專利名稱：氣液分離器和稀釋器的一體式裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一體式裝置，其中氣液分離器和稀釋器一體地構(gòu)成。特別地，本發(fā)明涉及氣液分離器和稀釋器的一體式裝置，其中設(shè)置成在燃料電池系統(tǒng)中使用的氣液分離器和稀釋器是一體式的。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)燃料電池系統(tǒng)中，為從由燃料電池排出的排氣分離出水(水分)而布置氣液分離器。各種此類氣液分離器之一為旋風(fēng)式分離器。日本專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2002-373699 (JP-A-2002-373699)公開了一種旋風(fēng)式氣液分離器，該氣液分離器包括圓筒狀的主體部，其上端和下端是密閉的；設(shè)置在主體部的圓筒狀上部附近和切線方向上的入口管；設(shè)置成在主體部的頂板部的中央部中從該主體部向內(nèi)和向外突出的出口管；設(shè)置在主體部的下部中的儲(chǔ)水罐部；以及設(shè)置在儲(chǔ)水罐部上的排水管，其中對(duì)水的移動(dòng)提供阻力的多個(gè)肋片從儲(chǔ)水罐的底部向上延伸。此外，在現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)中，為了用陰極排出氣體(例如，空氣)稀釋從燃料電池排出的陽(yáng)極排出氣體(氫氣)以便在將陽(yáng)極排出氣體釋放到大氣之前充分降低氫濃度，布置了氫稀釋器。這種氫稀釋器的一個(gè)示例為在日本專利申請(qǐng)公報(bào) No. 2003-132915 (JP-A-2003-132915)中公開的氫稀釋器，該氫稀釋器包括保持區(qū)域，從燃料電池排出的陽(yáng)極排出氣體滯留在該保持區(qū)域中；稀釋區(qū)域，從燃料電池排出的陰極排出氣體(空氣)被傳入該稀釋區(qū)域中，并且通過將陰極排出氣體與來(lái)自保持區(qū)域的陽(yáng)極排出氣體混合而稀釋陰極排出氣體；以及引流部，該引流部將陽(yáng)極排出氣體從保持區(qū)域引流到稀釋區(qū)域。日本專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2007-80728 (JP-A-2007-80728)公開了一種氫稀釋器，該氫稀釋器包括導(dǎo)入室，陽(yáng)極排出氣體蓄積在該導(dǎo)入室中；連通通路，該連通通路在導(dǎo)入室與陰極排出氣體通路之間連通；連通閥，該連通閥改變連通通路的連通狀態(tài)，并且當(dāng)驅(qū)氣閥打開時(shí)關(guān)閉，而當(dāng)驅(qū)氣閥關(guān)閉時(shí)變成能夠打開；以及加壓裝置，用于通過當(dāng)連通閥打開時(shí)從外部對(duì)導(dǎo)入室加壓而縮小導(dǎo)入室的容量。此外，日本專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2008-140783 (JP-A-2008-140783)公開了一種氫稀釋器，該氫稀釋器包括保持室，陽(yáng)極排出氣體滯留在該保持室中；陽(yáng)極導(dǎo)入通路，其將陽(yáng)極排出氣體導(dǎo)入保持室；陰極導(dǎo)入通路，其將陰極排出氣體導(dǎo)入滯留室；以及排出氣體導(dǎo)出通路，其導(dǎo)出陽(yáng)極排出氣體和陰極排出氣體，其中，陰極導(dǎo)入通路的開口和排出氣體導(dǎo)出通路的開口彼此面對(duì)，并布置成彼此靠近，開口之間留有間隙。然而，日本專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2002-373699 (JP-A-2002-373699)等中公開的氣液分離器通常具有水管沿儲(chǔ)水罐部的水平方向設(shè)置的結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)稀釋器布置在氣液分離器的下游側(cè)時(shí)存在水滯留在水管中的可能性。此外，由于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氣液分離器具有利用重力將水儲(chǔ)存在儲(chǔ)水罐部中這樣的結(jié)構(gòu)，因此還存在氣液分離失效和水溢出的可能性。此外，日本專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2003-132915 (JP-A-2003-132915),日本專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2007-80728 (P-A-2007-80728)、日本專利申請(qǐng)公報(bào) No. 2008-140783 (JP-A-2008-140783)等均未對(duì)氣液分離器與氫稀釋器之間的關(guān)系的考慮提供任何說(shuō)明等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種氣液分離器和稀釋器的一體式裝置，其能夠有效地執(zhí)行氣液分離并有效地稀釋被導(dǎo)入稀釋器的氣體，且其允許尺寸減小。本發(fā)明的第一方面涉及一種一體式裝置，該一體式裝置包括氣液分離器，所述氣液分離器從氣體和液體相混合的氣液混合物流體分離出所述氣體和所述液體；稀釋器，所述稀釋器布置在所述氣液分離器的下方；以及連通管，所述連通管在所述氣液分離器與所述稀釋器之間連通，并且布置成與水平方向成預(yù)定角度，并且將從所述氣液混合物流體分離出的所述液體導(dǎo)入所述稀釋器。在該一體式裝置中，所述氣液分離器、所述稀釋器和所述連通管是一體地構(gòu)成的。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，氣液分離器和布置在氣液分離器下方的稀釋器由布置成與水平方向成預(yù)定角度的連通管連接。因此，當(dāng)被氣液分離器分離出的液體經(jīng)連通管被導(dǎo)入稀釋器時(shí)，能夠利用重力使液體落入稀釋器。因此，能夠抑制液體在連通管內(nèi)的滯留。此外，由于氣液分離器和稀釋器是一體地構(gòu)成的，因此能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸減小。在根據(jù)本發(fā)明的前述方面的一體式裝置中，所述氣液分離器可具有構(gòu)成所述氣液分離器的上部的上部構(gòu)成部件，且所述稀釋器可具有構(gòu)成所述稀釋器的下部的下部構(gòu)成部件。此外，在所述上部構(gòu)成部件與所述下部構(gòu)成部件之間可設(shè)有共有部件，并且所述共有部件可與所述上部構(gòu)成部件和所述下部構(gòu)成部件一體地設(shè)置。所述共有部件可構(gòu)成所述氣液分離器的下部及所述稀釋器的上部，且所述連通管可形成在所述共有部件中。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，由于共有部件構(gòu)成氣液分離器的下部和稀釋器的上部，因此能夠減小構(gòu)件數(shù)目，并且能夠進(jìn)一步減小裝置的尺寸。在根據(jù)本發(fā)明的前述方面的一體式裝置中，所述一體式裝置可連接到燃料電池組，并且所述氣液混合物流體可從所述燃料電池組排出的陽(yáng)極排出氣體與水相混合的流體。此外，所述稀釋器可具有擴(kuò)張室和陰極排出氣體通路，從所述燃料電池組排出的陰極排出氣體的一部分、所述水以及所述陽(yáng)極排出氣體的一部分被導(dǎo)入所述擴(kuò)張室，并且被導(dǎo)入的這部分陰極排出氣體和被導(dǎo)入的這部分陽(yáng)極排出氣體在所述擴(kuò)張室中混合，并且所述陰極排出氣體和所述陽(yáng)極排出氣體的混合氣體以及所述水從所述擴(kuò)張室排出，所述陰極排出氣體通路引導(dǎo)和排出被導(dǎo)入所述擴(kuò)張室的這部分以外的所述陰極排出氣體。所述擴(kuò)張室在沿被導(dǎo)入所述擴(kuò)張室的所述陰極排出氣體的流通方向的上游側(cè)的位置和下游側(cè)的位置可具有流通控制部件，所述流通控制部件布置成控制所述一部分陽(yáng)極排出氣體的流動(dòng)。通過該結(jié)構(gòu)，陰極排出氣體的一部分能夠由于陰極排出氣體通路中發(fā)生的壓力損失而被導(dǎo)入包含陽(yáng)極排出氣體的擴(kuò)張室，并且陽(yáng)極排出氣體和陰極排出氣體能夠被有效地混合，并能夠排出使用陰極排出氣體稀釋的陽(yáng)極排出氣體。此外，由于與氣液分離器一體地設(shè)置的稀釋器位于氣液分離器上方，因此被導(dǎo)入氣液分離器的水通過被導(dǎo)入稀釋器的高溫陰極排出氣體加溫，從而能夠抑制凍結(jié)。而且，由于集中在稀釋器的底面中的水也通過高溫陰極排出氣體加溫，因此也能夠抑制水的凍結(jié)。此外，如果水凍結(jié)，則能夠通過高溫陰極排出氣體加速其解凍。再者，擴(kuò)張室能夠在下一次氫驅(qū)氣前通過陰極排出氣體換氣。順便說(shuō)明，例如，通過連接流量調(diào)節(jié)閥等，能夠設(shè)定或調(diào)節(jié)將陽(yáng)極排出氣體導(dǎo)入擴(kuò)張室的量和時(shí)序寸。此外，在根據(jù)本發(fā)明的前述方面的一體式裝置中，從所述燃料電池組排出的所述陽(yáng)極排出氣體的一部分可經(jīng)所述連通管被導(dǎo)入所述擴(kuò)張室。此外，所述流通控制部件中的至少一個(gè)可具有迷宮結(jié)構(gòu)。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極排出氣體能夠被更確定地保持在擴(kuò)張室內(nèi)， 并且能夠在該擴(kuò)張室中被稀釋且從其排出。在根據(jù)前述方面的一體式裝置中，所述迷宮結(jié)構(gòu)可由從所述共有部件的下表面向下延伸的多個(gè)壁部組成。所述壁部的下端的至少一部分可緊密接觸所述下部構(gòu)成部件的上表面。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高氣液分離器和稀釋器的一體式裝置的強(qiáng)度。在根據(jù)前述方面的一體式裝置中，所述流通控制部件中的至少一個(gè)可由從所述共有部件的下表面向下延伸并具有至少一個(gè)縫隙的壁部組成。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，能夠通過噴射容易地混合陽(yáng)極排出氣體和陰極排出氣體。此外，在根據(jù)前述方面的一體式裝置中，所述擴(kuò)張室可在布置在所述下游側(cè)的所述流通控制部件與限定所述擴(kuò)張室之下游側(cè)的側(cè)壁之間具有使經(jīng)由布置在所述下游側(cè)的所述流通控制部件導(dǎo)入的混合氣體回旋的回旋室。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，能夠加速陽(yáng)極排出氣體和陰極排出氣體的混合，從而能夠進(jìn)一步提高稀釋陽(yáng)極排出氣體的性能。此外，在根據(jù)前述方面的一體式裝置中，所述氣液分離器可具有引導(dǎo)部，所述引導(dǎo)部設(shè)置在所述共有部件中并且引導(dǎo)所述氣液混合物流體的流動(dòng)，并且所述引導(dǎo)部的上端的至少一部分可與所述上部構(gòu)成部件的底面緊密接觸，且所述引導(dǎo)部的下端的至少一部分可與所述下部構(gòu)成部件的上表面緊密接觸。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，氣液混合物流體能夠被有效地分離成氣體和液體。此外，由于該引導(dǎo)部，能夠進(jìn)一步提高氣液分離器和稀釋器的一體式裝置的強(qiáng)度。此外，在根據(jù)前述方面的一體式裝置中，所述引導(dǎo)部可具有與所述氣液混合物流體的導(dǎo)入方向基本平行地布置的引導(dǎo)壁部，并且在所述氣液分離器中，在所述引導(dǎo)壁部的與所述氣液混合物流體的導(dǎo)入側(cè)相反的一側(cè)可形成有陽(yáng)極氣體排出口，分離出的陽(yáng)極氣體經(jīng)所述陽(yáng)極氣體排出口排出。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，氣液混合物流體能夠從狹窄空間被導(dǎo)入寬闊空間，從而能夠更有效地分離重量較輕的陽(yáng)極排出氣體和較重的水。此外，在根據(jù)前述方面的一體式裝置中，所述氣液混合物流體可繞所述引導(dǎo)部回旋。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極排出氣體和水能夠被更加有效地分離。此外，在根據(jù)前述方面的一體式裝置中，可在所述引導(dǎo)部的下端中形成有允許水流過的貫通孔。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，通過氣液分離獲得的水能夠經(jīng)由(流經(jīng))貫通孔被導(dǎo)入連通管。因此，能夠進(jìn)一步提高排水性能。在根據(jù)前述方面的一體式裝置中，所述混合氣體可在沿被導(dǎo)入的一部分陰極排出氣體的流通方向的下游側(cè)從所述擴(kuò)張室排出。在根據(jù)前述方面的一體式裝置中，所述連通管可布置成垂直或傾斜于水平方向。根據(jù)本發(fā)明，可提供一種氣液分離器和稀釋器的一體式裝置，該一體式裝置能夠有效地執(zhí)行氣液分離且有效地稀釋被導(dǎo)入稀釋器的氣體并實(shí)現(xiàn)尺寸減小。


本發(fā)明的前述和/或其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述而變得更加明顯，附圖中使用同樣的標(biāo)號(hào)來(lái)代表同樣的元件，并且其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氣液分離器和稀釋器的一體式裝置的透視圖；圖2是圖1所示的一體式裝置的分解透視圖；圖3是圖1所示的一體式裝置的俯視圖；圖4是共有部件的底面從上方透視的俯視圖；圖5是沿圖3所示的線V-V截取的截面圖；圖6是沿圖3所示的線VI-VI截取的截面圖；圖7是燃料電池組的一部分的透視圖，圖1所示的一體式裝置與該部分連接；圖8是示出了圖1所示的一體式裝置的一部分與圖7所示的燃料電池組連接的狀態(tài)的透視圖；圖9是沿圖10所示的線IX-IX截取的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流通控制部件的截面圖；圖10是沿圖9所示的線X-X截取的截面圖。
具體實(shí)施例方式將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的氣液分離器和稀釋器的一體式裝置。在附圖中，各種部件的厚度和尺寸及其放大和縮小比例等與實(shí)際值不相等，而是被適當(dāng)?shù)卮_定為使描述更容易理解。順便說(shuō)明，在本實(shí)施例中，將描述設(shè)置在燃料電池系統(tǒng)中的氣液分離器和稀釋器成一體的一體式裝置。此外，例如，為使描述更容易理解，在一體式裝置與燃料電池組連接的結(jié)構(gòu)中，一體式裝置的面對(duì)燃料電池組的表面稱為“背面”或“后部”，一體式裝置的與背面相反的表面稱為“正面”或“前部”，并且當(dāng)人面對(duì)正面時(shí)一體式裝置的右手側(cè)稱為“右側(cè)”，且其左手側(cè)稱為“左側(cè)”。如圖1至6和圖8所示，根據(jù)其中氣液分離器10和稀釋器20 —體地構(gòu)成的實(shí)施例的一體式裝置1包括上部構(gòu)成部件11，其構(gòu)成氣液分離器10的上部；下部構(gòu)成部件21， 其構(gòu)成稀釋器20的下部；以及共有部件50，其位于上部構(gòu)成部件11與下部構(gòu)成部件21之間，并與上部構(gòu)成部件11和下部構(gòu)成部件21 —體地設(shè)置。即，氣液分離器10由上部構(gòu)成部件11和共有部件50的面對(duì)上部構(gòu)成部件11的上表面構(gòu)成。稀釋器20由共有部件50 的下表面和下部構(gòu)成部件21構(gòu)成。上部構(gòu)成部件11具有大致水平的板部12和圓頂部13，該圓頂部從板部12連續(xù)地形成，并總體呈圓頂形狀從板部12向上突出。圓頂部13的右側(cè)背面設(shè)置有氣液混合物流體導(dǎo)入口 14，該導(dǎo)入口連接到燃料電池組100的氫排出口 101(參見圖7)，并將包含氫排出氣體(陽(yáng)極排出氣體)和水的氣液混合物流體從氫排出口 101導(dǎo)入氣液分離器10。此外，圓頂部13的略微偏向圓頂部13的中心的左側(cè)的一部分的上表面設(shè)置有氫排出氣體排出口 15，在氣液分離器10內(nèi)分離出的氫排出氣體經(jīng)該排出口排出。氫排出氣體排出口 15與燃料電池組100的氫導(dǎo)入口 102(參見圖7)連接(連接狀態(tài)未示出)。從氫排出氣體排出口 15排出的氫排出氣體從氫導(dǎo)入口 102返回到燃料電池組100，并被再次用作陽(yáng)極氣體。此外，圓頂部13的上表面的跨越氫排出氣體排出口 15沿前后方向彼此相對(duì)的兩個(gè)側(cè)部設(shè)置有螺孔16和17，所述螺孔16和17 與形成在引導(dǎo)部51的上表面中的螺孔55和56重合，該引導(dǎo)部51設(shè)置在后文將詳細(xì)描述的共有部件50上。此外，在板部12的左側(cè)形成有孔18，用于流量調(diào)節(jié)的閥等布置在該孔中。共有部件50的上表面的大致右側(cè)半部是構(gòu)成氣液分離器10的下部的氣液分離器構(gòu)成區(qū)域。在共有部件50的上表面的位于引導(dǎo)部51的左側(cè)的部分中形成有向下凹入設(shè)置的凹部60。凹部60的大致中心部設(shè)置有連通管61的開口部，該連通管61在氣液分離器 10與稀釋器20之間連通，并將由氣液分離器10從氣液混合物流體分離出的水導(dǎo)入稀釋器 20。該連通管61如圖5所示從凹部60的底面向下延伸。具體地，由于連通管61能夠允許從氣液混合物流體分離出的水大致沿豎直方向流動(dòng)(允許其落下)，因此連通管61能夠利用重力來(lái)排出水。因此，能夠抑制液體在連通管61中的滯留。共有部件50的上表面的右側(cè)部分設(shè)置有引導(dǎo)部51，該引導(dǎo)部引導(dǎo)氣液混合物流體的流動(dòng)以使得從氣液混合物流體導(dǎo)入口 14導(dǎo)入的氣液混合物流體在氣液分離器10內(nèi)回旋。該引導(dǎo)部51具有大致平行于經(jīng)氣液混合物流體導(dǎo)入口 14導(dǎo)入的氣液混合物流體的導(dǎo)入方向布置的引導(dǎo)壁部52，以及從引導(dǎo)壁部52的沿前后方向彼此相對(duì)的兩個(gè)側(cè)部連續(xù)地形成的圓筒部53和M。螺孔55和56分別形成在圓筒部53和M的上表面中。當(dāng)上部構(gòu)成部件11被置于共有部件50上時(shí)，螺孔55和56布置在與形成于上部構(gòu)成部件11中的螺孔16和17重合的位置。然后，用于將上部構(gòu)成部件11和共有部件50彼此固定的螺釘(未示出)被擰入螺孔16和55以及螺孔17和56。圓筒部53和M的上端被焊接在上部構(gòu)成部件11的下表面上，如圖6所示。圓筒部53和M的下端貫通共有部件50并從其向下延伸，并被焊接在下部構(gòu)成部件21的上表面上。當(dāng)上部構(gòu)成部件11被置于共有部件50上時(shí)，引導(dǎo)壁部 52如圖3所示位于氫排出氣體排出口 15的右側(cè)。因而，氫排出氣體排出口 15位于引導(dǎo)壁部52的與氣液混合物流體導(dǎo)入口 14相反的一側(cè)。引導(dǎo)壁部52的上端被焊接在上部構(gòu)成部件11的下表面上。因而，由于圓筒部53和M的上端以及引導(dǎo)壁部52的上端被焊接在上部構(gòu)成部件11的下表面上，并且圓筒部53和M的下端被焊接在下部構(gòu)成部件21的上表面上，因此圓筒部53和M及引導(dǎo)壁部52起到加強(qiáng)部件的作用，并且將提高一體式裝置 1的強(qiáng)度。順便說(shuō)明，氣液分離器10如圖3所示構(gòu)造成使得由引導(dǎo)部51的面對(duì)左右方向的表面以及圓頂部13的內(nèi)壁表面形成的間隙比由引導(dǎo)部51的面對(duì)前后方向的表面以及圓頂部13的內(nèi)壁表面形成的間隙寬。因此，經(jīng)氣液混合物流體導(dǎo)入口 14導(dǎo)入的氣液混合物流經(jīng)由引導(dǎo)部51的前側(cè)面和圓頂部13的內(nèi)壁表面形成的狹窄間隙，然后流入由引導(dǎo)部51的左側(cè)表面和圓頂部13的內(nèi)壁表面形成的寬闊空間。因此，重量較輕的氫和較重的水能夠有效地彼此分離。此外，包含尚未分離而是仍保留在其中的水的氣液混合物流體進(jìn)一步移動(dòng)通過由引導(dǎo)部51的后側(cè)表面和圓頂部13的內(nèi)壁表面形成的狹窄間隙，并因此在引導(dǎo)部51 周圍回旋。這樣，尚未從氣液混合物分離出的水能夠從氣液混合物分離，并且能夠抑制水的旋流。然后，這樣分離出的水從凹部60經(jīng)連通管61被導(dǎo)入稀釋器20。此時(shí)，包含尚未分離的氫排出氣體的氣液混合物流體與已分離出的水一起經(jīng)連通管61被導(dǎo)入稀釋器20。另一方面，已從氣液混合物流體分離出的重量輕的氫排出氣體向上移動(dòng)，并從氫排出氣體排出口 15有效排出，并回到燃料電池組100內(nèi)。此外，共有部件50的左側(cè)部分設(shè)置有空氣排出氣體導(dǎo)入口 71，該導(dǎo)入口 71連接到燃料電池組100的空氣排出氣體排出口 103 (參見圖7)，并將從空氣排出氣體排出口 103 排出的空氣排出氣體導(dǎo)入稀釋器20。順便說(shuō)明，空氣排出氣體導(dǎo)入口 71經(jīng)由管道105連接到空氣排出氣體排出口 103，如圖8所示。在圖7中，附圖標(biāo)記106表示空氣導(dǎo)入口，107表示冷卻水排出口，108表示冷卻水導(dǎo)入口。共有部件50的下表面是形成稀釋器20的上部的稀釋器構(gòu)成區(qū)域。稀釋器20具有使經(jīng)空氣排出氣體導(dǎo)入口 71導(dǎo)入的空氣排出氣體流向形成在下部構(gòu)成部件21 (下述) 的右側(cè)端面中的流體排出口 70，以及為稀釋與水一起經(jīng)連通管61導(dǎo)入的氫排出氣體而設(shè)置的擴(kuò)張室63。用于如圖4所示分隔空氣排出氣體通路62和擴(kuò)張室63的分隔壁65從共有部件50的下表面向下延伸。分隔壁65的下端被焊接在下部構(gòu)成部件21的上表面上?？諝馀懦鰵怏w導(dǎo)入口 71位于空氣排出氣體通路62的上部左側(cè)部分中。用于將空氣排出氣體的一部分導(dǎo)入擴(kuò)張室63的稀釋空氣導(dǎo)入口 66形成在分隔壁65的靠近空氣排出氣體導(dǎo)入口 71的部分中。此外，分隔壁65的靠近流體排出口 70的部分設(shè)置有將流體從擴(kuò)張室63排出到空氣排出氣體通路62的排出口 67。擴(kuò)張室63的稀釋空氣導(dǎo)入口 66側(cè)部分具有迷宮結(jié)構(gòu)，該迷宮結(jié)構(gòu)用作抑制(控制)被導(dǎo)入擴(kuò)張室63的氫排出氣體經(jīng)稀釋空氣導(dǎo)入口 66流出到空氣排出氣體通路62中的流通控制部件。該迷宮結(jié)構(gòu)由從共有部件50的下表面向下延伸的多個(gè)壁部68和69 (本實(shí)施例中為五個(gè)壁部)構(gòu)成，所述壁部之間留有預(yù)定間隔。具體而言，該迷宮結(jié)構(gòu)通過壁部 68和壁部69交替布置的交替設(shè)置構(gòu)成，壁部68的一端從分隔壁65連續(xù)地形成且其另一端與共有部件50的后側(cè)端部隔開，壁部69的一端從共有部件50的后側(cè)端部連續(xù)地形成且其另一端與分隔壁65隔開。這些壁部68和69的下端被焊接在下部構(gòu)成部件21的上表面上。壁部78在連通管61的布置位置與圓筒部53和M的布置位置之間的位置從共有部件50的下表面向下延伸，該壁部的一端從共有部件50的后側(cè)端部連續(xù)形成且其另一端與分隔壁65隔開。此外，沿前后方向連接圓筒部53和M的壁部74從共有部件50的下表面向下延伸。沿前后方向連接圓筒部53和分隔壁65的壁部75從共有部件50的下表面向下延伸。壁部74從圓筒部53和M連續(xù)地形成，而壁部75從圓筒部53和分隔壁65連續(xù)地形成。此外，這些壁部73、74和75的下端被焊接在下部構(gòu)成部件21的上表面上。順便說(shuō)明，由于壁部68、69以及73至75被焊接在下部構(gòu)成部件21的上表面上， 因此這些壁部起到加強(qiáng)部件的作用，并將提高一體式裝置1的強(qiáng)度。此外，如圖4所示，由圓筒部M、壁部74、圓筒部53和壁部75組成的部分以及壁部78形成迷宮結(jié)構(gòu)。該迷宮結(jié)構(gòu)起到控制流體的流量以使得被擴(kuò)張室63內(nèi)的空氣排出氣體稀釋的氫排出氣體從排出口 67逐漸排出的流通控制部件的作用。擴(kuò)張室63的右側(cè)后部向右突出。這種突出形成了構(gòu)成已通過圓筒部M與擴(kuò)張室 63的壁部73之間并向排出口 67移動(dòng)的流體能夠四周回旋的回旋室77的空間。在到達(dá)回旋室77之后，氫排出氣體和空氣排出氣體形成渦流，使得氫排出氣體更有效地被空氣排出氣體稀釋。下部構(gòu)成部件21的右側(cè)壁設(shè)置有流體排出口 70，已經(jīng)過稀釋器20的內(nèi)部的流體 (空氣排出氣體、被空氣排出氣體稀釋的氫排出氣體、水等)經(jīng)該流體排出口 70排出。該下部構(gòu)成部件21如圖2所示被構(gòu)造為具有大的底面積。因此，從連通管61導(dǎo)入稀釋器20的水被保持在下部構(gòu)成部件21的較淺的大面積底部中。如上所述構(gòu)成的上部構(gòu)成部件11、共有部件50和下部構(gòu)成部件21例如通過緊固部件如螺釘、螺栓和螺母等一體地固定，以便形成氣液分離器10和稀釋器20 —體地構(gòu)成的一體式裝置1。由于氣液分離器10和稀釋器20如上所述一體地構(gòu)成，因此能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸減接下來(lái)，將描述根據(jù)本實(shí)施例的一體式裝置1的具體動(dòng)作。當(dāng)陽(yáng)極氣體(燃料氣體氫)和陰極氣體(氧化氣體氧)被供給至燃料電池組 100并且電化學(xué)反應(yīng)開始時(shí)，氫排出氣體和水的氣液混合物流體從燃料電池組100的氫排出口 101排出。然后，該氣液混合物流體經(jīng)氣液混合物流體導(dǎo)入口 14被導(dǎo)入氣液分離器 10。被導(dǎo)入氣液分離器10的氣液混合物流體經(jīng)過由引導(dǎo)部的51的前側(cè)表面和圓頂部13 的內(nèi)壁表面形成的狹窄間隙，并流入由引導(dǎo)部51的左側(cè)表面和圓頂部分13的內(nèi)壁形成的大空間。由于旋風(fēng)效果，重量較輕的氫和較重的水被有效地彼此分離。通過氣液分離獲得的氫向上移動(dòng)，并經(jīng)氫排出氣體排出口 15有效地排出，并回到燃料電池組100。另一方面， 通過氣液分離獲得的水以及尚未進(jìn)行氣液分離的氫排出氣體經(jīng)由連通管61被導(dǎo)入稀釋器 20。水被儲(chǔ)存在下部構(gòu)成部件21的底面中。此時(shí)，連通管61沿豎直方向敞開，并且水通過重力落下，從而能夠抑制水在連通管61中的滯留。另一方面，從燃料電池組100的空氣排出氣體排出口 103排出的空氣排出氣體經(jīng)空氣排出氣體導(dǎo)入口 71被引導(dǎo)到稀釋器20的空氣排出氣體通路62的上游側(cè)。由于空氣排出氣體通路62中發(fā)生的壓力損失，空氣排出氣體的一部分從稀釋空氣導(dǎo)入口 66經(jīng)過由壁部68和69形成的迷宮結(jié)構(gòu)被導(dǎo)入擴(kuò)張室63。被導(dǎo)入擴(kuò)張室63的空氣排出氣體與經(jīng)連通管61被導(dǎo)入稀釋器20的氫排出氣體相混合，從而稀釋氫排出氣體。(空氣排出氣體和被稀釋的氫排出氣體的)混合流體經(jīng)過由壁部73以及由圓筒部M、壁部74、圓筒部53和壁部75組成的部分構(gòu)成的迷宮結(jié)構(gòu)到達(dá)回旋室77，并經(jīng)回旋室77的排出口 67排出到空氣排出氣體通路62的下游側(cè)。順便說(shuō)明，由于布置在擴(kuò)張室63的上游側(cè)和下游側(cè)的迷宮結(jié)構(gòu)， 在實(shí)現(xiàn)良好的空間節(jié)省的同時(shí)，氫排出氣體能夠被有效地保持在擴(kuò)張室63中，并且能夠有效地與空氣排出氣體混合并被空氣排出氣體稀釋，并且能夠被排出。此外，未被導(dǎo)入擴(kuò)張室63的空氣排出氣體經(jīng)空氣排出氣體通路62流向流體排出口 70 (下游側(cè))，并與經(jīng)排出口 67排出到空氣排出氣體通路62內(nèi)的流體一起經(jīng)流體排出口 70排出。這里應(yīng)注意，由于氣液分離器10布置在已經(jīng)過燃料電池組100的熱空氣排出氣體所流經(jīng)的空氣排出氣體通路62上方，因此氣液分離器10能夠被提供形成在氣液分離器10 中的冰解凍效果。而且，由于保持在稀釋器20中的水被保持在較淺的大面積，因此如果水凍結(jié)則易于使冰解凍。因此，能夠縮短解凍時(shí)間。此外，在空氣排出氣體和已稀釋的氫排出氣體從排出口 67排出與下一次氫驅(qū)氣之間的時(shí)段期間，可使用空氣排出氣體對(duì)擴(kuò)張室63的內(nèi)部進(jìn)行換氣作為下一次氫驅(qū)氣的
此外，盡管已結(jié)合壁部68、69和73至75的下端被焊接在下部構(gòu)成部件21的上表面上的情形描述了實(shí)施例，但這并非限制性的。例如，壁部68、69和73至75的下端也可與下部構(gòu)成部件21的上表面緊密接觸，而不是被焊接在其上表面上。此外，可在壁部68、69 和73至75的下端的一部分與下部構(gòu)成部件21的上表面之間形成允許水流過的排出用貫通孔。這種結(jié)構(gòu)使得可以有效地使水經(jīng)該排出用貫通孔移動(dòng)至流體排出口 70，并因此提高排水性能。此外，盡管已結(jié)合設(shè)置迷宮結(jié)構(gòu)作為流通控制部件的情形描述了前述實(shí)施例，但這并非限制性的。例如，如圖9和10所示，也可以采用在擴(kuò)張室63的上游側(cè)和/或下游側(cè)形成壁部88的結(jié)構(gòu)，該壁部88的一端從共有部件50的后側(cè)端部連續(xù)地形成且其另一端從分隔壁65連續(xù)地形成，并且該壁部88沿前后方向延伸。在壁部88中形成至少一個(gè)縫隙89， 使得經(jīng)縫隙89來(lái)到下游側(cè)的空氣排出氣體形成噴流，從而有利于與氫排出氣體相混合。壁部88可從共有部件50的下表面延伸，并且壁部88的下端可被焊接在下部構(gòu)成部件21的上表面上。順便說(shuō)明，圖9是沿圖10中的線IX-IX截取的截面圖，而圖10是沿圖9所示的線X-X截取的截面圖。已結(jié)合分隔壁65以及壁部68、69和73至75從共有部件50的下表面延伸的情形描述了前述實(shí)施例，但這并非限制性的。例如，壁部65、68、69和73至75也能以不同布置來(lái)設(shè)置，例如，其中壁部從下部構(gòu)成部件21的上表面向上延伸的布置等。此外，設(shè)置成形成迷宮結(jié)構(gòu)的壁部的數(shù)目并不局限于預(yù)定數(shù)目等。此外，盡管已結(jié)合連通管61沿大致豎直方向設(shè)置的情形描述了實(shí)施例，但這并非限制性的。例如，連通管61也可與水平方向成預(yù)定角度傾斜，只要能夠利用重力將水導(dǎo)入稀釋器20即可。雖然上面已說(shuō)明了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于所說(shuō)明的實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而是可使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到的各種變更、改型或改進(jìn)來(lái)實(shí)施而不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種一體式裝置，包括氣液分離器，所述氣液分離器從氣體和液體相混合的氣液混合物流體分離出所述氣體和所述液體；稀釋器，所述稀釋器布置在所述氣液分離器的下方；以及連通管，所述連通管在所述氣液分離器與所述稀釋器之間連通，并且布置成與水平方向成預(yù)定角度，并且將從所述氣液混合物流體分離出的所述液體導(dǎo)入所述稀釋器，其中所述氣液分離器、所述稀釋器和所述連通管是一體地構(gòu)成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式裝置，其中所述氣液分離器具有構(gòu)成所述氣液分離器的上部的上部構(gòu)成部件； 所述稀釋器具有構(gòu)成所述稀釋器的下部的下部構(gòu)成部件；在所述上部構(gòu)成部件與所述下部構(gòu)成部件之間設(shè)有共有部件，并且所述共有部件與所述上部構(gòu)成部件和所述下部構(gòu)成部件一體地設(shè)置；所述共有部件構(gòu)成所述氣液分離器的下部及所述稀釋器的上部；并且所述連通管形成在所述共有部件中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體式裝置，其中 所述一體式裝置連接到燃料電池組；所述氣液混合物流體是從所述燃料電池組排出的陽(yáng)極排出氣體與水相混合的流體； 所述稀釋器具有擴(kuò)張室和陰極排出氣體通路，從所述燃料電池組排出的陰極排出氣體的一部分、所述水以及所述陽(yáng)極排出氣體的一部分被導(dǎo)入所述擴(kuò)張室，并且被導(dǎo)入的這部分陰極排出氣體和被導(dǎo)入的這部分陽(yáng)極排出氣體在所述擴(kuò)張室中混合，并且所述陰極排出氣體和所述陽(yáng)極排出氣體的混合氣體以及所述水從所述擴(kuò)張室排出，所述陰極排出氣體通路引導(dǎo)和排出被導(dǎo)入所述擴(kuò)張室的這部分以外的所述陰極排出氣體；并且所述擴(kuò)張室在沿被導(dǎo)入所述擴(kuò)張室的所述陰極排出氣體的流通方向的上游側(cè)的位置和下游側(cè)的位置具有流通控制部件，所述流通控制部件布置成控制所述一部分陽(yáng)極排出氣體的流動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式裝置，其中，從所述燃料電池組排出的所述陽(yáng)極排出氣體的一部分經(jīng)所述連通管被導(dǎo)入所述擴(kuò)張室。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一體式裝置，其中，所述流通控制部件中的至少一個(gè)具有迷宮結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體式裝置，其中，所述迷宮結(jié)構(gòu)由從所述共有部件的下表面向下延伸的多個(gè)壁部組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體式裝置，其中，所述壁部的下端的至少一部分緊密接觸所述下部構(gòu)成部件的上表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一體式裝置，其中，所述流通控制部件中的至少一個(gè)由從所述共有部件的下表面向下延伸并且具有至少一個(gè)縫隙的壁部組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項(xiàng)所述的一體式裝置，其中，所述擴(kuò)張室在布置在所述下游側(cè)的所述流通控制部件與限定所述擴(kuò)張室之下游側(cè)的側(cè)壁之間具有使經(jīng)由布置在所述下游側(cè)的所述流通控制部件導(dǎo)入的混合氣體回旋的回旋室。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)所述的一體式裝置，其中所述氣液分離器具有引導(dǎo)部，所述引導(dǎo)部設(shè)置在所述共有部件中并且引導(dǎo)所述氣液混合物流體的流動(dòng)；并且所述引導(dǎo)部的上端的至少一部分與所述上部構(gòu)成部件的底面緊密接觸，并且所述引導(dǎo)部的下端的至少一部分與所述下部構(gòu)成部件的上表面緊密接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一體式裝置，其中所述引導(dǎo)部具有與所述氣液混合物流體的導(dǎo)入方向?qū)嵸|(zhì)平行地布置的引導(dǎo)壁部；并且在所述氣液分離器中，在所述引導(dǎo)壁部的與所述氣液混合物流體的導(dǎo)入側(cè)相反的一側(cè)形成有陽(yáng)極氣體排出口，分離出的陽(yáng)極氣體經(jīng)所述陽(yáng)極氣體排出口排出。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的一體式裝置，其中，所述氣液混合物流體在所述引導(dǎo)部周圍回旋。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的一體式裝置，其中，在所述引導(dǎo)部的下端中形成有允許水流過的貫通孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求3至13中任一項(xiàng)所述的一體式裝置，其中，所述混合氣體在沿被導(dǎo)入的一部分陰極排出氣體的流通方向的下游側(cè)從所述擴(kuò)張室排出。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的一體式裝置，其中，所述連通管布置成垂直或傾斜于水平方向。
全文摘要
一種一體式裝置包括氣液分離器(10)，該氣液分離器從氣液混合物流體分離出氣體和液體；布置在氣液分離器(10)下方的稀釋器(20)；以及連通管(61)，該連通管在氣液分離器(10)與稀釋器(20)之間連通，且布置成與水平方向成預(yù)定角度，并至少將從氣液混合物流體分離出的液體導(dǎo)入稀釋器(20)。氣液分離器(10)、稀釋器(20)和連通管(61)是一體的。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102308423SQ200980156009
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者久保田光夫, 關(guān)根廣之, 宮崎吉?jiǎng)t 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社