(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を含む気体（流体）を気体と液体とに分離する気液分離装置に係り、特に、燃料電池システムの反応ガス中に含まれる水を分離する気液分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料極（アノード）に燃料ガス（例えば、水素）を供給し、酸化剤極（カソード）に酸化剤ガス（例えば、空気）を供給することにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池が知られている。この類の燃料電池では、燃料極側からの排出ガスを循環ポンプ等によって燃料ガスの供給側へと循環させることにより、反応効率の向上を図っている。【０００３】
ところで、この燃料電池では、燃料極および酸化剤極におけるガスの反応に伴って水が生成される。生成水はとくに酸化極側で生じやすいが、電解質膜を通して燃料極側へと移動するため、この生成水が燃料ガスの循環系へと流入し、循環ポンプ等の循環手段に不具合を生じさせるといった問題がある。さらに、この生成水が燃料電池へと流入し、燃料極の反応面積を減少させるといった水詰り（フラッティング）の問題も生じる。そのため、燃料ガスの循環系には、循環ガス（燃料極からの排出ガス）を、燃料ガスと水とに分離する気液分離装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３１１１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、特許文献１に開示された気液分離装置は、本体部の内部に形成された分離空間に循環ガスを供給することにより、循環ガスによって分離空間内に旋回流を発生させて、遠心力によって循環ガスを燃料ガスと水とに分離する。この際、循環ガスは、本体部上方から供給され、また、分離空間において水が分離された燃料ガスは、本体部下方から排出される。そのため、燃料ガスの排出方向と、分離された水の落下方向とが同じとなり、結果として、燃料ガスに再度水が含まれてしまう。このようなケースは一例であるが、分離空間内に供給された循環ガスが遠心力によって燃料ガスと水とに分離され、分離された燃料ガスを分離空間から外部に排出する場合には、分離空間内に存在する分離水の影響を受けないような状態でこれを排出しなければ、結果として、十分な分離性能を得ることができないという問題がある。【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体と液体との分離性能を向上させた気液分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本発明は、本体部と、供給口と、排出口と、天板と、貯蔵部と、板状の跳ね上げ防止板とを有する気液分離装置を提供する。ここで、本体部は、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、この内部空間内に供給された流体が側壁面に沿って内部空間を旋回することにより内部空間に流体の旋回流を発生させて、流体を液体と気体とに分離する。供給口は、側壁面に設けられており、流体が内部空間へと流入する開口である。排出口は、側壁面に設けられており、分離された気体が内部空間から流出する開口である。この場合、排出口は、供給口よりも上方に設けられている。本体部は、鉛直方向の下方側から供給される流体を、水平方向へと進路を変えた後に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本体部の内部空間に流入させる流路を有する。
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
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、側壁面に設けられた供給口より内部空間に流体を流入させるとともに、排出口より、液体が分離された気体を外部へと流出させる。この排出口は、排出口を介して内部空間から流出する気体が、この空間内に存在する分離された液体の影響を受け難い構成となっているので、分離性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態にかかる気液分離装置１０を示す概略構成図である。
【図３】図３は貯水部３０の上面図である。
【図４】図４は貯水部３０の正面図である。
【図５】図５は貯水部３０の底面図である。
【図６】図６は跳ね上げ防止板３６の説明図である。
【図７】図７は跳ね上げ防止板３６の拡大側面図である。
【図８】図８は本体部４０の上面図である。
【図９】図９は図８に示す本体部４０のＢＢ断面図である。
【図１０】図１０は本体部４０の底面図である。
【図１１】図１１は誘導部４９の突起形状を説明する説明図である。
【図１２】図１２は分離性能を示す図である。
【図１３】図１３は誘導部４９の変形例を説明する説明図である。
【図１４】図１４は誘導部４９の変形例を説明する説明図である。
【図１５】図１５は誘導部４９の変形例を説明する説明図である。
【図１６】図１６は水落リング５０の変形例を説明する説明図である。
【図１７】図１７は水落リング５０の変形例を説明する説明図である。
【図１８】図１８は水落板５１の説明図である。
【図１９】図１９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の上面図である。
【図２０】図２０は図１９に示す本体部４０の断面図である。
【図２１】図２１は突出部５２を先端部側から眺めた図である。
【図２２】図２２は突出部５２を上方より眺めた図である。
【図２３】図２３は突出部５２の変形例を説明する説明図である。
【図２４】図２４は図２３に示す突出部５２を上方より眺めた図である。
【図２５】図２５は突出部５２の変形例を説明する説明図である。
【図２６】図２６は図２５に示す突出部５２を上方より眺めた図である。
【図２７】図２７は突出部５２の変形例を説明する説明図である。
【図２８】図２８は図２７に示す突出部５２を上方より眺めた図である。
【図２９】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。
【図３０】図３０は一体形成された風向板５７および水落板５８の上面図である。
【図３１】図３１は一体形成された風向板５７および水落板５８の側面図である。
【図３２】図３２は一体形成された風向板５７および水落板５８を本体部４０に取り付けた状態を示す説明図である。
【図３３】図３３は風向板５７の変形例を説明する説明図である。
【図３４】図３４は風向板５７の変形例を説明する説明図である。
【図３５】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。
【符号の説明】
【０００９】
１      燃料電池スタック
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
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
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。【００１１】
図１は、燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池システムは、燃料ガス（例えば、水素）と、酸化剤ガス（例えば、空気）とを電気化学的に反応させて発電電力を発生する燃料電池スタック１を主体に構成されている。燃料電池スタック１は、電解質および電極触媒複合体を挟んで酸化剤極（カソード）と燃料極（アノード）とを対設した燃料電池構造体をセパレータで挟持して、これを複数積層して構成されている。この燃料電池システムには、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系とが備えられている。【００１２】
水素系において、燃料ガスである水素は、高圧水素ボンベといった燃料タンク２に貯蔵された状態から、水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。水素供給流路Ｌ1には、水素調圧弁３が設けられており、燃料電池スタック１へ供給される水素の圧力が所望の値となるように、その開度が制御される。燃料電池スタック１の燃料極からの排出ガス（未使用の水素等を含むガス）は、水素循環流路Ｌ2へと排出される。この水素循環流路Ｌ2は、他方の端部が水素供給流路Ｌ1の燃料電池スタック１よりも上流側に接続されている。この水素循環流路Ｌ2には、水素循環手段（例えば、水素循環ポンプ４）が設けられている。水素循環ポンプ４を駆動することにより、燃料電池スタック１の燃料極側からの排出ガスは、燃料電池スタック１の燃料極の水素の供給側へと循環される。これにより、燃料電池スタック１における反応効率の向上を図ることができる。【００１３】
空気系において、酸化剤ガスである空気は、例えば、大気がコンプレッサ５によって加圧され、空気供給流路Ｌ3を介して燃料電池スタック１に供給される。この空気供給流路Ｌ3には、加湿装置（図示せず）が設けられており、燃料電池スタック１に供給される空気は、燃料電池スタック１の発電性能を低下させない程度に加湿される。燃料電池スタック１からの排出ガスは、空気排出流路Ｌ4を介して外部（大気）へと排出される。この空気排出流路Ｌ4には、空気調圧弁６が設けられている。空気調圧弁６は、燃料電池スタック１へ供給される空気の圧力および流量が所望の値となるように、その開度が、コンプレッサ５の駆動量（回転数）とともに制御される。【００１４】
燃料電池スタック１を構成する個々の燃料電池セルの燃料極側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子とに変換する反応が行われる。この水素イオンは電解質膜中を酸化剤極側に移動し、酸化剤極側では酸素と水素イオンおよび電子から水を生成する反応が行われる。酸化剤極側で生じた生成水は、酸化剤極から排出される空気とともに空気排出流路Ｌ4に排出されるものの、一方で、電解質膜を通して燃料極側へと移行する。燃料極側へと移行した生成水は、燃料極から排出される排出ガスとともに水素循環流路Ｌ2に排出される。この生成水が水素循環ポンプ４へと流入した場合には、動作の不具合を引き起こしたり、また、この生成水が燃料電池スタック１へと流入した場合には、燃料ガスの反応面積を減少させたりする原因となる。そのため、水素循環流路Ｌ2には、例えば、水素循環ポンプ４よりも上流側に、排出ガス中に含まれる水を分離して、水素ガスを下流側へと供給する気液分離装置１０が設けられている。【００１５】
図２は、気液分離装置１０を示す概略構成図である。気液分離装置１０は、天板２０と、貯水部（貯蔵部）３０と、本体部４０とを主体に構成されており、天板２０と貯水部３０との間に本体部４０を配置した格好となっている。この気液分離装置１０は、これらの部材が互いに組み付けられた一体構造を有しており、天板２０が鉛直方向の上方に、貯水部３０が鉛直方向の下方に位置する状態で水素循環流路Ｌ2にレイアウトされる。なお、本実施形態では、天板２０、本体部４０、貯水部３０は、それぞれが独立した部材として構成されているが、後述する個々の機能を奏する限り、天板２０と本体部４０、或いは、本体部４０と貯水部３０といったように、種々の部材が一体的に構成されていてもよい。【００１６】
気液分離装置１０は、本体部４０の内部領域である分離空間Ｓ1と、貯水部３０の内部領域である貯水空間Ｓ2とを含む一連の空間を有している。水素循環流路Ｌ2を流れる循環ガス（ミスト状の水や水素を含む燃料電池の燃料極側からの排出ガス）は、気液分離装置１０の分離空間Ｓ1へ取り込まれ、この分離空間Ｓ1において、循環ガス（流体）を水素ガス（気体）と水（液体）とに分離する。分離された水素ガスは、分離空間Ｓ1から水素循環流路Ｌ2へと排出され、また、分離された水（以下「分離水」という）は、貯水空間Ｓ2に貯えられる。ここで、水素循環流路Ｌ2を流れる循環ガスには、水素ガス以外の気体成分、例えば、窒素ガス等が含まれているものであるが、本明細書では、便宜上、循環ガス中の気体成分には水素ガスのみが含まれているものとする。【００１７】
天板２０は、板状の部材であり、本体部４０の上面側に取り付けられることにより、分離空間Ｓ1を密閉する。また、天板２０と本体部４０との取付面の間には、リング状のパッキン（図示せず）が設けられており、天板２０と本体部４０との間のシール性を高めるような工夫が施されている。【００１８】
図３は、貯水部３０の上面図であり、図４は、貯水部３０の正面図であり、図５は、貯水部３０の底面図である。貯水部３０は、鉛直方向に延在した円筒形状の内部空間（貯水空間Ｓ2）を備えており、本体部４０の分離空間Ｓ1において分離された水を貯水空間Ｓ2に貯める機能を担っている。この貯水部３０は、その上面３１側が開口した形状となっており、本体部４０の下面側に取り付けられることにより、貯水空間Ｓ2が本体部４０の分離空間Ｓ1と連通する。一方、貯水部３０の下面３２側には、図示しない外部配管と貯水空間Ｓ2との間を接続する排水流路３３が形成されている。外部配管には、開閉バルブ（図示せず）が設けられており、必要に応じて開閉バルブを開くことにより、排水流路３３および外部配管を介して貯水空間Ｓ2内に貯まった分離水が外部に排出される。なお、貯水空間Ｓ2に貯えられた分離水の水位は、図４に一点鎖線で示すように、傾きや揺れによる水位変動（例えば、車両搭載時によるもの）を考慮して、後述する跳ね上げ防止板３６が浸水しない程度の水位を貯水可能な上限水位とし、循環ガスが排水流路３３から排出されない程度の水位を排出可能な下限水位とすることが望ましい。【００１９】
貯水部３０には、上面３１と下面３２との間を鉛直方向に貫通する内部流路３４が形成されている。下面３２側に開口する内部流路３４の端部には、水素循環流路Ｌ2が接続可能となっている。そのため、水素循環流路Ｌ2を流れる循環ガスは、内部流路３４を介して、鉛直方向の下方から上方にかけて貯水部３０の内部を流れ、そして、本体部４０へと供給される。また、上面３１側に開口する内部流路３４の端部には、開口部の周囲をリング状に突出させたシール部３５が形成されている。このシール部３５は、内部流路３４を介して本体部４０側に循環ガスを供給する際に、循環ガスに含まれる水が、貯水部３０と本体部４０との隙間から漏れ出さないように、両者３０，４０の隙間をシールする機能を担っている。【００２０】
図６は、跳ね上げ防止板３６の説明図であり、図７は、跳ね上げ防止板３６の拡大側面図である。跳ね上げ防止板３６は、中央に開口が形成された板状の部材であり、貯水部３０の貯水空間Ｓ2に内接した格好で取り付けられている。この跳ね上げ防止板３６は、貯水部３０に振動等が加わることにより、貯水空間Ｓ2に貯まった水が跳ね上げられ、これが本体部４０の分離空間Ｓ1に流入することを規制する機能を担っていることから、図４に示すように貯水部３０の上限水位より上方近傍に設置することが好ましい。跳ね上げ防止板３６は、図６および図７に示すように、板材を上方に切り起こすことによって断続的に隆起させた直線状の波状部３７を、隣り合うように複数並べて構成されている。この際、互いに隣り合う波状部３７は、個々の切り起こし位置が相対的にオフセットするような格好で並列している。この波状部３７において、板材を切り起こした部分に生じる隙間が分離水の落とし穴３８として機能する。この落とし穴３８は、その形状に起因して、自己を境に上方から下方にかけての水の流れを許容するものの、下方から上方への水の流れを妨げる。これにより、分離空間Ｓ1において分離された分離水が貯水空間Ｓ2へ流入することを妨げることなく、貯水空間Ｓ2から分離空間Ｓ1への分離水の流入を抑制することができる。その結果、循環ガスに含まれる水の分離性能の向上を図ることができる。なお、跳ね上げ防止板３６は、図２の一点鎖線で示すように、種々の形態で貯水空間Ｓ2に取り付けることが可能である。例えば、跳ね上げ防止板３６は、その水分離機能を向上させる場合には、本体部４０と貯水部３０の接合部近傍で、後述する水落リング５０と相反する角度で傾斜させて取り付けることが好ましい。また、跳ね上げ防止板３６は、多孔質体や網状部材でもよいが、上述した構造を採用することにより、分離水の流入を効果的に抑制することができる。また、跳ね上げ防止板３６は、その中央を開口させないことも可能であるが、開口させることで排水性を向上することができる。【００２１】
図８は、本体部４０の上面図であり、図９は、図８に示す本体部４０のＢＢ断面図であり、図１０は、本体部４０の底面図である。本体部４０は、その上面４１側と下面４２側とがともに開口した形状となっており、側壁面４３によって形成される円筒形状の内部空間（分離空間Ｓ1）が鉛直方向へと延在している。この分離空間Ｓ１は、この空間内に供給された循環ガスが側壁面４３に沿って旋回することにより、循環ガスを水素ガスと水とに分離する分離室としての機能を担っている。【００２２】
貯水部３０側の取り付け面である本体部４０の下面４２には、凹状に窪んだ溝部４４が形成されている。この溝部４４は、本体部４０に貯水部３０が取り付けられた際には、貯水部３０の内部流路３４から供給される循環ガスを分離空間Ｓ1へと導く流路として機能する。このような溝部４４を形成することにより、側壁面４３の下面４２側には、分離空間Ｓ１に循環ガスが流入する供給口４５が形成される。また、本実施形態では、供給口４５から流入する循環ガスが側壁面４３に沿って分離空間Ｓ1へと進入するように、溝部４４は、側壁面４３の接線方向に延在するように形成されている。さらに、溝部４４は、本体部４０の下面４２内において略Ｌ字状に屈曲した形状に形成されている。【００２３】
一方、天板２０側の取り付け面である本体部４０の上面４１にも、凹状に窪んだ溝部４６が形成されている。この溝部４６は、本体部４０に天板２０が取り付けられた際には、本体部４０内部の内部流路４７を介して、分離空間Ｓ1において分離された水素ガスを外部へと排出する流路として機能する。このような溝部４６を形成することにより、側壁面４３の上面４１側には、分離空間Ｓ1において分離された水素ガスが流出する排出口４８が形成される。また、本実施形態では、分離空間Ｓ1を旋回する水素ガスがスムーズに排出口４８へと流入するように、溝部４６は、側壁面４３の接線方向に延在するように形成されている。この溝部４６と接続する内部流路４７は、この溝部４６との接続位置から、一旦、鉛直方向に下った後に、水平方向へと屈曲し、本体部４０の側面へと貫通する流路形状を備えている。そして、本体部４０の側面に開口した内部流路４７の端部には、水素循環流路Ｌ2の下流側が接続可能となっている。なお、内部流路４７の流路形状は本実施形態に限定されないが、本実施形態のように一旦鉛直方向に下げることで、図８に示すように、本体部４０と、本体部４０から循環ガスを排出するための配管との接続箇所が容易に形成できるという効果がある。【００２４】
本体部４０の分離空間Ｓ１には、排出口４８と供給口４５との間に水落リング５０が設けられている。この水落リング５０は、中央領域に開口が形成された板状の部材で構成されており、分離空間Ｓ1を形成する側壁面４３に内接されている。水落リング５０は、自己に形成された開口に応じて分離空間Ｓ1の内径を縮小することにより、循環ガスが供給口４５から分離空間Ｓ1に流入する際に、供給口４５において飛沫した水が上方へと進入することを抑制し、これにより、水の分離性能を向上させる効果を奏する。特に本実施形態では、水落リング５０は、供給口４５側を下側に傾斜させた格好で側壁面４３に内接されている。この傾斜形態により、供給口４５において飛沫した水を抑制する面積が最大となり、分離性能の向上を一層図ることができる。なお、水落リング５０の中央に設けられた開口の面積は、圧力損失及び水の飛沫を考慮して決定することができ、例えば、跳ね上げ防止板３６の中央に設けられた開口よりも大きくしてもよい。【００２５】
この本体部４０において、貯水部３０の内部流路３４から供給された循環ガスは、本体部４０の下面４２側の溝部４４を介して、供給口４５から分離空間Ｓ1へと流入すると、側壁面４３に沿って分離空間Ｓ1の内部を旋回する。分離空間Ｓ1では、旋回流に伴う遠心力が作用するため、比重の重い水は、側壁面４３へと導かれ、これによって、水素ガスと水との分離が行われる。この分離作用により水が分離された循環ガス（水素ガス）は、排出口４８から、本体部４０の上面４１側の溝部４６および内部流路４７を介して水素循環流路Ｌ2へと排出される。【００２６】
ところで、分離水は、遠心力によって側壁面４３に付着し、これが凝集すると自重によって貯水部３０側へと落下するものの、分離空間Ｓ１内の旋回流の影響を受けることにより、側壁面４３を移動して、排出口４８に流入してしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、分離空間Ｓ１を形成する本体部４０の側壁面４３に、分離水を貯水部３０側へと導くための誘導部（液体誘導部）４９が形成されている。誘導部４９は、側壁面４３の表面から分離空間Ｓ1の中心方向に突出した凸状の突起によって構成されており、側壁面４３を鉛直方向の上方から下方にかけて螺旋状に延在している。この誘導部４９の螺旋方向は、鉛直方向の上方から下方にかけて、分離空間Ｓ１に供給された循環ガスが旋回する回転方向ＤＲに傾斜した格好となっている。この誘導部４９を設けることにより、側壁面４３を旋回流に沿って移動する分離水は、誘導部４９へと到達すると、螺旋状の突起に沿って下方（貯水部３０側）へと導かれる。これにより、側壁面４３に付着した分離水を、効果的に貯水部３０へと導くことができる。また、本実施形態では、誘導部４９は、側壁面４３の周方向にかけて、それぞれが異なる位置に３箇所形成されている。これにより、個々の誘導部４９によって分離水を誘導することができるので、分離水をより効果的に貯水部３０へと導くことできる。【００２７】
図１１は、誘導部４９の突起形状を説明する説明図である。分離水を下方へと効率的に導くために、誘導部４９は、以下に示すような構造上の工夫がさらに施されている。まず、分離空間Ｓ１を旋回する旋回流の上流側に相当する面（側面）４９ａの起立角度αが鋭角に形成されている。これにより、側壁面４３を移動する分離水が、誘導部４９の突起部分を乗り越え難くなるため、分離水の誘導効果を高めることができる。また、旋回流の下流側に相当する面（側面）４９ｂの起立角度βは、その上流側に相当する面４９ａの起立角度αよりも緩やかに形成されている。これにより、側壁面４３を移動する分離水が、誘導部４９の突起部分を乗り越えた場合であっても、その突起の先端部において飛沫する量を低減することができる。また、誘導部４９は、その突起部分の表面形状が、旋回流の上流側から下流側にかけて微細に起伏した形状となっている。これにより、誘導部４９における分離水の移動速度を抑制することができるので、その突起部分を乗り越え難くすることができる。これにより、分離水の誘導効果を高めることができる。【００２８】
このように本実施形態によれば、気液分離装置１０は、鉛直方向に延在する分離空間Ｓ1において循環ガスを水と水素ガスとに分離する本体部４０と、この分離空間Ｓ1を形成する側壁面４３に設けられ、循環ガスが分離空間Ｓ1へと流入する供給口４５と、側壁面４３に設けられ、分離された水素ガスが分離空間Ｓ1から流出する排出口４８とを有している。ここで、排出口４８は、供給口４５よりも上方に設けられている。これにより、排出口４８は、排出口４８を介して分離空間Ｓ1から流出する水素ガスが、この空間Ｓ1内に存在する分離された分離水の影響を受け難い構成となる。具体的には、分離空間Ｓ1に流入した循環ガスは、側壁面４３に沿って旋回しながら、下方から上方へと向かう。そのため、分離した水の落下方向と対向する側へと循環ガスが向かうこととなり、排出口４８へと流入する水素ガスに水が含まれ難くなり、水素ガスと水との分離性能の向上を図ることができる。また、本実施形態によれば、供給口４５と排出口４８とがそれぞれ分離空間Ｓ1を形成する側壁面４３に設けられている。そのため、分離空間Ｓ1における循環ガスの旋回性能が向上し、これにより、鉛直方向のスペースを拡大することなく、分離性能の向上を図ることができる。【００２９】
また、本実施形態において、気液分離装置１０は、本体部４０の下面４２に溝部４４が形成されており、これにより、鉛直方向の下方（貯水部３０）側から供給される循環ガスを、水平方向へと進路を変えた後に供給口４５へと導く流路を備えている。供給される循環ガスの向きを変えることにより、流路の壁面において水が凝集し、その結果、循環ガス中の水は、その粒径が大きくなった状態で分離空間Ｓ1に流入する。このため、分離空間Ｓ1において、容易に水を分離することが可能となる。【００３０】
また、この溝部４４によって構成される本体部４０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４３の接線方向に沿って供給口４５へと導くような屈曲した形状を有している。循環ガスが低流量の状態では、凝集した水が逆流したり、水だまり等によって流路が閉塞したりする虞があるが、流路を屈曲させることにより、このような不都合を解消することができる。また、循環ガスを側壁面４３の接線方向に沿って供給口４５へと導くことにより、供給口４５に付着した水分が飛沫するといった事態を抑制することができる。【００３１】
図１２は、分離性能を示す説明図である。同図に示す縦軸は、供給された循環ガスに対する水の分離率（％）の実験結果が示されている。この実験では、循環ガスの流量条件として、ガス流量を７００Ｌ／ｍｉｎ、水分量を７００ｃｃ／ｍｉｎとしている。ここで、プロットＡは、従来品、すなわち、分離空間内に誘導部４９および水落リング５０を備えない形態の気液分離装置の実験結果であり、概ね６５％程度の分離率となっている。一方、プロットＢ〜Ｄは、本実施形態に示す気液分離装置１０の実験結果を示している。プロットＢは、分離空間Ｓ1に水落リング５０のみを備えた場合の実験結果であり、概ね８０％程度の分離率となっている。また、プロットＣは、分離空間Ｓ1に水落リング５０を設けるとともに、誘導部４９を円周方向に３箇所形成した場合の実験結果であり、概ね９０％程度の分離率となっている。一方、プロットＤは、分離空間Ｓ1に水落リング５０を設けるとともに、誘導部４９を円周方向に７箇所形成した場合の実験結果であり、概ね９０％強の分離率を示している。このような実験結果から分かるように、水落リング５０を併用した場合には、誘導部４９を円周方向に３箇所以上設けることにより、９０％以上の分離率を確保することができる。【００３２】
なお、上述した記載では、気液分離装置１０の好ましい実施形態を説明したが、この気液分離装置１０を構成する各種の要素は、それらが有する機能を奏する範囲において種々の変形が可能である。まず、誘導部４９は、本体部４０の側壁面４３を突起形状に形成した構成となっているが、本発明はこれに限定されない。図１３に示すように、誘導部４９は、側壁面４３の内側へと窪んだ凹状の溝によって形成してもよい。かかる形態であっても、側壁面４３を旋回流に沿って移動する分離水は、誘導部４９へと到達すると、螺旋形状の溝に従って下方（貯水部側）へと導かれる。これにより、側壁面４３に付着した分離水を、効果的に貯水部３０へと導くことができる。また、例えば、誘導部４９は、コイルによって形成することも可能である。具体的には、側壁面４３の内径よりも大きな外径を備えるコイルを用意し、このコイルを内側に縮めた状態で、本体部４０の分離空間Ｓ1内に挿入し、自身の付勢力とともに側壁面４３に接着させてもよい。この場合、図１４に図９のＡ−Ａ’断面を示すように、側壁面４３に接着された状態でコイルが取り付けられる。また、図１５に示すように、側壁面４３に予め溝を形成した後に、コイルを接着させてもよい。これにより、コイル自身の厚みが突起として機能することにより、上述した突起形状の誘導部４９と同様の作用・効果を奏することができる。【００３３】
図１６および図１７は、水落リング５０の変形例を示す説明図である。本実施形態では、水落リング５０は、供給口４５側に傾斜させて取り付けているが、図１６に示すように、水落リング５０が水平となるように取り付けてもよい。また、水落リング５０を独立した部材で構成する以外にも、図１７に示すように、側壁面４３の内径を段階的に相違させることにより、鉛直方向と直交する分離空間Ｓ1の断面形状を、供給口４５側から排出口４８側にかけて段階的に縮小させた形状としてもよい。このような形状であっても、独立部材として構成した水落リング５０と同様の作用・効果を奏することができる。【００３４】
ところで、側壁面４３に形成された供給口４５の付近では、供給口４５からの循環ガスの流入によって、側壁面４３に付着した分離水が分離空間Ｓ1に飛沫してしまう可能性がある。そこで、分離空間Ｓ1の内部を旋回する旋回流と、供給口４５からの流入流との合流部近傍（例えば、供給口４５近傍であって排出口４８側）に水落板５１を設けてもよい。この水落板５１は、図１８に示すように、側壁面４３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を、側壁面４３から起立させることによって構成されている。この水落板５１を設けることにより、側壁面４３を旋回流に沿って移動する分離水は、鉛直方向に延在する水落板５１によって進路が妨げられるので、供給口４５から流入する循環ガスによって飛沫するといった事態の発生を抑制することができる。【００３５】
また、本実施形態では、供給口４５と排出口４８とを近接させることで、分離性能の向上及びコンパクト化を両立でき、車両に対して容易に搭載することが可能となる。【００３６】
なお、本実施形態では、気液分離装置１０を、水素循環流路L２の水素循環ポンプ４よりも上流側に設置したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１に一点鎖線で示したように、空気排出流路Ｌ４の空気調圧弁６よりも下流側に設置することもできるし、空気供給流路Ｌ３に設置することもできる。さらに、本実施形態では、燃料電池システムとして、高圧水素ボンベを例示したが、例えば、燃料改質器を用いることもできる。この場合、気液分離装置１０は、燃料供給流路Ｌ１の図示しない燃料改質器と燃料電池スタック１の間に設けることもできる。いずれの場合も、反応ガス(燃料ガスや酸化剤ガス)から過剰な水分を取り除くことができる。また、回収した水は、例えば空気供給流路L３に設けられた図示しない加湿器に供給してもよい。【００３７】
（第２の実施形態）
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。【００３８】
図１９は、本体部４０の上面図であり、図２０は、図１９に示す本体部４０の断面図である。突出部５２は、側壁面４３に形成された排出口４８から分離空間Ｓ1の中心部へと突出した構造となっており、両端が開放された筒状の中空部材５３によって構成されている。この中空部材５３は、その一方の端部が排出口４８側に接続されており、他方の端部（先端部）が分離空間Ｓ1の中心部近傍まで延在している。換言すれば、本実施形態の本体部４０は、この突出部５２により、排出口４８が、分離空間Ｓ1の中央領域近傍に向けて延びている構成となっている。中空部材５３は、排出口４８との気密性を確保するために、その一方の端部が排出口４８の内部へと進入して嵌合した格好となっているとともに、その端部にはガスケット５４が取り付けられている。なお、ガスケット５４を取り付けないことも可能であるが、取り付けることにより、接合部間からの流出を防止できる。【００３９】
図２１は、突出部５２を先端部側から眺めた図であり、図２２は、突出部５２を上方より眺めた図である。突出部５２を構成する中空部材５３は、その中空領域の断面が矩形形状を有しており、この中空領域の断面形状が、先端部側からガスケット５４側にかけて拡幅した形状を有している。【００４０】
図１９を参照するに、第２の実施形態において、本体部４０は、第１の実施形態に示した水落リング５０および誘導部４９は有していないが、これらに代えて遮水板５５が設けられている。遮水板５５は、循環ガスを通過させる複数の通気口を有する板状の部材であり、分離空間Ｓ1を形成する側壁面４３に内接されている。この遮水板５５は、本体部４０の排出口４８と供給口４５との間に設けられており、供給口４５側に傾斜した格好となっている。遮水板５５の具体的な構成は、図６および図７に示すように、第１の実施形態における跳ね上げ防止板３６と同様のものであり、板材を上方に切り起こすことによって断続的に隆起させた直線状の波状部を、隣り合うように複数並べて構成されている。換言すれば、波状部を構成する切り起こし部分が、複数の通気口としての機能を担うこととなる。なお、遮水板５５の波状部のピッチ間隔は、跳ね上げ防止板３６のそれよりも大きく形成されており、分離空間Ｓ1を旋回する旋回流の流れを極力妨げることがないように工夫されている。【００４１】
このように本実施形態によれば、排出口４８は、排出口４８を介して分離空間Ｓ1から流出する水素ガスが、この空間Ｓ1内に存在する分離された分離水の影響を受け難い構成となる。具体的には、突出部５２によって、水分の少ない分離空間Ｓ1の中央部から水素ガスを排出口４８側へ導くことで、排出口４８が分離空間Ｓ1の中央領域近傍に向けて延びている構成となり、水分を含まない水素ガスを有効に排出することができる。また、水素ガス中の水分は、遠心力によって分離空間Ｓ1を形成する側壁面４３に付着し、付着した水分は自重によって貯水部３０に落下するので、連続した水の分離を行うことが可能となる。【００４２】
本実施形態において、突出部５２は、排出口４８の内部に進入して嵌合した中空部材５３で構成されている。これにより、側壁面４３や天板２０に付着した水が排出口４８へ流入することを抑制することができる。これにより、水素ガスと水との分離性能の向上を図ることができる。さらに、中空部材５３の中空領域の断面形状を先端部側から拡幅した形状とすることにより、圧力損失を抑制することができるので、水素ガスの流出性能の向上を図ることができる。【００４３】
なお、本実施形態では、水素ガスを排出口４８側へと導く突出部５２として中空部材５３を用いているが本発明はこれに限定されず、図２３から図２８に例示するように、種々の形態を採用することができる。例えば、図２３から図２６に示すように、突出部５２は、一枚以上の板状部材５６で構成してもよい。この場合、突出部５２を構成する板状部材５６は、側壁面４３に付着した水が排出口４８へと流入することを妨げるように、排出口４８に接続される。図２３は突出部５２の変形例を説明する説明図であり、図２４は図２３に示す突出部５２を上方より眺めた図である。図２３および図２４に示す例では、突出部５２は、３枚の板状部材５６で構成されており、この３枚の板状部材５６によって凹状の流路を構成する形態となっている。このような突出部５２を排出口４８へと接続することにより、分離空間Ｓ1の中心部の水素ガスを排出口４８へと導くことができ、また、側壁面４３から排出口４８へと水が流入することを抑制することができる。なお、図２３において一点鎖線で示すように、上記凹状の流路を天板２０に接続させることで、中空部材を形成することができる。【００４４】
図２５は突出部５２の変形例を説明する説明図であり、図２６は図２５に示す突出部５２を上方より眺めた図である。図２５および図２６に示す例では、突出部５２は、２枚の板状部材５６で構成されており、この２枚の板状部材５６によって略Ｌ字上の流路（ここで、板状部材５６の一つはガスの旋回流方向(図中矢印)に対向させて設置されている）を構成する形態となっている。このような突出部５２を排出口４８へと接続することにより、分離空間Ｓ1の中心部の水素ガスを排出口４８へと導くことできるとともに、側壁面４３から排出口４８へと水が流入することを抑制することができる。なお、流出する水素ガスの圧力損失の低減を図るといった観点から、図２５および図２６に示すように、排出口４８側に位置する流路の幅が拡大するように、板状部材５６の一部を変形させることも有効である。これに対して、突出部５２を中空部材５３で構成する場合には、この断面形状は矩形に限定される必要はなく、例えば、図２７および図２８に示す円形状といったように、種々の形状を採用することができる。【００４５】
（第３の実施形態）
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。【００４６】
なお、第３の実施形態において、本体部４０の内部空間には、第２の実施形態に示す遮水板５５は取り付けられていない。一方で、天板２０には、本体部４０に接合する接合面に、鉛直方向に起立する柱状の旋回中心部２１が設けられている。この旋回中心部２１は、天板２０と本体部４０とが接合された際に、本体部４０の分離空間Ｓ1の中心部を貫通するような位置に設けられており、貯水部３０の貯水空間Ｓ2へとその先端部が到達する程度の長さを有している。旋回中心部２１は、分離空間Ｓ1内における旋回流の旋回中心としての役割を果たしたりする。なお、この旋回中心部２１は、例えば中空部材であり、内部に貯水空間Ｓ２に貯まった水の水位を検出するレベルセンサ２２を設けることができる。このような旋回中心部２１を設けた構成では、突出部５２は、旋回中心部２１の近傍まで突出している形態であることが好ましく、また、突出した先端部が、旋回中心部２１の外周形状と対応した形状を有していることが望ましい。これにより、旋回中心部２１に沿って旋回する中心部の水素ガスを効果的に排出口４８へと導くことが可能となる。【００４７】
本実施形態における特徴の一つである風向板５７は、分離空間Ｓ1に供給された循環ガスが旋回する回転方向ＤＲを基準に、排出口４８から供給口４５までの間の側壁面４３に設けられている。風向板５７は、側壁面４３から旋回中心部２１に向かって起立した板状部材を、側壁面４３の上方から下方にかけて鉛直方向に延在させることによって構成されている。この風向板５７によって、循環ガスが供給口４５から排出口４８に直接的に流入することを抑制することができる。そのため、分離空間Ｓ1における循環ガスの旋回が促され、水を分離するための遠心力が得られるので、分離性能の向上を図ることができる。【００４８】
ここで、風向板５７は、分離空間Ｓ1の中央部へと延びた板状部材の先端部５７ａが、旋回中心部２１の近傍まで到達している。より具体的には、風向板５７は、板状部材の先端部５７ａが旋回中心部２１より供給口４５側に傾いた格好となっているとともに、板状部材の先端部５７ａが、供給口４５より流入する循環ガスから旋回中心部２１をカバーする位置まで到達する程の形状となっている。このような風向板５７によって、旋回中心部２１に水を含む循環ガスが付着することを抑制することができる。【００４９】
水落板５８は、分離空間Ｓ1における旋回流の回転方向ＤＲに沿って、供給口４５から排出口４８までの間の側壁面４３に設けられており、この側壁面４３から起立した板状部材を、側壁面４３の上方から下方にかけて鉛直方向に延在させた構成となっている。この水落板５８を設けることにより、側壁面４３を旋回流に沿って移動する分離水は、鉛直方向へと延在する板状の水落板５８において凝集されて、下方（貯水部側）へと導かれる。これにより、側壁面４３に付着した分離水を、効果的に貯水部３０へと導くことができるので、水素ガスと水との分離性能の向上を図ることができる。【００５０】
また、より好ましくは、水落板５８は、旋回流の回転方向ＤＲにかけて、供給口４５から排出口４８までの間の中間部、或いは、この中間部よりも排出口４８側に設けられていることが好ましい。これにより、より分離水が集中しやすい部位に水落板５８を設けることができるので、水素ガスと水との分離性能の向上を一層図ることができる。なお、水落板５８は、これを単独で設けることのみならず、複数箇所に設けてもよい。この場合、図２９の一点鎖線で示すように、水落板５８は、本実施形態で設置した箇所よりも、旋回流の回転方向ＤＲにかけて下流側に設けることが好ましい。これにより、側壁面４３に付着した分離水を、個々の水落板５８において貯水部３０へと導くことができるので、水素ガスと水との分離性能の向上を図ることができる。【００５１】
このように本実施形態によれば、風向板５７および水落板５８を設けることにより、水素ガスと水とを効果的に分離することができる。なお、風向板５７および水落板５８は、図３０および図３１に示すように、側壁面４３に沿った湾曲面を備える板状部材５９の両端部を屈曲させることにより一体的に形成しておき、図３２に示すように、この板状部材５９を側壁面４３に蝋付け、溶接等により固着することによって構成してもよい。ここで、図３０は、一体形成された風向板５７および水落板５８の上面図であり、図３１は、一体形成された風向板５７および水落板５８の側面図である。また、図３２は、一体形成された風向板５７および水落板５８を本体部４０に取り付けた状態を示す説明図である。かかる手法によれば、風向板５７および水落板５８を簡易な手法で設けることができるので、側壁面４３に加工を施す必要がなくなり、製造工程を簡素化することができる。また、本実施形態では、風向板５７および水落板５８を一体形成したが、図３０および図３１に一点鎖線で示すように、さらに中空部材５３を加えて一体形成することで、生産性をさらに向上させることができる。なお、風向板５７および水落板５８が一体形成された板状部材５９と、側壁面４３との間を、液体状のガスケットによってシールすれば、分離水が排出口４８側に流入するといった事態を抑制することができる。【００５２】
また、図３３に示すように、風向板５７は、板状部材の先端部に、供給口４５側へと突出した凸状の水落とし部６０を有していてもよい。これにより、風向板５７に付着した分離水が再度飛沫してしまうといった事態の発生を抑制することができる。【００５３】
なお、上述した実施形態では、天板２０に旋回中心部２１を備える形態について説明したが、第１または第２の実施形態に示すように、天板２０に旋回中心部２１を設ける必要は必ずしもない。このケースでは、図３４に示すように、風向板５７は、板状部材の先端部が分離空間Ｓ1の中心部まで到達するような構成とすればよい。このような構成であっても、循環ガスが供給口４５から排出口４８に直接流れることを抑制することができる。これにより、分離空間Ｓ1における循環ガスの旋回が促され、水を分離するための遠心力が得られるので、分離性能の向上を図ることができる。【００５４】
（第４の実施形態）
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。【００５５】
さらに、本実施形態では、図３５に示すように、分離空間Ｓ１を大きくした点、突出部５２及び風向板５７の先端が分離空間Ｓ１の中心部から若干離れている点、突出部５２が直線的なストレート形状である点、中空部材５３を直方体形状としている点が特徴の一つとして挙げられる。このような構成を採用することにより、圧力損失を抑えた状態で水が分離されたガスを循環させることができる。なお、分離空間Ｓ１は、水平方向の切断面において、円形状に限定されず、楕円形状であってもよい。【００５６】
以上、第１から第３の実施形態を用いて、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した記載に限定されるものではなく、そこに開示された手法を適宜組み合わせて気液分離装置１０を構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
燃料電池システムの燃料ガスの循環系のみならず、気液が混合した流体を気体と液体とに分離する用途に汎用的に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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