(57)【要約】【課題】氷点下であっても、気液分離器のドレイン弁が動作不良を起こすことを回避するとともに、該気液分離器を含む各種システムの小型化や簡素化を図る。【解決手段】気液分離器３２の底部に、貯留部形成部材１３０を設ける。貯留部形成部材１３０内には、第１区画壁１４０ａ、１４０ｂ、第２区画壁１４２ａ、１４２ｂ、底壁１３２（第３区画壁）によって、第１貯留部１４４ａ、１４４ｂ、第２貯留部１４６ａ、１４６ｂ及び第３貯留部１４８が設けられる。第１区画壁１４０ａ、１４０ｂ、第２区画壁１４２ａ、１４２ｂ、底壁１３２には、第１連通孔１６０ａ、１６０ｂ、第２連通孔１６２ａ、１６２ｂ、第３連通孔１６４ａ、１６４ｂがそれぞれ形成される。底壁１３２には、さらにダクト１６８が設けられる。また、第１貯留部１４４ａ、１４４ｂと第３貯留部１４８は、連通口１５８ａ、１５８ｂを介して直接連通する。【選択図】図５
2019093359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相流が供給される流入口と、前記流入口から導入された前記気液二相流を液相と気流とに分離する気液分離室と、前記気流を排出する流出口と、前記流入口及び前記流出口よりも下方に位置するドレイン口とが形成されたケーシングを有する気液分離器において、
前記ケーシング内の、前記ドレイン口よりも上流側に、前記液相を貯留する第１貯留部、第２貯留部及び第３貯留部が上流側から下流側に向かってこの順序で設けられ、
前記第１貯留部と前記第２貯留部を仕切る第１区画壁に、前記第１貯留部と前記第２貯留部を連通する第１連通孔が形成され、
前記第２貯留部と前記第２貯留部を仕切る第２区画壁に、前記第２貯留部と前記第３貯留部を連通する第２連通孔が形成され、
前記第３貯留部は、連通路を介して前記第１貯留部と直接連通し、
且つ前記第３貯留部と前記ドレイン口とを仕切る第３区画壁に、前記第３貯留部と前記ドレイン口とを連通する第３連通孔が形成されるとともに、前記連通路に指向して延在するダクトが設けられ、
前記第１連通孔及び前記第２連通孔が、前記液相の流通抵抗として作用することを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
請求項１記載の気液分離器において、前記ダクトの貫通孔の径方向断面積が、前記第１連通孔、前記第２連通孔及び前記第３連通孔の各々における径方向断面積の合計に比して大きいことを特徴とする気液分離器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の気液分離器において、前記第３連通孔の径方向断面積の合計が、前記第１連通孔及び前記第２連通孔の各々における径方向断面積の合計に比して小さいことを特徴とする気液分離器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の気液分離器において、前記第１連通孔の径方向断面積の合計が、前記第２連通孔の径方向断面積の合計に比して大きいことを特徴とする気液分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液分離器に関し、一層詳細には、燃料電池システムに組み込まれるものとして好適な気液分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、燃料電池は、電解質（例えば、固体高分子膜）を挟んで対向するアノード電極とカソード電極を有し、アノード電極に水素等の燃料ガス、カソード電極に圧縮空気等の酸化剤ガスが供給されることで発電する。燃料ガス及び酸化剤ガスは、少なくとも一部が消費されるが、未反応分が燃料排ガス、酸化剤排ガスとしてアノード電極、カソード電極から、燃料排ガス排出流路、酸化剤排ガス排出流路にそれぞれ排出される。このように、燃料電池に対して反応ガスの供給機器、排出機器等が付設されることで、燃料電池システムが構成される。
【０００３】
燃料排ガスは、水分を含んだ気液二相流である。そこで、燃料排ガス排出流路に、燃料排ガスを水素と水分に分離するための気液分離器が設けられる。水分が分離された水素は、アノード電極に再供給される。一方、水分は液状水となり、ドレイン弁を介して気液分離器内から排出される。
【０００４】
このような機能を営む気液分離器として、特許文献１に記載されたものが知られている。なお、この気液分離器では、エンジンの排気ガスからドレイン水を分離するようにしている。分離されたドレイン水は、一般的に、気液分離器の底部に設けられて液排出部を構成するドレイン口及びドレイン弁から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５９５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、寒冷地で燃料電池システムを起動する場合、気温が氷点下となっている可能性がある。上記したように、燃料電池スタックを運転する際には、気液分離器にて分離された液状水がドレイン弁を流通する。気温が氷点下である場合、ドレイン弁内で液状水が凍結し、ドレイン弁が動作不良を起こすことが想定される。このような事態が発生すると、気液分離器内から液状水を排出することが困難となり、ひいては燃料電池スタックの運転を継続することが容易でなくなる。
【０００７】
そこで、ドレイン弁を加温するためのヒータ等を設けることが想起される。しかしながら、この場合、燃料電池システムの構成要素の点数が多くなるので、燃料電池システムの小型化や簡素化を図ることが困難となる。
【０００８】
このような不都合を回避するべく、燃料電池スタックが十分な温度に上昇するまでの発電量を抑制し、これにより液状水の発生量を少なくすることが考えられる。しかしながら、この場合、アノード電極及びカソード電極での発電反応を抑制せざるを得ないので、燃料電池スタックが十分な温度に上昇するに至るまでの時間（暖機運転時間）が長くなってしまう。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、氷点下で燃料電池システム等の各種システムを起動する場合であってもドレイン弁から液相を排出することが可能であるために暖機運転時間の長期化を回避することができ、しかも、各種システムの小型化や簡素化を図ることが可能な気液分離器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】
前記の目的を達成するために、本発明は、気液二相流が供給される流入口と、前記流入口から導入された前記気液二相流を液相と気流とに分離する気液分離室と、前記気流を排出する流出口と、前記流入口及び前記流出口よりも下方に位置するドレイン口とが形成されたケーシングを有する気液分離器において、
前記ケーシング内の、前記ドレイン口よりも上流側に、前記液相を貯留する第１貯留部、第２貯留部及び第３貯留部が上流側から下流側に向かってこの順序で設けられ、
前記第１貯留部と前記第２貯留部を仕切る第１区画壁に、前記第１貯留部と前記第２貯留部を連通する第１連通孔が形成され、
前記第２貯留部と前記第２貯留部を仕切る第２区画壁に、前記第２貯留部と前記第３貯留部を連通する第２連通孔が形成され、
前記第３貯留部は、連通路を介して前記第１貯留部と直接連通し、
且つ前記第３貯留部と前記ドレイン口とを仕切る第３区画壁に、前記第３貯留部と前記ドレイン口とを連通する第３連通孔が形成されるとともに、前記連通路に指向して延在するダクトが設けられ、
前記第１連通孔及び前記第２連通孔が、前記液相の流通抵抗として作用することを特徴とする。
【００１１】
第１連通孔及び第２連通孔が液相の流通抵抗となるため、液相の、第１貯留部から第２貯留部への流入速度、第２貯留部から第３貯留部への流入速度が緩慢となる。すなわち、液相は、第１貯留部から第２貯留部に移動し難く、且つ第２貯留部から第３貯留部に移動し難い。換言すれば、第１貯留部ないし第２貯留部に容易に留まる。
【００１２】
結局、液相は、第１貯留部ないし第２貯留部に一旦貯留される。このため、例えば、気液分離器を含んで構成された各種システムが極低温環境下（例えば、氷点下）で起動されたとき、気液分離器内で気液二相流から分離された低温の液相が即座にドレイン口に到達することが抑制される。従って、ドレイン口に設けられたドレイン弁内で液相が凍結することや、このことに起因してドレイン弁が作動不良を起こすことが回避される。
【００１３】
このため、ドレイン弁を加温機構で加温する必要がない。すなわち、加温機構を含めて各種システム（例えば、燃料電池システム）を構成する必要がない。この分、各種システムの構成要素の点数が増加することが回避されるので、該各種システムの小型化や簡素化を図ることができる。
【００１４】
また、気液分離器内に液相を一旦貯留することができるので、気液分離器内での気液分離効率を制限する必要がない。このため、当該気液分離器を燃料電池システムに組み込んだ場合であれば、燃料電池スタックの発電量を制限しなくともよい。従って、暖機運転時間が長期化することを回避することができる。
【００１５】
なお、第１貯留部内に気相の一部が進入した場合には、該気相は、第１貯留部から連通路を介して第３貯留部に流入し、さらに、該第３貯留部に設けられたダクトからドレイン口に排出される。このため、当該気液分離器によれば、その内部に液相を貯留しながら、気相を排出することが可能である。従って、気液分離器内で液相に気相の圧力の影響が及ぶことを回避することができる。
【００１６】
ダクトの貫通孔の径方向断面積は、第１連通孔、第２連通孔及び第３連通孔の各々における径方向断面積の合計に比して大きいことが好ましい。すなわち、貫通孔の径方向断面積をＳ４、第１連通孔、第２連通孔及び第３連通孔の径方向断面積の合計をそれぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３とするとき、Ｓ４＞Ｓ１、Ｓ４＞Ｓ２、Ｓ４＞Ｓ３であるとよい。
【００１７】
この場合、貫通孔の圧損が第１連通孔〜第３連通孔に比して小さくなる。従って、気相がダクトを介してドレイン口に到達することが容易となるので、気相を速やかに排出しながら、液相を気液分離器内に一旦貯留することが容易となる。
【００１８】
また、第３連通孔の径方向断面積の合計が、第１連通孔及び第２連通孔の各々における径方向断面積の合計に比して小さいことが好ましい。すなわち、Ｓ１＞Ｓ３、Ｓ２＞Ｓ３であるとよい。
【００１９】
この構成では、第３貯留部の内圧が第１貯留部、第２貯留部に比して相対的に高くなる。このために第２連通孔から第３貯留部に液相が流出し難くなるので、液相が第１貯留部ないし第２貯留部に一層留まり易くなる。すなわち、気液分離器内に液相を一旦貯留することが一層容易となる。
【００２０】
さらに、第１連通孔の径方向断面積の合計が、第２連通孔の径方向断面積の合計に比して大きいことが好ましい。すなわち、Ｓ１＞Ｓ２であるとよい（なお、上記から諒解されるように、Ｓ４＞Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３が成立することが好適である）。
【００２１】
これにより、液相の、第１貯留部から第２貯留部への流入速度が、第２貯留部から第３貯留部への流入速度に比して緩慢となる。従って、第１貯留部内で液相に十分な表面張力が発現するので、液相が第１連通孔に一層流入し難くなる。換言すれば、液相が第１貯留部に留まり易くなる。このため、液相を第１貯留部に貯留することがさらに一層容易となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１区画壁、第２区画壁、第３区画壁によって第１貯留部、第２貯留部、第３貯留部を形成するとともに、第１区画壁に形成した第１連通孔と、第２区画壁に形成した第２連通孔とを、第１貯留部、第２貯留部内の液相の流通抵抗となるようにしている。このため、液相が第１貯留部から第２貯留部に移動することや、第２貯留部から第３貯留部に移動することは容易ではない。すなわち、液相を第１貯留部ないし第２貯留部に留めておくこと、換言すれば、第１貯留部ないし第２貯留部に一旦貯留することが容易である。
【００２３】
このため、例えば、気液分離器を含んで構成された各種システムが極低温環境下で起動されたとき、気液分離器内で気液二相流から分離された低温の液相が即座にドレイン口に到達することを抑制することができる。従って、ドレイン口に設けられたドレイン弁内で液相が凍結したり、その結果としてドレイン弁が作動不良を起こしたりすることが回避される。
【００２４】
このような理由から、ドレイン弁を加温するための加温機構を含めて各種システム（例えば、燃料電池システム）を構成する必要がなくなる。この分、各種システムの構成要素の点数が増加することを回避して、該各種システムの小型化や簡素化を図ることができる。
【００２５】
また、気液分離器内に液相を一旦貯留することができることから、例えば、当該気液分離器を燃料電池システムに組み込んだ場合、燃料電池スタックの発電量を制限する必要がない。従って、燃料電池システム等の暖機運転時間が長期化することを回避することができる。
【００２６】
上記のようにして液相を貯留する過程で第１貯留部内に気相の一部が進入したときには、該気相は、第１貯留部から連通路を介して第３貯留部に流入し、さらに、該第３貯留部に設けられたダクトからドレイン口に排出される。このため、気液分離器内で液相に気相の圧力の影響が及ぶことを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る気液分離器を含む燃料電池システムの要部概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る気液分離器の要部概略斜視図である。
【図３】図２の気液分離器の要部概略側面一部省略図である。
【図４】図２の気液分離器の要部概略側面図である。
【図５】図２中に示す貯留部形成部材の正面拡大図である。
【図６】図５の貯留部形成部材の全体概略斜視図である。
【図７】図５の貯留部形成部材の第１貯留部に液相の貯留が開始された状態を示す正面拡大図である。
【図８】図６の貯留部形成部材内において、第１連通孔と第３連通孔内で液相が凍結したときの液相の流通方向を示した要部概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る気液分離器につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態では、気液分離器を燃料電池に付設して燃料電池システムを構成する場合を例示する。また、以下の説明における上下左右は、図２〜図４における上下左右に対応するが、これは理解を容易にするための便宜的なものである。特に、左右方向は、気液分離器を実使用する際の左右方向を特定するものではない。
【００２９】
はじめに、燃料電池システムにつき図１を参照して概略説明する。燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両（図示せず）に搭載される車載型である。
【００３０】
燃料電池システム１０は、図示しない燃料電池が複数個積層されることで構成された燃料電池スタック１２を有する。個々の燃料電池は、例えば、固体高分子膜からなる電解質と、該電解質を挟んで対向するアノード電極及びカソード電極を有する電解質・電極構造体が一対のセパレータで挟持されることで構成される。なお、この構成は周知であり、従って、図示及び詳細な説明は省略する。
【００３１】
燃料電池システム１０は、さらに、燃料電池スタック１２に付設されてアノード電極に燃料ガスを供給するための水素供給流路１４（燃料ガス供給流路）と、アノード電極から燃料排ガスを排出するための水素排出流路１６（燃料排ガス排出流路）とを有する。この中、水素供給流路１４には、燃料ガスとしての高圧水素を貯留した水素タンク１８が接続される。
【００３２】
水素供給流路１４は二叉に分岐しており、このため、水素供給流路１４は、第１分岐路２０、第２分岐路２２を含む。これら第１分岐路２０、第２分岐路２２には、それぞれ、第１インジェクタ２４、第２インジェクタ２６が設けられる。第１分岐路２０、第２分岐路２２は、第１インジェクタ２４、第２インジェクタ２６の下流側で合流して合流路２８となり、該合流路２８にエジェクタ３０が設けられる。
【００３３】
一方の水素排出流路１６には、気液分離器３２が接続される。この気液分離器３２から出発する循環流路３４は、前記エジェクタ３０に接続される。また、気液分離器３２の底部には、ドレイン弁３６を介して液状水を排出する排水流路３８が設けられる。
【００３４】
燃料電池システム１０は、さらに、カソード電極に酸化剤ガスとしての圧縮空気を供給するための空気供給流路４０（酸化剤ガス供給流路）と、カソード電極から排圧縮空気を排出するための空気排出流路４２（酸化剤排ガス排出流路）とを有する。この中の空気供給流路４０には、大気を圧縮して供給するエアポンプ４４（コンプレッサ）が設けられる。
【００３５】
燃料電池スタック１２には、さらに、該燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給する図示しない冷却媒体供給流路が設けられるとともに、全体の制御を行う制御部としてのＥＣＵ４６が付設される。以上により、燃料電池システム１０が構成される。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る気液分離器３２につき説明する。
【００３７】
図２〜図４は、それぞれ、本実施の形態に係る気液分離器３２の要部概略斜視図、要部概略側面一部省略図、要部概略側面図である。この気液分離器３２は、一端面で開口する内室５０が形成された本体部材５２と、前記一端面に取り付けられて内室５０を閉塞する閉塞部材５４とを有するケーシング５６を備える。本体部材５２と閉塞部材５４の間は、シール材５８によってシールされる。
【００３８】
本体部材５２の他端面における左上方、左下方には、内室５０に連通する第１流入口６０、第２流入口６２がそれぞれ形成される。すなわち、第１流入口６０は、第２流入口６２に比して上方（高位置）である。また、右上方には流出口６４が形成される。従って、この気液分離器３２は、複数個（この場合、２個）の流入口６０、６２と、単一個の流出口６４とを有する。
【００３９】
内室５０には、板材からなる隔壁６６が立設される。この隔壁６６により、内室５０内が、図２における紙面奥側の第１気液分離室７０、紙面手前側の第２気液分離室７２に区分される。閉塞部材５４、隔壁６６、第２案内部１０６及び貯留部形成部材１３０（いずれも後述）を省略した図３では第１気液分離室７０が示され、隔壁６６を図示した図４では第２気液分離室７２が示されている。
【００４０】
なお、隔壁６６の面積は、内室５０の平面視から求められる該内室５０の面積の略半分である（図３参照）。すなわち、内室５０には、排水素の流通方向上流側にのみ隔壁６６が存在する。内室５０内の、隔壁６６が存在しない空間は、第１気液分離室７０及び第２気液分離室７２よりも流通方向下流側であり、第１気液分離室７０を通過した排水素と、第２気液分離室７２を通過した排水素とが合流（集合）して集合流となる集合室７４である。
【００４１】
隔壁６６の紙面手前側の端面における左上方には、堰止板７６が設けられる。この堰止板７６は、第１流入口６０からケーシング５６内に導入された排水素が第２気液分離室７２に流入することを阻止するとともに、排水素の流通方向を変化させる役割を果たす。
【００４２】
また、隔壁６６には、２個の呼吸孔７８ａ、７８ｂが形成される。第１気液分離室７０と第２気液分離室７２は、これら呼吸孔７８ａ、７８ｂを介して連通する。
【００４３】
図２及び図３に示されるように、本体部材５２の、第１流入口６０、第２流入口６２及び流出口６４が形成された他端面には、内室５０内に突出するようにして第１規制部８０、第２規制部８２が設けられる。第１規制部８０は、鉛直方向に対して若干左下方に傾斜するように延在する。一方、第２規制部８２は、左下方から右上方に向かって傾斜する案内傾斜部８４と、該案内傾斜部８４に連なり鉛直上方に指向して延在する第１鉛直部８６と、該第１鉛直部８６に連なり左方に向かって水平に延在する第１水平部８８とからなる。これら第１規制部８０及び第２規制部８２により、第１気液分離室７０内で排水素の流通方向を変化させる（すなわち、第１気液分離室７０内の排水素の流通方向を所定方向に規制する）第１案内部９０が構成される。
【００４４】
なお、隔壁６６は、第１規制部８０及び第２規制部８２の、紙面手前側の側面部に当接している。そして、隔壁６６の左下方には弧状切欠部９２が形成されるとともに、第２流入口６２から弧状切欠部９２にわたって導管９４（図２参照）が橋架される。このため、第２流入口６２は、導管９４を介して隔壁６６の第２気液分離室７２に臨む面で開口している。
【００４５】
導管９４の開口、換言すれば、第２流入口６２の開口の近傍には、該開口から所定距離で離間した位置で該開口を覆う偏向部材９６が配設される。偏向部材９６は、導管９４（第２流入口６２）から流入した排水素の流通方向を変化させるためのものであり、右方の第３規制部９８側に臨むように開口している。
【００４６】
第３規制部９８は、支持台１００の斜面１０２に、隔壁６６の右方下端を挟持する挟持部１０４と一体的に突出形成されている。第３規制部９８は、前記堰止板７６とともに第２案内部１０６を構成し、第２気液分離室７２内で排水素の流通方向を変化させる。すなわち、第２気液分離室７２内の排水素の流通方向を所定方向に規制する。
【００４７】
第３規制部９８は、第１案内部９０を構成する第２規制部８２と平面視で略重なる位置に設けられる。すなわち、第３規制部９８は、第１鉛直部８６に略重なる第２鉛直部１０８と、該第２鉛直部１０８に連なるとともに左方に向かって水平に延在し、且つ第１水平部８８に略重なる第２水平部１１０とからなる。このことから諒解されるように、第１気液分離室７０、第２気液分離室７２の内部は、第１案内部９０、第２案内部１０６の各々により、クランク形状をなしている。
【００４８】
支持台１００は、液滴となった液状水Ｌを案内する誘導路としての誘導傾斜部１１２を有する。また、前記斜面１０２と誘導傾斜部１１２との間には所定の段差が形成されており、この段差と第３規制部９８（第２鉛直部１０８）とで仮貯液部１１４が形成される。誘導傾斜部１１２に誘導された液状水Ｌは、この仮貯液部１１４に一旦貯留される。前記挟持部１０４には、仮貯液部１１４に貯留された水を第１気液分離室７０側に移すための移液孔１１６（図３及び図４参照）が形成されている。
【００４９】
第１気液分離室７０及び第２気液分離室７２の下方には、２つの傾斜壁同士が互いに接近することで、下方に指向して窪んだ凹部１２０が形成される。隔壁６６は凹部１２０には延在しておらず、このため、該凹部１２０は第１気液分離室７０及び第２気液分離室７２に連通する。
【００５０】
凹部１２０の底部には、後述する貯留部形成部材１３０の内部を流通した液状水（液相）を排出するドレイン口１２２が設けられる。前記ドレイン弁３６は、ドレイン口１２２に接続され、開状態となったときに液状水Ｌ（図５参照）を排出する。一方、ドレイン弁３６が閉状態であるときには、液状水Ｌがドレイン口１２２から排出されることが阻止される。
【００５１】
そして、凹部１２０には、液状水Ｌの流通抵抗を生起する貯留部形成部材１３０が挿入される。図５及び図６に詳細を示すように、この貯留部形成部材１３０は、底壁１３２（第３区画壁）と、該底壁１３２から略垂直に立ち上がり、図５の紙面奥側に位置する第１気液分離室７０の内壁に当接する縦閉塞壁１３４と、縦閉塞壁１３４の上端から第２気液分離室７２側に向かって突出した水平隔壁１３６とを有する。なお、図５及び図６の紙面手前側の端面は開放された開端面であり、該開端面は、閉塞部材５４（図２参照）に閉塞される。
【００５２】
貯留部形成部材１３０の内部、換言すれば、底壁１３２と水平隔壁１３６との間には、左第１区画壁１４０ａ、右第１区画壁１４０ｂ、左第２区画壁１４２ａ、右第２区画壁１４２ｂが設けられ、これらの区画壁１４０ａ、１４０ｂ、１４２ａ、１４２ｂと底壁１３２（第３区画壁）によって、左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ、左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂ及び第３貯留部１４８が液状水Ｌの流通方向上流側からこの順序で形成される。以下、この構成につき詳述する。
【００５３】
先ず、底壁１３２は、第１気液分離室７０、第２気液分離室７２側が凸となる略逆Ｖ字状の山形状部位１５０と、該山形状部位１５０の裾から突出して凹部１２０を形成する２つの傾斜壁の傾斜角に対応する角度で傾斜した左傾斜部位１５２ａ、右傾斜部位１５２ｂとを含む。換言すれば、山形状部位１５０は、左傾斜部位１５２ａと右傾斜部位１５２ｂの間に介在する。山形状部位１５０の頂部は凹部１２０の底部から離間しており、このため、凹部１２０の底部と山形状部位１５０の頂部との間にドレイン通路１５４が形成される。このドレイン通路１５４は、ドレイン口１２２に連通する。
【００５４】
また、左傾斜部位１５２ａ、右傾斜部位１５２ｂの端部は、第１気液分離室７０、第２気液分離室７２に向かうように略垂直に折曲されている。底壁１３２は、この折曲によって設けられた左縦壁部位１５５ａ、右縦壁部位１５５ｂをさらに含む。
【００５５】
左縦壁部位１５５ａ、右縦壁部位１５５ｂは、その上端が水平隔壁１３６よりも下方に位置し、このために水平隔壁１３６に対して離間する。この離間により、左縦壁部位１５５ａと水平隔壁１３６との間、水平隔壁１３６と右縦壁部位１５５ｂとの間に第１進入口１５６ａ、第２進入口１５６ｂがそれぞれ形成される。
【００５６】
左第２区画壁１４２ａ、右第２区画壁１４２ｂは、左傾斜部位１５２ａ、右傾斜部位１５２ｂから水平隔壁１３６に向かって突出するとともに、水平隔壁１３６に近接するに従って互いに接近するように傾斜する。左第１区画壁１４０ａ、右第１区画壁１４０ｂは水平隔壁１３６から離間しており、この離間により、左第１区画壁１４０ａと水平隔壁１３６との間、水平隔壁１３６と右第１区画壁１４０ｂとの間に第１連通口１５８ａ、第２連通口１５８ｂ（いずれも連通路）がそれぞれ形成される。
【００５７】
また、左第１区画壁１４０ａ、右第１区画壁１４０ｂは、左第２区画壁１４２ａ、右第２区画壁１４２ｂから突出して延在し、左縦壁部位１５５ａ、右縦壁部位１５５ｂの各々に連なる。左第２区画壁１４２ａ、右第２区画壁１４２ｂの傾斜角は、左傾斜部位１５２ａ、右傾斜部位１５２ｂの傾斜角に比して若干小さく設定されている。
【００５８】
以上の構成において、左第１区画壁１４０ａ、左第２区画壁１４２ａの上部、左縦壁部位１５５ａの上部、縦閉塞壁１３４の左上部、水平隔壁１３６の左部に囲繞された空間が左第１貯留部１４４ａとなり、右第１区画壁１４０ｂ、右縦壁部位１５５ｂの上部、右第２区画壁１４２ｂの上部、縦閉塞壁１３４の右上部、水平隔壁１３６の右部に囲繞された空間が右第１貯留部１４４ｂとなる。また、左第２貯留部１４６ａは、左傾斜部位１５２ａ、左縦壁部位１５５ａの下部、左第２区画壁１４２ａの下部、縦閉塞壁１３４の左下部、左第１区画壁１４０ａに囲繞された空間であり、右第２貯留部１４６ｂは、右傾斜部位１５２ｂ、右縦壁部位１５５ｂの下部、右第２区画壁１４２ｂの下部、縦閉塞壁１３４の右下部、右第１区画壁１４０ｂに囲繞された空間である。さらに、貯留部形成部材１３０の内部には、山形状部位１５０、左傾斜部位１５２ａ及び右傾斜部位１５２ｂの各一部、左第２区画壁１４２ａ、右第２区画壁１４２ｂ、水平隔壁１３６の中央部に囲繞された空間が形成される。この空間が、第３貯留部１４８である。
【００５９】
左第１区画壁１４０ａ、右第１区画壁１４０ｂには、各々の厚み方向に沿って複数個の左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂが形成される。左第１貯留部１４４ａと左第２貯留部１４６ａは、これら複数個の左第１連通孔１６０ａを介して連通し、同様に、右第１貯留部１４４ｂと右第２貯留部１４６ｂは、複数個の右第１連通孔１６０ｂを介して連通する。なお、複数個の左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂは、図６を併せて参照して諒解されるように、図５の紙面に直交する方向に沿って並列されている。
【００６０】
左第２区画壁１４２ａ、右第２区画壁１４２ｂにも、各々の厚み方向に沿って延在し且つ図５の紙面に直交する方向に沿って並列された複数個の左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂが形成される。左第２連通孔１６２ａによって左第２貯留部１４６ａと第３貯留部１４８が連通するとともに、右第２連通孔１６２ｂによって右第２貯留部１４６ｂと第３貯留部１４８が連通する。
【００６１】
上記したように、左第２区画壁１４２ａ、右第２区画壁１４２ｂと水平隔壁１３６との間には第１連通口１５８ａ、第２連通口１５８ｂが形成されている。このため、第１連通口１５８ａを介して左第１貯留部１４４ａと第３貯留部１４８が直接連通し、且つ第２連通口１５８ｂを介して右第１貯留部１４４ｂと第３貯留部１４８が直接連通する。
【００６２】
さらに、山形状部位１５０の各裾の近傍にも、各々の厚み方向に沿って延在し且つ図５の紙面に直交する方向に沿って並列された複数個の左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂが形成される。左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂは、ドレイン通路１５４を介してドレイン口１２２に連通する。
【００６３】
左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂ、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの孔径は、これら左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂ、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂを覆った液状水Ｌが、その表面張力によって流入口側に留まり、内部に容易に進入しない程度に設定される。従って、液状水Ｌが、左第１貯留部１４４ａ（右第１貯留部１４４ｂ）から左第２貯留部１４６ａ（右第２貯留部１４６ｂ）、左第２貯留部１４６ａ（右第２貯留部１４６ｂ）から第３貯留部１４８に迅速に流通することが阻害される。すなわち、これらの連通孔１６０ａ、１６０ｂ、１６２ａ、１６２ｂは、液状水Ｌの流通抵抗となる。
【００６４】
左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂの径方向断面積の合計は、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの径方向断面積の合計に比して大きく設定することが好ましい。また、左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂの径方向断面積の合計は、左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂ、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの径方向断面積の合計に比して小さく設定することが好ましい。すなわち、左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂの径方向断面積の合計をＳ１、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの径方向断面積の合計をＳ２、左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂの径方向断面積の合計をＳ３とするとき、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係が成り立つとよい。この理由については後述する。
【００６５】
Ｓ１＞Ｓ２とするには、例えば、左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂ、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの個数を同一とするとともに、個々の左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂの径方向断面積を、個々の左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの径方向断面積に比して大きくすればよい。又は、個々の左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂの径方向断面積と、個々の左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの径方向断面積とを同一とし、且つ左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂの個数を、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの個数よりも多くすればよい。
【００６６】
また、Ｓ２＞Ｓ３とするには、上記と同様に、例えば、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂ、左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂの個数を同一とするとともに、個々の左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの径方向断面積を、個々の左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂの径方向断面積に比して大きく設定する。又は、個々の左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの径方向断面積と、個々の左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂの径方向断面積とを同一とし、且つ左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの個数を、左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂの個数よりも多く設定する。
【００６７】
山形状部位１５０には、さらに、水平隔壁１３６に指向して突出したダクト１６８が立設される。該ダクト１６８は、その長手方向に沿って延在する貫通孔１７０を有する円筒形状体であり、該ダクト１６８を介して第３貯留部１４８とドレイン通路１５４が連通される。
【００６８】
ダクト１６８の貫通孔１７０の径方向断面積をＳ４とするとき、Ｓ４は、左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂの径方向断面積の合計Ｓ１、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの径方向断面積の合計Ｓ２、左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂの径方向断面積の合計Ｓ３に比して大きく設定することが好ましい。すなわち、Ｓ４＞Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係が成り立つことが好適である。この理由についても後述する。
【００６９】
本実施の形態に係る気液分離器３２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００７０】
燃料電池システム１０は、例えば、自動車車体に搭載されて燃料電池車を構成する。燃料電池車は、例えば、寒冷地の冬季等で運転されることもある。このときには、氷点下で燃料電池システム１０を起動することがあり得る。以下、この場合を例示して説明する。
【００７１】
燃料電池スタック１２を起動するに際しては、水素タンク１８から水素供給流路１４に燃料ガスとしての水素が供給される。水素は、第１分岐路２０の第１インジェクタ２４、又は第２分岐路２２の第２インジェクタ２６のいずれかを通過した後、さらに合流路２８のエジェクタ３０を経由して、燃料電池スタック１２を構成する各燃料電池のアノード電極に供給される。
【００７２】
その一方で、エアポンプ４４を介して、空気供給流路４０に酸化剤ガスである圧縮空気が送られる。圧縮空気は、後述する排圧縮空気によって加湿された後、燃料電池スタック１２を構成する各燃料電池のカソード電極に供給される。
【００７３】
以上のように反応ガスが供給されることにより、各燃料電池のアノード電極、カソード電極で電極反応がそれぞれ生起される。これにより、発電が行われる。なお、燃料電池スタック１２には冷却媒体流路が形成されており、該冷却媒体流路に、前記冷却媒体供給流路を介して供給された冷却媒体が流通される。
【００７４】
カソード電極に供給されて一部が消費された圧縮空気は、排圧縮空気として空気排出流路４２に排出される。排圧縮空気は、カソード電極での電極反応によって生成した水分を含む湿潤ガスである。この排圧縮空気は、図示しない加湿器において、カソード電極に新たに供給される圧縮空気を加湿する。
【００７５】
一方、アノード電極に供給されて一部が消費された水素は、排水素として水素排出流路１６に排出される。排水素は、水素排出流路１６を流通する過程で気液分離器３２に流入し、第１気液分離室７０、第２気液分離室７２の各々にて水素（気相）と水分（液相）に分離される。
【００７６】
一層具体的には、排水素は、図２に示す第１流入口６０と第２流入口６２から個別にケーシング５６内に導入される。上方の第１流入口６０から流入した排水素は、内室５０の内壁に沿って右下方に傾斜するように若干進行し、隔壁６６が存在することで図２の紙面奥側に形成された第１気液分離室７０に流入する。なお、第２気液分離室７２に進行しようとする排水素は、隔壁６６の紙面手前側の端面に設けられた堰止板７６で堰止される。このため、第１流入口６０から流入した排水素が第２気液分離室７２に流入することが阻止される。
【００７７】
第１気液分離室７０に流入した排水素は、第１規制部８０の延在方向に沿って流通する。このため、排水素の流通方向が、それまでの右下方向きから、鉛直下方よりも若干左方向きとなる。
【００７８】
排水素は、その後、第２規制部８２の案内傾斜部８４、第１鉛直部８６、第１水平部８８に沿って進行する。このため、排水素の流通方向は、左下方から右上方、右上方から水平方向（左方）の順序で変化する。排水素は、さらに、第１規制部８０の、第２規制部８２に臨む側の端面によって案内されることで上昇し、その後、流通方向が集合室７４側に偏向される。その結果、第１気液分離室７０から導出されて集合室７４に到達する。図３には、以上の流通過程を矢印で示している。
【００７９】
この流通過程で、排水素の流速が急速に低下する。さらに、第１気液分離室７０内に第１案内部９０（第１規制部８０、第２規制部８２）が形成され、該第１気液分離室７０内がクランク形状とされている。このため、排水素が、第１気液分離室７０内に比較的長時間滞在する。以上のような理由から、第１流入口６０から第１気液分離室７０内に供給された排水素（気液二相流）が、液相である水分と、気相である第１水素気流とに効率よく分離される。水分は凹部１２０内の貯留部形成部材１３０内に第１進入口１５６ａを介して進入し、第１水素気流は集合室７４に流入する。
【００８０】
その一方で、下方の第２流入口６２側に回り込んだ排水素は、第１気液分離室７０内に配設された導管９４を経由し、該導管９４の、第２気液分離室７２内に臨む開口から導出される。このため、第２流入口６２から流入した排水素が第１気液分離室７０に流入することが阻止される。
【００８１】
前記開口の近傍には、上記したように、右方が開口した偏向部材９６が設けられている。このため、導管９４から導出された排水素の流通方向は、閉塞部材５４側から右方の第３規制部９８側に変化する。排水素は、その後、第３規制部９８の第２鉛直部１０８、第２水平部１１０に沿って進行する。このため、排水素の流通方向は、一旦左下方から右上方に向かい、その後、右上方から水平方向（左方）に向かうように変化する。排水素は、さらに、内室５０の内壁に案内されながら上昇し、さらに、堰止板７６の、第２気液分離室７２に臨む側の端面に案内されることで、流通方向が下方に偏向される。その結果、排水素は、第２気液分離室７２から導出されて集合室７４に到達する。図４には、以上の流通過程を矢印で示している。
【００８２】
第２気液分離室７２内でも同様に、上記の流通過程で、排水素の流速が急速に低下する。さらに、第２気液分離室７２内に第２案内部１０６（第３規制部９８、堰止板７６）が形成されているために、該第２気液分離室７２内がクランク形状とされている。このため、排水素が、第２気液分離室７２内に比較的長時間滞在する。従って、第２流入口６２（導管９４）から第２気液分離室７２内に供給された排水素（気液二相流）もまた、液相である水分と、気相である第２水素気流とに効率よく分離される。水分は、第１気液分離室７０で分離された水分と同じく凹部１２０内の貯留部形成部材１３０内に第２進入口１５６ｂ又は第１進入口１５６ａを介して進入し、第２水素気流は集合室７４に流入する。
【００８３】
仮に、第１気液分離室７０での気液分離効率が第２気液分離室７２に比して大きく、第１気液分離室７０で水分が多く分離されるような場合には、呼吸孔７８ａ、７８ｂを介して水分が第２気液分離室７２に移る。第２気液分離室７２での気液分離効率が第１気液分離室７０に比して大きいときには、これとは逆に、呼吸孔７８ａ、７８ｂを介して水分が第１気液分離室７０に移る。このため、第１気液分離室７０又は第２気液分離室７２に過度に多量の液相が貯留されることや、このことに起因して第１気液分離室７０又は第２気液分離室７２で気液分離が困難となることが回避される。
【００８４】
燃料電池システム１０が氷点下で起動されているため、第１気液分離室７０、第２気液分離室７２にて排水素から分離された水分は、０℃近傍の低温である。
【００８５】
第１気液分離室７０から導出された第１水素気流と、第２気液分離室７２から導出された第２水素気流は、集合室７４で集合して集合流となる。すなわち、第１水素気流及び第２水素気流は、流通方向が互いに略平行となる。この集合流が、流出口６４を介して循環流路３４（図１参照）に流入する。集合流は、その後、循環流路３４からエジェクタ３０に吸引され、新たに供給された水素とともにアノード電極に再供給される。
【００８６】
排水素の一部や、カソード電極に供給された圧縮空気に含まれて電解質膜を透過した窒素は、第１進入口１５６ａ及び第２進入口１５６ｂを介して凹部１２０内の貯留部形成部材１３０内、すなわち、左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂに進入する。これらの気相は、図５に矢印で示すように、第１連通口１５８ａ、第２連通口１５８ｂを介して第３貯留部１４８に流通し、さらに、ダクト１６８（貫通孔１７０）を経由してドレイン通路１５４に流通する。ＥＣＵ４６の制御作用下にドレイン弁３６が開放されることに伴い、気相がドレイン口１２２を介して排出される。
【００８７】
集合流（第１水素気流及び第２水素気流）には、未だ若干の水分が含まれる。このため、集合流が集合室７４の内壁に接触することに伴い、水分が液化して液滴の液状水Ｌとなり、集合室７４の内壁に付着する。
【００８８】
液滴（液状水Ｌ）は、重力の作用下に下方、すなわち、集合室７４の底部に向かって流下する。ここで、集合室７４の底部には、支持台１００に設けられた誘導傾斜部１１２が位置する。液滴は、この誘導傾斜部１１２に誘導され、第３規制部９８の第２鉛直部１０８に堰止されることで前記仮貯液部１１４に一旦貯留される。仮貯液部１１４が流出口６４から大きく離間した位置にあるので、仮貯液部１１４に貯留された水分が集合流とともにエジェクタ３０に吸引されることが回避される。
【００８９】
支持台１００の挟持部１０４には、移液孔１１６が形成されている。従って、段差部に所定量の液滴が液状水Ｌとして貯留されると、該液状水Ｌは移液孔１１６からオーバーフローする。これにより、液状水Ｌが、凹部１２０内の貯留部形成部材１３０内に第２進入口１５６ｂを介して進入する。
【００９０】
第１進入口１５６ａから左第１貯留部１４４ａに進入した液状水Ｌは、乾燥した左第１区画壁１４０ａに沿って流下し、左第１区画壁１４０ａと左第２区画壁１４２ａの交点近傍に向かって移動する。同様に、第２進入口１５６ｂから右第１貯留部１４４ｂに進入した液状水Ｌは、乾燥した右第１区画壁１４０ｂに沿って流下し、右第１区画壁１４０ｂと右第２区画壁１４２ｂの交点近傍に向かって移動する。この過程で、液状水Ｌは、左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂを覆う。
【００９１】
上記したように、本実施の形態では、左第１連通孔１６０ａ及び右第１連通孔１６０ｂの孔径が十分に小さく設定されている。従って、左第１連通孔１６０ａ及び右第１連通孔１６０ｂ上の液状水Ｌが左第１連通孔１６０ａ及び右第１連通孔１６０ｂに流入するに至るまで、比較的長時間を有する。左第１連通孔１６０ａ及び右第１連通孔１６０ｂ上の液状水Ｌに十分な表面張力が作用するからである。このように、左第１連通孔１６０ａ及び右第１連通孔１６０ｂが液状水Ｌの流通抵抗となるので、液状水Ｌは、図７に示すように、左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂに比較的長時間留まる。
【００９２】
燃料電池スタック１２の運転が継続されると、さらに液状水Ｌが発生する。運転継続に伴って燃料電池スタック１２の温度が上昇するため、この液状水Ｌは、燃料電池システム１０の起動初期に発生した液状水Ｌに比して高温である。高温の液状水Ｌが上記と同様にして貯留部形成部材１３０内に進入することにより、左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ内に貯留された液状水Ｌが増加する。
【００９３】
増加した液状水Ｌの自重が表面張力を上回ると、液状水Ｌが左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂに進入して左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂに流入し始める。すなわち、左第２貯留部１４６ａ及び右第２貯留部１４６ｂにおける液状水Ｌの貯留が開始される。
【００９４】
左第２貯留部１４６ａ及び右第２貯留部１４６ｂにある程度の液状水Ｌが貯留されると、該液状水Ｌは、左第１区画壁１４０ａ、右第１区画壁１４０ｂに形成された左第２連通孔１６２ａ及び右第２連通孔１６２ｂを覆う。左第２連通孔１６２ａ及び右第２連通孔１６２ｂの孔径も十分に小さく設定されているため、上記と同様に、液状水Ｌが表面張力に抗して左第２連通孔１６２ａ及び右第２連通孔１６２ｂに流入するに至るまで比較的長時間を有する。すなわち、左第２連通孔１６２ａ及び右第２連通孔１６２ｂも液状水Ｌの流通抵抗となり、液状水Ｌは、左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂにも比較的長時間留まる。
【００９５】
以上のようにして左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ、左第２貯留部１４６ａ及び右第２貯留部１４６ｂに液状水Ｌが貯留される間も、気相（排水素の一部や窒素）が第１進入口１５６ａ、第２進入口１５６ｂから貯留部形成部材１３０内に進入する。ここで、左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂの径方向断面積の合計Ｓ１、左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂの径方向断面積の合計Ｓ２、左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂの径方向断面積の合計Ｓ３、ダクト１６８の貫通孔１７０の径方向断面積Ｓ４との間にＳ４＞Ｓ１、Ｓ４＞Ｓ２、Ｓ４＞Ｓ３の関係が成立していると、気相が、断面積が最大である貫通孔１７０を優先的に通過するようになる。すなわち、気相は、第１連通口１５８ａ、第２連通口１５８ｂから第３貯留部１４８に容易に進入し、その後、ダクト１６８及びドレイン通路１５４を通過してドレイン口１２２から排出される。
【００９６】
また、Ｓ１＞Ｓ３、Ｓ２＞Ｓ３の関係が成立していると、第３貯留部１４８の内圧が最も大きくなるので、液状水Ｌが左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂ内で堰き止められるようになる。加えて、Ｓ１＞Ｓ２の関係が成立していると、液状水Ｌの左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂから左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂへの流入速度が、左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂから第３貯留部１４８への流入速度に比して緩慢となる。
【００９７】
このように液状水Ｌの流入速度が緩慢となることから、液状水Ｌに十分な表面張力が発現する。従って、左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ内の液状水Ｌが左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂに流入し難くなるとともに、左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂ内の液状水Ｌが左第２連通孔１６２ａ、右第２連通孔１６２ｂに流入し難くなる。以上のような理由が相俟って、液状水Ｌが、左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ、左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂに留まり易くなる。
【００９８】
このように、本実施の形態によれば、気相がダクト１６８を介して速やかにケーシング５６外に排出される一方で、液状水Ｌ（液相）が貯留部形成部材１３０中の左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ、左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂに貯留される。すなわち、気相を排出するためにドレイン口１２２を開放しているにも関わらず、低温の液状水Ｌを気液分離器３２の内部に留めておくことができる。
【００９９】
すなわち、低温の液状水Ｌがドレイン口１２２から排出されてドレイン弁３６に接触することを可及的に抑制することができる。これにより、低温の液状水Ｌがドレイン弁３６で凍結することを防止することが可能となり、その結果、凍結に起因してドレイン弁３６が動作不良を起こすことを回避することが可能となる。
【０１００】
従って、ドレイン弁３６を加温するための加温機構、例えば、ヒータ等を付設する必要がない。このため、燃料電池システム１０の構成要素の点数が増加することが回避されるので、該燃料電池システム１０の小型化や簡素化を図ることが容易となる。
【０１０１】
しかも、気液分離器３２内で液状水Ｌを十分に貯留することができるので、液状水Ｌの発生量を抑制する必要、換言すれば、燃料電池スタック１２の発電量を制限する必要がない。このため、暖機運転時間が長期化することを回避することができる。
【０１０２】
燃料電池スタック１２の運転がなおも継続されると、燃料電池スタック１２の温度が十分に上昇し、一層高温の液状水Ｌが発生する。高温の液状水Ｌが上記と同様にして左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ内に進入することにより、左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ内が略満水となる。この状況下では、左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ内の液状水Ｌが自重によって左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂ内に比較的急速に流入し、左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂ内の液状水Ｌも自重によって第３貯留部１４８内に比較的急速に流入する。第３貯留部１４８に流入する液状水Ｌは、高温の液状水Ｌが混合しているために氷点下を十分に上回る温度となっている。
【０１０３】
第３貯留部１４８の内圧は、上記したように貯留部形成部材１３０中で最も大きい。この大きな内圧により、第３貯留部１４８に流入した液状水Ｌは、比較的短時間で貫通孔１７０に流入してドレイン通路１５４に排出され、さらに、ドレイン口１２２及びドレイン弁３６を介して排水流路３８に排出される。
【０１０４】
ドレイン弁３６に接触する液状水Ｌは、上記したように氷点下を十分に上回る温度となっている。このため、ドレイン弁３６内で液状水Ｌが凍結することや、この凍結に起因してドレイン弁３６が動作不良を起こすことが回避される。
【０１０５】
燃料電池スタック１２が定常運転となった後、第１気液分離室７０、第２気液分離室７２内で排水素から分離された水分は、液状水Ｌとして左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ、左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂ、第３貯留部１４８を速やかに通過し、ドレイン通路１５４、ドレイン口１２２、ドレイン弁３６を介して排水流路３８に排出される。すなわち、ケーシング５６内に貯留部形成部材１３０を設けたことによって液状水Ｌの排出が妨げられることはない。
【０１０６】
なお、左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂに進入した低温の液状水Ｌが、該左第１連通孔１６０ａ、該右第１連通孔１６０ｂ内で凍結することが想定される。この場合、図８に示すように、液状水Ｌが第１連通口１５８ａ、第２連通口１５８ｂからオーバーフローし、第３貯留部１４８に流入する。ここで、左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂに進入した低温の液状水Ｌが、該左第３連通孔１６４ａ、該右第３連通孔１６４ｂ内で凍結する可能性もある。
【０１０７】
このような状況となると、液状水Ｌが第３貯留部１４８に貯留される。燃料電池スタック１２の継続運転に伴って比較的高温の液状水Ｌが第１連通口１５８ａ、第２連通口１５８ｂから第３貯留部１４８に流入して液面がダクト１６８よりも高くなると、第３貯留部１４８内の液状水Ｌがオーバーフローしてダクト１６８からドレイン通路１５４に排出される。このように、本実施の形態では、第１連通口１５８ａ、第２連通口１５８ｂを設けて左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂを第３貯留部１４８に直接連通するとともに、第３貯留部１４８に、ドレイン通路１５４を介してドレイン口１２２に連通するダクト１６８を設けるようにしている。これにより、左第１連通孔１６０ａ、右第１連通孔１６０ｂ、左第３連通孔１６４ａ、右第３連通孔１６４ｂ内で液状水Ｌが凍結した場合であっても、貯留部形成部材１３０内で液状水Ｌを一旦貯留し、その後にドレイン口１２２から排出することが可能となる。
【０１０８】
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【０１０９】
例えば、この実施の形態では、ケーシング５６とは別部材のものとして貯留部形成部材１３０を構成し、左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂ、左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂ及び第３貯留部１４８を設けるようにしているが、左第１区画壁１４０ａ、右第１区画壁１４０ｂ、左第２区画壁１４２ａ、右第２区画壁１４２ｂ等をケーシング５６と一体的に形成し、ケーシング５６内に貯留部形成部を設けるようにしてもよい。
【０１１０】
また、この実施の形態では、第１貯留部として左第１貯留部１４４ａ、右第１貯留部１４４ｂの２個を設けるとともに、第２貯留部として左第２貯留部１４６ａ、右第２貯留部１４６ｂの２個を設けるようにしているが、第１貯留部及び第２貯留部の個数は１個であってもよい。さらに、流入口及び気液分離室も１個であってもよい。
【０１１１】
さらにまた、気液分離器３２を含む燃料電池システム１０は、車載型のものに特に限定されず、定置型のものであってもよい。
【０１１２】
そして、気液分離器３２は、複数個の流入口から気液二相流をケーシング５６内に導入するものとして用いられるものであればよく、燃料電池システム１０を構成するものに特に限定されるものではない。気液二相流も、水分を含んだ水素以外のものであってもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…燃料電池システム                  １２…燃料電池スタック
１４…水素供給流路                      １６…水素排出流路
１８…水素タンク                        ２４…第１インジェクタ
２６…第２インジェクタ                  ３０…エジェクタ
３２…気液分離器                        ３４…循環流路
３６…ドレイン弁                        ３８…排水流路
４０…空気供給流路                      ４２…空気排出流路
５０…内室                              ５２…本体部材
５６…ケーシング                        ６０…第１流入口
６２…第２流入口                        ６４…流出口
６６…隔壁                              ７０…第１気液分離室
７２…第２気液分離室                    ７４…集合室
７６…堰止板                            ７８ａ、７８ｂ…呼吸孔
８０…第１規制部                        ８２…第２規制部
９０…第１案内部                        ９４…導管
９６…偏向部材                          ９８…第３規制部
１００…支持台                          １０６…第２案内部
１１２…誘導傾斜部                      １１４…仮貯液部
１１６…移液孔                          １２０…凹部
１２２…ドレイン口                      １３０…貯留部形成部材
１３２…底壁                            １３６…水平隔壁
１４０ａ、１４０ｂ…第１区画壁          １４２ａ、１４２ｂ…第２区画壁
１４４ａ、１４４ｂ…第１貯留部          １４６ａ、１４６ｂ…第２貯留部
１４８…第３貯留部                      １５４…ドレイン通路
１５６ａ、１５６ｂ…進入口              １５８ａ、１５８ｂ…連通口
１６０ａ、１６０ｂ…第１連通孔          １６２ａ、１６２ｂ…第２連通孔
１６４ａ、１６４ｂ…第３連通孔          １６８…ダクト
１７０…貫通孔                          Ｌ…液状水
【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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