JP4914258B2

JP4914258B2 - 気液分離装置

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Publication number: JP4914258B2
Application number: JP2007074157A
Authority: JP
Inventors: 健太郎名越; 章二安藤; 卓磨金沢
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: JP2008235051A

Description

本発明は、燃料電池システムで使用される気液分離装置に関する。

燃料電池システムで使用される気液分離装置は、燃料電池が水素と酸素との電気化学反応によって起電力を発生する際に副生する水（生成水）を分離するものである。この生成水は、燃料電池からオフガスとともに排出される。この生成水は、燃料電池システムにおける燃料ガス（酸素、および水素）の流れを阻害する場合があるために、所定の気液分離装置でオフガスから分離される。

従来、気液分離装置としては、燃料電池からのオフガスを流通させる配管に設けられたものが知られており、分離した生成水を貯留するタンクと、タンクから生成水を排水する配管と、この配管に設けられたドレンバルブとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、この気液分離装置は、タンクの上方と下方のそれぞれに水位検知センサを備えており、上方の水位検知センサは、タンクの上限水位を検知する位置に配置され、下方の水位検知センサは、タンクの下限水位を検知する位置に配置されている。
このような気液分離装置では、上方の水位検知センサがタンクからの排水を開始するタイミングを決定するセンサとして使用され、下方の水位検知センサがタンクからの排水を終了するタイミングを決定するセンサとして使用されている。
特開２００５−５０５５４号公報

しかしながら、従来の気液分離装置（例えば、特許文献１参照）では、貯留タンクから排水を開始するタイミングと、終了するタイミングとが、タンクの水位を検知することで決定されているために、次のような問題が生じるおそれがある。

まず、この気液分離装置は、車両等に搭載される燃料電池システムに使用されると、車両等が傾いた際に、または車両等の加速時や減速時に貯留タンク内の水位が変動する。その結果、この気液分離装置は、排水とその終了のタイミングが正確に決定されない場合があって、その信頼性が充分でないという問題がある。

また、従来の気液分離装置では、タンクから排水を開始するタイミングが、水を上方の水位検知センサが検知することで決定されることから、タンク内には、定常時においても上限近くまで生成水が貯まっている場合がある。その一方で、燃料電池の発電量が急激に増大すると、副生した生成水の量も急激に増大することとなる。そして、タンク内で上限まで生成水が貯まっている場合に、生成水の量が急激に増大すると、タンクからの排水が追いつかずに生成水が貯留タンクから溢れるおそれがある。つまり、この気液分離装置は、生成水の取り溢しが生じる場合があり、補水能力が低下するという問題がある。

また、従来の気液分離装置では、タンクから排水を終了するタイミングが、下方の水位検知センサが水を検知することで決定されることから、タンク内の生成水が、定常時においても下限近くまで少なくなっている場合がある。その一方で、前記したように、車両等に使用されるものでは、水位が変動するために、タンク内の水位が下限水位より低くなっていても排水が継続される場合がある。その結果、この気液分離装置は、排水後に続いて水素等のオフガスがタンクを通じて燃料システムの系外に排出される場合があり、特に、オフガス中の未反応の水素を循環利用する燃料システムでは、燃料ガスの利用効率が低下するという問題がある。

また、従来の気液分離装置では、前記した生成水の取り溢しや、水素等のオフガスが燃料システムの系外に排出されることを防止するために、タンクを大きくすることが考えられる。しかしながら、このことは気液分離装置の大型化および重量化に繋がる。

また、従来の気液分離装置は、タンクに設けられた２つの水位検知センサを備えているので、これらのセンサの制御が複雑になるとともに、気液分離装置自体の製造コストが高くなる問題もある。
以上のように、従来の気液分離装置では、タンク内の水位を検知することなく的確に排水を行うことができ、１つのセンサのみで生成水の排出を行うタイミングを制御することができる気液分離装置が望まれていた。

そこで、本発明の課題は、タンク内の水位を検知することなく的確に排水を行うことができ、１つのセンサのみで生成水の排出を行うタイミングを制御することができる気液分離装置を提供することにある。

前記課題を解決する発明（請求項１）は、燃料電池からの燃料ガスに混在する液体を前記燃料ガスから分離するための気液分離装置であって、前記燃料ガスから前記液体を分離するタンクと、前記液体を前記タンクから排出するドレン機構と、前記タンクと前記ドレン機構とを接続する排出管部と、前記ドレン機構の上流側で前記排出管部に設けられて前記液体の存在の有無を検知する液体検知手段と、前記液体検知手段からの検知信号に基づいて、前記ドレン機構での前記液体を排出させる制御を行う制御手段と、を備える。そして、前記制御手段は、前記ドレン機構により前記液体を排出させている際に、前記検知信号が、前記液体の存在を検知している検知状態から前記液体の存在を検知していない非検知状態に切り替わった場合でも、前記検知信号が非検知状態に切り替わってから、前記液体の排出により前記排出管部に前記液体が存在しないものと確定され、かつ、前記ドレン機構から前記燃料ガスが排出されない所定の確定時間を経過していないときは、液体の非存在を確定させない（液体が存在するものとする）。
この気液分離装置では、従来の気液分離装置（例えば、特許文献１参照）と異なって、水の検知をタンク内の水位ではなく、排出管部に水が存在するか否かで排水の終了のタイミングを決定しているので、タンク内の水位を検知する必要がない。その結果、本発明の気液分離装置は、気液分離装置が傾斜等によって水位が変動したとしても的確に排水を行うことができる。
また、この気液分離装置では、排出管部に水が存在するか否かで排水のタイミングとその排水の終了のタイミングを決定しているので、１つの前記液体検知手段で前記タイミングを制御することもできる。

また、このような気液分離装置においては（請求項３）、前記液体検知手段から前記ドレン機構までの前記排出管部の容量は、前記所定の確定時間を経過する間と、応答遅れがある場合はその応答遅れの時間と、を含めた応答時間が経過する間、前記排出管部内において、前記燃料ガスが前記ドレン機構に到達しない容積に設定されていることが望ましい。

また、このような気液分離装置においては（請求項４）、前記容量は、前記燃料電池からの前記燃料ガスの流量が最大となる状態が前記応答時間の間継続しても、前記排出管部内の前記燃料ガスが前記ドレン機構に到達しない容積に設定されていることが望ましい。

本発明の気液分離装置によれば、タンク内の水位を検知することなく的確に排水を行うことができ、１つのセンサのみで生成水の排出を行うタイミングを制御することができる。

以下、本発明の気液分離装置における一実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、本実施形態の気液分離装置を使用した燃料電池システムの全体構成図である。図２は、本実施形態の気液分離装置の構成を説明するための模式図である。ここでは、まず本実施形態の気液分離装置を使用した燃料電池システムについて説明した後に、気液分離装置について説明する。

図１に示すように、本実施形態での燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０、アノード系２０、カソード系３０、希釈系４０、制御系５０などを含んで構成されている。

前記燃料電池スタック１０は、周知のとおり、固体高分子からなる電解質膜１１を、触媒を含むアノード１２と、触媒を含むカソード１３とで挟み、さらに一対の導電性のセパレータ１４，１５で挟んで構成した単セルを有し、図示しないがこの単セルを厚み方向に複数積層することにより構成されている。この燃料電池スタック１０では、後記するように、アノード１２側に供給される水素（水素）と、カソード１３側に供給される空気（酸素：酸化剤）との電気化学反応によって起電力を発生するとともに、その電力は、負荷に供給されることとなる。ちなみに、負荷とは、車両であれば、走行モータ、蓄電装置（例えば、キャパシタやバッテリ）、エアコンプレッサ３１等の補機類などである。

前記アノード系２０は、水素を燃料電池スタック１０のアノード１２に供給するとともにアノード１２から水素を排出する系であり、水素タンク２１、水素遮断弁２２、レギュレータ２３、エゼクタ２４、およびパージ弁２７、ならびに後記する気液分離装置Ａを備えている。

前記水素遮断弁２２は、例えば電磁作動式のものであり、水素タンク２１の出口に設けられている。また、水素遮断弁２２は、所定の配管で水素タンク２１と接続されている。なお、水素遮断弁２２は、水素タンク２１と一体に構成されたインタンク式のものであってもよい。

前記レギュレータ２３は、水素遮断弁２２の下流側に設けられ、水素タンク２１から供給された高圧の水素ガスを燃料電池スタック１０に供給するのに適した圧力に減圧する機能を有している。また、レギュレータ２３は、所定の配管で水素遮断弁２２と接続されている。

前記エゼクタ２４は、アノード１２側から排出された未反応の水素を、燃料電池スタック１０のアノード１２に再循環させるための真空ポンプの一種である。また、エゼクタ２４は、所定の配管でレギュレータ２３と接続されるとともに、燃料電池スタック１０のアノード１２側の入口と接続されている。

前記パージ弁２７は、水素循環経路Ｃを形成する配管Ｐ３から分岐する配管Ｐ４の途中に設けられ、適宜開弁してアノード系２０に蓄積された不純物を排出する機能を有している。ちなみに、水素循環経路Ｃは、エゼクタ２４と燃料電池スタック１０のアノード１２側の入口とを接続する配管Ｐ１と、燃料電池スタック１０のアノード１２側の出口と後記する気液分離装置Ａのタンク２５とを接続する配管Ｐ２と、タンク２５とエゼクタ２４とを接続する配管Ｐ３とで形成されている。

前記カソード系３０は、空気（酸素）を燃料電池スタック１０のカソード１３に供給するとともに、カソード１３から空気などを排出する系であり、エアコンプレッサ３１、および加湿器３２を備えている。

前記エアコンプレッサ３１は、モータにより駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、車外の空気（外気）を取り込んで圧縮してカソード１３に供給する機能を有している。

前記加湿器３２は、例えば、複数の水透過性の膜を束ねてケースに収容した中空糸膜モジュールを備え、中空糸膜の内側と外側の一側にエアコンプレッサ３１からの空気を流通させ、他側に燃料電池スタック１０のカソード１３から排出された排出オフガス（湿潤な空気、生成水）を流通させることにより、エアコンプレッサ３１からの空気を加湿する機能を有している。

前記希釈系４０は、燃料電池スタック１０から排出された水素を希釈する機能を有し、希釈装置４１を備えている。この希釈装置４１は、配管Ｐ５で加湿器３２と接続され、燃料電池スタック１０のカソード１３から排出された空気を滞留させる滞留室（図示せず）を有している。また、希釈装置４１は、配管Ｐ６で後記する気液分離装置Ａのドレンバルブ２６と接続されるとともに、配管Ｐ４で前記パージ弁２７と接続されている。これにより、パージ弁２７から排出された水素が、希釈装置４１内に滞留した空気によって規定水素濃度に希釈された後に系外（車外）に排出されるようになっている。

前記制御系５０は、ＥＣＵ５１（Electronic Control Unit、電子制御装置）を備えている。このＥＣＵ５１は、燃料電池システム１の制御を総括的に行うように構成されており、特に、次に説明する気液分離装置Ａの水検知センサ２９からの検知信号に基づいて、気液分離装置Ａのドレンバルブ２６を後記する手順で制御するように構成されている。このＥＣＵ５１は、特許請求の範囲にいう「制御手段」に相当し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、プログラムなどで構成されている。また、ＥＣＵ５１は、後記するように、水検知センサ２９からの検知信号に基づいて水の存在の有無を確定する所定の時間（以下、単に「確定時間」ということもある）をカウントするためのタイマを備えている。ちなみに、ＥＣＵ５１は、水の存在を検知する検知信号を、確定時間を経過するまで入力したときに、水が存在すると確定し、水の存在を検知しない検知信号を、確定時間を経過するまで入力したときに、水が存在しないと確定する。なお、ここでの「水の存在を検知しない検知信号」とは、水の存在を検知する検知信号が入力されない場合（無信号）も含められる。このような確定時間は、本実施形態では５００ｍ秒程度に設定されている。

次に、本実態形態の気液分離装置Ａについて説明する。
図１に示すように、気液分離装置Ａは、燃料電池スタック１０が前記したように起電力を発生した際に副生する水（生成水）を分離するものである。この水は、特許請求の範囲にいう「液体」に相当する。ちなみに、この水は、カソード１３側で副生し、主に、カソード１３側に接続された配管Ｐ５を介してカソードオフガス（空気）とともに燃料電池スタック１０から排出される。そして、水を含んだカソードオフガスは、希釈装置４１を介して系外（車外）に排出される。

その一方で、カソード１３側から電解質膜１１を透過してアノード１２側に移動（リーク）した水は、アノード１２側の出口に接続された配管Ｐ２を介してアノードオフガス（水素）とともに燃料電池スタック１０から排出される。
本実施形態では、アノードオフガスに混在する水をアノードオフガスから分離するための気液分離装置Ａについて説明する。なお、このアノードオフガスは、特許請求の範囲にいう「ガス」に相当する。

この気液分離装置Ａは、タンク２５と、ドレンバルブ２６と、タンク２５とドレンバルブ２６とを接続する配管Ｐ７と、ドレンバルブ２６の上流側で配管Ｐ７に設けられた水検知センサ２９と、前記したＥＣＵ５１とで主に構成されている。なお、ドレンバルブ２６は、特許請求の範囲にいう「ドレン機構」に相当し、配管Ｐ７は、「排出管部」に相当し、水検知センサ２９は、「液体検知手段」に相当する。

図２に示すように、前記タンク２５は、燃料電池スタック１０のアノード１２側から配管Ｐ２を介して導入されるアノードオフガス（水素）から水を分離するものである。そして、このタンク２５は、水を分離した後のアノードオフガスを、配管Ｐ３、および配管Ｐ１を介してアノード１２に戻すようになっている。なお、図２では、配管Ｐ３と配管Ｐ１との間に配置されるエゼクタ２４（図１参照）の図示を省略している。
また、タンク２５は、アノードオフガスから分離した水を、配管Ｐ７、ドレンバルブ２６、および配管Ｐ６を介して希釈装置４１に排出するようになっている。

ドレンバルブ２６は、配管Ｐ７と配管Ｐ６との間に配置されており、後記するように、ＥＣＵ５１から出力される開指令信号、および閉指令信号に応じて開閉する電磁弁等の開閉弁で構成されている。

水検知センサ２９は、配管Ｐ７内における水（生成水）の存在の有無を検知するとともに、その検知信号をＥＣＵ５１（図１参照）に出力するようになっている。この水検知センサ２９としては、水を検知するものであれば特に制限はなく、例えば静電容量式センサ、超音波式センサ等が挙げられる。なお、この水検知センサ２９は、配管Ｐ７の内壁面に付着した水滴や水膜を検知せずに、配管Ｐ７内を満たすように流れる水を検知するようにその感度が調節されている。

本実施形態での配管Ｐ７は、水検知センサ２９からドレンバルブ２６までの容量Ｖ１、およびタンク２５と配管Ｐ７との接続部からドレンバルブ２６までの容量Ｖ２が次のように設定されている。

前記容量Ｖ１は、水検知センサ２９で配管Ｐ７内に水が存在していないことが検知されてからドレンバルブ２６が動作するまでの応答時間、言い換えれば、ドレンバルブ２６が閉鎖されるまでに、配管Ｐ７内のアノードオフガスがドレンバルブ２６に到達しない容積に設定されている。つまり、容量Ｖ１は、ドレンバルブ２６からアノードオフガスがより確実に排出されない容量に設定されている。

そして、容量Ｖ１は、燃料電池スタック１０のアノード１２（図２参照）側からタンク２５（図２参照）に流れ込むアノードオフガスの流量が最大となる状態で、言い換えれば、タンク２５（図２参照）で分離される水の量が最大となるときに、アノードオフガスをドレンバルブ２６から排出せずに、しかも水を効率よく排出できる容量に設定されている。
詳しくは後記するが、容量Ｖ１は、図３（ｃ）に示すように、前記した確定時間ｔ_１を経過するまで継続して配管Ｐ７内に水Ｗが存在していないことが検知されたときに、その確定時間ｔ_１で配管Ｐ７内のアノードオフガスＧがドレンバルブ２６に到達しない容積に設定されている。

前記容量Ｖ２は、燃料電池スタック１０のアノード１２（図２参照）側からタンク２５（図２参照）に流れ込むアノードオフガスの流量が最大となる状態で、言い換えれば、タンク２５（図２参照）で分離される水の量が最大となるときに、水が配管Ｐ７からタンク２５側に溢れ出ない容量に設定されている。
詳しくは後記するが、図３（ｆ）に示すように、容量Ｖ２は、ドレンバルブ２６が閉鎖された状態で、前記した確定時間ｔ_１を経過するまで継続して配管Ｐ７内に水Ｗが存在していることが検知されたときに、その確定時間ｔ_１でタンク２５側から配管Ｐ７内に流れ込む水が、タンク２５と配管Ｐ７との接合部に到達しない容積に設定されている。

次に、気液分離装置Ａの動作について説明する。ここで参照する図３（ａ）から図３（ｆ）は、ドレンバルブ２６（ドレン機構）の動作との関係で配管Ｐ７（排出管部）を流れる水とアノードオフガスの挙動を示す模式図であり、図３（ｇ）は、図３（ａ）から図３（ｆ）に示す水とアノードオフガスの挙動に対応付けた、ドレンバルブ２６の開閉のタイミング（ドレン機構の動作のタイミング）を示すタイムチャートである。図４は、ＥＣＵ５１（制御手段）の動作手順を示すフローチャートである。

まず、燃料電池システム１（図１参照）が起動して発電を開始すると、前記したように、図２に示す配管Ｐ２を介して水を含むアノードオフガスがタンク２５内に送り込まれる。そして、図２に示すタンク２５は、アノードオフガスから水を分離した後に、配管Ｐ３を介してアノードオフガスをアノード１２側に戻すとともに、水を配管Ｐ７内に送り込む。

この気液分離装置Ａにおいて、例えば、図３（ａ）に示すように、水Ｗと、アノードオフガスＧとが配管Ｐ７に送り込まれた状態を想定する。さらに詳しく言うと、図３（ａ）に示す状態（以下、「（ａ）状態」という）では、配管Ｐ７に送り込まれた水Ｗは、ドレンバルブ２６から排出されている。つまり、水検知センサ２９は、水Ｗの存在を検知した検知信号をＥＣＵ５１（図１参照）に出力し、ＥＣＵ５１は、その検出信号を前記した確定時間ｔ_１を経過しても入力し続けてその存在を確定した状態である。したがって、この（ａ）状態では、図３（ｇ）に示すように、ドレンバルブ２６が開かれた状態となっている。なお、この水Ｗに続いて配管Ｐ７に送り込まれたアノードオフガスＧは、水検知センサ２９の上流側に位置しており、その存在は水検知センサ２９で検知されていない。

次に、図３（ｂ）に示すように、水Ｗがドレンバルブ２６から排出されることで、水検知センサ２９の位置にアノードオフガスＧが到達すると、水検知センサ２９は、水の存在を検知しない検知信号をＥＣＵ５１（図１参照）に出力する。ちなみに、ＥＣＵ５１は、確定時間ｔ_１が経過するまでは、その存在を確定しない。つまり、この図３（ｂ）に示す状態（以下、「（ｂ）状態」という）でのＥＣＵ５１は、図３（ｇ）に示すように、ドレンバルブ２６を開放した状態となっている。

そして、図３（ｃ）に示すように、確定時間ｔ_１が経過した後には、水検知センサ２９の下流側にアノードオフガスＧが流れ込む。そして、ＥＣＵ５１は、確定時間ｔ_１が経過することで水Ｗが存在しないことを確定する。つまり、図３（ｇ）に示すように、ドレンバルブ２６は、この図３（ｃ）に示す状態（以下、「（ｃ）状態」という）で閉鎖される。
このとき、前記したように、配管Ｐ７の容量Ｖ１は、アノードオフガスＧがドレンバルブ２６に到達しないように設定されているので、アノードオフガスＧは、ドレンバルブ２６から排出されることが防止される。ちなみに、配管Ｐ７には、アノードオフガスＧに続いて水Ｗがタンク２５側から流れ込むこととなる。

次に、図３（ｄ）に示すように、ドレンバルブ２６が閉鎖されることで、アノードオフガスＧに続いて配管Ｐ７に入り込んだ水Ｗは、ドレンバルブ２６側に向かって流れる。この図３（ｄ）に示す状態（以下、「（ｄ）状態」という）では、図３（ｇ）に示すように、閉鎖された状態が継続している。ちなみに、配管Ｐ７には、ドレンバルブ２６が閉鎖されている状態で水Ｗがタンク２５側から流れ込むこととなる。

そして、図３（ｅ）に示すように、配管Ｐ７に流れ込んだ水Ｗが、ドレンバルブ２６側に満たされていくとともに、その水Ｗが水検知センサ２９の位置に到達すると、水検知センサ２９は、水の存在を検知する検知信号をＥＣＵ５１（図１参照）に出力する。ちなみに、ＥＣＵ５１は、確定時間ｔ_１が経過するまでは、その存在を確定しない。つまり、この図３（ｅ）に示す状態（以下、「（ｅ）状態」という）でのＥＣＵ５１は、図３（ｇ）に示すように、ドレンバルブ２６を閉鎖する状態となっている。

次に、図３（ｆ）に示すように、ドレンバルブ２６が閉鎖された状態で、確定時間ｔ_１に到達した時点では、まだ、ＥＣＵ５１は、水の存在を確定しない。つまり、図３（ｇ）に示すように、ドレンバルブ２６は、この図３（ｆ）に示す状態（以下、「（ｆ）状態」という）で閉鎖されている。
このとき、前記したように、配管Ｐ７の容量Ｖ２は、水Ｗがタンク２５と配管Ｐ７との接合部に到達しない容積に設定されている。したがって、この状態で分離された水Ｗの量が急激に増大したとしてもタンク２５内に水Ｗが溢れることが防止される。

そして、前記した（ｆ）状態から確定時間ｔ_１を経過すると、ＥＣＵ５１は、水Ｗの存在を確定する。その結果、ＥＣＵ５１は、図３（ｇ）に示すように、前記した（ａ）状態に戻って、ドレンバルブ２６を開放し、配管Ｐ７から水Ｗを排出する。

次に、このようなＥＣＵ５１の動作手順を、主に図４を参照しながら説明する。
図４に示すように、ＥＣＵ５１（図１参照）は、水検知センサ２９（図１参照）から配管Ｐ７（図１参照）における水の存在の有無を検知する検知信号を入力する（ステップＳ１）。そして、ＥＣＵ５１は、この検知信号が水の存在を検知したものか、または水が存在しないことを検知したものか、言い換えれば、検知信号が水の存在を検知した信号か否かを判定する（ステップＳ２）。

次に、ＥＣＵ５１は、検知信号が水の存在を検知した信号である場合（ステップＳ２のＹｅｓ）には、検知信号の入力時間を前記タイマでカウントすることで、入力時間が前記した確定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ３）。このとき、確定時間を経過していない場合（ステップＳ３のＮｏ）には、ステップＳ１に戻る。つまり、この時点でのドレンバルブ２６の開放は禁止されることとなる。そして、確定時間を経過している場合（ステップＳ３のＹｅｓ）には、配管Ｐ７に水が存在しているものと確定してドレンバルブ２６に開指令を出力することで（ステップＳ４）、このサブルーチンは終了する。その結果、前記したように、ドレンバルブ２６は開放されて、配管Ｐ７から希釈装置４１に向けて水を排出する。

一方、前記したステップＳ２において、ＥＣＵ５１は、検知信号が水の存在を検知しない信号である場合（ステップＳ２のＮｏ）には、検知信号の入力時間を前記タイマでカウントすることで、入力時間が前記した確定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ５）。このとき、確定時間を経過していない場合（ステップＳ５のＮｏ）には、ステップＳ１に戻る。つまり、この時点でのドレンバルブ２６の開放は禁止されることとなる。

そして、ＥＣＵ５１は、確定時間を経過している場合（ステップＳ５のＹｅｓ）には、配管Ｐ７に水は存在していないものと確定し、ドレンバルブ２６に閉指令を出力することで（ステップＳ６）、このサブルーチンは終了する。その結果、ドレンバルブ２６は閉鎖されて、配管Ｐ７からアノードオフガスが排出されることが防止される。

以上のような気液分離装置Ａは、次のような作用効果を奏することができる。
この気液分離装置Ａは、従来の気液分離装置（例えば、特許文献１参照）と異なって、水の検知をタンク２５内の水位ではなく、配管Ｐ７に水が存在するか否かで排水のタイミングとその排水の終了のタイミングを決定しているので、次のような効果を奏する。
この気液分離装置Ａでは、従来の気液分離装置（例えば、特許文献１参照）と異なって、気液分離装置Ａの傾斜等による水位の変動で前記したタイミングの正確な決定が阻害されることがないので、この気液分離装置Ａは、その信頼性を向上させることができる。

また、この気液分離装置Ａでは、従来の気液分離装置（例えば、特許文献１参照）と異なって、配管Ｐ７内にのみ水を導き、タンク２５を空にすることができるので、副生した生成水の量が急激に増大したとしてもタンク２５から水が溢れることが防止される。その結果、この気液分離装置は、水の取り溢しを生じることが防止されて、補水能力を向上させることができる。

また、この気液分離装置Ａでは、配管Ｐ７に水が存在するか否かで前記したタイミングを決定しているので、この気液分離装置Ａは、従来の気液分離装置（例えば、特許文献１参照）と異なって、タンク２５内の水の存在の有無にかかわらずにアノードオフガスが燃料システムの系外に排出されることを防止することができる。その結果、この気液分離装置Ａは、アノードオフガス中の未反応の水素の損失が低減されるので、燃料ガスの利用効率を向上させることができる。

また、この気液分離装置Ａでは、従来の気液分離装置（例えば、特許文献１参照）と異なって、水の取り溢しや、アノードオフガス中における未反応の水素の損失を防止するために、タンク２５を大型化することが免れるので、気液分離装置Ａは、その小型化、および軽量化を図ることができる。

また、この気液分離装置Ａでは、配管Ｐ７に設けた１つの水検知センサ２９で前記タイミングを制御することができるので、この気液分離装置Ａは、二つのセンサが必要な従来の気液分離装置（例えば、特許文献１参照）と異なって、水検知センサ２９の制御を簡単にすることができるとともに、気液分離装置Ａ自体の製造コストを低減することができる。

また、この気液分離装置Ａでは、水検知センサ２９からドレンバルブ２６までの配管Ｐ７の容量Ｖ１が、水検知センサ２９によって水が存在していないことが検知されてからドレンバルブ２６が動作するまでの応答時間で、配管Ｐ７のアノードオフガスがドレンバルブ２６に到達しない容積に設定されている。その結果、この気液分離装置Ａは、ドレンバルブ２６からアノードオフガスが排出されることをより確実に防止することができる。

また、この気液分離装置Ａでは、水検知センサ２９からドレンバルブ２６までの配管Ｐ７の容量Ｖ１が、燃料電池スタック１０からのアノードオフガスの流量が最大となる状態が、確定時間を経過するまで継続して水が存在していないことが確定したときに、この確定時間で配管Ｐ７のアノードオフガスがドレンバルブ２６に到達しない容積に設定されている。その結果、この気液分離装置Ａは、ドレンバルブ２６からアノードオフガスが排出されることをより確実に防止することができる。

また、この気液分離装置Ａでは、タンク２５と配管Ｐ７との接続部から水検知センサ２９までの配管Ｐ７の容量Ｖ２が、燃料電池スタック１０からのアノードオフガスの流量が最大となる状態が、確定時間を経過するまで継続して水が存在していることが確定したときに、確定時間でタンク２５側から配管Ｐ７に流れ込む水が前記接続部に到達しない容積に設定されている。その結果、この気液分離装置Ａは、配管Ｐ７側からタンク２５側に水が溢れることが防止される。

また、この気液分離装置Ａでは、ＥＣＵ５１が、確定時間を経過するまでは、ドレンバルブ２６の開放を禁止するので、この気液分離装置Ａは、ドレンバルブ２６からアノードオフガスが排出されることをより確実に防止することができる。

以上のように、この気液分離装置Ａによれば、タンク２５内の水位を検知することなく的確に排水を行うことができ、１つの水検知センサ２９のみで水を排出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。
前記実施形態では、アノードオフガスと水とを分離する気液分離装置Ａについて説明したが、本発明はカソードオフガスと水とを分離する気液分離装置であってもよい。この気液分離装置は、配管Ｐ５（図１参照）に設けることができる。

前記実施形態では、アノードオフガスと水とを分離するタンク２５のみを備えているが、このタンク２５と水検知センサ２９との間の配管Ｐ７に別途に水を貯留するタンクを設けてもよい。

前記実施形態では、ドレンバルブ２６が開閉バルブで構成されているが、本発明は流量調整バルブを使用するものであってもよい。

前記実施形態では、配管Ｐ７が直管で形成されているが、本発明はその課題の達成を阻害しない限り、配管Ｐ７は曲管で形成されていてもよい。

以上のような気液分離装置Ａは、車両、船舶、航空機等の可動体に搭載される燃料電池システム１に適用することができる。

本実施形態の気液分離装置を使用した燃料電池システムの全体構成図である。本実施形態の気液分離装置の構成を説明するための模式図である。（ａ）から（ｆ）は、ドレン機構の動作との関係で排出管部を流れる水とアノードオフガスの挙動を示す模式図であり、（ｇ）は、（ａ）から（ｆ）に示す水とアノードオフガスの挙動に対応付けた、ドレン機構の動作のタイミングを示すタイムチャートである。制御手段の動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１燃料電池システム
１０燃料電池スタック
２５タンク
２９水検知センサ（液体検知手段）
５１ＥＣＵ（制御手段）
Ｐ７配管（排出管部）
ｔ１確定時間
Ａ気液分離装置
Ｗ水（液体）
Ｇアノードオフガス（ガス）

Claims

燃料電池からの燃料ガスに混在する液体を前記燃料ガスから分離するための気液分離装置であって、
前記燃料ガスから前記液体を分離するタンクと、
前記液体を前記タンクから排出するドレン機構と、
前記タンクと前記ドレン機構とを接続する排出管部と、
前記ドレン機構の上流側で前記排出管部に設けられて前記液体の存在の有無を検知する液体検知手段と、
前記液体検知手段からの検知信号に基づいて、前記ドレン機構により前記液体を排出させる制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記ドレン機構により前記液体を排出させている際に、前記検知信号が、前記液体の存在を検知している検知状態から前記液体の存在を検知していない非検知状態に切り替わった場合、
前記非検知状態に切り替わってから、前記液体の排出により前記排出管部に前記液体が存在しないものと確定され、かつ、前記ドレン機構から前記燃料ガスが排出されない所定の確定時間を経過する間、前記検知信号が前記非検知状態のままであれば、前記ドレン機構による前記液体の排出を停止する指令を前記ドレン機構に出力すること
を特徴とする気液分離装置。
燃料電池からの燃料ガスに混在する液体を前記燃料ガスから分離するための気液分離装置であって、
前記燃料ガスから前記液体を分離するタンクと、
前記液体を前記タンクから排出するドレン機構と、
前記タンクと前記ドレン機構とを接続する排出管部と、
前記ドレン機構の上流側で前記排出管部に設けられて前記液体の存在の有無を検知する液体検知手段と、
前記液体検知手段からの検知信号に基づいて、前記ドレン機構により前記液体を排出させる制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記ドレン機構により前記液体を排出させている際に、前記検知信号が、前記液体の存在を検知している検知状態から前記液体の存在を検知していない非検知状態に切り替わった場合、
その後、前記非検知状態が継続されていても、前記検知信号が非検知状態に切り替わってから、前記液体の排出により前記排出管部に前記液体が存在しないものと確定され、かつ、前記ドレン機構から前記燃料ガスが排出されない所定の確定時間を経過していないときは、前記排出管部には排出すべき前記液体が存在するものとして前記ドレン機構による前記排出を継続し、
前記非検知状態が継続されて前記所定の確定時間が経過したときに、前記排出管部には排出すべき前記液体が存在しなくなったものとして、前記ドレン機構による前記液体の排出を停止する指令を前記ドレン機構に出力すること
を特徴とする気液分離装置。
前記液体検知手段から前記ドレン機構までの前記排出管部の容量(V1)は、
前記所定の確定時間と、応答遅れがある場合はその応答遅れの時間と、を含めた応答時間が経過する間、前記排出管内部において、前記燃料ガスが前記ドレン機構に到達しない容積に設定されていること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の気液分離装置。
前記容量は、前記燃料電池からの前記燃料ガスの流量が最大となる状態が前記応答時間の間継続しても、前記排出管部内の前記燃料ガスが前記ドレン機構に到達しない容積に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の気液分離装置。