JP4564340B2 - Gas-liquid separator - Google Patents
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Description
本発明は、気体に含まれる液体を分離する気液分離装置に関し、特に、小さな容積でも効率の高い分離性能を有する気液分離装置に関する。 The present invention relates to a gas-liquid separation device that separates a liquid contained in a gas, and more particularly, to a gas-liquid separation device having a high separation performance even in a small volume.
図5は、従来の気液分離装置を示す、(a)上面図、(b)b−b縦断面図、(c)構成部品である仕切板の斜視図、である。従来の気液分離装置100は、円筒部110a、天板部110b、底部110cに、液体を含む気体を導入する入口管111と、導入した気体が円筒部110aの内部を循環的に流動した後、外部に導出するための出口管112と、含まれる液体が気体から分離されて下部に蓄積してなる液状物を排出する排水管113と、この蓄積した液状物が気流にもまれて再気化することを防止する仕切板114と、が設けられている。
5A and 5B show a conventional gas-liquid separation device, in which FIG. 5A is a top view, FIG. 5B is a vertical cross-sectional view of bb, and FIG. 5C is a perspective view of a partition plate as a component. In the conventional gas-
そして、入口管111から導入した液体を含む気体は、円筒部110aの内壁面を周方向に回転しつつ、含まれる液滴が遠心力により内壁面に衝突して付着するとともに成長する。さらに、この成長した液滴は、所定の大きさ以上になると、重力により鉛直方向に滴下し、切欠部114aを通過して底部110cに蓄積される。または、内壁面に衝突した気体が円筒部110aにより露点以下に冷却され、含まれる蒸気が結露することによって、この内壁面に付着する場合もありうる。
And the gas containing the liquid introduced from the
このようにして、気液分離装置100に導入した気体は、図中の矢印Bで示す軌跡に沿ってその内部を周方向に流動しつつ液体が分離され、最終的に、出口管112から外部に導出することとなる。そして、分離した液体は、図中の矢印A方向に流れ底部110cに蓄積したのち、排水管113から外部へ排出される(例えば、特許文献1参照)。
しかし、従来の気液分離装置100では、円筒部110aの内部において流路が規定されていないので、導入した直後に気体が最短のルートで出口管112に直行する場合も有り(ショートカットと言う)、含まれる液体の分離が不充分なまま出口管112から導出する効率の悪いものであった。このような従来の気液分離装置100において、気体に含まれる液体の分離を向上させるためには、内容積を大きくする必要があった。
However, in the conventional gas-
ところで、たとえば燃料ガス(水素)及び酸素(空気)を電気化学反応させて発電動力を得る燃料電池自動車において、電気化学反応の際に生成する水が、循環的に供給される燃料ガス(水素)の循環経路内に入り込んで発電特性を不安定にさせる。このため、燃料ガス(水素)の循環経路内から水を分離して排出するための装置をこの循環経路に取り付ける必要がある。
しかし、前記した従来の気液分離装置100を取り付けて所望する分離効率を得るとなると容積が大きくなることが避けられず、限られた車内スペースにおける要素部品のレイアウトが制約されて問題となる。
そこで、本発明は、このような問題を解決することを課題とし、小さな容積でも高効率に、気体に含まれる水分等の液体を分離して排出することができる気液分離装置を提供する。
By the way, for example, in a fuel cell vehicle that obtains power generation by electrochemically reacting fuel gas (hydrogen) and oxygen (air), the fuel gas (hydrogen) supplied with water in the electrochemical reaction is circulated. The power generation characteristics become unstable by entering into the circulation path. For this reason, it is necessary to attach an apparatus for separating and discharging water from the fuel gas (hydrogen) circulation path to the circulation path.
However, when the above-described conventional gas-
Therefore, the present invention has an object to solve such a problem, and provides a gas-liquid separation device capable of separating and discharging a liquid such as moisture contained in a gas with high efficiency even in a small volume.
本発明では、次のような構成を、前記した課題を解決するための手段として備えるものである。すなわち、
請求項1に記載の発明は、気体が流れ、前記気体に含まれる液体が分離される気液分離室と、分離した前記液体が溜まる液溜室と、前記気液分離室と前記液溜室とを仕切る仕切部材と、を備える気液分離装置において、前記気液分離室には、前記気体の導入部から前記気体の導出部に通じる気液分離用の流路が複数の曲線路を含んで形成されており、前記流路は、前記気液分離室に備えられた隔壁により形成され、前記仕切部材には、前記曲線路の下流側に位置する部分に、前記気液分離室と前記液溜室に連通し、分離した前記液体を前記液溜室に導く液落下孔が形成されているとともに、常圧下において前記液体を通過させないように前記液落下孔よりも断面が狭い調圧孔が形成されており、前記仕切部材は、前記気液分離室に面する側に、前記液落下孔に向けて下り坂になる斜面を有し、前記液落下孔は、前記導入部と前記導出部とのうち少なくとも一方から離れた部分に偏って配置されていることを特徴とする。
係る構成により、隔壁により形成される流路を気体が流動することになり、同スペースの気液分離室においても導入部と導出部との距離を長く設定することができる。
また、仕切部材には、曲線路の下流側に位置する部分に、気液分離室と液溜室に連通し、分離した液体を液溜室に導く液落下孔が形成されていることにより、分離した液体を速やかに除去することが可能となり、気液分離室が液体により閉塞することを防止する。
また、液落下孔が、導入部と導出部とのうち少なくとも一方から離れた部分に偏って配置されていることにより、システム全体が導入部または導出部に向かって傾いたとき、液体は、仕切り部材に阻まれるので、導入部または導出部を通って外部に流出して気体流路を閉塞することがない。
また、仕切部材が、気液分離室に面する側に、液落下孔に向けて下り坂になる斜面を有することにより、分離した液体は、より速やかに液溜室に導かれることになる。
さらに、常圧下において液体を通過させないように液落下孔よりも断面が狭い調圧孔が形成されていることにより、気液分離室と液溜室との圧力差を抑制するように調圧孔が機能するので、負圧により分離した液体を排出するための液落下孔から液体が戻ってくることを抑制する。
In the present invention, the following configuration is provided as means for solving the above-described problems. That is,
According to one aspect of the present invention, the gas body flows, and gas-liquid separation chamber in which liquid is separated contained in the gas, and is accumulated liquid storage chamber wherein the liquid separation, the liquid reservoir and the gas-liquid separation chamber in gas-liquid separation device comprising a partition member, the partitioning and the chamber, wherein the gas-liquid separating chamber, the flow path a plurality of curved paths for the gas-liquid separator leading from inlet portion of the gas outlet portion of said gas The flow path is formed by a partition provided in the gas- liquid separation chamber , and the partition member includes a portion located on the downstream side of the curved path and the gas-liquid separation chamber. A liquid drop hole that communicates with the liquid reservoir chamber and leads the separated liquid to the liquid reservoir chamber is formed, and the pressure is narrower in cross section than the liquid drop hole so that the liquid does not pass under normal pressure A hole is formed, and the partition member is on the side facing the gas-liquid separation chamber. Has a slope becomes downhill toward the liquid drop hole, the liquid drop hole is characterized by being arranged disproportionately at distant portions from at least one of said inlet portion and said outlet portion .
With such a configuration, the gas flows through the flow path formed by the partition walls, and the distance between the introduction part and the lead-out part can be set long even in the gas- liquid separation chamber in the same space.
Further, in the partition member, a liquid drop hole is formed in a portion located on the downstream side of the curved path so as to communicate with the gas-liquid separation chamber and the liquid storage chamber and guide the separated liquid to the liquid storage chamber. The separated liquid can be quickly removed, and the gas-liquid separation chamber is prevented from being blocked by the liquid.
In addition, since the liquid dropping hole is arranged in a position away from at least one of the introduction part and the lead-out part, the liquid is partitioned when the entire system is inclined toward the lead-in part or the lead-out part. Since it is blocked by the member, it does not flow out to the outside through the introduction part or the lead-out part, and the gas flow path is not blocked.
In addition, since the partition member has a slope that slopes downward toward the liquid drop hole on the side facing the gas-liquid separation chamber, the separated liquid is more quickly guided to the liquid storage chamber.
Furthermore, a pressure adjusting hole having a narrower cross section than the liquid dropping hole is formed so as not to allow liquid to pass under normal pressure, so that the pressure adjusting hole suppresses the pressure difference between the gas-liquid separation chamber and the liquid reservoir chamber. Therefore, the liquid is prevented from returning from the liquid drop hole for discharging the liquid separated by the negative pressure.
なお、流路は、仕切部材に備えられた隔壁により形成されていることが好ましい。
係る構成により、仕切部材に隔壁を一体化して形成できるので、部品点数を減らすとともに、製造を容易にする。
Incidentally, the flow path is preferably formed by a partition wall provided in the specification Setsu member.
According to such a constitution, as it can integrally formed with the partition wall in the partition member, together with reducing the number of parts, ease of manufacture.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の気液分離装置において、前記気体の導出部には、返し部が形成されていることを特徴とする。
係る構成により、液体が、返し部に阻まれて、導入部または導出部を通って外部に流出して気体流路を閉塞することを防止する。
According to a second aspect of the invention, in the gas-liquid separating apparatus according to claim 1, in the derivation of the gas, characterized in that the barb is formed.
With such a configuration, the liquid is prevented from being blocked by the return portion and flowing out to the outside through the introducing portion or the leading portion, thereby closing the gas flow path.
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の気液分離装置において、前記流路はパッキン部により封止されていることを特徴する。
係る構成により、気液分離室において、隔壁で隔てられている流路を気体がショートカットして通り抜けることを防止する。
According to a third aspect of the present invention, in the gas-liquid separator according to the first or second aspect , the flow path is sealed by a packing portion.
With such a configuration, in the gas- liquid separation chamber , the gas is prevented from passing through the flow path separated by the partition wall as a shortcut.
本発明によれば、容積が小さくとも、液体を含む気体を導入して、この液体を高い効率で分離・除去して導出することができる気液分離装置が提供される。また、このような気液分離装置が、燃料電池自動車の燃料ガス(水素)の循環経路内に取り付けられることになれば、発電特性の安定性が向上するとともに、車内における要素部品のレイアウトの制約が緩和される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the volume is small, the gas-liquid separation apparatus which can introduce | transduce the gas containing a liquid, and can isolate | separate and remove this liquid with high efficiency is provided. Moreover, if such a gas-liquid separator is installed in the fuel gas (hydrogen) circulation path of a fuel cell vehicle, the stability of power generation characteristics is improved and the layout of the component parts in the vehicle is restricted. Is alleviated.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る気液分離装置について説明する。
図1は実施形態に係る気液分離装置の分解斜視図である。
図2(a)は実施形態に係る気液分離装置の上面断面図、(b)はX−X縦断面図である。
図3はガイド部材の詳細を示す斜視図である。
図4は実施形態に係る気液分離装置の適用例を示す、燃料電池自動車の燃料ガス供給システムのブロック図である。
Hereinafter, a gas-liquid separator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a gas-liquid separator according to an embodiment.
FIG. 2A is a top sectional view of the gas-liquid separation device according to the embodiment, and FIG. 2B is an XX longitudinal sectional view.
FIG. 3 is a perspective view showing details of the guide member.
FIG. 4 is a block diagram of a fuel gas supply system for a fuel cell vehicle showing an application example of the gas-liquid separator according to the embodiment.
図1に示すように、本実施形態の気液分離装置11は、上面部材20、第1側枠部材30A、仕切部材50、第2側枠部材30B、底面部材40により外郭が形成されている。さらにこれらの部材により気密性を示す内部空間33が形成されている。そして、内部空間33は仕切部材50により2つの空間に仕切られており、このうち鉛直方向の上側にあって気体が流れる部屋を気液分離室33Aと呼び、同下側にあって液体が溜まる部屋を液溜室33Bと呼ぶこととする。
そして、気液分離室33Aには、導出部26、導入部32が設けられ、液溜室33Bには、排出部41が設けられ、これらの空間の気密状態を解除可能に外部と連通している。さらに気液分離室33Aには、第1隔壁21、第2隔壁22、第3隔壁23、並設隔壁24、案内隔壁25が設けられ、これらにより形成された気液分離用の流路を気体が流動することにより、含まれる液体が分離され、液溜室33Bにおいてこの液体が回収・蓄積されるものである。
As shown in FIG. 1, in the gas-
The gas-
導入部32は、側枠部材30の側面に、内部空間33と外部が連通するように設けられ、液体が含まれる気体を導入するものである。
導出部26は、上面部材20に、内部空間33と外部が連通するように設けられている。そして、導入部32から導入した気体が、気液分離用の流路、つまり図2(a)で示される入力流路R、第1コーナー流路S、第2コーナー流路T、第3コーナー流路U、第4コーナー流路V、出力流路W(以下、単に「流路」と呼ぶ場合がある。またコーナー流路S,T,U,Vに限定するときは「曲線路」と呼ぶ場合もある。)の順番で流動した後に導出するものである。このように、気液分離用の流路は、複数の曲線路を含んで形成されるものである。これら曲線路は、図2(a)に示すように、上流側に対して下流側に断面積の広い部分を含むものである。
The
The lead-out
導出部26は、重力の反対方向に開口しており、この開口の周囲には内部空間33側に突出した返し部26a(図1参照)が設けられている。
返し部26aは、上面部材20を伝って這い上がってきた液体(這い上がろうとしている液体)をブロックして、導出部26から導出されないようにするものである。
排出部41は、液溜室33Bに設けられ、流路を流動した気体から分離して、液溜室33Bに蓄積した液体を外部に排出するものである。
The lead-out
The return portion 26 a blocks the liquid that has been scooped up through the upper surface member 20 (the liquid that is about to scoop up) so that it is not led out from the lead-out
The
仕切部材50は、気液分離室33A及び液溜室33Bの間を仕切るとともに、これら気液分離室33A及び液溜室33Bを連通する複数の液落下孔(孔)51,51…を有している。なお、この液落下孔51は、少なくとも1つ存在すれば機能を発揮するものである。そして、仕切部材50の上面には、第1隔壁21、第2隔壁22、第3隔壁23、並設隔壁24、案内隔壁25(これらを以下、単に「隔壁」と呼ぶ場合がある)が一体的に形成され、これらにより気液分離室33Aが隔てられることにより、図2(a)に示すような、流路が形成される。
ところで、これらの隔壁が形成される部分は、このような仕切部材50の上面に限定されることなく、内部空間33における他の内側面31(例えば、上面部材20、第1側枠部材30Aの内側面31)に形成されるものであってもよい。
The
By the way, the part in which these partition walls are formed is not limited to the upper surface of such a
パッキン部52は、第1隔壁21、第2隔壁22、第3隔壁23、並設隔壁24のうち仕切部材50に一体的に形成されている側とは反対の先端に設けられている。これらのパッキン部52により、隔壁と上面部材20との間に隙間がなくなり、この隙間を通って隣接する流路の間で気体が流動することがなくなる。このため、導入した気体は、定められた正規の流路を流動することとなり、気体に含まれる液体の分離効率が向上する。なおパッキン部52を用いない構成としてもよい。
The packing
第1隔壁21は、図1に示すように、導入部32及び導出部26に挟まれる内部空間33の内側面31(上面部材20及び側枠部材30の内側面)から延出するものである。そして、この第1隔壁21が側枠部材30に接する基端21bの反対端である第1先端(先端)21aは、対向する内部空間33の内側面31(側枠部材30の内側面)に対して隙間を有している。この隙間により、図2(a)に示す第4コーナー流路Vが形成される。そして、第1隔壁21により内部空間33は、導出部26に連通する出力流路W及びその他の空間(第1,2,3,4コーナー流路S,T,U,V、入力流路R)に隔てられる。
As shown in FIG. 1, the
第4コーナー流路Vは、第1先端21a、側枠部材30の内側面31及び第3隔壁23で形成されている。そして第4コーナー流路Vに進入した気体は、進路を鋭角に反転させて出力流路Wに導かれる。
The fourth corner channel V is formed by the
第2隔壁22は、図1に示すように、第1隔壁21の途中から分岐して延出し、第2先端(先端)22aが対向する内部空間33の内側面31(側枠部材30の内側面)と隙間を有している。この隙間により、図2(a)に示す第2コーナー流路Tが、形成される。さらに、第2隔壁22は、第1隔壁21により隔てられた出力流路W以外の空間を、導入部32に連通する入力流路R、及び第1,2,3コーナー流路S,T,Uを含む空間に隔てる。
並設隔壁24は、第1コーナー流路Sの曲率を有する流路中に、気体の流動方向に沿って、設けられている。
As shown in FIG. 1, the
The juxtaposed partition walls 24 are provided in the flow path having the curvature of the first corner flow path S along the gas flow direction.
第2コーナー流路Tは、第2先端22a、側枠部材30の内側面31及び第3隔壁23で形成されている。そして、第2コーナー流路Tに進入した気体は、進路を鋭角に反転させて第3コーナー流路Uに導びかれる。
第3隔壁23は、第1先端21a及び第2先端22aに挟まれる内部空間33において、内側面31から延出し、第2隔壁22との間に第3コーナー流路Uを形成するものである。そして、第3コーナー流路Uに進入した気体は、進路を鋭角に反転させて第4コーナー流路Vに導びかれる。
The second corner channel T is formed by the
The third partition wall 23 extends from the inner side surface 31 in the
液落下孔51,51…は、第1隔壁21、第2隔壁22、第3隔壁23に交わる任意の直線Yに対し導入部32から離れた部分に偏って配置されている。そして、これら複数の液落下孔51が成す面に対し、第1コーナー流路S及び出力流路Wは、液落下孔51に向けて下り坂になるように形成される斜面50a(図1参照)を有している。このような斜面50aが形成されていることにより、これらの流路上に落下してたまった液体は斜面50aを下って液落下孔51,51…に導かれることとなる。
なお第2,3,4コーナー流路T,U,Vの下流側は、気体の流速が低下する部分であるので、この部分に液落下孔51が設けられていることにより、負圧による液体の吸い上げが抑制される。
The liquid dropping holes 51, 51... Are arranged in a portion away from the
Since the downstream side of the second, third, and fourth corner channels T, U, and V is a portion where the gas flow velocity is reduced, a
ガイド部材54は、図2(a)に示すように、複数の液落下孔51,51…のうち、流動する気体の最下流側に設けられている液落下孔51に設けられている。そして、ガイド部材54は、図3に示されるように、気体が流動する方向と交わる開口面53を有している。このようなガイド部材54が存在することにより、流路の表面に溜まった液体は、流動する気体の風圧に押されて吹き飛ばされるようなことがあっても確実に捕捉されることとなる。また、ガイド部材54の開口面53は、大きな風圧を受けることになるので、いったん液溜室33Bに入った液体が、逆流して、最下流にある液落下孔51から這い上がってくることを防止する。
2A, the guide member 54 is provided in the
(動作説明)
次に、図2を参照して、本実施形態にかかる気液分離装置の動作説明を行う。
まず、導入部32から入力流路Rへ、液体が含まれる気体が導入され、第1コーナー流路Sに沿って流動する。この流動する気体は、第1コーナー流路Sの曲率を有する部分を流動するに際し、気体に含まれている液滴には遠心力がかかり、その一部は、並設隔壁24及び案内隔壁25に叩き付けられて付着して気体から分離することになる。
(Description of operation)
Next, with reference to FIG. 2, operation | movement description of the gas-liquid separation apparatus concerning this embodiment is performed.
First, a gas containing a liquid is introduced from the
第1コーナー流路Sを通過した気体は、次に、第2コーナー流路Tに進入する。この第2コーナー流路Tにおいて、気体は進行方向を鋭角に曲げられるとともに、気体に含まれる液滴のうち多くが壁面に付着することとなるので、気体から液体が分離することとなる。 The gas that has passed through the first corner channel S then enters the second corner channel T. In the second corner channel T, the gas is bent in an acute direction and many of the liquid droplets contained in the gas adhere to the wall surface, so that the liquid is separated from the gas.
第2コーナー流路Tを通過した気体は、次に、第3コーナー流路Uに進入する。この第3コーナー流路Uにおいても、屈曲22bの部分において、気体は進行方向を鋭角に曲げられ前記した同様のメカニズムにより、気体から液体がさらに分離することとなる。 The gas that has passed through the second corner channel T then enters the third corner channel U. Also in the third corner flow path U, the gas is bent at an acute angle in the bent portion 22b, and the liquid is further separated from the gas by the same mechanism as described above.
第3コーナー流路Uを通過した気体は、次に、第4コーナー流路Vに進入する。この第4コーナー流路Vにおいても、気体は進行方向を鋭角に曲げられ前記した同様のメカニズムにより、気体から液体がさらに分離することとなる。
第4コーナー流路Vを通過した気体は、次に、出力流路Wに進入しそのまま直進して導出部26から導出することとなる。
The gas that has passed through the third corner flow path U then enters the fourth corner flow path V. Also in the fourth corner channel V, the gas is bent in an acute direction and the liquid is further separated from the gas by the same mechanism as described above.
The gas that has passed through the fourth corner flow path V then enters the output flow path W, proceeds straight, and is led out from the lead-out
一方、流路の壁面に付着した液滴は、液滴同士が合体して大きくなると、重力方向に落下して、図2(b)に示す仕切部材50の上面に到達する。そして、これら上面に到達した液体のうち、斜面50aに到達したものはフォールラインに沿って移動する。さらに、液体は、流動する気体にあおられて仕切部材50の上面を移動するうちに、いずれかの液落下孔51の開口にはまり、液溜室33Bに落下する。
このように落下して、液溜室33Bに蓄積した液体は、適時、排出部41に設けられた開閉バルブ(図示せず)が開くことにより、導入する気体の圧力におされて外部に排出することとなる。
仕切り部材50の流路部分には調圧孔55が設置されている。調圧孔55は常圧下で液体を通過させない程度に断面が狭く形成される。流路を狭くすることで、液体の表面張力によって、液体が通過することを妨げるためである。
さらに、流路を曲線形状とし、流路の断面積が下流ほど広くさせることで、流路の断面積が狭い上流側においては、流速を向上することができる。これにより、気体を勢いよく隔壁にあてることで、より多くの液体が慣性の法則により隔壁に付着させ、気体は隔壁に沿って流れていく。こうして、気液の分離が促進する。下流側では、流速の低下により、液滴が気体の負圧に引かれて液落下孔から逆流するということを防止できる。
On the other hand, when the droplets adhering to the wall surface of the flow path merge and become large, they drop in the direction of gravity and reach the upper surface of the
The liquid that has fallen in this manner and accumulated in the
A
Furthermore, the flow rate can be improved on the upstream side where the cross-sectional area of the flow path is narrow by making the flow path curved and making the cross-sectional area of the flow path wider toward the downstream. As a result, the gas is vigorously applied to the partition wall, so that more liquid adheres to the partition wall according to the law of inertia, and the gas flows along the partition wall. Thus, gas-liquid separation is promoted. On the downstream side, it is possible to prevent the liquid droplet from being drawn back by the negative pressure of the gas and flowing backward from the liquid dropping hole due to the decrease in flow velocity.
以上説明したように、本実施形態に係る気液分離装置11においては、仕切部材50により、内部空間33が、気液分離室33Aと液溜室33Bとに分離して、さらにその上に気体が流動する流路が設けられていることにより、次のような効果が発揮されるものである。
まず第1に、気体から分離されて内部空間33の下部に蓄積した液体と、流路を流動している気体とが、仕切部材50により完全に分断されることとなるため、この分離した液体が流動する気体にもまれて再気化することがない。従って、液溜室33Bに蓄積した液体を頻繁に排出しなくても、導出部26から導出される気体に含まれる液体の量は増えない。
第2に、導入した気体が流路をショートカットして導出されることがない。
As described above, in the gas-
First, since the liquid separated from the gas and accumulated in the lower portion of the
Second, the introduced gas is not derived by shortcutting the flow path.
第3に、さらに複数の液落下孔51,51…と、調圧孔55,55…とが仕切部材50に前記したように導出部26の反対側に偏在して設けられていることにより、気液分離装置11が揺動して、液溜室33Bに蓄積した液体が液落下孔51から這い上がったとしても、導出部26までの距離が遠いことと、ガイド部材54、斜面50a、返し部26a等の障害がこの液体の移動を妨げることにより、導出部26に到達することがない。
第4に、気体が流動する流路の断面積が上流側より下流側が広く構成されているために、気体の流速が低下して液滴が落下しやすくなり、液体の分離が促進する。
Third, a plurality of liquid drop holes 51, 51, and
Fourth, since the cross-sectional area of the flow path through which the gas flows is configured to be wider on the downstream side than on the upstream side, the flow rate of the gas is reduced and the liquid droplets are liable to fall, thereby promoting liquid separation.
(気液分離装置の適用例)
図4を参照して、第1実施形態に係る気液分離装置11の適用例について説明する。
図4に示す燃料電池自動車の燃料ガス供給システムは、水素タンク1と、エゼクタ2と、燃料電池3と、エア排気部7と、逆止弁8と、コンプレッサ9と、気液分離装置11と、開閉バルブ60とから構成される。
(Application example of gas-liquid separator)
With reference to FIG. 4, the application example of the gas-
The fuel gas supply system for the fuel cell vehicle shown in FIG. 4 includes a hydrogen tank 1, an ejector 2, a fuel cell 3, an air exhaust unit 7, a check valve 8, a
水素タンク1は、高圧の水素ガスが充填されており、エゼクタ2に対して水素を供給するものである。
エゼクタ2は、後記する逆止弁8から送られてくる燃料オフガスと水素タンク1から供給される水素ガスを混合し、その混合ガスを燃料ガスとして燃料電池3の燃料極(燃料電池3の左側:図示せず)へ送出するポンプである。
燃料電池3へ供給された燃料ガスは、その一部が発電に利用され、残りが燃料オフガスとして気液分離装置11に送られる。この燃料オフガスは、発電時の水素と酸素との反応により、熱と生成した水分(カソード極で生成されたものが電解質膜を介して移動してきたもの)とを多量に含むこととなり、高温多湿な状態を有する。
The hydrogen tank 1 is filled with high-pressure hydrogen gas, and supplies hydrogen to the ejector 2.
The ejector 2 mixes a fuel off-gas sent from a check valve 8 to be described later and a hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 1, and uses the mixed gas as a fuel gas for the fuel electrode (the left side of the fuel cell 3). : Pump not shown).
Part of the fuel gas supplied to the fuel cell 3 is used for power generation, and the remainder is sent to the gas-
このような燃料オフガスが流入した気液分離装置11において、前記した動作に従い、含まれる液体(液滴)を除去する。このように除去された液体は、開閉バルブ60が適時動作することにより外部へ排出される。
気液分離装置11により除湿された燃料オフガスは、逆止弁8を経由して再びエゼクタ2に送られる。なお、逆止弁8は、気液分離装置11からエゼクタ2への方向には気体を通すが、その逆向きには気体を通さないバルブである。
In the gas-
The fuel off-gas dehumidified by the gas-
コンプレッサ9は、酸素を含んだ外部の空気を適量取り込み、燃料電池3の空気極(燃料電池3の右側:図示せず)に供給するものである。
エア排気部7は、コンプレッサ9によって外部から取り入れられ、燃料電池3で使用された空気を排出するものである。
The
The air exhaust part 7 is taken in from the outside by the
以上のように本発明を適用した燃料電池自動車の燃料ガス供給システムでは、発電の過程において、循環する燃料オフガス中に混入する水分を、循環経路の途中に配置されている気液分離装置11により、高効率に排出することが可能である。しかも、この気液分離装置11は容積が小さいので、燃料電池自動車における複雑な設計レイアウトの自由度を制限することがない。さらに分離した液体を頻繁に排出する必要がないので、燃料である水素の使用を節約することができる。
As described above, in the fuel gas supply system for a fuel cell vehicle to which the present invention is applied, the moisture mixed in the circulating fuel off-gas in the process of power generation is removed by the gas-
以上の説明において、気体とは、燃料電池自動車に用いられる場合においては、水素ガスを主成分とする気体であるが、特に限定されることなく、空気等にも適用することができる。また、気体に含まれる液体とは、燃料電池自動車に用いられる場合においては、主に水であるが、これも特に限定されることなく、有機溶媒等にも適用することができる。さらにその液体の状態は、微細化して気体中に浮遊する液滴(ミスト)であったりする。また、本発明は燃料電池車以外にも、船舶やその他移動体に適用してもよい。さらに本発明においては、エゼクタ2を設置して水素ガスを循環しているが、ポンプを用いてもよい。
また、本発明において流路は、仕切部材50に設けられた隔壁(第1,第2,第3隔壁等21,22,23)により形成されていることとしたが、これらの隔壁はその他の部材(例えば、上面部材20、第1側枠部材30A等)に設けられるものであってもよい。また、ガイド部材54は最下流側の液落下孔に設けられるだけでなく、その他の液落下孔に設けられてもよい。
In the above description, the gas is a gas mainly composed of hydrogen gas when used in a fuel cell vehicle, but is not particularly limited and can be applied to air or the like. In addition, the liquid contained in the gas is mainly water when used in a fuel cell vehicle, but is not particularly limited and can be applied to an organic solvent or the like. Furthermore, the state of the liquid may be a droplet (mist) that is miniaturized and floats in the gas. In addition to the fuel cell vehicle, the present invention may be applied to ships and other moving objects. Further, in the present invention, the ejector 2 is installed to circulate hydrogen gas, but a pump may be used.
In the present invention, the flow path is formed by partition walls (first, second, and
11 気液分離装置
21 第1隔壁(隔壁)
22 第2隔壁(隔壁)
23 第3隔壁(隔壁)
24 並設隔壁(隔壁)
26 導出部
26a 返し部
32 導入部
33 内部空間
33A 気液分離室(気体が流れる部屋)
33B 液溜室(液体が溜まる部屋)
41 排出部
50 仕切部材
50a 斜面
51 液落下孔(孔)
52 パッキン部
53 開口面
54 ガイド部材
55 調圧孔
R 入力流路(流路)
S 第1コーナー流路(流路,曲線路)
T 第2コーナー流路(流路,曲線路)
U 第3コーナー流路(流路,曲線路)
V 第4コーナー流路(流路,曲線路)
W 出力流路(流路)
11 Gas-
22 Second partition (partition)
23 Third partition (partition)
24 Parallel partition walls
26 Lead-out part
33B Liquid reservoir (room where liquid is stored)
41
52 Packing
S 1st corner flow path (flow path, curved path)
T Second corner flow path (flow path, curved path)
U Third corner flow path (flow path, curved path)
V Fourth corner flow path (flow path, curved path)
W Output flow path (flow path)
Claims (3)
前記気液分離室には、前記気体の導入部から前記気体の導出部に通じる気液分離用の流路が複数の曲線路を含んで形成されており、
前記流路は、前記気液分離室に備えられた隔壁により形成され、
前記仕切部材には、前記曲線路の下流側に位置する部分に、前記気液分離室と前記液溜室に連通し、分離した前記液体を前記液溜室に導く液落下孔が形成されているとともに、
常圧下において前記液体を通過させないように前記液落下孔よりも断面が狭い調圧孔が形成されており、
前記仕切部材は、前記気液分離室に面する側に、前記液落下孔に向けて下り坂になる斜面を有し、
前記液落下孔は、前記導入部と前記導出部とのうち少なくとも一方から離れた部分に偏って配置されていることを特徴とする気液分離装置。 Pneumatic fluid flows, a gas-liquid separation chamber in which liquid is separated contained in the gas, a liquid reservoir chamber in which the liquid separated accumulates, and a partition member for partitioning said liquid reservoir chamber and the gas-liquid separation chamber In the gas-liquid separation device provided,
Wherein the gas-liquid separation chamber, and a flow path of the gas-liquid separator leading from inlet portion of the gas outlet portion of the gas is formed containing a plurality of curved road,
The flow path is formed by a partition provided in the gas- liquid separation chamber ,
The partition member is formed with a liquid drop hole communicating with the gas-liquid separation chamber and the liquid reservoir chamber and leading the separated liquid to the liquid reservoir chamber in a portion located on the downstream side of the curved path. And
A pressure adjusting hole having a narrower cross section than the liquid dropping hole is formed so that the liquid does not pass under normal pressure,
The partition member has, on the side facing the gas-liquid separation chamber, a slope that becomes a downward slope toward the liquid drop hole,
The gas-liquid separation device is characterized in that the liquid dropping hole is arranged to be biased to a part away from at least one of the introduction part and the lead-out part .
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