JP6905440B2

JP6905440B2 - 液体回収装置

Info

Publication number: JP6905440B2
Application number: JP2017190183A
Authority: JP
Inventors: 和寿西中村; 良吉岡; 考弘山藤
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: US11577189B2; CN111163854B; CN111163854A; DE112018005467T5; US20200179849A1; JP2019063715A; WO2019064661A1; DE112018005467B4

Description

本発明は、気液二相流体から液相流体を分離して回収する液体回収装置に関する。

従来、蒸気や圧縮空気や各種ガス等の流体を用いたシステムにおいて、液体回収装置が配置されている。当該液体回収装置は、気液二相状態の流体を気相と液相に分離するように構成されており、分離した液相状態の流体を回収して種々の用途に利用している。

このような液体回収装置に係る発明として、特許文献１に記載された発明が知られている。特許文献１に記載された気液分離器は、気液二相流体が流れる分離器ケーシングの内周壁面に沿う円筒形状の液体集合部材を配置することによって、管状部材の二重構造となるように構成されている。

当該気液分離器では、分離器ケーシングの内周壁面と液体集合部材表面との間の間隙部分に流入する際に、気相状態の流体と液相状態の流体に分離され、分離された液相状態の流体は、分離器ケーシングの内周壁面に沿って流れる。

そして、分離器ケーシングと液体集合部材の間の間隙部分には、液体排出口が設けられており、分離された液相状態の流体を、当該液体排出口を介して回収するように構成されている。

特開２００５−１４７４８２号公報

ここで、液体回収装置を用いたシステムにおいて、液体回収装置に流入する気液二相流体の状態は、常に所定の状態であるとは限らない。例えば、燃料電池システムに適用した場合には、気液二相流体としての燃料電池の排気の状態は、負荷変動などによって様々に変化してしまう。この為、液体回収装置としては、幅広い条件下で液相流体の回収率を高く維持することが必要とされる。

特許文献１の気液分離器のような液体回収装置では、気液二相流体の流量が大きい場合には、間隙部分における気相流体の流れが滞り、当該間隙部分へ流入する為の流入部にて渦流が発生してしまう。この渦流は間隙部分へ向かう液相流体の移動を阻害するように作用する為、液体排出口による液相流体の回収率が低下してしまう。

本発明は、これらの点に鑑みてなされており、気液二相流体の幅広い条件下において、液相流体の高い回収率を実現可能な液体回収装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の液体回収装置は、
気液二相流体が導入される導入部（２１）を有する外管（２０）と、
導入部における気液二相流体の流れ方向に関し、導入部を下流側に延長した位置にて外管の内部に配置され、気液二相流体から分離された気相流体を排出する内管（３０）と、
外管における流れ方向下流側にて、外管の内側に対して予め定められた間隔を設けて内管を配置して構成され、外管の内側と内管との間に形成された隙間部（４０）を有する二重管部（３５）と、
内管の内部と隙間部とを連通する連通孔（４１）と、
隙間部に対して接続され、隙間部の内部に流入した液相流体を排出する排液部（４５）と、を有し、
排液部は、流れ方向下流側における内管の向きに対して鋭角を為す方向に伸びるように配置されている。

当該液体回収装置によれば、外管の導入部から導入された気液二相流体を、外管と内管により構成された二重管部を通過させることで、液相流体と気相流体に分離させ、分離された液相流体を、排液部を介して回収することができる。

ここで、当該液体回収装置においては、二重管部における隙間部と内管の内部が連通孔によって連通されている為、隙間部に流入した気相流体の一部は、隙間部の内部で滞ることなく内管の内部へ流れていく。

これにより、当該液体回収装置によれば、連通孔によって隙間部の内部における気相流体の流れを円滑にすることで、隙間部に流入する気相流体の流体流速を高めて、内管の内部へ流入する気相流体の流速に対する流速差を小さくすることができる。

この結果、当該液体回収装置によれば、導入部から導入される気液二相流体の流量が増大した場合であっても、隙間部に対する流入部分における渦流の発生を抑制することができる。即ち、当該液体回収装置は、気液二相流体の流量が増大した場合であっても、外管の内面に沿って移動する液相流体を、円滑に隙間部の内部及び排液部に流入させることができ、高い回収率で液相流体を回収することができる。
又、請求項３に記載の液体回収装置は、
気液二相流体が導入される導入部（２１）を有する外管（２０）と、
導入部における気液二相流体の流れ方向に関し、導入部を下流側に延長した位置にて外管の内部に配置され、気液二相流体から分離された気相流体を排出する内管（３０）と、
外管における流れ方向下流側にて、外管の内側に対して予め定められた間隔を設けて内管を配置して構成され、外管の内側と内管との間に形成された隙間部（４０）を有する二重管部（３５）と、
内管の内部と隙間部とを連通する連通孔（４１）と、
隙間部に対して接続され、隙間部の内部に流入した液相流体を排出する排液部（４５）と、
二重管部の流れ方向下流側にて外管と内管との間を閉塞する下流側壁部（２５）と、を有し、
下流側壁部は、排液部の接続位置に対して内管を介して逆側にて、外管の中心軸から離れるほど流れ方向上流側に位置するように傾斜している。
これによれば、請求項１に記載の液体回収装置と同様の効果を得ることができる。

尚、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る液体回収装置を含む燃料電池システムの構成図である。第１実施形態に係る液体回収装置の外観斜視図である。第１実施形態に係る液体回収装置の構成を示す断面図である。第１実施形態に係る液体回収装置における複数の連通孔の配置を示す断面図である。従来の気液分離器における気液二相流体の流れを示す説明図である。第１実施形態に係る液体回収装置における気液二相流体の流れを示す説明図である。第２実施形態に係る液体回収装置の構成を示す断面図である。第２実施形態に係る液体回収装置における連通孔の配置を示す断面図である。第３実施形態に係る液体回収装置の構成を示す断面図である。第３実施形態に係る液体回収装置における複数の連通孔の配置を示す断面図である。第４実施形態に係る液体回収装置の構成を示す断面図である。本発明に係る液体回収装置の変形例を示す断面図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の実施形態において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る液体回収装置１０は、燃料電池１を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に搭載されており、燃料電池システム１００の一部を構成している。当該燃料電池システム１００は、走行用電動モータやバッテリ等の電気機器（図示せず）に対して、燃料電池１で発電された電力を供給するように構成されている。

先ず、第１実施形態に係る燃料電池システム１００の構成について、図１を参照しつつ説明する。第１実施形態に係る燃料電池システム１００は、図１に示すように、水素と酸素との化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１（ＦＣスタック）を有している。

当該燃料電池１は、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）であり、多数のセルを組み合わせて構成されている。各セルは、電解質膜を一対の電極で挟み込んで形成されている。

燃料電池１には、空気通路２を介して、酸素を含む空気が供給される。この空気通路２には、エアポンプ６が配置されており、エアポンプ６の作動によって空気を圧送して、燃料電池１に供給している。又、燃料電池１には、水素通路３を介して水素が供給される。

そして、燃料電池１では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり、電気エネルギが発生する。この電気化学反応に用いられなかった未反応の酸素及び水素は、排気ガス及び排気水素として燃料電池１から排出される。尚、未反応の排気水素は、水素ポンプ９の作動に伴って、再び水素通路３に戻され、燃料電池１に対して供給される。
（負極側）Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
（正極側）２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
当該電気化学反応の為には、燃料電池１内の電解質膜は、水分を含んだ湿潤状態となっている必要がある。当該燃料電池システム１００は、燃料電池１に供給される空気及び水素に加湿を行い、これらの加湿されたガスを燃料電池１に供給することで、燃料電池１内の電解質膜を加湿するように構成されている。

又、燃料電池１では、発電の際の電気化学反応により熱及び水分が発生する。当該燃料電池１の発電効率を考慮すると、燃料電池１は、燃料電池システム１００が作動している間、一定温度（例えば８０℃程度）に維持されている必要がある。又、燃料電池１内部の電解質膜は、所定の許容上限温度を超えると、高温により破壊されてしまう。この為、燃料電池１の温度が許容温度以下となるようにしておく必要がある。

図１に示すように、当該燃料電池システム１００には、冷却水回路が配置されており、熱媒体としての冷却水を用いて、燃料電池１を冷却して当該燃料電池１の温度を制御している。この熱媒体である冷却水としては、低温時における凍結を防止する為に、例えば、エチレングリコールと水の混合溶液を用いることができる。

当該冷却水回路は、ラジエータ４と、ファン５と、冷却水流路７と、ウォータポンプ８とを有して構成されており、燃料電池１とラジエータ４の間で冷却水を循環させることで、燃料電池１で発生した熱を系外へ放出するように構成されている。

ラジエータ４は、燃料電池１で発生した熱を系外に放熱するように構成された熱交換器である。当該燃料電池システム１００においては、冷却水回路の冷却水は、燃料電池１を流れる過程で、電気化学反応で発生した熱を吸熱して流出し、冷却水流路７を介して、ラジエータ４へ流入する。

ラジエータ４では、冷却水と大気との熱交換が行われ、冷却水の熱が大気に放熱される。その後、冷却水は、ラジエータ４から燃料電池１へ向かって流れ、冷却水回路の冷却水流路７を循環する。即ち、ラジエータ４は、熱媒体としての冷却水との熱交換によって、燃料電池１の電気化学反応で生じた熱を放熱して、燃料電池１を冷却している。

又、当該ラジエータ４は、ファン５を有している。ファン５は、ラジエータ４における熱交換対象である外気をラジエータ４に送風することで、ラジエータ４における冷却水の熱交換を補助している。

ウォータポンプ８は、燃料電池１とラジエータ４を含む循環径路としての冷却水流路７に配置されており、冷却水を圧送することで、冷却水流路７内において冷却水を循環させている。

当該燃料電池システム１００では、冷却水回路における冷却水の温度制御は、ウォータポンプ８による流量制御、ファン５の送風量制御によって行われる。そして、冷却水流路７における燃料電池１の出口側には、図示しない水温センサが配置されている。当該水温センサは、燃料電池１の出口側から流出する冷却水温度を検出する。

当該燃料電池システム１００において、燃料電池１による発電の際に発生した水分は、燃料電池１から空気通路２を介して、空気に含まれた状態（即ち、気液二相状態）で排出される。この為、空気通路２における燃料電池１の下流側には、液体回収装置１０が配置されている。即ち、燃料電池１から液体回収装置１０へ向かう流体の流れ方向が本発明における気液二相流体の流れ方向に相当する。

当該液体回収装置１０は、燃料電池１での発電の際に発生した水分を、空気通路２から排出された空気と共に取り込んで、水蒸気と水に分離する。そして、液体回収装置１０で分離された水蒸気は、燃料電池システム１００の外部に排出される。

一方、液体回収装置１０で分離された水は、凝縮により温度が下げられた状態で液体回収装置１０内に回収され、燃料電池１の加湿等に用いられる。即ち、液体回収装置１０は、本発明における液体回収装置として機能する。当該液体回収装置１０の具体的構成については、後に図面を参照しつつ詳細に説明する。

当該燃料電池システム１００において、液体回収装置１０内にて回収された回収水は、種々の用途に利用することが可能である。具体的に、当該燃料電池システム１００では、回収水は、燃料電池１における電解質膜の加湿と、ラジエータ４の冷却に用いられる。液体回収装置１０の下部には、当該液体回収装置１０内に貯留されている回収水を利用する為の回収水用流路１１が接続されている。

図１に示すように、この回収水用流路１１は、液体回収装置１０の下部と流量調整弁１３とを接続しており、当該回収水用流路１１には、散布用ポンプ１２が配置されている。従って、当該燃料電池システム１００においては、散布用ポンプ１２を作動させることによって、液体回収装置１０内に貯留されている回収水を、流量調整弁１３へ圧送することができる。

流量調整弁１３には、ラジエータ側流路１４と、加湿用流路１５とが接続されている。ラジエータ側流路１４は、散布用ポンプ１２の作動によって、液体回収装置１０内部から流量調整弁１３を介して圧送された回収水をラジエータ４に散布する為の流路である。ラジエータ側流路１４の先端部分には、水を霧状に散布（噴射）する為の散水ノズルが配置されている。

当該燃料電池システム１００において、当該流量調整弁１３は、ラジエータ側流路１４に対する弁開度と、加湿用流路１５に対する弁開度を独立して調整可能に構成されており、ラジエータ側流路１４における回収水の散布流量と、加湿用流路１５における回収水の散布流量を調整する。

そして、加湿用流路１５は、散布用ポンプ１２の作動によって、液体回収装置１０内部から流量調整弁１３を介して圧送された回収水を燃料電池１に散布する為の流路である。当該加湿用流路１５の先端部分には、水を霧状に散布（噴射）する為の散水ノズルが配置されている。

具体的には、当該加湿用流路１５における散水ノズルは、空気通路２におけるエアポンプ６の下流側に回収水を散布して、空気通路２の空気と共に燃料電池１に供給するように配置されている。

そして、第１実施形態に係る燃料電池システム１００は、図示しない制御装置を有している。当該制御装置は、燃料電池システム１００を構成する各制御対象機器の作動を制御する制御部である。当該制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。

制御装置の入力側には、燃料電池１及び水温センサが接続されている。従って、制御装置は、燃料電池１の出力や水温センサによる冷却水温度を取得することができる。

又、制御装置の出力側には、水素ポンプ９、散布用ポンプ１２、流量調整弁１３等の各制御対象機器が接続されている。従って、当該制御装置のＲＯＭに記憶されている制御プログラムに基づいて、燃料電池システム１００の作動を制御することができる。

続いて、第１実施形態に係る液体回収装置１０の具体的構成について、図２〜図４を参照しつつ詳細に説明する。尚、図３に示す断面図は、当該液体回収装置１０における外管２０の中心軸Ｃを含む縦方向の断面で切断した状態を示し、図４に示す断面図は、中心軸Ｃに鉛直で、後述する連通孔４１の位置を含む断面で切断した状態を示している。

又、以下の説明における流れ方向とは、液体回収装置１０に流入する際の気液二相流体の流れ方向を意味しており、後述する導入部２１の中心軸Ｃに準じているものとする。

上述したように、当該液体回収装置１０は、空気通路２における燃料電池１の下流側において、当該燃料電池１から排出された水分を含む空気から水蒸気と水に分離して、液体としての水を回収すると共に、水蒸気を排気する。

図２〜図４に示すように、液体回収装置１０は、当該液体回収装置１０の外殻を構成する外管２０と、外管２０の内部に配置される内管３０と、気液二相流体から分離された気相流体Ｆｇ（即ち、水蒸気）が排出される排気管３１と、気液二相流体から分離された液相流体Ｆｌ（即ち、水）を主に排出する排液管４５とを有して構成されている。

外管２０は、液体回収装置１０の外殻を構成しており、導入部２１と、拡管部２３と、下流部２４とを有している。当該外管２０は、本発明における外管として機能する。そして、導入部２１は、燃料電池１から流出した気液二相流体を外管２０の内部に導入する部分であり、外管２０における流れ方向上流側を構成している。導入部２１は、本発明における導入部として機能する。

図２、図３に示すように、円管状の導入部２１の内部には、断面円形状の流路が形成されている。以下の説明においては、円管状の導入部２１における流路の中心軸を中心軸Ｃとし、当該中心軸Ｃを基準として用いる。導入部２１における流路断面は、中心軸Ｃを中心とし予め定められた導入部内径Ｒａを半径とする円形を示す。

当該導入部２１の一端部には、導入口２２が配置されている。導入口２２は、燃料電池１から流れ方向下流側に伸びる空気通路２に接続されている。従って、燃料電池１から排出された水分及び水蒸気を含む気液二相流体は、空気通路２、導入口２２を介して、外管２０の内部に導入される。

そして、導入部２１における気液二相流体の流れ方向下流側には、拡管部２３が配置されている。第１実施形態に係る拡管部２３は、導入部２１の中心軸Ｃと同軸上に配置された円管状に形成されており、流れ方向下流側に向かうほど流路断面積が連続的に拡大するように構成されている。

具体的に説明すると、拡管部２３の流れ方向上流側における流路断面は、中心軸Ｃを中心とし導入部内径Ｒａを半径とする円形である。そして、図３に示すように、拡管部２３における流路断面積は、流れ方向下流側に向かうほど連続的に大きくなっていく。

拡管部２３の流れ方向下流側における流路断面は、中心軸Ｃを中心とし拡管部最大内径Ｒｂを半径とする円形となる。拡管部最大内径Ｒｂは、導入部内径Ｒａよりも大きな値を示す。

拡管部２３における流れ方向下流側には、下流部２４が配置されている。第１実施形態に係る下流部２４は、中心軸Ｃと同軸上に配置された円管状に形成されている。図３に示すように、下流部２４における内部断面は、中心軸Ｃを中心とし下流部内径Ｒｃを半径とする円形を為している。

下流部内径Ｒｃは、拡管部最大内径Ｒｂと等しい値を示しており、導入部内径Ｒａよりも大きな値を示している。従って、下流部２４の内部断面積は、拡管部２３における流れ方向下流側の流路断面積と同じ値を示す。

尚、外管２０の内面には、親水性を付与する処理が施されている。親水性を付与することによって、外管２０の内面に沿って移動する液相流体Ｆｌの剥離を抑制することができる為である。この親水性を付与する処理としては、親水性の官能基（例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基等）を外管２０の内面に直接付与する化学的処理を挙げることができる。

そして、内管３０は、外管２０における流れ方向下流側部分において、当該外管２０の内部に配置されており、円管状に形成されている。当該内管３０は、外管２０の導入部における中心軸Ｃと同軸上に配置されている。内管３０は、本発明における内管として機能する。

図６に示すように、内管３０の内部には、気液二相流体から分離された気相流体Ｆｇが主に流入する。内管３０における流路断面は、中心軸Ｃを中心とし予め定められた内管内径Ｒｄを半径とする円形を示す。ここで、第１実施形態に係る内管内径Ｒｄは、導入部内径Ｒａと同じ値を示す。

即ち、第１実施形態において、内管３０における流路は、外管２０の導入部２１における流路と同形であり、当該導入部２１の流路を流れ方向下流側に延長した延長線上に配置される。

図３に示すように、内管３０の流れ方向上流側の端部は、外管２０の拡管部２３における下流側部分の内部に配置されている。一方、内管３０の流れ方向下流側の端部は、外管２０の下流部２４における下流側を構成する下流側壁部２５まで伸びている。

そして、内管３０は、外管２０（即ち、拡管部２３及び下流部２４）の内側面に対して予め定められた間隔を設けるように配置されている。つまり、外管２０の流れ方向下流側において、外管２０の内部に対して間隔を隔てて内管３０が配置される為、当該液体回収装置１０における二重管部３５を構成する。

内管３０における流れ方向下流側には、排気管３１が接続されており、外管２０の下流部２４から延出するように形成された円管によって構成されている。従って、排気管３１には、内管３０を通過した気相流体Ｆｇが流入する。

そして、排気管３１における流れ方向下流側には、気相排出口３２が配置されている。当該気相排出口３２は、排気管３１の内部と燃料電池システム１００の外部とを連通している。従って、排気管３１は、気相排出口３２を介して、気相流体Ｆｇを燃料電池システム１００の外部に排出する。

図３に示すように、当該液体回収装置１０は、外管２０と内管３０により構成される二重管部３５を有している。第１実施形態に係る二重管部３５は、外管２０の拡管部２３及び下流部２４と、内管３０とが二重に配置されて構成された部分であり、本発明における二重管部に相当する。

そして、当該二重管部３５は、外管２０の内周面と内管３０の外周面との間に予め定められた間隔を有している為、隙間部４０を備えている。当該隙間部４０は、外管２０と内管３０との間にて、内管３０の外周を囲むように配置されている。

隙間部４０の流れ方向下流側は、下流部２４の下流側端縁から中心軸Ｃ側に伸びる下流側壁部２５によって閉塞されている。そして、当該隙間部４０は、本発明における隙間部に相当し、下流側壁部２５は、本発明における下流側壁部に相当する。

第１実施形態に係る液体回収装置１０において、当該二重管部３５は、導入部２１から流入した気液二相流体の流れを、内管３０の内部に流入する流れと、隙間部４０に流入する流れに分岐させる機能を果たす。

図３、図４に示すように、内管３０の管壁には、複数の連通孔４１が配置されている。当該複数（第１実施形態では６つ）の連通孔４１は、内管３０の周方向に均等な間隔をあけて配置されており、内管３０の全周にわたって位置している。

そして、各連通孔４１は、内管３０の管壁を貫通して形成されている為、内管３０の内部と、内管３０の外側に相当する隙間部４０とを連通している。従って、当該液体回収装置１０によれば、隙間部４０に流入した気相流体Ｆｇの一部を、各連通孔４１を介して内管３０の内部に戻すことができる。当該連通孔４１は、それぞれ本発明における連通孔に相当する。

当該二重管部３５の下部には、排液管４５が接続されており、その端部に液相排出口４６を有している。排液管４５は、液相排出口４６を介して、燃料電池システム１００の回収水用流路１１に接続されている為、隙間部４０に流入した液相流体Ｆｌ（即ち、生成水）を回収水用流路１１に排出することができる。当該排液管４５は、本発明における排液部に相当する。

上述したように、燃料電池システム１００では、液体回収装置１０の排液管４５を介して回収された液相流体Ｆｌは、燃料電池システム１００の発電能力を向上させる為の種々の用途に用いられる。例えば、ラジエータ４の冷却や燃料電池１における電解質膜の加湿等に用いられる。

尚、排液管４５は、二重管部３５の下部に接続されていればよく、その取出方法としては種々の態様を採用することができる。例えば、図２〜図４等に示すように、二重管部３５の下面から下方に伸びるように、排液管４５を接続する例に限定されるものではなく、二重管部３５の下部にあたる下流側壁部２５から水平方向に伸びるように、排液管４５を接続してもよい。

ここで、第１実施形態に係る液体回収装置１０に対する理解を容易にする為に、従来から知られている気液分離器Ｓについて、図５を参照しつつ説明する。

先ず、図５に示す従来の気液分離器Ｓの構成について説明する。この気液分離器Ｓは、直径の異なる外管Ｐｏ及び内管Ｐｉを用いて構成されている。外管Ｐｏは、気液分離器Ｓのケーシングを構成する大径の円筒状の直管であり、その端部に気液二相流体が導入される導入口Ｉを有している。

内管Ｐｉは、当該外管Ｐｏの内径よりも小径の円筒状の直管であり、溶接によって外管Ｐｏの内部において、当該外管Ｐｏと同軸上に取り付けられている。導入口Ｉ側における内管Ｐｉの端部Ｅは、外管Ｐｏの導入口Ｉまで延長することはなく、導入口Ｉよりも下流側に位置している。そして、内管Ｐｉの逆側には、気体排出口Ｏｇが配置されている。

図５に示すように、大径の外管Ｐｏと小径の内管Ｐｉの間には、隙間部Ｉｓが内管Ｐｉの外周を囲むように形成されている。当該隙間部Ｉｓの下流側は、下流側壁部Ｗｄにより閉塞されている。隙間部Ｉｓを構成する外管Ｐｏの下部には、液体排出口Ｏｌが配置されており、液体排出管Ｄを介して、図示しないタンク等に接続されている。

次に、当該気液分離器Ｓの内部における気液二相流体の流れについて説明する。導入口Ｉから気液分離器Ｓ内に至る過程で、気液二相流体に含まれていた液相流体Ｆｌは、外管Ｐｏの内周壁面に沿って流れていく。この時、気液二相流体における気相流体Ｆｇは、内管Ｐｉの端部Ｅにて、内管Ｐｉの内部とその周囲に配置された隙間部Ｉｓに分流される。

内管Ｐｉの内部に流入した気相流体Ｆｇは、そのまま内管Ｐｉの内部を流れ、気体排出口Ｏｇから気液分離器Ｓの外部へ排出される。一方、隙間部Ｉｓに流入した気相流体Ｆｇについては、理想的には、外管Ｐｏの内周壁面に付着している液相流体Ｆｌを押し流しつつ、隙間部Ｉｓを通過して、液体排出口Ｏｌ及び液体排出管Ｄに流入する。

ここで、図５に示すような気液分離器Ｓにおいては、隙間部Ｉｓにおける流路断面積は内管Ｐｉの内部の流路断面積に比べて非常に小さくなっており、液体排出口Ｏｌ及び液体排出管Ｄの流路断面積も小さく形成されている。

この為、当該気液分離器Ｓでは、導入口Ｉから導入される気液二相流体の流量が大きい場合、隙間部Ｉｓにおける圧損が大きくなってしまい、内管Ｐｉの端部Ｅから隙間部Ｉｓへ向かう気相流体Ｆｇの流れが滞ってしまう。

一方で、内管Ｐｉの内部に流れる気相流体Ｆｇの流れは、当該気液分離器Ｓの中央部分を流れる為、比較的円滑に流れていく。この結果、当該気液分離器Ｓでは、内管Ｐｉの内部を流れる気相流体Ｆｇの流速と、隙間部Ｉｓの内部を流れる気相流体Ｆｇの流速との流速差が大きくなってしまう。

この時、内管Ｐｉの端部Ｅの周辺では、端部Ｅで分流された気相流体Ｆｇは、内管Ｐｉの外周面に沿って流れていく。しかしながら、隙間部Ｉｓの内部における気相流体Ｆｇ及び液相流体Ｆｌの流れが滞ってしまっている為、端部Ｅ周辺の気相流体Ｆｇは、それ以上隙間部Ｉｓの内部に流入することができない。

その結果、端部Ｅの周辺における気相流体Ｆｇの流れは、その流れの向きを外管Ｐｏの内周壁面側に変えた後、外管Ｐｏの内周壁面を導入口Ｉ側へ向かって流れるようになる。即ち、図５に示すように、当該気液分離器Ｓでは、内管Ｐｉにおける端部Ｅの周辺で渦流が発生し、当該渦流は、外管Ｐｏの内周壁面に沿って流れる液相流体Ｆｌを導入口Ｉ側へ押し戻す方向に作用する。

これにより、気液分離器Ｓでは、外管Ｐｏの内周壁面に沿った液相流体Ｆｌの流れは、内管Ｐｉにおける端部Ｅの周辺に発生した渦流によって妨げられる為、液相流体Ｆｌの回収率が低下してしまう。

又、渦流によって内管Ｐｉにおける端部Ｅの周辺に滞留した液相流体Ｆｌには、端部Ｅから内管Ｐｉの内部へ向かう気相流体Ｆｇの流れが作用する場合がある。即ち、内管Ｐｉの内部へ向かう気相流体Ｆｇの流れによって、滞留している液相流体Ｆｌの一部を飛散させてしまう場合がある。

この場合、気相流体Ｆｇによって飛散した液相流体Ｆｌの一部は、内管Ｐｉの内部を介して、気体排出口Ｏｇから排出されてしまう。即ち、この点においても、当該気液分離器Ｓは、液相流体Ｆｌの回収率を低下させてしまう。

続いて、第１実施形態に係る液体回収装置１０における気液二相流体の流れについて、図６を参照しつつ説明する。上述のように構成された液体回収装置１０では、燃料電池１から排出された気液二相流体が、空気通路２を介して、外管２０の導入部２１からその内部に流入する。

導入部２１から二重管部３５へ向かって流れる過程で、気液二相流体に含まれる液相流体Ｆｌは、外管２０の内面に沿って流れていく。一方、外管２０の内面から離れた流路中心部においては、気相流体Ｆｇが流れていく。外管２０の流路中心部では、気相流体Ｆｇが大部分を占めており、目視では確認することができないミスト状の液相流体Ｆｌを少量含んでいる。

そして、外管２０の内面においては、基本的に全体にわたって液相流体Ｆｌが流れていく。このとき、液相流体Ｆｌに作用する重力に起因して、外管２０の内面における下側部分における液相流体Ｆｌは、外管２０の内面における上側部分や側面部分よりも多く流れていく。

図６に示すような状態で流れる気液二相流体が二重管部３５に到達すると、気液二相流体の流れは、二重管部３５における内管３０の端部において、内管３０の内部に流入する流れと、隙間部４０の内部に流入する流れに分岐される。

第１実施形態に係る液体回収装置１０において、内管３０は、導入部２１の流路断面積と同じ流路断面積となるように形成されており、導入部２１の中心軸Ｃと同軸上に配置されている。

従って、当該液体回収装置１０によれば、導入部２１における流路の中心部を流れる気相流体Ｆｇの流れを、円滑に内管３０の内部に流入させることができ、導入部２１から排気管３１までの圧力損失を小さく抑えることができる。

一方、隙間部４０の流路断面積は、内管３０の流路断面積よりも小さいが、複数の連通孔４１によって、隙間部４０と内管３０の内部とが接続されている。この為、当該液体回収装置１０は、隙間部４０に流入した気相流体Ｆｇの一部を、複数の連通孔４１を介して内管３０の内部に戻すことができる。

即ち、導入部２１から導入される気液二相流体の流量が増大した場合であっても、隙間部４０の内部における気相流体Ｆｇ等の滞留を、各連通孔４１により緩和して、隙間部４０に対する気相流体Ｆｇの流入流速を向上させることができる。この結果、当該液体回収装置１０によれば、この場合においても、内管３０の内部に対する流入流速と、隙間部４０に対する流入流速との流速差を小さくすることができ、図５に示すような渦流の発生を抑制することができる。

そして、外管２０の内面に付着している液相流体Ｆｌは、外管２０の内面を流れる気相流体Ｆｇの風力によって、外管２０の内面に沿って下流側に移動していく。上述したように、当該液体回収装置１０は、隙間部４０に対する流入部分（即ち、内管３０の上流側端部周辺）での渦流の発生を抑制して、液相流体Ｆｌを円滑に隙間部４０及び排液管４５に移動させることができるので、高い回収率で液相流体Ｆｌを回収することができる。

又、当該液体回収装置１０において、排液管４５は、図示しないホース等を介して、燃料電池システム１００の回収水用流路１１に接続されている。従って、これらのホースや回収水用流路１１における圧力損失が大きいと、隙間部４０に対する気相流体Ｆｇの流入に影響が出ることが考えられる。

具体的には、隙間部４０に対する気相流体の流入流速の低下が大きくなり、それに伴って発生した渦流によって液相流体Ｆｌの流れが大きく阻害される場合が想定される。この場合、当該液体回収装置１０における液相流体Ｆｌの回収率が低下する事態を招いてしまう。

この点、第１実施形態に係る液体回収装置１０においては、複数の連通孔４１により内管３０の内部と隙間部４０とを連通することで、隙間部４０への気相流体の流入流速に対するホースや回収水用流路１１等による圧力損失の影響を小さくすることができる為、液相流体Ｆｌの回収率の低下を抑制することができる。

ここで、液相流体Ｆｌによって連通孔４１が閉塞され、隙間部４０から内管３０の内部へと向かう気相流体Ｆｇの流れが遮断された場合、隙間部４０に流入する気相流体Ｆｇによって、隙間部４０の内部の圧力が高まっていく。

この圧力の上昇に伴って、連通孔４１を閉塞していた液相流体Ｆｌが内管３０の内部に押し出され、排気管３１から外部に排出されてしまう。つまり、連通孔４１が液相流体Ｆｌで閉塞され、内管３０の内部と隙間部４０とが遮断された場合、排液管４５による液相流体Ｆｌの回収率を低下させてしまうことを意味する。

この点、当該液体回収装置１０においては、図３、図４に示すように、液相流体Ｆｌによる連通孔４１の目詰まりによる隙間部４０の内部の圧力上昇やそれに伴う液相流体Ｆｌの排気管３１への流出を防ぐ為、複数の連通孔４１で内管３０の内部と隙間部４０とを連通させている。

従って、一つの連通孔４１が隙間部４０を流れる液相流体Ｆｌで閉塞されたとしても、他の連通孔４１によって、隙間部４０から内管３０の内部へと向かう気相流体Ｆｇの流れを確保することができる。この為、当該液体回収装置１０は、一部の連通孔４１が液相流体Ｆｌで閉塞された場合でも、隙間部４０の内部における圧力上昇を抑制し、液相流体Ｆｌの回収率の低下を抑えることができる。

又、当該液体回収装置１０によれば、隙間部４０への流入部分における渦流の発生を抑制することで、内管３０の開口縁の周辺に液相流体Ｆｌが滞留することを抑制できる。これにより、当該液体回収装置１０は、内管３０に流入する気相流体Ｆｇによって当該液相流体Ｆｌの一部が飛散して内管３０に流入することを抑制でき、液相流体Ｆｌの回収率を向上させることができる。

更に、外管２０の内面には親水性が付与されている為、当該液体回収装置１０は、外管２０の内面に付着した液相流体Ｆｌの剥離を抑制することができる。この結果、液体回収装置１０は、外管２０の内面に付着した液相流体Ｆｌが内管３０の内部への流入を抑制すると共に、液相回収部への流入を促進させることができ、液相流体Ｆｌの回収率を更に高めることができる。

以上説明したように、第１実施形態に係る液体回収装置１０によれば、外管２０の導入部２１から導入された気液二相流体を、外管２０と内管３０により構成された二重管部３５を通過させることで、気相流体Ｆｇと液相流体Ｆｌに分離させて、分離された液相流体Ｆｌを、排液管４５を介して回収することができる。

当該液体回収装置１０においては、二重管部３５における隙間部４０と内管３０の内部が連通孔４１によって連通されている。従って、図６に示すように、当該液体回収装置１０において、隙間部４０に流入した気相流体Ｆｇの一部は、隙間部４０の内部で滞ることなく内管３０の内部へ流れていく。

これにより、当該液体回収装置１０によれば、連通孔４１によって隙間部４０の内部における気相流体Ｆｇの流れを円滑にすることで、隙間部４０に流入する気相流体Ｆｇの流体流速を高めて、内管３０の内部へ流入する気相流体Ｆｇの流速に対する流速差を小さくすることができる。

この結果、当該液体回収装置１０によれば、導入部２１から導入される気液二相流体の流量が増大した場合であっても、隙間部４０への流入部分における渦流の発生を抑制することができる。即ち、当該液体回収装置１０は、気液二相流体の流量が増大した場合であっても、外管２０の内面に沿って移動する液相流体Ｆｌを、円滑に隙間部４０の内部及び排液管４５に流入させることができ、高い回収率で液相流体Ｆｌを回収できる。

図４に示すように、当該液体回収装置１０において、連通孔４１は、複数個所にて内管３０の内部と隙間部４０とを連通している。

これにより、複数の連通孔４１の内、一部の連通孔４１が液相流体Ｆｌで閉塞された場合でも、隙間部４０から内管３０の内部への気相流体Ｆｇの流れを確保することができ、隙間部４０の内部の圧力上昇を抑えることができる。従って、当該液体回収装置１０によれば、連通孔４１を閉塞している液相流体Ｆｌが隙間部４０の圧力によって内管３０の内部に入ることを抑制して、液相流体Ｆｌの回収率の低下を抑えることができる。

（第２実施形態）
続いて、上述した第１実施形態とは異なる第２実施形態について、図７、図８を参照しつつ説明する。第２実施形態に係る液体回収装置１０は、第１実施形態と同様に、電気自動車（燃料電池車両）に搭載された燃料電池システム１００の一部を構成している。

そして、第２実施形態に係る液体回収装置１０は、第１実施形態と同様に、燃料電池システム１００の空気通路２における燃料電池１の下流側に配置されており、燃料電池１から排出された気液二相流体から、気相流体Ｆｇと液相流体Ｆｌを分離して、液相流体Ｆｌを回収している。

当該液体回収装置１０は、第１実施形態と同様に、外管２０と、内管３０と、排気管３１と、排液管４５とを有して構成されている。第２実施形態に係る液体回収装置１０において、その基本的な構成は上述した第１実施形態と同様であるが、内管３０に対する連通孔４１の配置と、隙間部４０に接続される排液管４５の構成が第１実施形態と異なっている。

第２実施形態に係る液体回収装置１０において、排液管４５は、二重管部３５の下部に配置されており、隙間部４０に接続されている。円筒形状の排液管４５の内部には、隙間部４０から流入した液相流体Ｆｌが流れる流路が形成されている。以下の説明では、円筒形状の排液管４５の中心軸を、排液管中心Ｃｄという。

当該排液管４５の端部には、液相排出口４６が配置されており、燃料電池システム１００の回収水用流路１１に接続されている。従って、当該排液管４５は、隙間部４０に流入した液相流体Ｆｌ（即ち、生成水）を回収水用流路１１に排出することができる。

図７に示すように、排液管４５の一端部は、二重管部３５の下部における流れ方向下流側にて、隙間部４０に接続されている。そして、当該排液管４５は、隙間部４０に対する接続位置から、流れ方向下流側に向かうほど下方に位置するように伸びている。

即ち、排液管中心Ｃｄは、内管３０の向きに相当する中心軸Ｃに対して、鋭角な傾斜角度αを為している。この傾斜角度αは、燃料電池システム１００における各構成の配置等によるが、できるだけ小さな傾斜角度であることが望ましい。

この結果、当該液体回収装置１０は、隙間部４０の内部を流れて、液相流体Ｆｌ等が排液管４５に流入する際の損失水頭を、第１実施形態のように排液管４５を下方に伸ばした場合に比べて小さくすることができる。

これにより、当該液体回収装置１０は、隙間部４０から排液管４５へ向かう流体の流れの円滑化を図り、隙間部４０への流入部分における渦流の発生を更に抑制することができるので、排液管４５による液相流体Ｆｌの回収率を向上させることができる。

図７、図８に示すように、第２実施形態に係る液体回収装置１０においては、連通孔４１は、内管３０の上部において、内管３０の内部と隙間部４０とを連通している。

ここで、外管２０の内面に付着した液相流体Ｆｌには、隙間部４０及び排液管４５へと移動する過程で重力が作用する為、外管２０の内面における液相流体Ｆｌの分布には偏りが生じる。つまり、隙間部４０の下部には、液相流体Ｆｌが多く存在し、隙間部４０の上部に存在する液相流体Ｆｌは少ないことが想定される。

従って、第２実施形態においては、内管３０の上部は、排液管４５の接続位置に対して内管３０を介して逆側にあたり、重力の作用によって液相流体Ｆｌが少ない部分と考えられる。即ち、第２実施形態に係る液体回収装置１０は、内管３０の上部に連通孔４１を配置することで、当該連通孔４１を介して、液相流体Ｆｌが内管３０の内部に流入することを抑制することができる。

以上説明したように、第２実施形態に係る液体回収装置１０によれば、外管２０の導入部２１から導入された気液二相流体を、外管２０と内管３０により構成された二重管部３５を通過させることで、気相流体Ｆｇと液相流体Ｆｌに分離させて、分離された液相流体Ｆｌを、排液管４５を介して回収することができる。

図７、図８に示すように、隙間部４０と内管３０の内部が連通孔４１によって連通されている。従って、当該液体回収装置１０によれば、導入部２１から導入される気液二相流体の流量が増大した場合であっても、隙間部４０への流入部分における渦流の発生を抑制して、隙間部４０に対する液相流体Ｆｌの流れを円滑にすることができ、高い回収率で液相流体Ｆｌを回収できる。

当該液体回収装置１０において、排液管４５は、二重管部３５の下部において隙間部４０に接続されており、排液管中心Ｃｄが中心軸Ｃに対して鋭角な傾斜角度αを為すように配置されている。

これにより、当該液体回収装置１０によれば、隙間部４０から排液管４５へ向かう流体の流れを円滑にすることができ、隙間部４０への流入部分における渦流の発生を更に抑制することができる。この結果、当該液体回収装置１０は、排液管４５による液相流体Ｆｌの回収率を向上させることができる。

又、当該液体回収装置１０においては、連通孔４１は、内管３０の上部において内管３０の内部と隙間部４０とを連通している。内管３０の上部は、排液管４５の接続位置に対して、内管３０を介して逆側にあたる。

これにより、当該液体回収装置１０によれば、重力の作用による隙間部４０における液相流体Ｆｌの分布において、液相流体Ｆｌの少ない部分に連通孔４１が配置されているので、連通孔４１を介して、液相流体Ｆｌが内管３０の内部に流入することを防止できる。

（第３実施形態）
次に、上述した各実施形態とは異なる第３実施形態について、図９、図１０を参照しつつ説明する。第３実施形態に係る液体回収装置１０は、上述した実施形態と同様に、電気自動車（燃料電池車両）に搭載された燃料電池システム１００の一部を構成している。

第３実施形態に係る液体回収装置１０は、上述した実施形態と同様に、燃料電池システム１００の空気通路２における燃料電池１の下流側に配置されており、燃料電池１から排出された気液二相流体から、気相流体Ｆｇと液相流体Ｆｌを分離して、液相流体Ｆｌを回収している。

当該液体回収装置１０は、上述した実施形態と同様に、外管２０と、内管３０と、排気管３１と、排液管４５とを有して構成されている。第３実施形態に係る液体回収装置１０において、その基本的な構成は上述した実施形態と同様であるが、内管３０に対する連通孔４１の配置と、下流側壁部２５の構成が上述した実施形態と異なっている。

図９に示すように、第３実施形態に係る液体回収装置１０において、排液管４５は、二重管部３５の下部における流れ方向下流側において、隙間部４０に接続されており、隙間部４０に対する接続位置から、流れ方向下流側に向かうほど下方に位置するように伸びている。つまり、第３実施形態に係る排液管４５は、第２実施形態と同様に、排液管中心Ｃｄが中心軸Ｃに対して鋭角な傾斜角度αを為すように伸びている。

そして、第３実施形態に係る液体回収装置１０においては、複数の連通孔４１が内管３０の上部にて、内管３０の内部と隙間部４０とを連通している。図１０に示すように、当該複数の連通孔４１は、中心軸Ｃよりも上方にあたる内管３０の上部において、内管３０の周方向に均等な間隔をあけて配置されている。尚、第３実施形態における複数の連通孔４１は、内管３０の全周を対象として把握すれば、内管３０の上部側に偏って配置されているということができる。

従って、第３実施形態に係る液体回収装置１０においては、複数の連通孔４１の内、一部の連通孔４１が液相流体Ｆｌで閉塞された場合でも、隙間部４０から内管３０の内部への気相流体Ｆｇの流れを確保することができ、隙間部４０の内部の圧力上昇を抑えることができる。

即ち、当該液体回収装置１０によれば、連通孔４１を閉塞している液相流体Ｆｌが隙間部４０の圧力によって内管３０の内部に入ることを抑制して、液相流体Ｆｌの回収率の低下を抑えることができる。

又、第３実施形態における複数の連通孔４１は、何れも内管３０の上部に配置されている為、排液管４５の接続位置に対して内管３０を介して逆側に位置している。即ち、当該液体回収装置１０は、当該連通孔４１を介して、液相流体Ｆｌが内管３０の内部に流入することを抑制することができる。

ここで、隙間部４０に対する気相流体Ｆｇの流入流速と、隙間部４０に対する排液管４５の位置関係について考察する。液体回収装置１０のように、内管３０の外周全体に隙間部４０がある場合には、排液管４５の接続位置から遠い程、隙間部４０に流入する際の抵抗が大きくなる傾向にある。この傾向は、排液管４５に到達するまでに隙間部４０の内部を通過する経路が長くなることに起因している。

この為、隙間部４０に対する気相流体Ｆｇの流入流速は、隙間部４０における抵抗の傾向によって、排液管４５の接続位置から遠いほど、流入流速が低くなる傾向を示す。この流入流速の偏りによって、内管３０の内部に対する気相流体Ｆｇの流入流速との流速差にも偏りが生じる。

つまり、排液管４５の接続位置から遠いほど、内管３０の内部に対する気相流体Ｆｇの流入流速との流速差が大きくなり、気液二相流体の流量が増大した場合に、隙間部４０に対する流入部分で渦流が発生しやすい。

図９に示すように、第３実施形態に係る液体回収装置１０では、下流側壁部２５は、二重管部３５の上部において、中心軸Ｃから離れるほど流れ方向上流側に位置するように傾斜している。当該下流側壁部２５の壁面は、排液管４５の接続位置にあたる基準位置Ｐｃに対して壁面傾斜角度βを為している。上述したように、二重管部３５の上部は、排液管４５の接続位置に対して内管３０を介して逆側にあたる。

第３実施形態に係る二重管部３５の上部において、隙間部４０に流入した気相流体Ｆｇは、隙間部４０の内部を流れ方向下流側へ流れて、下流側壁部２５に到達する。当該下流側壁部２５は、壁面傾斜角度βで傾斜するように構成されている為、当該気相流体Ｆｇの流れを排液管４５に向かって案内することができる。

これにより、二重管部３５の上部にあたる隙間部４０の流入流速を高めることができ、隙間部４０の全体における気相流体Ｆｇの流入流速の偏りを低減することができる。この結果、当該液体回収装置１０は、壁面傾斜角度βで傾斜した下流側壁部２５を配置することで、排液管４５から離れた隙間部４０の流入部分における渦流の発生を抑制し、液相流体Ｆｌの回収率を向上させることができる。

以上説明したように、第３実施形態に係る液体回収装置１０によれば、外管２０の導入部２１から導入された気液二相流体を、外管２０と内管３０により構成された二重管部３５を通過させることで、気相流体Ｆｇと液相流体Ｆｌに分離させて、分離された液相流体Ｆｌを、排液管４５を介して回収することができる。

図９、図１０に示すように、隙間部４０と内管３０の内部が連通孔４１によって連通されている。従って、当該液体回収装置１０によれば、導入部２１から導入される気液二相流体の流量が増大した場合であっても、隙間部４０への流入部分における渦流の発生を抑制して、隙間部４０に対する液相流体Ｆｌの流れを円滑にすることができ、高い回収率で液相流体Ｆｌを回収できる。

これにより、当該液体回収装置１０は、隙間部４０から排液管４５へ向かう流体の流れを円滑にすることができ、隙間部４０への流入部分における渦流の発生を更に抑制することができる。

図１０に示すように、第３実施形態においては、複数の連通孔４１が、内管３０の上部において内管３０の内部と隙間部４０とを連通している。内管３０の上部は、排液管４５の接続位置に対して、内管３０を介して逆側にあたる。

又、複数の連通孔４１の内、一部の連通孔４１が液相流体Ｆｌで閉塞された場合でも、隙間部４０から内管３０の内部への気相流体Ｆｇの流れを確保することができる。即ち、当該液体回収装置１０によれば、連通孔４１を閉塞している液相流体Ｆｌが隙間部４０の圧力によって内管３０の内部に入ることを抑制することができる。

そして、図９に示すように、第３実施形態に係る液体回収装置１０において、二重管部３５の上部における下流側壁部２５は、中心軸Ｃから離れるほど流れ方向上流側に位置するように傾斜している。当該下流側壁部２５の壁面は、排液管４５の接続位置にあたる基準位置Ｐｃに対して壁面傾斜角度βを為している。

これにより、壁面傾斜角度βで傾斜した下流側壁部２５によって、二重管部３５の上部にあたる隙間部４０に流入した気相流体Ｆｇの流れを排液管４５に案内することができ、二重管部３５の上部にあたる隙間部４０の流入流速を高めることができる。この結果、当該液体回収装置１０は、排液管４５から離れた隙間部４０の流入部分における渦流の発生を抑制し、液相流体Ｆｌの回収率を向上させることができる。

（第４実施形態）
続いて、上述した各実施形態とは異なる第４実施形態について、図１１を参照しつつ説明する。第４実施形態に係る液体回収装置１０は、上述した実施形態と同様に、電気自動車（燃料電池車両）に搭載された燃料電池システム１００の一部を構成している。

第４実施形態に係る液体回収装置１０は、上述した実施形態と同様に、燃料電池システム１００の空気通路２における燃料電池１の下流側に配置されており、燃料電池１から排出された気液二相流体から、気相流体Ｆｇと液相流体Ｆｌを分離して、液相流体Ｆｌを回収している。

当該液体回収装置１０は、上述した実施形態と同様に、外管２０と、内管３０と、排気管３１と、排液管４５とを有して構成されている。第４実施形態に係る液体回収装置１０において、その基本的な構成は上述した実施形態と同様であるが、内管３０に対する連通孔４１の構成が上述した実施形態と異なっている。

図１１に示すように、第４実施形態に係る液体回収装置１０において、内管３０の管壁には、複数の連通孔４１が配置されている。各連通孔４１は、内管３０の管壁を貫通して形成されている為、内管３０の内部と、内管３０の外側に相当する隙間部４０とを連通している。従って、当該液体回収装置１０によれば、隙間部４０に流入した気相流体Ｆｇの一部を、各連通孔４１を介して内管３０の内部に戻すことができる
ここで、第４実施形態における各連通孔４１は、中心軸Ｃ（即ち、内管３０の内部）に近づくほど流れ方向下流側に位置するように傾斜して形成されている。このように構成することによって、気相流体Ｆｇが隙間部４０から内管３０の内部へ流入する際の各連通孔４１の抵抗を低減させることができる。

そして、当該液体回収装置１０は、各連通孔４１の抵抗を低減させることで、隙間部４０に対する気相流体Ｆｇの流入流速を高めることができる。これにより、当該液体回収装置１０は、導入部２１から導入される気液二相流体の流量が大きい場合であっても、隙間部４０への流入部分における渦流の発生を抑制することができ、液相流体Ｆｌの回収率を向上させることができる。

以上説明したように、第４実施形態に係る液体回収装置１０によれば、外管２０の導入部２１から導入された気液二相流体を、外管２０と内管３０により構成された二重管部３５を通過させることで、気相流体Ｆｇと液相流体Ｆｌに分離させて、分離された液相流体Ｆｌを、排液管４５を介して回収することができる。

図１１に示すように、隙間部４０と内管３０の内部が連通孔４１によって連通されている。従って、当該液体回収装置１０によれば、導入部２１から導入される気液二相流体の流量が増大した場合であっても、隙間部４０への流入部分における渦流の発生を抑制し、隙間部４０に対する液相流体Ｆｌの流れを円滑にすることができ、高い回収率で液相流体Ｆｌを回収できる。

更に、各連通孔４１は、中心軸Ｃに近づくほど流れ方向下流側に位置するように傾斜して形成されている。このように構成することによって、気相流体Ｆｇが隙間部４０から内管３０の内部へ流入する際の各連通孔４１の抵抗を低減させることができる。

そして、当該液体回収装置１０は、各連通孔４１の抵抗を低減させることで、隙間部４０に対する気相流体Ｆｇの流入流速を高め、隙間部４０の流入部分における渦流の発生を抑制することができる。これにより、当該液体回収装置１０は、気液二相流体の流量が増大した場合であっても、高い回収率で液相流体Ｆｌを回収できる。

（他の実施形態）
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではない。即ち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。例えば、上述した各実施形態を適宜組み合わせても良いし、上述した実施形態を種々変形することも可能である。

（１）上述した実施形態においては、液体回収装置１０を燃料電池システム１００に適用していたが、この態様に限定されるものではない。本発明に係る液体回収装置は、気液二相状態の流体を気相流体と液相流体に分離し、液相流体を回収する用途があれば、種々の装置やシステムに適用することができる。

（２）又、上述した実施形態における連通孔４１は、内管３０の管壁を貫通することによって隙間部４０と内管３０の内部とを連通していたが、この態様に限定されるものではない。本発明に係る連通孔は、隙間部と内管の内部とを連通していれば、種々の態様を採用することができる。

例えば、図１２に示すように、複数の連通孔４１を、下流側壁部２５及び内管３０の管壁を貫通するように形成することも可能である。この場合の連通孔４１は、下流側壁部２５から中心軸Ｃに近づくほど流れ方向下流側に位置するように傾斜して伸び、内管３０の管壁を貫通して内管３０の内部に接続されている。

この連通孔４１の構成であっても、隙間部４０に対する流入部分における気相流体Ｆｇの流入流速を高めることができ、気液二相流体の流量が増大した場合であっても、液相流体Ｆｌの回収率を高くすることができる。

（３）そして、上述した実施形態においては、複数の連通孔４１を、内管３０の周方向に異なる位置に配置していたが、複数の連通孔４１の配置はこれに限定されるものではない。複数の連通孔４１の間隔については、第１実施形態や第３実施形態のように、予め定められた間隔で均等に配置しても良いし、複数の連通孔４１の間隔を内管３０における配置に応じて適宜変更することも可能である。

（４）又、上述した実施形態においては、内管３０に対する複数の連通孔４１の配置に関し、内管３０の周方向について言及していたが、この態様に限定されるものではない。即ち、本発明における複数の連通孔は、内管の軸方向（即ち、気相流体Ｆｇの流れ方向）に異なる位置に形成されていてもよい。

例えば、複数の連通孔４１の内、或る連通孔４１は、他の連通孔４１よりも流れ方向上流側に配置され、別の連通孔４１は、他の連通孔４１よりも流れ方向下流側に配置されていてもよい。この流れ方向における各連通孔４１の配置に関して、一定の規則性をもって定めても良いし、適宜変更することができる。

（５）そして、上述した実施形態においては、二重管部３５を構成する内管３０の管壁を貫通させて、連通孔４１を構成していたが、この態様に限定されるものではない。例えば、二重管部３５を構成する内管３０の全体を多孔質材で構成し、当該多孔質材の孔を連通孔として用いても良い。この場合における多孔質材とは、多数の孔を有する材料にて構成された部材であって、メッシュ状やスポンジ状の部材を包含している。

又、内管３０の管壁を貫通して構成された開口部に対して、上述した多孔質材を配置することも可能である。換言すると、二重管部３５を構成する内管３０の一部を多孔質材に置換した構成としても良い。これらの構成であっても、連通孔４１を介して、隙間部４０から内管３０の内部へ気相流体Ｆｇを戻すことができるので、上述した実施形態と同様の効果を発揮する。

（６）又、上述した実施形態では、親水性の官能基（例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基）を表面に直接付与する化学的処理を施して導入管の管内壁表面に親水性を付与していたが、この態様に限定されるものではない。導入管内壁表面に親水性を付与することができれば、種々の方法を採用することができ、例えば、プラズマ処理、光触媒、微細な凹凸形状やコーティングの形成等を行っても良い。

（７）そして、上述した実施形態においては、外管２０、内管３０、排気管３１、排液管４５を円筒形状の管として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明における各構成は、流体が通過可能な流路を構成することができればよく、その断面形状が限定されるものではない。

例えば、断面形状が多角形である流路としても良いし、断面形状が楕円形である流路とすることも可能である。又、当該液体回収装置１０における外管２０、排気管３１、排液管４５については、その外観を適宜変更することも可能である。

１０液体回収装置
２０外管
２１導入部
２５下流側壁部
３０内管
３５二重管部
４０隙間部
４１連通孔
４５排液管

Claims

気液二相流体が導入される導入部（２１）を有する外管（２０）と、
前記導入部における前記気液二相流体の流れ方向に関し、前記導入部を下流側に延長した位置にて前記外管の内部に配置され、前記気液二相流体から分離された気相流体を排出する内管（３０）と、
前記外管における前記流れ方向下流側にて、前記外管の内側に対して予め定められた間隔を設けて前記内管を配置して構成され、前記外管の内側と前記内管との間に形成された隙間部（４０）を有する二重管部（３５）と、
前記内管の内部と前記隙間部とを連通する連通孔（４１）と、
前記隙間部に対して接続され、前記隙間部の内部に流入した液相流体を排出する排液部（４５）と、を有し、
前記排液部は、前記流れ方向下流側における前記内管の向きに対して鋭角を為す方向に伸びるように配置されている液体回収装置。
前記二重管部の前記流れ方向下流側にて前記外管と前記内管との間を閉塞する下流側壁部（２５）を有し、
前記下流側壁部は、前記排液部の接続位置に対して前記内管を介して逆側にて、前記外管の中心軸から離れるほど前記流れ方向上流側に位置するように傾斜している請求項１に記載の液体回収装置。
気液二相流体が導入される導入部（２１）を有する外管（２０）と、
前記導入部における前記気液二相流体の流れ方向に関し、前記導入部を下流側に延長した位置にて前記外管の内部に配置され、前記気液二相流体から分離された気相流体を排出する内管（３０）と、
前記外管における前記流れ方向下流側にて、前記外管の内側に対して予め定められた間隔を設けて前記内管を配置して構成され、前記外管の内側と前記内管との間に形成された隙間部（４０）を有する二重管部（３５）と、
前記内管の内部と前記隙間部とを連通する連通孔（４１）と、
前記隙間部に対して接続され、前記隙間部の内部に流入した液相流体を排出する排液部（４５）と、
前記二重管部の前記流れ方向下流側にて前記外管と前記内管との間を閉塞する下流側壁部（２５）と、を有し、
前記下流側壁部は、前記排液部の接続位置に対して前記内管を介して逆側にて、前記外管の中心軸から離れるほど前記流れ方向上流側に位置するように傾斜している液体回収装置。
前記連通孔は、複数個所において、前記内管の内部と前記隙間部とを連通している請求項１ないし３の何れか１つに記載の液体回収装置。
前記連通孔は、前記排液部の接続位置に対して前記内管を介して逆側に配置されている請求項１ないし４の何れか１つに記載の液体回収装置。
前記連通孔は、前記内管の内部に近づくほど前記流れ方向下流側に位置するように傾斜している請求項１ないし５の何れか１つに記載の液体回収装置。