气液分离器的制作方法

本实用新型涉及一种气液分离器的技术，该气液分离器用来从燃料电池的阳极排出的气体中分离水。

背景技术：

作为上述结构的气液分离器，专利文献1记载了一种具备气液分离器主体的气液分离器的技术，该气液分离器主体在其下部具有贮水部，并在高于贮水部的位置具有导入口和导出口。

在该专利文献1记载的气液分离器中，在气液分离器主体的内部且为导入口与导入口的中间位置，具备纵向壁状的碰撞壁，并且，在贮水部的上侧具备弹回低减板。根据该结构，从导入口导入的含水气体通过与碰撞壁碰撞而分离气体中所含的水，分离出的水被贮留于贮留部。然后，分离了水的气体从导出口排出。

专利文献

专利文献1：日本特开2017-147159号公报

技术实现要素：

燃料电池通过向阳极侧供给氢气、并向阴极侧供给包含氧的空气，来实现发电。此外，在燃料电池的阳极侧所排出的阳极废气(off-gas)中包含了未反应的氢和水，在燃料电池中，为了对未反应的氢气进行再利用，会在于阳极侧对阳极废气进行还原的还原流路上具备气液分离器，将要被还原的阳极废气中所包含的水分离去除。

专利文献1的气液分离器为如下结构：从导入口将燃料电池堆(fuelcellstack)中沿水平方向排出的阳极废气接收至主体的内部，该阳极废气与主体内部的板状的碰撞壁部碰撞从而流速降低，随着该流速的降低来分离阳极废气中包含的水，同时，利用之后通过碰撞壁部的下端时的气体的流动的变化，进一步分离阳极废气中包含的水。

此外，在该专利文献1的气液分离器中，导出口被配置于比较高的位置，以使阳极废气在流过导出口时能够分离气体中的水。如此，在专利文献1的气液分离器中，由于其结构为使被导入口接收的阳极废气沿水平方向流动、并与纵向壁状的碰撞壁碰撞，因此，存在一部分阳极废气并没有碰撞碰撞壁的情况，人们期望提高分离性能。尤其，导出部形成于较高的位置会导致气液分离器的大型化，因此，还有改善的余地。

进而，如果考虑形成有将来自贮水部(专利文献1中为贮留部)的水排出的排水流路、并具备对该排水流路进行开闭的开闭阀(专利文献1中为排水阀)的气液分离器，一般，为了抑制开闭阀开放并排出水后排出包含未反应的氢的阳极废气的问题，会将排水流路形成为小孔(orifice)般的较小直径。

然而，在形成较小直径的排水路径的情况下，当将燃料电池车(fcv)停于严寒地带、而燃料电池停止发电时，排水流路的内部中水会发生冻结，从而阻碍之后的燃料电池的发电。因此，当在严寒地带、燃料电池停止发电时，不仅要进行开放开闭阀而将贮留部的水排出的处理，还要通过向气液分离器的内部供给不含氢的气体等进行扫气，来进行除去气液分离器内部的水滴的处理。然而，即使排出水并进行扫气，也难以消除气液分离器的内表面残留水滴的现象。

基于这样的理由，需要一种不会降低含水气体的水的分离性能、且能够小型化的气液分离器。

本实用新型所涉及的气液分离器的特征结构在于，其具备：外壳；被配置于上述外壳的内部、且从含水气体中分离水的气液分离部；被配置于作为重力作用的方向的上述外壳的底部、且对通过上述气液分离部分离出的水进行储存的贮水部，并且，上述气液分离部具有：相对于重力作用的方向而沿着横向姿势的中心轴延伸的筒状的分离空间；向上述分离空间供给含水气体的导入管；从上述分离空间的内壁向上述中心轴的方向伸出指定宽度、并且、从上述分离空间的第1端部壁沿着上述中心轴延伸的至少一个碰撞壁；和将上述分离空间中从含水气体中分离出的水以及分离了水的脱水气体送出的放泄开口，上述导入管以使含水气体围绕所述中心轴回旋的方式设定供给方向，通过使上述碰撞壁在沿着上述中心轴的方向上形成比上述分离空间的全长更短的延伸长度，上述碰撞壁的延伸方向的端部、和第2端部壁之间形成合流空间，该合流空间的底部形成有上述放泄开口，上述第2端部壁形成于与上述第1端部壁相对的位置。

如果根据该特征结构，当含水气体从导入管被供给至气液分离部时，会以与分离空间的内部的碰撞壁碰撞的方式以中心轴为中心进行回旋，且沿着中心轴移动。由此，在含水气体与碰撞壁碰撞时，含水气体中包含的水分离，分离的水和分离了水的脱水气体穿过碰撞壁的延伸方向的端部，到达合流空间。然后，水和脱水气体从合流空间的底部的放泄开口被送往下方，水下落至贮水部回收，脱水气体从外壳排出。

也就是说，在该结构中，碰撞壁被配置为横向延伸的姿势，因此，例如，与将多个碰撞壁竖向配置相比较，能够缩小上下方向上的尺寸。而且，横向运送含水气体时，使含水气体绕中心轴回旋并与多个碰撞壁碰撞，能够提高水的分离性能，缩小横向上的尺寸，从而实现整体的小型化。

其结果为，构成一种不会降低含水气体的水的分离性能、且能够小型化的气液分离器。

作为另一结构，上述分离空间的上述底部侧的上述内壁也可形成为从上述第1端部壁朝向上述放泄开口而变低的倾斜姿势。

根据这样的结构，分离空间中从含水气体中分离的水将基于自身重量而沿着底部侧的内壁流向放泄开口，不会使水滴残留于分离空间的内部。

作为另一结构，在具有多个上述碰撞壁的情况下，上述碰撞壁以将供给至上述分离空间的含水气体按顺序引导至回旋方向中的下游侧的上述碰撞壁的方式来设定在沿着上述中心轴的方向观察时的姿势，在多个上述碰撞壁中，上表面形成为越位于接近上述合流空间的位置越低的倾斜姿势，上述上表面为与重力作用的方向相反的一侧。

根据这样的结构，供给至分离空间的含水气体在按顺序接触多个碰撞壁的状态下以中心轴为中心进行回旋。进而，在多个碰撞壁中，与重力作用的方向相反的一侧的上表面形成为在越接近合流空间的位置越低的倾斜姿势，因此，在燃料电池停止发电时，即使水滴呈附着状态残留于碰撞壁的上表面，上表面的水滴也能够流向合流空间，从放泄开口回收至贮水部。

作为另一结构，上述放泄开口也可具有狭缝状部，上述狭缝状部为在沿着上述中心轴的方向上延伸的开口。

根据这样的结构，由于放泄开口具有狭缝状部，即使在燃料电池车(fcv)具备气液分离器，而如燃料电池车停在倾斜地面般使气液分离器发生倾斜的状况下，也能够可靠地将分离空间的水排出。

作为另一结构，也可在上述碰撞壁的上述分离空间的上述内壁侧的基端部形成在该碰撞壁的厚度方向上进行连通的连通部。

根据这样的结构，分离空间中残留的水滴能够经由碰撞壁的连通部而流动，从而能够解决水滴残留于分离空间的问题。

附图说明

图1为切去了一部分后的气液分离器的立体图。

图2为气液分离器的主视图。

图3为图2的iii-iii线的剖视图。

图4为切去了一部分后的气液分离器的俯视图。

图5为气液分离器的纵向剖视图。

图6为气液分离器的纵向剖视图。

图7为表示放泄开口的形状的横向剖视图。

图8为另一实施方式(a)的气液分离器的剖视图。

具体实施方式

下面，基于附图对本实用新型的实施方式进行说明。

〔基本结构〕

图1～图6示出了气液分离器a，该气液分离器a对搭载于燃料电池车(fcv)的燃料电池的阳极侧排出的阳极废气(含水气体的一个例子)中包含的水进行分离。气液分离器a在外壳h具备导入管1、排出口2、气液分离部3、和、贮水部4。此外，电磁开闭阀5配置于外壳h的外部，该电磁开闭阀5对储存于贮水部4的水的排出进行控制。

燃料电池通过对包含氢气的阳极气体(燃料气体)进行加湿并将其供给至阳极侧，而且，将包含氧和空气的阴极气体(氧化剂气体)供给至阴极侧，从而实现发电。对阳极气体进行加湿是为了湿润燃料电池的阳极侧。

由于如此进行发电，阳极侧排出的阳极废气(含水气体的一个例子)会含有未反应的氢气和水。在燃料电池中，为了对供给至阳极侧的一部分阳极气体中未反应的氢气进行再利用，在使阳极废气返回阳极侧的还原路径中，配置气液分离器a。

也就是说，气液分离器a通过被供给作为含水气体的阳极废气，将该阳极废气中包含的水进行分离并回收至贮水部4，并将作为分离了水的脱水气体的阳极废气从排出口2排出。通过将这样排出的阳极废气供给至燃料电池的阳极侧，来实现对未反应的氢气的再利用。

〔外壳、导入口、排出口〕

如图1～图3、图6所示，外壳h具有利用多个紧固螺栓6将上外壳11的上凸缘部11f、和下外壳15的下凸缘部15f进行了紧固的构造，该上外壳11具有导入管1、排出口2、和气液分离部3，该下外壳15具有贮水部4和电磁开闭阀5。应予说明，也可通过利用超声波的焊接等其他的手段来对上凸缘部11f和下凸缘部15f进行紧固。

上外壳11和下外壳15由树脂材料形成，在上外壳11与下外壳15被紧固的状态下，它们的中间形成有内部空间s。应予说明，上外壳11和下外壳15也可由铝等金属形成。

如图3所示，在上外壳11中，气液分离部3形成于与内部空间s分离的分离空间t。气液分离部3的详细情况将在后文中叙述。

如图1～图6所示，分离空间t为形成于鼓起部12内部的空间，该鼓起部12在上外壳11中一体化形成并向上方鼓起。分离空间t沿着相对于重力作用的方向而呈横向姿势的中心轴x(位于分离空间t的中心的假想的轴)延伸。鼓起部12以连通分离空间t的方式与中心轴x交叉，且形成有沿着水平方向延伸的筒状的导入管1。分离空间t在鼓起部12中形成于外部壁12w(第1壁部的一个例子)与封闭板13(第2壁部的一个例子)之间，该封闭板13位于与外壁部12w相对的位置。

导入管1在内部形成运送阳极废气的导入路1r，并将基于导入管1形成的供给方向设定为在分离空间t的上侧以水平方向送入阳极废气。通过该供给方向的设定，如图3箭头所示，阳极废气在分离空间t中以中心轴x为中心逆时针回旋。

如图1、图6所示，封闭板13(端部壁的一个例子)通过多个螺丝(vis)13a而被装卸自如地固定于对鼓起部12中分离空间t的侧部开口12a进行封闭的位置。封闭板13由树脂材料形成，也可由铝等金属形成。此外，封闭板13不限于通过多个螺丝13a固定，也可通过超声波等固定。应予说明，在这样被固定的情况下，封闭板13变得不能被安装或卸除。

如图3、图4所示，排出口2形成于鼓起部12中的内部空间s。排出口2以与导入管1的延伸方向正交的姿势被配置于低于导入管1的位置。应予说明，排出口2的位置不限于低于导入管1的位置，但优选为低于导入管1的位置。

〔外壳、贮水部〕

如图3、图6所示，在下外壳15中，一体形成中央部向下方伸出的底壁部16，在该底壁部16的内表面侧越靠近中央凹陷越大的、研钵状的空间构成贮水部4。应予说明，将比贮水部4更上方的空间、和除上外壳11的分离空间t之外的空间合起来的区域作为内部空间s。

如图1、图2、图6所示，底壁部16的下端部一体形成有向横向侧方伸出的排水块17。该排水块17的内部形成有连通贮水部4底部的排水流路17a，该排水块17的外表面形成有将来自排水流路17a的水排出的排水管17b。进而，在排水块17上具备电磁开闭阀5，该电磁开闭阀5对排出流路17a中流动的水的排出进行控制。

应予说明，为了对开放电磁开闭阀5并排出贮水部4的水时包含未反应的氢的阳极废气的排出进行控制、并使一定流量的排出变得可能，排水流路17a形成为小孔般的较小直径。

如图6所示，电磁开闭阀5具备阀体5a、电磁螺线管5b、和密封膜5c，该阀体5a通过弹簧作用力而被保持于对排水流路17a进行封闭的位置，该电磁螺线管5b通过通电来抵抗弹簧作用力而使阀体5a工作，该密封膜5c为树脂制或橡胶制，且其抵接于排水流路17a的外端部。

根据该结构，在电磁螺线管5b没有被驱动的状态下，通过弹簧作用力将阀体5a保持于封闭位置，而且，由于密封膜5c封闭排水流路17a的流出口，水被贮留于贮水部4。对此，在对电磁螺线管5b进行驱动的情况下，随着阀体5a的工作，密封膜5c离开排出流路17a的流出口，贮水部4的水从排出流路17a流至排水管17b，并被排出至外部。

〔气液分离部〕

如图3、图5、图6所示，导入管1的导入路1r连通分离空间t中连接外部壁12w的部位(沿中心轴x的方向中的一方的端部侧)。在分离空间t中，与外部壁12w相对的部位向侧方开放，该开放部分被封闭板13封闭。如此，封闭板13配置于与外部壁12w相对的位置。导入管1形成为相对于中心轴x正交的姿势。

气液分离器3具备多个碰撞壁21。也就是说，碰撞壁21从分离空间t的外部壁12w向中心轴x的方向伸出指定宽度，并且，在沿中心轴x延伸的区域中，形成比沿着中心轴x的方向上的分离空间t的全长更短的延伸长度。进而，在多个碰撞壁21的延伸方向的端部、和封闭板13之间形成有合流空间ta，该合流空间ta的底部形成有放泄开口22。

如图3所示，在沿着中心轴x的方向观察时的多个碰撞壁21的姿势被设定为：使供给至分离空间t的阳极废气(含水气体)被按顺序引导至回旋方向中的下游侧的碰撞壁21。

应予说明，在该结构的气液分离器a中，如果假定分离空间t的底部的内表面、和碰撞壁21的上表面为水平姿势，一般，在燃料电池停止发电、阳极废气没有被供给给气液分离器a的状况下，水滴会附着残留于多个碰撞壁21的上表面。

为了解决这样的问题，如图5、图6所示，使分离空间t的底部侧的内壁12b、和多个碰撞壁21中作为与重力作用的方向相反的一侧的上表面形成为在越接近合流空间ta的放泄开口22的位置越低的倾斜姿势。分离空间t的内壁12b倾斜的角度可设定为以水平为基准的8°左右，也可为任意的角度。

由此，即使在水滴附着于分离空间t的底部侧的内壁12b、和多个碰撞壁21的上表面的情况下，这些水滴会流向合流空间ta，并从该分离空间t的底部的放泄开口22朝向下方排出，并被回收于贮水部4。

如图7所示，放泄开口22具有开口主体22a和狭缝状部22b，该开口主体22a在合流空间ta的底部中向该合流空间ta的周向延伸，该狭缝状部22b在分离空间t的底部，且形成为：在该底部中、以邻接的位置关系配置的一对碰撞壁21之间，沿着中心轴x延伸的方向形成。

〔利用气液分离器的水的分离以及实施方式的作用效果〕

根据这样的结构，如图3、图6所示，在气液分离部3中，当在上外壳11的横向中的外端侧将来自导入管1的阳极废气对分离空间t进行供给时，该阳极废气在分离空间t的内部中一边以中心轴x为中心回旋，一边向与供给位置相反的一侧的封闭板13的方向移动。

此外，通过使阳极废气在分离空间t的内部回旋，阳极废气以按顺序碰撞的形态接触多个碰撞壁21。通过该接触，阳极废气中包含的水在碰撞壁21的表面发生水滴化。进而，即使是阳极废气中不接触碰撞壁21的部分，也会随着回旋带来的离心力、或随着运动方向的变化而发生水滴化。

阳极废气的一部分通过最终与封闭板13的内表面碰撞、或因封闭板13而使阳极废气的流动方向变为下方，流速将大幅降低，即使在该封闭板13的部位上，阳极废气中包含的水也发生分离，并进行水滴化。如图5、图6所示，侧部开口12a中位于底部侧的开口侧内壁12c形成为越接近放泄开口22的位置越低的倾斜姿势，因此，在封闭板13的内表面上水滴化的水也将流向放泄开口22。

而且，流入合流空间ta的水和已脱水的阳极废气从放泄开口22排出，水被贮留于放泄开口22的下方的贮水部4。对此，穿过了放泄开口22的脱水状态的阳极废气在内部空间s中流向比放泄开口22更高的位置的排出口2，并从该排出口2排出。应予说明，当流向排出口2的阳极废气中包含水时，其在内部空间s中向上方流动时，水会因其重量而发生分离，并被回收于贮水部4。

如此，在气液分离器a中，并非使阳极废气在横向(水平方向)上单纯地移动，而是通过使阳极废气绕着横向姿势的中心轴x的回旋，与多个碰撞壁21接触，来实现高效的水的分离。因此，例如，与将多个碰撞壁21竖向配置相比，能够缩小上下方向上的尺寸，而且，还能够缩小横向上的尺寸，其结果为实现整体小型化。

在该气液分离器a中，ecu等控制装置从燃料电池的发电量来推定贮留于贮水部4的水量，当需要排除如此推定出的水量时，控制装置进行开放电磁开闭阀5而排出水的控制。应予说明，气液分离器a可构成为具备对贮留于贮水部4的水量进行检测的感应器，并基于该感应器的检测结果来开放电磁开闭阀5。

此外，一般，当在燃料电池车在严寒地带停车、且在燃料电池停止发电的时间点水残留于排水流路17a时，排水流路17a中水会冻结，从而阻碍之后燃料电池中的发电。为了解决这样的问题，在严寒地带中燃料电池停止发电的情况下，开放电磁开闭阀5而将贮水部4的水排出。

尤其，分离空间t的底部侧的内壁12b和多个碰撞壁21的上表面为倾斜姿势，开口侧内壁12c以倾斜姿势形成于侧部开口12a的底部侧，因此，在停止发电的时间点，即使分离空间t的多个碰撞壁21等附着有水滴，也能够在气液分离器a的温度下降到冰点以下之前，使水滴基于其自重而流出放泄开口22。如此从放泄开口22排出的水会从贮水部4排出至外部，因此，不会导致在排水流路17a的内部冻结的问题。

〔另一实施方式〕

本实用新型除了上述的实施方式之外，还可以如下般构成(与实施方式具有相同功能的，标记与实施方式共通的编号、符号)。

(a)如图8所示，在碰撞壁21中分离空间t的内壁侧的基端部，形成贯穿碰撞壁21的厚度方向的连通孔21a(连通部的一个例子)。通过这样在碰撞壁21上形成连通孔21a，能够使残留于分离空间t的内部的水滴流向连通孔21a，从而易于排出。

在该另一实施方式(a)中作为连通部示例了连通孔21a，但是，例如也可以将切去了碰撞壁21的一部分的切口空间(未图示)形成为连通部。如实施方式所记载的，由于多个碰撞壁21形成为越靠近合流空间ta的位置越低的倾斜姿势，因此，即使碰撞壁21的上表面存在水滴，也能够被排出，但是，通过形成连通孔21a或切口空间，能够更加良好地进行水的排出。

(b)使用具有斥水性(water-repellency)的树脂材料作为外壳h的原材料、或在外壳h的内表面涂布斥水性涂料。由此，将抑制水滴残留于外壳的内部的现象，并抑制水滴在排水流路17a的内部发生冻结的问题。

(c)也可将相对于分离空间t的由导入管1供给的位置设定为与实施方式相反，即设定为下侧。在这种情况下，将阳极废气进行回旋的方向设定为与实施方式逆向。尽管如此设定导入方向，也能使阳极废气以中心轴x为中心回旋，并良好地分离水。

(d)排出口2形成为朝向上下方向的开口，以使阳极废气从上侧排出。通过这样形成，在阳极废气流向上侧时，能够期待阳极废气中包含的水基于重力而分离。

[产业上的可利用性]

本实用新型可用于从燃料电池的阳极排出的气体中分离水的气液分离器。

符号说明

1导入管

3气液分离部

4贮水部

12w外部壁(第1端部壁)

13封闭板(第2端部壁)

21碰撞壁

21a连通孔(连通部)

22放泄开口

22b狭缝状部

h外壳

t分离空间

ta合流空间

x中心轴。