JP5636160B2 - 気液分離装置 - Google Patents
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Description
天板は、本体部の上面側に取り付けられることにより、本体部の内部空間を密閉する。貯蔵部は、本体部の下面側に取り付けられることにより、本体部の内部空間と連通する内部空間を備え、本体部において分離された液体を貯める。跳ね上げ防止板は、貯蔵部の内部空間を形成する側壁面に内接し、当該内部空間に貯まった液体が本体部側へと流入することを規制する。
本体部の流路は、水平方向へと進路が変えられた流体を、水平面内において屈曲させた後に、側壁面の接線方向に沿って供給口へと導くような、屈曲した形状を有し、水平面内において流体を屈曲させる前記流路によって前記旋回流が発生する
2 燃料タンク
3 水素調圧弁
4 水素循環ポンプ
5 コンプレッサ
6 空気調圧弁
10 気液分離装置
20 天板
21 旋回中心部
30 貯水部
33 排水流路
34 内部流路
35 シール部
36 跳ね上げ防止板
40 本体部
43 側壁面
44 溝部
45 供給口
46 溝部
47 内部流路
48 排出口
49 誘導部
50 水落リング
51 水落板
52 突出部
53 中空部材
54 ガスケット
55 遮水板
56 板状部材
57 風向板
58 水落板
59 板状部材
以下、本発明の第1の実施形態にかかる気液分離装置について説明する。この気液分離装置は、例えば、燃料電池システム、特に車両搭載時に用いられる気液分離装置として好適である。ここで、気液分離装置の具体的な構成の説明に先立ち、燃料電池システムの基本的な構成について簡単に説明する。
図19から図22は、本発明の第2の実施形態にかかる気液分離装置10の本体部40の説明図である。この第2の実施形態にかかる本体部40は、第1の実施形態のそれと比較して、分離された水素ガスを排出口48へと導入する突出部52を備えている点に主たる特徴がある。なお、上述した実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図29は、本発明の第3の実施形態にかかる気液分離装置10の本体部40の説明図である。この第3の実施形態にかかる本体部40は、第2の実施形態のそれと比較して、風向板57と水落板58とをさらに備えている点に主たる特徴がある。
図35は、本発明の第4の実施形態にかかる気液分離装置10の本体部40の説明図である。本実施形態の特徴の1つは、風向板57の角度を規定したことである。風向板57は、それを大きくする程水の分離能力を向上させることが可能だが、圧力損失が増加する傾向がある。したがって、水分離能力と圧力損失低減の最適値として、供給口45からの循環ガスの流入方向に対して30度の角度とした。なお、突出部52の開口部は、供給口45からの燃料ガスの流入方向に対して75度の角度を有することが好ましい。
Claims (22)
- 側壁面によって形成された筒形状の内部空間が鉛直方向に延在しており、当該内部空間内に供給された流体が前記側壁面に沿って前記内部空間を旋回することにより前記内部空間に前記流体の旋回流を発生させて、前記流体を液体と気体とに分離する本体部と、
前記側壁面に設けられており、前記流体が前記内部空間へと流入する供給口と、
前記側壁面に設けられており、分離された気体が前記内部空間から流出する排出口と、
前記本体部の上面側に取り付けられることにより、前記本体部の内部空間を密閉する天板と、
前記本体部の下面側に取り付けられることにより、前記本体部の内部空間と連通する内部空間を備え、前記本体部において分離された液体を貯める貯蔵部と、
前記貯蔵部の内部空間を形成する側壁面に内接し、当該内部空間に貯まった液体が前記本体部側へと流入することを規制する板状の跳ね上げ防止板とを有し、
前記内部空間は、前記本体部の上面側から下面側にかけて鉛直方向に貫通しており、
前記供給口は、前記本体部の下面側の側壁面に設けられており、
前記排出口は、前記供給口よりも上方、且つ前記本体部の上面側の側壁面に設けられ、
前記本体部は、鉛直方向の下方側から供給される前記流体を、水平方向へと進路を変えた後に前記供給口へと導くことにより、その壁面に液体を凝集させて液体の粒径を大きくしてから前記本体部の内部空間に流入させる流路を有し、
前記本体部の流路は、水平方向へと進路が変えられた流体を、水平面内において屈曲させた後に、前記側壁面の接線方向に沿って前記供給口へと導くような、屈曲した形状を有し、水平面内において流体を屈曲させる前記流路によって前記旋回流が発生する
ことを特徴とする気液分離装置。 - 前記排出口から前記本体部の内部空間の中心部へと突出して、前記分離された気体を前記排出口へと導入する突出部をさらに有することを特徴とする請求項1に記載された気液分離装置。
- 前記突出部は、両端が開放された筒状の中空部材で構成されており、
前記中空部材は、一方の端部が前記排出口側に接続され、他方の端部が前記内部空間の中心部へと突出しており、
前記中空部材は、中空領域の断面形状が矩形であることを特徴とする請求項2に記載された気液分離装置。 - 前記突出部は、両端が開放された筒状の中空部材で構成されており、
前記中空部材は、一方の端部が前記排出口側に接続され、他方の端部が前記内部空間の中心部へと突出しており、
前記中空部材は、中空領域の断面形状が、前記他方の端部から前記一方の端部にかけて拡幅していることを特徴とする請求項2に記載された気液分離装置。 - 前記本体部の内部空間を鉛直方向へと延在し、前記流体の旋回中心となる柱状の旋回中心部とをさらに有し、
前記突出部は、前記旋回中心部の近傍まで突出していることを特徴とする請求項2に記載された気液分離装置。 - 前記突出部は、当該突出した端部が、前記旋回中心部の外周形状と対応した形状を有していることを特徴とする請求項5に記載された気液分離装置。
- 前記排出口と前記供給口との間に設けられており、前記本体部の内部空間を形成する側壁面に内接する板状の部材で構成される遮水板をさらに有し、
前記遮水板は、前記供給口側に傾斜して設けられているとともに、流体を通過させる複数の通気口を有することを特徴とする請求項2に記載された気液分離装置。 - 前記本体部の側壁面を鉛直方向の上方から下方にかけて、前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向に傾斜しながら螺旋状に延在する液体誘導部をさらに有し、
前記液体誘導部は、前記側壁面の表面から前記内部空間の中心方向に突出した凸状の突起によって構成され、
前記液体誘導部は、前記本体部の内部空間を旋回する流体の上流側に相当する側面の起立角度が鋭角に形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 前記液体誘導部は、前記本体部の内部空間を旋回する流体の下流側に相当する側面の起立角度が、前記流体の上流側に相当する側面の起立角度よりも緩やかに形成されていることを特徴とする請求項8に記載された気液分離装置。
- 前記本体部の側壁面を鉛直方向の上方から下方にかけて、前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向に傾斜しながら螺旋状に延在する液体誘導部をさらに有し、
前記液体誘導部は、前記側壁面の表面から前記内部空間の中心方向に突出した凸状の突起によって構成され、
前記液体誘導部は、前記本体部の内部空間を旋回する流体の上流側から下流側にかけて、微細に起伏した表面形状を有していることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 前記本体部の側壁面を鉛直方向の上方から下方にかけて、前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向に傾斜しながら螺旋状に延在する液体誘導部をさらに有し、
前記液体誘導部は、前記側壁面の表面から前記内部空間の中心方向に突出した凸状の突起によって構成され、
前記突出部は、前記側壁面の内径よりも大きな外径を備えるコイルを、前記本体部の内部空間に挿入し、前記コイルの付勢力によって前記側壁面に圧着させることにより構成されていることを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 前記本体部の側壁面を鉛直方向の上方から下方にかけて、前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向に傾斜しながら螺旋状に延在する液体誘導部をさらに有し、
前記液体誘導部は、前記側壁面の周方向にかけて、それぞれが異なる位置に3箇所以上形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 周方向に沿って前記本体部の側壁面に内接し、中央に開口が形成された板状の水落リングをさらに有し、
前記水落リングは、鉛直方向において、前記排出口と前記供給口との間に設けられており、
前記水落リングは、前記供給口側に傾斜して設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 前記本体部の内部空間を旋回する流体と、前記供給口から流入する流体との合流部近傍に設けられており、前記側壁面の上方から下方にかけて鉛直方向に延在する板状の部材で構成される水落板をさらに有することを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。
- 前記本体部は、鉛直方向と直交する前記内部空間の断面形状が、前記供給口側から前記排出口側にかけて段階的に縮小した形状を有することを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。
- 前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向を基準に、前記排出口から前記供給口までの間の前記側壁面に設けられており、前記内部空間を旋回せずに前記供給口側から前記排出口側へと前記流体が流れることを規制する風向板をさらに有し、
前記排出口は、前記本体部における側壁面の周方向において、前記供給口に対してオフセットして設けられており、
前記風向板は、前記側壁面から前記旋回中心部に向かって起立した板状部材が、前記側壁面の上方から下方にかけて鉛直方向に延在することによって構成されており、
前記風向板は、前記板状部材の先端部が、前記旋回中心部の近傍まで到達していることを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向を基準に、前記排出口から前記供給口までの間の前記側壁面に設けられており、前記内部空間を旋回せずに前記供給口側から前記排出口側へと前記流体が流れることを規制する風向板をさらに有し、
前記排出口は、前記本体部における側壁面の周方向において、前記供給口に対してオフセットして設けられており、
前記風向板は、前記側壁面から前記旋回中心部に向かって起立した板状部材が、前記側壁面の上方から下方にかけて鉛直方向に延在することによって構成されており、
前記風向板は、前記板状部材の先端部が前記旋回中心部より前記供給口側に傾けて設けられているとともに、当該板状部材の先端部が前記供給口より流入する流体から前記旋回中心部をカバーする位置まで到達していることを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向を基準に、前記排出口から前記供給口までの間の前記側壁面に設けられており、前記内部空間を旋回せずに前記供給口側から前記排出口側へと前記流体が流れることを規制する風向板をさらに有し、
前記排出口は、前記本体部における側壁面の周方向において、前記供給口に対してオフセットして設けられており、
前記風向板は、前記側壁面から前記旋回中心部に向かって起立した板状部材が、前記側壁面の上方から下方にかけて鉛直方向に延在することによって構成されており、
前記風向板は、前記板状部材の先端部に、前記供給口側へと突出した凸状の水落とし部を有することを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向を基準に、前記排出口から前記供給口までの間の前記側壁面に設けられており、前記内部空間を旋回せずに前記供給口側から前記排出口側へと前記流体が流れることを規制する風向板と、
前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向を基準に、前記供給口から前記排出口までの間の前記側壁面に設けられており、前記側壁面の上方から下方にかけて鉛直方向に延在する板状の部材で構成される水落板とをさらに有し、
前記排出口は、前記本体部における側壁面の周方向において、前記供給口に対してオフセットして設けられており、
前記風向板は、前記側壁面から前記旋回中心部に向かって起立した板状部材が、前記側壁面の上方から下方にかけて鉛直方向に延在することによって構成されており、
前記水落板は、前記供給口から前記排出口までの間の中間部、或いは、当該中間部よりも排出口側に設けられていることを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向を基準に、前記排出口から前記供給口までの間の前記側壁面に設けられており、前記内部空間を旋回せずに前記供給口側から前記排出口側へと前記流体が流れることを規制する風向板と、
前記本体部の内部空間に供給された流体が旋回する回転方向を基準に、前記供給口から前記排出口までの間の前記側壁面に設けられており、前記側壁面の上方から下方にかけて鉛直方向に延在する板状の部材で構成される水落板とをさらに有し、
前記排出口は、前記本体部における側壁面の周方向において、前記供給口に対してオフセットして設けられており、
前記風向板は、前記側壁面から前記旋回中心部に向かって起立した板状部材が、前記側壁面の上方から下方にかけて鉛直方向に延在することによって構成されており、
前記風向板および前記水落板は、前記本体部の側壁面に沿って湾曲した板状部材の両端部を屈曲させることにより一体的に形成されており、当該板状部材を前記側壁面に固着することによって構成されていることを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。 - 前記風向板および前記水落板が一体形成された前記板状部材は、前記側壁面との固着面が液状のガスケットによってシールされていることを特徴とする請求項20に記載された気液分離装置。
- 前記貯蔵部は、
鉛直方向に貫通し、前記本体部の流路と連通する内部流路と、
前記本体部の流路と接続する前記内部流路の開口部に、当該開口部の周囲をリング状に突出させたシール部を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載された気液分離装置。
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