(57)【要約】    【課題】  流体が不純物除去器を通過した後、液体が液体排出部へ、気体が気体排出部へ、各々移動する際に、液体が気体排出部に気体と共に巻き込まれることを防止することが可能であり、気液分離性を向上させることができる燃料電池システムを提供する。    【解決手段】  燃料電池１００から排出される流体が流通する排出通路１１及び１３に、流体に混入する不純物を除去する不純物除去器２０を配設し、不純物除去器２０の流体出口の下流に、気体排出部及び液体排出部が設けられ、気体排出部及び液体排出部の少なくとも一方と、不純物除去器２０との間に、流体出口から排出される流体中の液体が、気体排出部へ移動することを抑制する液体移動抑制手段を配設した。【選択図】    図２
2006073473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から排出される流体が流通する排出通路に、当該流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムであって、
前記不純物除去器の流体出口の下流に、気体排出部及び液体排出部が設けられ、当該気体排出部及び液体排出部の少なくとも一方と、当該不純物除去器との間に、前記流体出口から排出される流体中の液体が、前記気体排出部へ移動することを抑制する液体移動抑制手段を配設してなる燃料電池システム。
【請求項２】
前記液体移動抑制手段は、前記不純物除去器の流体出口に、前記液体の質量を増大させる液体質量増大手段を備えてなる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、前記液体質量増大手段が、当該複数の孔からなる請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記液体質量増大手段は、前記流体出口の所定領域に液体を集中させる液体集中手段を備えてなる請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記液体集中手段は、前記液体が前記所定領域に向けて移動するよう誘導する傾斜面を備えてなる請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記傾斜面は、前記気体排出部から離間するにしたがって、重力方向に向かうよう傾斜してなる請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、当該多孔部材により前記傾斜面を形成してなる請求項５または請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記複数の貫通孔の開口面積は、前記気体排出部から離間するにしたがって大きくなる請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記不純物除去器の流体入口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、前記傾斜面の傾斜角度によって決定される不純物除去器の流体通過方向の長さに応じて、当該流体入口の貫通孔の開口面積を決定する請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記不純物除去器の流体通過方向の長さが長くなるにしたがって、前記流体入口の貫通孔の開口面積を大きくしてなる請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記液体移動制御手段は、前記気体排出部の入口に設けられ、前記流体の流速を低下させる流体流速低下手段を備えてなる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記流体流速低下手段は、前記気体排出部の入口の開口面積が、当該気体排出部の下流側の開口面積よりも大きい構成を備えてなる請求項１１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記液体移動制御手段は、前記不純物除去器の流体出口と、前記気体排出部の入口との間に設けられ、前記流体の流れを偏向させる流体偏向手段を備えてなる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記流体偏向手段は、前記流体中の液体を所定方向に誘導する請求項１３記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記流体偏向手段は、前記気体排出部の入口に配設されてなる請求項１３または請求項１４記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記液体移動制御手段は、前記流体中の液体を、前記不純物除去器の流体出口から前記液体排出口へ誘導する液体誘導手段を備えてなる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記液体誘導手段は、前記液体を、前記気体排出部から離間する方向へ誘導する請求項１６記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記液体移動抑制手段は、前記気体排出部に設けられ、前記流体中の気体を通過させると共に、液体を捕集する液体捕集部材を備えてなる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記不純物除去器は、不純物除去部材と、当該不純物除去部材を収容するケースと、当該ケースによって画定されると共に、前記気体排出部の一部を構成する気体排出通路と、を備えてなり、前記ケースの上流側表面に、前記流体を当該不純物除去部材に流入させる流体入口を形成し、当該ケースの下流側表面に、当該不純物除去部材を通過した流体を排出する流体出口を形成してなる請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記不純物除去器を、気液分離器内に配設してなる請求項１ないし請求項１９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記気液分離器は、旋回流を発生させることにより気液を分離するよう構成される請求項２０記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにかかり、特に、燃料電池から排出される流体が流通する排出通路に、当該流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池を含む燃料電池システムでは、供給された水素の全てが電池反応に使用されるわけではない。しがたって、排出された未反応の水素を再度燃料電池に戻して有効利用する循環システムが採用されており、燃料電池から排出される排出ガスと、燃料電池の電池反応により生成された水（生成水）とが混合して存在する気液混合流体から水分を除去するための気液分離器が配設されている。
【０００３】
ここで、前記水素循環系内を流れるガスや水には、僅かではあるが、燃料電池やシステムの配管部品等から溶出した不純物が存在している。また、カソード系の外気より吸い込んだ空気からも不純物が入り込み、電解質膜を通過して水素循環系に混入することもある。特に燃料電池やシステムの配管部品等から溶出した不純物中に金属イオンが存在している場合は、燃料電池自身の機能低下や寿命低下に通じる虞がある。また、燃料電池内で生成される水が酸性になる場合もある。そこで、従来から、水素循環系内にイオン交換器を配設し、生成水やガス等による燃料電池の劣化を抑制する方法が採用されている。
【０００４】
近年では、燃料電池の生成水が排出される少なくとも一方の排出管の固体高分子型燃料電池側に設けられ、前記排出ガスに同伴する前記生成水中に含まれるイオンを除去する固体高分子型燃料電池システムが紹介されている。この固体高分子型燃料電池システムでは、前記生成水中に含まれるイオンを除去する手段として、イオン交換樹脂を利用し、フッ素イオンを除去することが開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、燃料電池のエア側排気マニホールドに、不純物除去部材を配置した燃料電池発電装置もある。（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１３４０４号公報
【特許文献２】特開平９−３１２１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、前記流体（気液混合体）は、前記不純物除去部材（イオン交換樹脂）を通過した後、液体は液体排出部へ移動し、気体は気体排出部へ移動することになるが、この時、液体が気体排出部に気体と共に巻き込まれることを防止し、気液分離性を向上させて、気体排出部には気体のみが供給されるようにする必要がある。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された固体高分子型燃料電池システムは、流体（気液混合体）を液体と気体とに分離した後、この分離された液体をイオン交換樹脂に通すことで、当該液体から不純物を除去するものである。すなわち、流体（気液混合体）の状態では、イオン交換樹脂を通過しないため、イオン交換樹脂を通過した液体が気体と共に、気体排出部へ巻き込まれることについては考慮する必要がない。したがって、当然のことながら、イオン交換樹脂を通過した液体が、気体と共に気体排出部へ巻き込まれることを防止するための構成については、開示されていない。
【０００８】
また、特許文献２に記載された燃料電池発電装置も、不純物除去部材を通過した液体が気体と共に、気体排出部へ巻き込まれることを防止し、気液分離性を向上させるための構成については記載されていない。
【０００９】
本発明は、従来の燃料電池システムを改良することを課題とするものであり、気液混合流体が不純物除去器を通過した後、液体が液体排出部へ、気体が気体排出部へ、それぞれ移動する際に、液体が気体排出部に気体と共に巻き込まれることを防止することが可能であり、気液分離性を向上させることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明は、燃料電池から排出される流体が流通する排出通路に、当該流体に混入する不純物を除去する不純物除去器を配設してなる燃料電池システムであって、前記不純物除去器の流体出口の下流に、気体排出部及び液体排出部が設けられ、当該気体排出部及び液体排出部の少なくとも一方と、当該不純物除去器との間に、前記流体出口から排出される流体中の液体が、前記気体排出部へ移動することを抑制する液体移動抑制手段を配設してなる燃料電池システムを提供するものである。
【００１１】
この構成を備えた燃料電池システムは、気体排出部及び液体排出部の少なくとも一方と、当該不純物除去器との間に、流体出口から排出される流体中の液体が、前記気体排出部へ移動することを抑制する液体移動抑制手段を備えているため、前記流体が不純物除去器を通過した後、液体が液体排出部へ移動し且つ気体が気体排出部へ移動する際に、当該液体が気体排出部に移動する（例えば、気体と共に巻き込まれる）ことを防止することができる。したがって、気液分離性能を向上させることができる。
【００１２】
この構成は、すなわち、前記流体が不純物除去器を通過した後、液体が液体排出部へ移動し且つ気体が気体排出部へ移動する際に、当該気体が液体と共に液体排出部に移動することを抑制する気体移動抑制手段としても機能している。
【００１３】
前記液体移動抑制手段は、前記不純物除去器の流体出口に、前記液体の質量を増大させる液体質量増大手段を備えてなることができる。このように構成することで、液体の質量を大きくすることができるため、気体に対する液体の運動（重力）エネルギを増加させることができ、気液を効率よく分離することができる。また、重力によって、当該液体を液体排出部にさらに移動し易くすることができる。さらに、前記液体の液滴を大粒化することができるため、当該液体が前記気体排出部に移動することをより一層防止することができる。
【００１４】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、前記液体質量増大手段が、当該複数の孔から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、前記液体は、前記各々の貫通孔に集まり、当該液体の液滴を大粒化することができる。
【００１５】
そしてまた、本発明にかかる燃料電池システムでは、前記液体質量増大手段は、前記流体出口の所定領域に液体を集中させる液体集中手段を備えて構成することができる。このように構成することでも、液体を集中させて質量を大きくすることができる。
【００１６】
前記液体集中手段は、前記液体が前記所定領域に向けて移動するよう誘導する傾斜面を備えていてもよい。また、前記傾斜面は、前記気体排出部から離間するにしたがって、重力方向に向かうよう傾斜させることができる。
【００１７】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、当該多孔部材により前記傾斜面を形成した構成を有することもできる。このように構成することで、重力によって、前記傾斜面に沿って液体を集中させることができると共に、集中した液体を、さらに前記各々の貫通孔に集めて液滴を大粒化することができる。したがって、前記液体が前記気体排出部に移動することをより一層確実に防止することができると共に、液体を液体排出部にさらに移動し易くすることができる。
【００１８】
そしてまた、前記不純物除去器の流体出口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、この流体出口に前記傾斜面を形成した場合、前記複数の貫通孔は、その開口面積が、前記気体排出部から離間するにしたがって大きくなるように形成することができる。このように構成することで、液体が集中している部分を前記気体排出部から遠ざけることができると共に、前記気体排出部を、前記液体が集中する部分よりも上方に配設することができるため、前記液体が前記気体排出部に移動することをより一層確実に防止することができる。
【００１９】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、前記不純物除去器の流体入口が複数の貫通孔が形成された多孔部材からなり、前記傾斜面の傾斜角度によって決定される不純物除去器の流体通過方向の長さに応じて、当該流体入口の貫通孔の開口面積を決定することもできる。このように構成することで、不純物除去器の流体入口側から流体出口までの長さ（液体が通過する距離）に違いがあっても、当該長さが長い部分ほど流体出口から液体が排出し易くなるため、液体の排出処理をよりスムーズに行うことができる。
【００２０】
そしてまた、前記流体入口の貫通孔は、前記不純物除去器の流体通過方向の長さが長くなるにしたがって、その開口面積が大きくなるよう形成することができる。このように構成することで、不純物除去器の流体入口側から流体出口までの長さが長い領域には、比較的大量の流体が流入し、流体入口側から流体出口までの長さが短い領域には、比較的少量の流体が流入することになるため、不純物除去器の流体入口から流体出口までの長さに違いがあっても、液体の通過長さに対する液体の流量を一定に補完することができ、不純物除去器を、より一層効率よく使用することができる。
【００２１】
さらにまた、本発明にかかる燃料電池システムの液体移動制御手段は、前記気体排出部の入口に設けられ、前記流体の流速を低下させる流体流速低下手段を備えてなることができる。このように構成することで、流体の速度が遅くなるため、気体によって、質量の重い液体が巻き込まれることを防止することができ、液体が気体排出部に移動することを抑制することができる。
【００２２】
この流体流速低下手段は、前記気体排出部の入口の開口面積が、当該気体排出部の下流側の開口面積よりも大きい構成を備えてなることができる。
【００２３】
そしてまた、本発明にかかる燃料電池システムの液体移動制御手段は、前記不純物除去器の流体出口と、前記気体排出部の入口との間に設けられ、前記流体の流れを偏向させる流体偏向手段を備えて構成することができる。このように構成することで、質量の重い液体の移動方向を任意の方向（前記気体排出部から離間させる方向）に偏向させることができるため、前記液体が前記気体排出部に移動することをより一層確実に防止することができる。
【００２４】
この流体偏向手段は、前記流体中の液体を所定方向に誘導するように構成してもよく、前記気体排出部の入口に配設してもよい。
【００２５】
また、本発明にかかる燃料電池システムの液体移動制御手段は、前記流体中の液体を、前記不純物除去器の流体出口から前記液体排出口へ誘導する液体誘導手段を備えて構成することもできる。このように構成することで、液体が前記気体排出部に移動することをより一層確実に防止することができる。
【００２６】
この液体誘導手段は、前記液体を、前記気体排出部から離間する方向へ誘導するよう構成することができる。
【００２７】
さらにまた、本発明にかかる燃料電池システムの液体移動制御手段は、前記気体排出部に設けられ、前記流体中の気体を通過させると共に、液体を捕集する液体捕集部材を備えて構成することもできる。このように構成することで、例え、液体が前記気体排出部に移動したとしても、前記液体捕集部材により捕集して、液体排出部に排出させることができる。
【００２８】
また、本発明にかかる燃料電池システムの不純物除去器は、不純物除去部材と、当該不純物除去部材を収容するケースと、当該ケースによって画定されると共に、前記気体排出部の一部を構成する気体排出通路と、を備えてなり、前記ケースの上流側表面に、前記流体を当該不純物除去部材に流入させる流体入口を形成し、当該ケースの下流側表面に、当該不純物除去部材を通過した流体を排出する流体出口を形成してなることができる。
【００２９】
そしてまた、不純物除去器を、気液分離器内に配設してもよい。この気液分離器は、旋回流を発生させることにより気液を分離するよう構成してもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明にかかる燃料電池システムは、不純物除去器の流体出口から排出される流体中の液体が、気体排出部へ移動することを抑制する液体移動抑制手段を備えているため、流体が不純物除去器を通過した後、液体が液体排出部へ、気体が気体排出部へ、それぞれ移動する際に、液体が気体排出部に気体と共に巻き込まれることを防止することができ、優れた気液分離性を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかる燃料電池システム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例は、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例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。
【実施例１】
【００３２】
図１は、実施例１にかかる燃料電池システムの概略構成図、図２は、図１に示す燃料電池システムの気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図、図３は、図２に示すIII−III線に沿った断面図、図４は、図２に示すIV−IV線に沿った断面図である。
【００３３】
なお、実施例１では、燃料電池から排出される流体が流通する排出通路として、水素循環系に配設された循環通路を例にとって説明する。
【００３４】
図１に示す実施例１にかかる燃料電池システム１の燃料電池１００は、ＭＥＡと、ＭＥＡの燃料極（アノード）に燃料ガス（水素）を、酸化剤極（カソード）に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流路を形成するセパレータと、を重ね合わせたセルを複数備えてなるスタックを内蔵した構成を備えている。
【００３５】
この燃料電池１００の空気供給口１０１には、酸化ガスとしての空気を供給する空気供給通路１０２が接続され、空気排出口１０３には、燃料電池１００から排出される空気及び水が排出される空気排出通路１０４が接続されている。また、燃料電池１００の水素供給口１０５には、水素循環系１０の一端が接続され、水素排出口１０６には、水素循環系１０の他端が接続されている。
【００３６】
水素循環系１０は、燃料電池１００から排出された未反応の水素と生成水のうち、未反応の水素を循環させて、新たな水素と共に再び燃料電池１００内に供給し、生成水は外部に排出するものである。この水素循環系１０は、一端が水素排出口１０６に接続された循環通路１１と、循環通路１１の他端に接続され、循環通路１１から導入される水素と水とを分離する気液分離器１２と、気液分離器１２内に配設された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材２０と、気液分離器１２から排出された気体が導入される循環通路１３と、循環通路１３の下流側に接続され、水素循環系１０の循環動力として働く循環ポンプ１５と、一端が水素供給口１０５に接続されて燃料電池１００に水素を供給すると共に、他端側が循環通路１３の下流側端部と合流点Ａにおいて接続された水素供給通路１６と、を備えている。なお、符号２４は、燃料電池１００に水素を供給する際に、水素の圧力を調整する弁である。
【００３７】
気液分離器１２は、中空の略円筒形を備え、循環通路１１から排出される水素と水を導入するための気液入口１８と、気液分離器１２内で分離されたガスを排出するガス排出口１９が形成されている。このガス排出口１９は、気液分離器１２の前記中空を画定する円筒形の気体通路２３に連通していると共に、循環通路１３に接続されており、気液分離器１２によって流体Ｆから分離された水素を循環通路１３へと通過させる。そして、実施例１では、この気体通路２３と、ガス排出口１９によって、本発明でいう気体排出部を構成している。
【００３８】
また、気液分離器１２の下部には、流体Ｆから分離された水を収容し、外部に排出する排水口１７が連通形成されている。この排水口１７には、気液分離器１２で分離された水のみを外部に排出させ、水素は外部に出さない構造のドレイン弁（図示せず）が配設されている。そして、実施例１では、気液分離器１２の、後に詳述するイオン交換樹脂部材２０よりも下流側と、これに連通形成された排水口１７によって、本発明でいう液体排出部を構成している。
【００３９】
なお、実施例１では、気液分離器１２として、気液入口１８から導入された流体Ｆ（気液混合体）を、旋回させることによって、気体と液体とに分離するサイクロン式気液分離器を使用した。
【００４０】
イオン交換樹脂部材２０は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂をケース３０内に収容し、このケース３０を気液分離器１２の内壁に接して配設されている。このため、気液入口１８から導入され、流体Ｆから分離されたガスは、イオン交換樹脂部材２０を通過した後、ガス排出口１９から循環通路１３に排気されることになる。なお、イオン交換樹脂部材２０の構成要素であるイオン交換樹脂は、通常粒子状であるが、繊維状のものを使用することもできる。
【００４１】
ケース３０は、気体通路２３が略中央となるように、気体通路２３を囲んで配設され、その内部にイオン交換樹脂部材２０の構成要素である前述したカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を収容する空間が形成された中空の略円筒形状を有している。このケース３０の下面３４（流体出口）は、図２に示すように、液体通路２３から外周部に向けて下方に傾斜した、すなわち、気体通路２３から離間するにしたがって、重力方向に向かうよう傾斜した傾斜面となっている。この傾斜面は、イオン交換樹脂部材２０に流入した流体のうち、特に液体を前記外周部側に向けて移動するように誘導し、この部分に液体を集中させる役割を果たしている。また、ケース３０の下面３４には、図３に示すように、複数の貫通孔３５が形成されている。なお、このケース３０の下面３４によって、流体出口が形成され、流体が貫通孔３５から排出される。
【００４２】
また、ケース３０の下面３４の気体通路２３との境界部分には、気体通路２３から離れる方向に湾曲した偏向ガイド部３７が形成されている。この偏向ガイド部３７は、この部分に到達した流体の流れを気体通路２３から離れる方向に偏向させて誘導する役割を果たしている。
【００４３】
ケース３０の上面３２（流体入口）は、図２に示すように、外周部から液体通路２３に向けて、すり鉢状に下方に向けて窪む（凹状となった）傾斜面となっている。そして、図４に示すように、液体通路２３から外周部に向けて、放射状に複数の貫通孔３３が、千鳥状に配設されている。これらの貫通孔３３は、外周部側に形成された貫通孔３３の開口面積が、ケース３０の流体通路２３側に形成された貫通孔３３の開口面積よりも、大きくなるように形成されている。
【００４４】
なお、ケース３０の上面３２に形成された貫通孔３３の配置や開口面積は、ケース３０の下面３４に形成された傾斜面によって決定される。具体的には、ケース３０の下面３４に形成された傾斜面によって、イオン交換樹脂部材２０の流体入口から流体出口までの長さが決定されるが、この長さが長い位置に形成された貫通孔３３ほど、大きい開口面積を有するように形成されている。このようにすることで、イオン交換樹脂部材２０の流体入口側から流体出口までの長さが長い外周部側には大量の流体が流入し、流体入口側から流体出口までの長さが短い気体通路２３側には、少量の流体が流入することになるため、液体の通過長さに対する流体の流量を一定に補完することができ、イオン交換樹脂部材２０の全体を、より一層効率よく使用することができる。
【００４５】
この構成を備えた燃料電池システム１は、燃料電池１００に水素及び空気が供給され、電気反応を開始すると、
燃料極（アノード）側では、    Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
酸化剤極（カソード）側では、    （１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
燃料電池全体としては、    Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ
の反応が起こる。この電池反応により、燃料極（アノード）側では、生成水と共に、未反応の水素が水素排出口１０６を介して循環通路１１に排出される。
【００４６】
循環通路１１に排出された流体Ｆ（生成水と未反応の水素）は、循環ポンプ１５の動力によって、気液分離器１２に移動し、ここで、気体（水素）と液体（水）とに分離される。具体的には、イオン交換樹脂部材２０に流入した流体Ｆは、イオン交換樹脂部材２０を通過して下方に移動した後、気体は、イオン交換樹脂部材２０の下面３４に形成された貫通孔３５から排出されて、サイクロンにより気体通路２３及びガス排出口１９を介して循環通路１３へと移動する。
【００４７】
一方、イオン交換樹脂部材２０に流入した流体Ｆのうち、特に液体は、イオン交換樹脂部材２０を通過してイオン交換樹脂部材２０の下方に移動し、ケース３０の下面３４に形成されている傾斜面に沿って、イオン交換樹脂部材２０の外周部に向けて移動し、この外周部側に集中して溜まる。したがって、液体の質量を大きくすることができるため、気体に対する液体の運動（重力）エネルギを増加させることができ、気液を効率よく分離することができる。また、重力によって、当該液体を排水口１７にさらに移動し易くすることができる。
【００４８】
さらに、前記液体は、ケース３０の下面３４に形成された貫通孔３５から排出されることになるが、この時、貫通孔３５の周辺で液滴が大粒化するため、当該液体が、例えば、気体のサイクロンに乗って、気体と共に巻き込まれる等して、気体通路２３に移動することをより一層防止することができる。貫通孔３５から排出された液体は、重力により気液分離器１２の下方から排水口１７に移動する。
【００４９】
そしてさらに、イオン交換樹脂部材２０の気体通路２３近傍付近に到達した流体は、偏向ガイド部３７によって、気体通路２３から離れる方向へ誘導されるため、液体が、気体のサイクロンに乗って、気体通路２３に巻き込まれることが、さらに防止される。なお、流体に含まれていた不純物は、イオン交換樹脂部材２０に吸着される。
【００５０】
また、イオン交換樹脂部材２０を気液分離器１２内に配設した、すなわち、気液分離器１２内にもともと存在している空間をイオン交換樹脂部材２０の配設スペースとして利用したため、イオン交換樹脂部材２０を配設することによって、燃料電池システム１自身が大型化することがない。また、イオン交換樹脂部材２０を配設するための部品も必要最低限ですみ、コストの増加を抑制することができる。
【００５１】
なお、実施例１では、イオン交換樹脂部材２０の流体出口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔３５を形成し、さらに偏向ガイド部３７を形成し、貫通孔３５から流体を排出する場合について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂部材２０の流体出口に傾斜面のみを形成してもよく、また、イオン交換樹脂部材２０の流体出口を傾斜させずに、貫通孔３５のみを形成してもよく、また、偏向ガイド部３７のみを配設してもよい。また、これらのうちの２種を適宜組み合わせてもよい。
【００５２】
また、実施例１では、気液分離器１２として、サイクロン式の気液分離器を使用した場合について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂部材２０は、他の方式の気液分離器を用いた場合にも適用可能であることは勿論である。この場合、例えば、図５に示すように、気液分離器１２０内に、上部から下部へ徐々に流体通過長さが長くなるよう構成されたイオン交換樹脂部材２０を配設してもよい。すなわち、不純物の含有量が比較的少なく、且つ質量が軽い気体が主に通過する領域である上部は、イオン交換樹脂部材２０の通過時間を短くし、不純物の含有量が比較的多く、且つ質量が重い液体が主に通過する領域である下部は、イオン交換樹脂部材２０の通過時間を長くすることで、不純物を効率よく除去することができる。
【００５３】
また、ケース３０の流体出口に形成された傾斜面の傾斜角度や、貫通孔３５の配置数や配置箇所あるいはサイズ等は、任意に決定することができる。
【００５４】
そしてまた、実施例１では、イオン交換樹脂部材２０の流体入口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔３３を形成した場合について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂部材２０の流体入口の形状は、任意に決定してよい。
【実施例２】
【００５５】
次に、本発明の実施例２にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。
【００５６】
図６は、本発明の実施例２にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。なお、実施例２では、実施例１で説明した部材と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
図６に示すように、実施例２にかかる燃料電池システムの、実施例１にかかる燃料電池システムと、異なる点は、気体通路２３の形状である。すなわち、実施例２にかかる気体通路２３は、流体の入口（図６でいう下側）に向けて直径が大きくなった略円錐形を備えており、流体の入口端部が、ケース３０よりも下方に延出して形成されている。
【００５８】
この構成を備えた気体通路２３は、流体の入口の開口面積が大きくなっているため、ここを通過する気体の速度を低下させることができる。したがって、気体の運動エネルギを小さくすることができ、気体のサイクロンによって液体が気体通路２３に巻き込まれることを防止することができる。
【００５９】
なお、実施例２では、イオン交換樹脂部材２０の流体出口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔３５を形成した場合について説明したが、これに限らず、気体通路２３の形状を前述した略円錐形にすることのみでも、気体のサイクロンによって液体が気体通路２３に巻き込まれることを防止することができる。
【００６０】
また、実施例２では、気体通路２３の入口端部を、ケース３０よりも下方に延出して形成した場合について説明したが、これに限らず、気体通路２３の入口端部は、ケース３０から延出せずに連続的に形成してもよい。また、この場合、ケース３０の下面３４の気体通路２３との境界部分には、気体通路２３から離れる方向に湾曲した偏向ガイド部３７を設けても良い。
【００６１】
そしてまた、略円錐形の気体通路２３の入口端部は、図７に示すように、ケース３０よりも下方に延出し、且つ気体通路２３から離れる方向に湾曲する偏向ガイド部４７を設けてもよい。
【実施例３】
【００６２】
次に、本発明の実施例３にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。
【００６３】
図８は、本発明の実施例３にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図、図９は、図８に示すイオン交換樹脂部材に配設されたガイド部材を伝わって、液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。なお、実施例３では、実施例１で説明した部材と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
図８及び図９に示すように、実施例３にかかる燃料電池システムの、実施例１にかかる燃料電池システムと、異なる点は、イオン交換樹脂部材２０の流体出口に形成した貫通孔３５に、貫通孔３５から排出された流体中の液体を排水口１７まで誘導する液体誘導手段としてのガイド部材３９を配設した点である。
【００６５】
ガイド部材３９は、重力方向に略平行に延出した細い円筒形の棒状部材からなり、その先端が、気液分離器１２の下部の内壁に固定されている。このガイド部材３９は、全ての貫通孔３５にそれぞれ配設してもよく、任意の貫通孔３５に配設してもよい。貫通孔３５から排出された流体中の液体は、図９に示すように、ガイド部材３９を伝わって液滴Ｗとなり、その質量を増加させながら排水口１７に落下する。
【００６６】
このように構成することで、液体が気体のサイクロンに巻き込まれて、気体と共に気体通路２３に移動することを確実に防止することができる。
【００６７】
また、ガイド部材３９は、図１０及び図１１に示すように、気体通路２３から離間する方向に延出させ、その先端を気液分離器１２の下部の内壁に固定してもよい。このようにすることで、液滴Ｗ（図１１参照）を、気体通路２３から遠ざけることができるため、液体が気体のサイクロンに巻き込まれて、気体と共に気体通路２３に移動することを、さらに確実に防止することができる。
【００６８】
なお、実施例３では、ガイド部材３９の先端を気液分離器１２の下部の内壁に固定した場合について説明したが、これに限らず、ガイド部材３９の先端は、必ずしも気液分離器１２の下部の内壁に固定しなくてもよい。
【００６９】
また、実施例３では、ガイド部材３９として、細い円筒形の棒状部材を配設した場合について説明したが、これに限らず、ガイド部材３９は、例えば、多角柱状や、鎖状、網状等、液体を排水口１７に向けて誘導することが可能であれば、他の形状を備えていてもよい。
【００７０】
そしてまた、実施例３では、イオン交換樹脂部材２０の流体出口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔３５を形成した場合について説明したが、これに限らず、イオン交換樹脂部材２０の流体出口にガイド部材３９を配設することのみでも、気体のサイクロンによって液体が気体通路２３に巻き込まれることを防止することができる。
【実施例４】
【００７１】
次に、本発明の実施例４にかかる燃料電池システムについて図面を参照して説明する。
【００７２】
図１２は、本発明の実施例４にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図、図１３は、図１２に示すイオン交換樹脂部材に配設された液体捕集部材に捕集された液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。である。なお、実施例４では、実施例１で説明した部材と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７３】
図１２及び図１３に示すように、実施例４にかかる燃料電池システムの、実施例１にかかる燃料電池システムと、異なる点は、イオン交換樹脂部材２０の流体通路２３内に、液体を捕集するための液体捕集部材４１を配設した点である。
【００７４】
液体捕集部材４１は、細かい網目を備えた略円盤状の部材からなり、気体通路２３の内壁に固定されており、気体を通過させると共に、液体を捕集する機能を備えている。このように、液体捕集部材４１を配設することで、例え、液体の一部が気体と共に、流体通路２３内に侵入したとしても、この液体を捕集して液滴とし、排水口１７に排出することができる。
【００７５】
なお、液体捕集部材４１の形状は、気体を通過させると共に、液体を捕集する機能を備えていれば、特に限定されるものではない。
【００７６】
また、実施例４では、イオン交換樹脂部材２０の流体出口に傾斜面を形成し、複数の貫通孔３５を形成した場合について説明したが、これに限らず、気体通路２３に液体捕集部材４１を配設することのみでも、液体の侵入を防止することができる。
【００７７】
なお、前述した実施例１〜実施例４では、イオン交換樹脂部材２０を水素循環系１０の循環通路に配設した場合について説明したが、これに限らず、本発明にかかるイオン交換樹脂部材２０は、酸化ガス（空気）供給系に配設してもよく、また、他の配管系に配設してもよい。
【００７８】
また、前述した実施例１〜実施例４では、不純物除去器として、イオン交換樹脂部材２０を配設した場合について説明したが、これに限らず、不純物除去器は、流体中の不純物を除去することが可能であれば、イオン交換樹脂を主体とした構成を備えていなくてもよい。
【００７９】
そしてまた、実施例１〜実施例４では、旋回流を利用して気液を分離するサイククロン方式の気液分離器に、イオン交換樹脂部材２０（不純物除去器）を配設した場合について説明したが、これに限らず、本発明にかかる不純物除去器は、他の方式で気液分離を行う気液分離器に配設してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施例１にかかる燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムの気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。
【図３】図２に示すIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図２に示すIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかる燃料電池システムの概略構成図である。
【図６】本発明の実施例２にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施例にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例３にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。
【図９】図８に示すイオン交換樹脂部材に配設されたガイド部材を伝わって、液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の他の実施例にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。
【図１１】図１０に示すイオン交換樹脂部材に配設されたガイド部材を伝わって、液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の実施例４にかかる気液分離器及びこれに内蔵された不純物除去器としてのイオン交換樹脂部材付近を示す断面図である。
【図１３】図１２に示すイオン交換樹脂部材に配設された液体捕集部材に捕集された液滴が排水口に落下する状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１    燃料電池システム
１０    水素循環系
１１、１３    循環通路
１２    気液分離器
１７    排水口
１９    ガス排出口
２０    イオン交換樹脂部材
２３    流体通路
３０    ケース
３２    上面
３３、３５    貫通孔
３４    下面
３７、４７    偏向ガイド部
３９    ガイド部材
【図１】
2006073473.tif 000003
【図２】
2006073473.tif 000004
【図３】
2006073473.tif 000005
【図４】
2006073473.tif 000006
【図５】
2006073473.tif 000007
【図６】
2006073473.tif 000008
【図７】
2006073473.tif 000009
【図８】
2006073473.tif 000010
【図９】
2006073473.tif 000011
【図１０】
2006073473.tif 000012
【図１１】
2006073473.tif 000013
【図１２】
2006073473.tif 000014
【図１３】
2006073473.tif 000015