部を挟んで前記気液混合流体導入側と反対側に、分離されたアノードガスを排出するアノードガス排出口が形成されてなる請求項１０記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
12. 前記気液混合流体は、前記誘導部の周りを旋回可能である請求項１０または請求項１１記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
13. 前記誘導部の下端に、水が流通可能な貫通孔を形成してなる請求項８ないし請求項１２のいずれか一項に記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。

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