ガス処理装置
【課題】ガスの被処理成分の処理効率の向上を図るとともに、容器の小型化を図ることが可能なガス処理装置を提供する。
【解決手段】ガス導入部４２から容器４１内にガスＧを導入して旋回流形成部５０に流入することにより、ガスＧの旋回流４８を形成する。この旋回流４８を形成するときのガスＧの勢いにより、４つの液体噴射部５３から噴射されて溜まり部６０に溜まった液体Ｌを旋回流４８に巻き込んでガスＧと液体Ｌを接触させてガスＧの被処理成分（アンモニア）を処理する。さらに、旋回流形成部５０でガスＧの被処理成分（アンモニア）を十分に処理しきれなくても、ガスＧが旋回流形成部５０の開口から容器４１上方の下流側へ流動する間に、液体噴射部５３から噴射された液体Ｌに接触させてガスＧの被処理成分（アンモニア）を効率よく処理する。
【解決手段】ガス導入部４２から容器４１内にガスＧを導入して旋回流形成部５０に流入することにより、ガスＧの旋回流４８を形成する。この旋回流４８を形成するときのガスＧの勢いにより、４つの液体噴射部５３から噴射されて溜まり部６０に溜まった液体Ｌを旋回流４８に巻き込んでガスＧと液体Ｌを接触させてガスＧの被処理成分（アンモニア）を処理する。さらに、旋回流形成部５０でガスＧの被処理成分（アンモニア）を十分に処理しきれなくても、ガスＧが旋回流形成部５０の開口から容器４１上方の下流側へ流動する間に、液体噴射部５３から噴射された液体Ｌに接触させてガスＧの被処理成分（アンモニア）を効率よく処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムなどの各種産業製品に装備されるガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ドラフト装置等の排気装置に採用されるガス洗浄装置が知られており、一般にガス洗浄装置は、洗浄塔本体と、この洗浄塔本体内に設けられ、洗浄液を噴霧するシャワーとを備えている。
【０００３】
この種ガス洗浄装置として、例えば、洗浄塔本体の内部空間が下側から順に、吸気室、充填材室および洗浄室として区画され、シャワーが洗浄室に設けられているドラフト用縦型ガス洗浄装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そして、上記したドラフト用縦型ガス洗浄装置では、ドラフト装置等からの排気ガスが洗浄塔本体内に導入されると、排気ガスは吸気室、充填材室および洗浄室を順次通過するように、下方から上方に向かって流動し、洗浄室を通過するときに、シャワーから噴射される洗浄液（水）と接触して、洗浄（処理）される。また、洗浄（処理）された排気ガスは、洗浄室と連通する排気筒から洗浄塔本体外に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】登録実用新案３０９６４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記した特許文献１に記載のドラフト用縦型ガス洗浄装置では、排気ガスが洗浄室を通過するときに、洗浄液と接触して洗浄（処理）されるので、所望の排気ガスの処理効率を確保するためには、洗浄室を一定以上の大きさに形成する必要がある。そのため、ドラフト用縦型ガス洗浄装置（洗浄塔本体）の小型化を図るには限度がある。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ガスの被処理成分の処理効率の向上を図るとともに、容器の小型化を図ることが可能なガス処理装置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】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明のガス処理装置は、被処理成分を含むガスを処理するガス処理装置において、容器と、前記容器内に前記ガスを導入するガス導入部と、前記ガスを処理するための処理成分を含む液体を貯留する貯留部と、前記貯留部の前記液体を前記容器内の上部から噴射する液体噴射部と、前記容器内の前記液体噴射部の下方に一部が開口して設けられ、前記液体噴射部から噴射された前記液体および前記ガス導入部から導入された前記ガスを受け、前記ガスを旋回流形成壁内面に反射させて旋回流を形成する旋回流形成部と、前記容器内の前記液体噴射部の上方であって前記ガスの下流側に設けられ前記ガスを前記容器外に排出する排出部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記ガス導入部から導入される前記ガスを前記旋回流形成部の下方に向かって導入するガス導入路をさらに備え、前記旋回流形成壁の上面部分が、前記ガス導入路方向に向けて傾斜している構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１にかかる発明によれば、ガス導入部から導入されたガスの旋回流形成部に流入するときの勢いにより、ガスの旋回流が形成され、液体噴射部から噴射された液体が旋回流形成部に入るとともに、ガスの旋回流に巻き込まれるため、ガスの被処理成分が液体に接触して効率よく処理される。
【００１１】
さらに、下流側に流動するガスが旋回流形成部で被処理成分を十分に処理しきれなくても、ガスが旋回流形成部の開口から容器上方の下流側へ流動する間に液体噴射部から噴射された液体に接触することから、ガスに含まれる処理しきれない被処理成分が容器上部の下流側である排出部方向へ流動する間に液体と接触して効率よく処理される。
【００１２】
したがって、容器内下部の旋回流形成部でガスの旋回流に液体を巻き込んでガスの被処理成分を処理できるとともに、旋回流形成部の開口を経てガスが容器上部の下流側へ流動する間に、旋回流形成部で処理しきれないガスの被処理成分を処理できるため、容器を小型にしても効率よくガスの被処理成分を処理することができ、容器の小型化による低コスト化および軽量化を図ることが可能になる。
【００１３】
また、請求項２にかかる発明によれば、旋回流形成壁の上面部分が、ガス導入路方向に向けて傾斜していることから、ガス導入路により、ガスが旋回流形成部の下方に向かって導入されることにより、ガスの旋回流形成部への導入時の勢いにより旋回流を効果的に形成できるため、ガスと液体の大部分とが旋回流形成部において旋回流に乗って接触し、ガスの被処理成分を処理することができ、旋回流形成部でガスの被処理成分が処理されたガスの大部分が旋回流形成部の開口から出て容器上部の下流側に向かう。
【００１４】
そのため、旋回流形成部で処理される前のガスと処理された後のガスとの旋回流形成部の開口での入出が円滑になり、より一層効率よくガスの被処理成分を処理することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のガス処理装置の一実施形態を搭載した電動車両の概略構成説明図である。
【図２】図１に示されるガス処理装置の側断面図である。
【図３】図２のガス処理装置の液体噴射部の配置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態にかかるガス処理装置を電動車両に搭載した例について、図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は電動車両の概略構成説明図、図２はガス処理装置の側断面図、図３はガス処理装置の液体噴射部の配置を示す平面図である。
【００１７】
Ａ．燃料電池システムの全体構成
図１に示すように、電動車両１は、燃料電池およびバッテリを選択的に動力源とするハイブリッド車であり、車両用燃料電池システムとしての燃料電池システム２を搭載している。
【００１８】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、図示しない空気給排部と、制御部５と、動力部６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、ガス処理装置８とを備えている。
【００１９】
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給され、例えば、アニオン交換型燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。燃料電池３に供給される液体燃料としては、例えば、ヒドラジン（無水ヒドラジンや、ヒドラジン１水和物などの水加ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。
【００２０】
また、燃料電池３の出力電圧は、例えば０．２Ｖ〜１．５Ｖであり、出力電流は、例えば１０〜４００Ａである。なお、これら出力は、後述する単位セル１個当たりの出力である。
【００２１】
燃料電池３は、アニオン交換部からなる電解質層９と、電解質層９の一方側に配置されたアノード１０と、電解質層９の他方側に配置されたカソード１１とを備える単位セル（燃料電池セル）１２が、絶縁材料からなるセパレータ（図示せず）を介して複数積層されたスタック構造に形成されている。すなわち、電解質層９を介してアノード１０およびカソード１１が対向配置される単位セル１２が複数積層されている。なお、図１では、積層される複数の単位セル１２のうち、電動車両１の前後方向の最前端に配置される単位セル１２だけを表わしており、その他の単位セル１２は図示省略している。
【００２２】
さらに、燃料電池３は、燃料供給口１４と燃料排出口１５と空気供給口（図示せず）と空気排出口（図示せず）とを備えている。燃料供給口１４は、液体燃料をアノード１０内に流入させるための入口であり、燃料電池３の後端部下側に形成されている。燃料排出口１５は、液体燃料をアノード１０から排出するための出口であり、燃料電池３の後端部上側に形成されている。また、空気供給口は、空気をカソード１１内に流入させるための入口であり、空気排出口は、空気をカソード１１から排出させるための出口である。
【００２３】
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、電動車両１の後側であって燃料電池３よりも後方に配置され、液体燃料を貯蔵するための燃料タンク１８と、燃料タンク１８から供給される液体燃料をアノード１０に供給するとともに、燃料電池３から排出される液体燃料を燃料電池３に還流するための還流管２０とを備えている。
【００２４】
燃料タンク１８はほぼボックス形状に形成され、その内部には液体燃料として例えばヒドラジンなどが貯蔵されている。還流管２０は、その一端側（下側）が燃料電池３の燃料供給口１４に接続され、他端側（上側）が燃料電池３の燃料排出口１５に接続されている。これにより、燃料電池３と燃料給排部４との間には、燃料排出口１５（上流側）から排出される液体燃料が、還流管２０を介して燃料供給口１４（下流側）へ流れることによりアノード１０を循環するクローズドライン（閉流路）が形成される。
【００２５】
ここで、還流管２０の途中には、燃料電池３の後上側において、気液分離器２１が介在されている。この気液分離器２１はほぼボックス形状に形成され、その底壁に底部流通口２２が２つ形成され、その後側における上側部分に上部流通口２３が１つ形成されている。そして、２つの底部流通口２２が還流管２０に接続されることにより、気液分離器２１が還流管２０に介装されている。
【００２６】
また、気液分離器２１は、後に詳述するように、上部流通口２３とガス処理装置８のガス導入口４４とがガス導入管２４によって接続されることにより、ガス処理装置８と接続されている。そして、後に詳述するが、気液分離器２１内において、生成水（Ｈ２Ｏ）および未消費ヒドラジンなどを含有する液溜まり２６と、窒素ガス（Ｎ２）およびアンモニア（ＮＨ３）などを含有する被処理ガスとに分離される。
【００２７】
なお、還流管２０の途中において、気液分離器２１と燃料供給口１４との間には、燃料還流ポンプ２８が介在されている。この燃料還流ポンプ２８としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。燃料還流ポンプ２８は、後述するコントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５からの制御信号が、燃料還流ポンプ２８に入力され、コントロールユニット３５による燃料還流ポンプ２８の駆動および停止の制御が行われる。
【００２８】
還流管２０において、燃料還流ポンプ２８と燃料供給口１４との間には、燃料タンク１８に貯蔵された液体燃料を還流管２０へ供給するための燃料供給管３０が接続されている。すなわち、燃料供給管３０の上端側端部は燃料タンク１８に接続され、燃料供給管３０の下端側端部は還流管２０の流れ方向途中に接続されている。そして、還流管２０の流れ方向途中には、燃料供給ポンプ３１が介在されている。
【００２９】
燃料供給ポンプ３１としては、燃料還流ポンプ２８と同様の公知の送液ポンプが挙げられる。燃料供給ポンプ３１は、後述するコントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５からの制御信号が、燃料供給ポンプ３１に入力され、コントロールユニット３５による燃料供給ポンプ３１の駆動および停止の制御が行われる。
【００３０】
燃料供給管３０において燃料供給ポンプ３１の下流側には、燃料供給弁３２が設けられている。この燃料供給弁３２は、燃料供給管３０を開閉するための弁であって、例えば電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。また、燃料供給弁３２は、後述するコントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５からの制御信号が、燃料供給弁３２に入力され、コントロールユニット３５による燃料供給弁３２の開閉制御が行われる。
【００３１】
（３）空気給排部
空気給排部は、詳細の図示は省略するが、燃料電池システム２に採用される公知の構成でよく、具体的には、空気をカソード１１に供給するための空気供給管（図示せず）と、カソード１１から排出される空気を外部に排出するための空気排出管（図示せず）とを備えている。
【００３２】
上記した空気供給管は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が空気供給口（図示せず）に接続されている。空気供給管の途中には、エアコンプレッサなどの口の空気供給ポンプ（図示せず）が介在されており、また、その下流側には空気供給弁（図示せず）が設けられている。
【００３３】
上記した空気供給ポンプおよび空気供給弁は、それぞれ後述するコントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、コントロールユニット３５からの制御信号が、空気供給ポンプおよび空気供給弁に入力され、コントロールユニット３５による空気供給ポンプの駆動および停止並びに空気供給弁の開閉制御が行われる。また、上記した空気排出管はその一端側（上流側）が空気排出口（図示せず）に接続され、他端側（下流側）がドレンされる。
【００３４】
（４）制御部
制御部５は、コントロールユニット３５を備えている。コントロールユニット３５は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ，ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータ構成である。
【００３５】
（５）動力部
動力部６は、電動車両１の前側であって、燃料電池３よりも前方に配置されており、燃料電池３から出力される電気エネルギを電動車両１の駆動力として機械エネルギに変換するためのモータ３７と、モータ３７に電気的に接続されるインバータ３８と、モータ３７による回生エネルギを蓄電するための動力用バッテリ３９とを備えている。
【００３６】
モータ３７は電動車両１の前端部に配置されている。モータ３７としては、例えば三相誘導電動機、三相同期電動機など、公知の三相電動機が挙げられる。
【００３７】
インバータ３８はモータ３７と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３８は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する装置であり、例えば公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置が挙げられる。また、インバータ３８は、配線により燃料電池３およびモータ３７にそれぞれ電気的に接続されている。
【００３８】
動力用バッテリ３９としては、例えば定格電圧が１００Ｖ程度のニッケル水素電池やリチウムイオン電池など、公知の二次電池が挙げられる。また、動力用バッテリ３９は、インバータ３８と燃料電池３との間の配線に接続され、これにより燃料電池３からの電力を蓄電可能で、かつ、モータ３７に電力を供給可能とされている。
【００３９】
（６）出力制御手段（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、コントロールユニット３５と電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５から出力される出力制御信号の入力に応じて、燃料電池３の出力（出力電圧）の制御が行われる。
【００４０】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、配線により燃料電池３および動力用バッテリ３９にそれぞれ電気的に接続されるとともに、配線の分岐によりインバータ３８に電気的に接続されている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ７からモータ３７への電力は、インバータ３８において直流電力から三相交流に変換され、三相交流電力としてモータ３７に供給される。
【００４１】
（７）ガス処理装置
ガス処理装置８は気液分離器２１の後側に配置されており、図２に示すように、直方体形状の容器４１と、ガス導入部４２とを備えるとともに、後述する旋回流形成部５０、貯留部であるドレインタンク５２、液体噴射部５３および排出部６９を備えている。
【００４２】
ガス導入部４２は、容器４１の前壁上部に形成され上記したガス導入管２４により気液分離器２１と接続されるガス導入口４３と、容器４１の前内側面に沿ってガス導入口２４に連通したガス流路４４を形成する前後の仕切壁４５ａ，４５ｂと、ガス流路４４先端部のガス導入路４４ａおよびさらにその先端のガス噴出口４６とにより構成される。ガス導入路４４ａは、ガス流路４４を形成する両仕切壁４５ａ，４５ｂの下端が後方に向かうに連れて下向きに折曲されるとともに、後端出口に向かうほど先窄まりに形成され、後に詳述するガス流路４４の先端部であるガス導入路４４ａが旋回流形成部５０の下方に向かうように配置されている。
【００４３】
そして、気液分離器２１で分離された被処理成分であるアンモニア（ＮＨ３）を含むガスＧが、図２中の実線矢印で示すようにガス導入管２４によりガス導入口４３からガス導入路４４内に導入され、ガス流路４４およびその先端部のガス導入路４４ａを経て、ガス噴出口４６から容器４１内に噴射される。このとき、上記したように、ガス流路４４先端部のガス導入路４４ａが旋回流形成部５０の下方に向かうようにし、かつ、ガス導入路４４ａを先端のガス噴出口４６に向かうに連れ先窄まりにしたことで、ガス噴出口４６から旋回流形成部５０に噴出されるガスＧの流速を所定値以上にして、より効率よく旋回流４８を形成することができる。
【００４４】
旋回流形成部５０は、容器４１内の後側下部に、ガス噴出口４６から斜め下方に向けて噴出されたガスの上前方向への旋回流４８を形成する断面円弧状の旋回流形成壁４９が配置されて形成されている。この旋回流形成壁４９は断面円弧状であるため前側が開口しており、後述する溜まり部６０に溜まったガスの処理（中和）用の液体Ｌが、ガス噴出口４６から噴出されたガスＧの旋回流４８の勢いに巻き込まれて、図２中の１点鎖線矢印に示すようにガスＧととともに巻き上げられ、ガスＧおよび液体Ｌが旋回流４８において接触するようになっている。
【００４５】
貯留部であるドレインタンク５２は、密閉型であって容器４１の下側に配置され、被処理成分（アンモニア）を含むガスＧを処理（中和）するための処理成分を含む液体Ｌを貯留する。ドレインタンク５２に貯留される液体Ｌとしては、例えば、液体燃料がヒドラジンである場合、容器４１内に導入されるガスには被処理成分の一例としてのアンモニア（ＮＨ３）が含まれるため、これを中和し得る塩酸、硫酸などの無機酸や、酢酸などの有機酸等の水溶液、すなわち無機酸水溶液、有機酸水溶液が挙げられる。なお、液体Ｌの処理成分濃度は、例えば、５〜１０質量％。好ましくは、９〜１０質量％である。
【００４６】
また、液体噴射部５３が、図２、図３に示すように容器４１内の上部４か所に配置され、連結管５４によってドレインタンク５２に接続されている。各液体噴射部５３の下端部には拡径部が設けられて下方に向けて円錐状或いは四角錐状に、ドレインタンク５２からの液体Ｌを霧状或いは小径の液滴状にして図２中の破線矢印のように下方に噴射する。このとき、図３に示すように、各液体噴射部５３から容器４１の内部全体にわたって漏れなく液体Ｌを噴射できるように、液体噴射部５３の噴射口が形成されている。
【００４７】
ドレインタンク５２と各液体噴射部５３との間には、循環ポンプ５５が介在されている。そして、循環ポンプ５５の駆動によりドレインタンク５２からの液体Ｌが各液体噴射部５３に供給されて容器４１内の上部から下方に向けて液体Ｌが噴射される。このように、ドレインタンク５２、循環ポンプ５５、連結管５４および容器４１を処理（中和）用の液体Ｌが循環するクロースドライン（閉流路）が形成されている。
【００４８】
循環ポンプ５５としては、燃料還流ポンプ２８と同様の公知の送液ポンプが挙げられる。循環ポンプ５５は、コントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５からの制御信号が、循環ポンプ５５に入力され、コントロールユニット３５による循環ポンプ５５の駆動および停止の制御が行われる。
【００４９】
各液体噴射部５３が接続された連結管５４の途中には、ＰＨ（ペーハー）センサ５６が介在され、このＰＨセンサ５６がコントロールユニット３５に電気的に接続されてコントロールユニット３５によりドレインタンク５２から各液体噴射部５３への液体のＰＨが検出されるようになっている。例えば、ドレインタンク５２に硫酸を貯留する場合、硫酸のＰＨ値は通常０．４であるが、アンモニアの中和処理を繰り返すことにより、ＰＨセンサ５６によって検出されるＰＨ値が２．０程度に上昇すれば、表示灯の点灯などにより硫酸の中和能力の低下したため、ドレインタンク５２内の硫酸を新しく交換する必要が生じたことを報知する制御が行われる。
【００５０】
各液体噴射部５３の噴射口から噴射された液体Ｌは、下端がネット（図示せず）により支えられて容器４１内に収容配置された充填材５８を通過し、容器４１内の底部の溜まり部６０に溜まる。溜まり部６０は、容器４１の底壁内面に左右方向にわたって立設された板材６１により、容器４１の底部後側に液体Ｌを溜め得るように形成されている。
【００５１】
そのため、溜まり部６０に溜まる液体Ｌが、板材６１をオーバーフローする量になれば、容器４１の底壁前部に形成された還流口６４およびこれに接続された接続管６５を介してドレインタンク５２内に還流するよう構成されている。なお、ドレインタンク５２内において、接続管６５から還流された液体Ｌに混ざった不要な微粒子を除去するフィルタ６７を通してドレインタンク５２内の液体Ｌが循環ポンプ５５を経て液体噴射部５３に供給されるようになっている。
【００５２】
ここで、溜まり部６０に溜まる液体Ｌは、体積が０．２５８リットルで、１分管に約３２回入れ替わるように、各液体噴射部５３から噴射される液体Ｌの噴射量が設定されており、具体的には、１つの液体噴射部５３から１分間あたり２．１２リットルの液体を噴射するように循環ポンプ５５の制御が行われるようになっている。
【００５３】
充填材５８は、容器４１の内寸と略同等の外寸の直方体形状を有する公知のプラスチック製充填材からなり、具体的には市販品である月島環境エンジニアリング社製のテラレット（登録商標）を用いることができる。
【００５４】
排出部６９は、容器４１内の各液体噴射部５３の上方であって、ガス噴出口４６から噴出されて容器４１内を上方に流動するガスＧの下流側位置に設けられている。この排出部６９は、容器４１の上壁に形成された排気口７０と、この排気口７０に接続されて容器４１内部に連通され容器４１内のガスＧを電動車両１の後部から外に排気する排気管７１と、排気管７１の途中に介在された排気弁７３とを備えている。
【００５５】
排気弁７３は、コントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、コントロールユニット３５からの制御信号が、排気弁７３に入力され、コントロールユニット３５による排気弁７３の開閉制御が行われる。
【００５６】
ところで、旋回流４８においてガスＧと液体Ｌとが接触することにより、ガスＧに含まれるアンモニアが処理（中和）されるが、この旋回流４８での処理（中和）を第１段階処理とすると、第１段階処理において処理（中和）しきれなかったアンモニア（ＮＨ３）を含むガスＧは充填材５８を通って容器４１内を、図２中の実線矢印のように上方に向かって流動する。そして、充填材５８の上方の各液体噴射部５３から噴射される液体Ｌと再度接触するため、効率よくガスＧの処理（中和）が行われる。このように充填材５８の上方におけるガスＧの処理（中和）が第２段階処理となる。
【００５７】
そして、上記した第１、第２段階処理を経て処理（中和）されたガスＧは無害となり、容器４１の上壁に形成された排気口７０およびこれに連通された排気管７１を経て外部に排出される。
【００５８】
ところで、充填材５８は、ガスＧの流速が１ｍ／ｓ以下になるような断面積であって、かつ、液体噴射部５３から噴射された液体Ｌの液滴の重力が、旋回流形成部５０の開口を経て上方に流動するガスＧの上昇流による吹き上げ力よりも大きくなる断面積に設定するのが望ましい。具体的には、液体Ｌの液滴の吹き上げ限界、つまりガスＧの上昇流（１ｍ／ｓ）以下との条件から、充填材５８の断面積を算出することができて、ガス流量を２ｍ３／ｍｉｎとした場合、２００ｍｍ×２００ｍｍの断面積に設定すれば、充填材５８を上昇するガスＧの流速は０．８３ｍ／ｓとなり、上記した１ｍ／ｓ以下におさまる。
【００５９】
Ｂ．燃料電池システムによる発電
上記した燃料電池システム２では、コントロールユニット３５の制御により、燃料供給弁３２が開かれ、燃料還流ポンプ２８および燃料供給ポンプ３１が駆動されることにより、液体燃料が還流管２０を介してアノード１０に供給される。一方、空気供給弁（図示せず）が開かれ、空気供給ポンプ（図示せず）が駆動されることにより、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１１に供給される。なお、燃料供給弁３２は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
【００６０】
アノード１０では液体燃料がアノード１０内を通過する一方、カソード１１では、空気がカソード１１内を通過する。
【００６１】
そして、アノード１０およびカソード１１において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、下記式（１）〜（３）のとおりとなる。
＜アノード１０での反応＞
Ｎ２Ｈ４+４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ+４ｅ− ……（１）式
＜カソード１１での反応＞
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− ……（２）式
＜燃料電池３全体での反応＞
Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋Ｈ２Ｏ ……（３）式
また、上記（１）式で示される反応では、実際には、主生成物である窒素ガス（Ｎ２）および水（Ｈ２Ｏ）に加えて、被処理成分の一例としてのアンモニア（ＮＨ３）が副生する。
【００６２】
このようなアノード１０およびカソード１１での電気化学的反応が連続的に生じることにより、燃料電池３全体として、上記（３）式で表わされる反応が生じて、燃料電池３に起電力が生じる。
【００６３】
そして、発生した起電力が、配線を介してＤＣ／ＤＣコンバータ７に送電され動力部６では、インバータ３８およびモータ３７、および／または、動力用バッテリ３９に送電される。モータ３７では、インバータ３６により三相交流電力に変換された電気エネルギが電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギに変換される。一方、動力用バッテリ３９では、その電力が充電される。
【００６４】
また、燃料給排部４では、燃料還流ポンプ２８および燃料供給ポンプ３１の駆動力により、生成した窒素ガス（Ｎ２）、生成水（Ｈ２Ｏ）およびアンモニア（ＮＨ３）を含有する使用後および未反応の液体燃料が、アノード１０から排出される。
【００６５】
そして、その液体燃料が、還流管２０を通過して上流側の底部流通口２２から気液分離器２１に流入する。気液分離器２１では、水位が上部流通口２３よりも下方位置に保持される液体燃料の液溜まり２６が、気液分離器２１の中空部分に生じるとともに、液溜まり２６に含まれるガスが液溜まり２６の上方空間へ分離される。
【００６６】
すなわち、気液分離器２１内において、生成水（Ｈ２Ｏ）、未消費ヒドラジンなどを含有する液溜まり２６と、窒素ガス（Ｎ２）およびアンモニア（ＮＨ３）などを含有する被処理ガスとに分離される。
【００６７】
そして、液溜まり２６の一部は下流側の底部流通口２２から還流管２０に流出し、還流管２０に流出した液体燃料は、再び燃料供給口１４から燃料電池３に流入する。
【００６８】
これにより、液体燃料が、クローズドライン（還流管２０、気液分離器２１および燃料電池３）を循環する。
【００６９】
Ｃ．ガス処理装置８によるガス処理（中和）
気液分離器２１で分離された被処理ガスは、ガス導入管２４をからガス導入部４２のガス導入口４３を介してガス流路４４に導入され、さらにガス流路４４先端部の先窄まりのガス導入路４４ａへと流動して、次第に加速されながらガス噴出口４６から旋回流形成部５０に向けて噴出される。このガスGの噴出時の勢いにより旋回流形成壁４９に沿ってガスＧの旋回流４８が形成される。
【００７０】
一方、４つの液体噴射部５３には、循環ポンプ５５の駆動によりドレインタンク５２からの液体Ｌが供給され、各液体噴射部５３から容器４１内の下方に向けて液体Ｌが噴射され、噴射された液体Ｌは、充填材５８を通過して容器４１内の底部の溜まり部６０に溜まる。
【００７１】
そうすると、溜まり部６０に溜まったガスの処理（中和）用の液体Ｌが、ガス噴出口４６から噴出されたガスＧの旋回流４８の勢いに巻き込まれて、図２中の１点鎖線矢印に示すようにガスＧととともに巻き上げられ、ガスＧおよび液体Ｌが旋回流４８において接触し、第１段階処理としてガスＧに含まれるアンモニア（ＮＨ３）が処理（中和）される。
【００７２】
さらに、第１段階処理において処理（中和）しきれなかったアンモニア（ＮＨ３）を含むガスＧは、容器４１内を上方に向かって流動し、充填材５８を通過する際に、充填材５８の上方の各液体噴射部５３から噴射される液体Ｌと再度接触し、第２段階処理として充填材５８を通過するガスＧに含まれるアンモニア（ＮＨ３）が液体Ｌと接触して効率よくガスＧの処理（中和）が行われる。
【００７３】
その後、第１、第２段階処理を経て処理（中和）され無害となったガスＧは、排気口７０および排気管７１を経て容器４１内部から電動車両１の後方に向けて排出される。
【００７４】
したがって、上記した実施形態によれば、容器４１内の旋回流形成部５０において、ガスＧの旋回流４８の勢いにより液体Ｌが巻き込まれるため、第１段階処理として、旋回流４８においてガスＧと液体Ｌを接触させてガスＧに含まれるアンモニア（ＮＨ３）を処理（中和）できるとともに、旋回流形成部５０の開口を経てガスＧが容器４１の上方（下流側）に向かって流動する間に、第２段階処理として充填材５８を通過するガスＧを各液体噴射部５３から噴射された液体Ｌと接触させて旋回流形成部５０で処理しきれないアンモニア（ＮＨ３）を処理（中和）できるため、充填材５８を小さくして容器４１を小型にしても効率よくガスＧの被処理成分アンモニア（ＮＨ３）を処理（中和）することができ、容器４１の小型化による低コスト化および軽量化を図ることが可能になる。
【００７５】
また、上記した実施形態によれば、ガス導入路４４ａを先端に向かうに連れて先窄まりにしたため、ガス噴出口４６から噴出するガスＧの流速を所定値以上にして効率よく旋回流４８を形成することができる。
【００７６】
また、上記した実施形態によれば、密閉型のドレインタンク５２を設けたため、ガス処理装置８を電動車両１等の車両に搭載することが可能になる。
【００７７】
また、板材６１により、容器４１の底部後側に液体Ｌの溜まり部６０を形成し、一定量の液体Ｌを溜め得るように形成したため、走行する車両であってもある量の液体Ｌを溜めることができ、走行中においても燃料電池３から発生するアンモニア（ＮＨ３）を含むガスＧの処理（中和）を行うことができる。
【００７８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００７９】
上記した実施形態では、旋回流形成壁４９を断面円弧状にした例について説明したが、円弧状でなくても断面コ字状であって、かつ、旋回流形成壁４９の上側部分が斜め下方に向けて傾斜する形状のものを用いても、上記した実施形態と同様に、ガス噴出口４６から噴出するガスＧの旋回流４８を形成することができる。
【００８０】
また、上記した実施形態では、液体噴射部５３を４つとした例について説明したが、液体噴射部５３の個数は４つに限定されるものではない。
【００８１】
また、上記した実施形態では、ヒドラジンを液体燃料とする燃料電池３から発生する被処理成分を含むガスを処理する例について説明したが、本発明はその他の液体燃料と空気を供給して発電する燃料電池にも適用することができるのは言うまでもない。
【００８２】
また、上記した実施形態では、燃料電池３を搭載した電動車両１に適用した場合について説明したが、処理すべきガス（気体）を発生するその他のシステムにおけるガス処理について、本発明を適用できるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８３】
８… ガス処理装置
４１… 容器
４２… ガス導入部
４４ａ… ガス導入路
４８… 旋回流
４９… 旋回流形成壁
５０… 旋回流形成部
５２… ドレインタンク（貯留部）
５３… 液体噴射部
６９… 排出部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムなどの各種産業製品に装備されるガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ドラフト装置等の排気装置に採用されるガス洗浄装置が知られており、一般にガス洗浄装置は、洗浄塔本体と、この洗浄塔本体内に設けられ、洗浄液を噴霧するシャワーとを備えている。
【０００３】
この種ガス洗浄装置として、例えば、洗浄塔本体の内部空間が下側から順に、吸気室、充填材室および洗浄室として区画され、シャワーが洗浄室に設けられているドラフト用縦型ガス洗浄装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そして、上記したドラフト用縦型ガス洗浄装置では、ドラフト装置等からの排気ガスが洗浄塔本体内に導入されると、排気ガスは吸気室、充填材室および洗浄室を順次通過するように、下方から上方に向かって流動し、洗浄室を通過するときに、シャワーから噴射される洗浄液（水）と接触して、洗浄（処理）される。また、洗浄（処理）された排気ガスは、洗浄室と連通する排気筒から洗浄塔本体外に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】登録実用新案３０９６４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記した特許文献１に記載のドラフト用縦型ガス洗浄装置では、排気ガスが洗浄室を通過するときに、洗浄液と接触して洗浄（処理）されるので、所望の排気ガスの処理効率を確保するためには、洗浄室を一定以上の大きさに形成する必要がある。そのため、ドラフト用縦型ガス洗浄装置（洗浄塔本体）の小型化を図るには限度がある。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ガスの被処理成分の処理効率の向上を図るとともに、容器の小型化を図ることが可能なガス処理装置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】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明のガス処理装置は、被処理成分を含むガスを処理するガス処理装置において、容器と、前記容器内に前記ガスを導入するガス導入部と、前記ガスを処理するための処理成分を含む液体を貯留する貯留部と、前記貯留部の前記液体を前記容器内の上部から噴射する液体噴射部と、前記容器内の前記液体噴射部の下方に一部が開口して設けられ、前記液体噴射部から噴射された前記液体および前記ガス導入部から導入された前記ガスを受け、前記ガスを旋回流形成壁内面に反射させて旋回流を形成する旋回流形成部と、前記容器内の前記液体噴射部の上方であって前記ガスの下流側に設けられ前記ガスを前記容器外に排出する排出部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記ガス導入部から導入される前記ガスを前記旋回流形成部の下方に向かって導入するガス導入路をさらに備え、前記旋回流形成壁の上面部分が、前記ガス導入路方向に向けて傾斜している構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１にかかる発明によれば、ガス導入部から導入されたガスの旋回流形成部に流入するときの勢いにより、ガスの旋回流が形成され、液体噴射部から噴射された液体が旋回流形成部に入るとともに、ガスの旋回流に巻き込まれるため、ガスの被処理成分が液体に接触して効率よく処理される。
【００１１】
さらに、下流側に流動するガスが旋回流形成部で被処理成分を十分に処理しきれなくても、ガスが旋回流形成部の開口から容器上方の下流側へ流動する間に液体噴射部から噴射された液体に接触することから、ガスに含まれる処理しきれない被処理成分が容器上部の下流側である排出部方向へ流動する間に液体と接触して効率よく処理される。
【００１２】
したがって、容器内下部の旋回流形成部でガスの旋回流に液体を巻き込んでガスの被処理成分を処理できるとともに、旋回流形成部の開口を経てガスが容器上部の下流側へ流動する間に、旋回流形成部で処理しきれないガスの被処理成分を処理できるため、容器を小型にしても効率よくガスの被処理成分を処理することができ、容器の小型化による低コスト化および軽量化を図ることが可能になる。
【００１３】
また、請求項２にかかる発明によれば、旋回流形成壁の上面部分が、ガス導入路方向に向けて傾斜していることから、ガス導入路により、ガスが旋回流形成部の下方に向かって導入されることにより、ガスの旋回流形成部への導入時の勢いにより旋回流を効果的に形成できるため、ガスと液体の大部分とが旋回流形成部において旋回流に乗って接触し、ガスの被処理成分を処理することができ、旋回流形成部でガスの被処理成分が処理されたガスの大部分が旋回流形成部の開口から出て容器上部の下流側に向かう。
【００１４】
そのため、旋回流形成部で処理される前のガスと処理された後のガスとの旋回流形成部の開口での入出が円滑になり、より一層効率よくガスの被処理成分を処理することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のガス処理装置の一実施形態を搭載した電動車両の概略構成説明図である。
【図２】図１に示されるガス処理装置の側断面図である。
【図３】図２のガス処理装置の液体噴射部の配置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態にかかるガス処理装置を電動車両に搭載した例について、図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は電動車両の概略構成説明図、図２はガス処理装置の側断面図、図３はガス処理装置の液体噴射部の配置を示す平面図である。
【００１７】
Ａ．燃料電池システムの全体構成
図１に示すように、電動車両１は、燃料電池およびバッテリを選択的に動力源とするハイブリッド車であり、車両用燃料電池システムとしての燃料電池システム２を搭載している。
【００１８】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、図示しない空気給排部と、制御部５と、動力部６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、ガス処理装置８とを備えている。
【００１９】
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給され、例えば、アニオン交換型燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。燃料電池３に供給される液体燃料としては、例えば、ヒドラジン（無水ヒドラジンや、ヒドラジン１水和物などの水加ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。
【００２０】
また、燃料電池３の出力電圧は、例えば０．２Ｖ〜１．５Ｖであり、出力電流は、例えば１０〜４００Ａである。なお、これら出力は、後述する単位セル１個当たりの出力である。
【００２１】
燃料電池３は、アニオン交換部からなる電解質層９と、電解質層９の一方側に配置されたアノード１０と、電解質層９の他方側に配置されたカソード１１とを備える単位セル（燃料電池セル）１２が、絶縁材料からなるセパレータ（図示せず）を介して複数積層されたスタック構造に形成されている。すなわち、電解質層９を介してアノード１０およびカソード１１が対向配置される単位セル１２が複数積層されている。なお、図１では、積層される複数の単位セル１２のうち、電動車両１の前後方向の最前端に配置される単位セル１２だけを表わしており、その他の単位セル１２は図示省略している。
【００２２】
さらに、燃料電池３は、燃料供給口１４と燃料排出口１５と空気供給口（図示せず）と空気排出口（図示せず）とを備えている。燃料供給口１４は、液体燃料をアノード１０内に流入させるための入口であり、燃料電池３の後端部下側に形成されている。燃料排出口１５は、液体燃料をアノード１０から排出するための出口であり、燃料電池３の後端部上側に形成されている。また、空気供給口は、空気をカソード１１内に流入させるための入口であり、空気排出口は、空気をカソード１１から排出させるための出口である。
【００２３】
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、電動車両１の後側であって燃料電池３よりも後方に配置され、液体燃料を貯蔵するための燃料タンク１８と、燃料タンク１８から供給される液体燃料をアノード１０に供給するとともに、燃料電池３から排出される液体燃料を燃料電池３に還流するための還流管２０とを備えている。
【００２４】
燃料タンク１８はほぼボックス形状に形成され、その内部には液体燃料として例えばヒドラジンなどが貯蔵されている。還流管２０は、その一端側（下側）が燃料電池３の燃料供給口１４に接続され、他端側（上側）が燃料電池３の燃料排出口１５に接続されている。これにより、燃料電池３と燃料給排部４との間には、燃料排出口１５（上流側）から排出される液体燃料が、還流管２０を介して燃料供給口１４（下流側）へ流れることによりアノード１０を循環するクローズドライン（閉流路）が形成される。
【００２５】
ここで、還流管２０の途中には、燃料電池３の後上側において、気液分離器２１が介在されている。この気液分離器２１はほぼボックス形状に形成され、その底壁に底部流通口２２が２つ形成され、その後側における上側部分に上部流通口２３が１つ形成されている。そして、２つの底部流通口２２が還流管２０に接続されることにより、気液分離器２１が還流管２０に介装されている。
【００２６】
また、気液分離器２１は、後に詳述するように、上部流通口２３とガス処理装置８のガス導入口４４とがガス導入管２４によって接続されることにより、ガス処理装置８と接続されている。そして、後に詳述するが、気液分離器２１内において、生成水（Ｈ２Ｏ）および未消費ヒドラジンなどを含有する液溜まり２６と、窒素ガス（Ｎ２）およびアンモニア（ＮＨ３）などを含有する被処理ガスとに分離される。
【００２７】
なお、還流管２０の途中において、気液分離器２１と燃料供給口１４との間には、燃料還流ポンプ２８が介在されている。この燃料還流ポンプ２８としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。燃料還流ポンプ２８は、後述するコントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５からの制御信号が、燃料還流ポンプ２８に入力され、コントロールユニット３５による燃料還流ポンプ２８の駆動および停止の制御が行われる。
【００２８】
還流管２０において、燃料還流ポンプ２８と燃料供給口１４との間には、燃料タンク１８に貯蔵された液体燃料を還流管２０へ供給するための燃料供給管３０が接続されている。すなわち、燃料供給管３０の上端側端部は燃料タンク１８に接続され、燃料供給管３０の下端側端部は還流管２０の流れ方向途中に接続されている。そして、還流管２０の流れ方向途中には、燃料供給ポンプ３１が介在されている。
【００２９】
燃料供給ポンプ３１としては、燃料還流ポンプ２８と同様の公知の送液ポンプが挙げられる。燃料供給ポンプ３１は、後述するコントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５からの制御信号が、燃料供給ポンプ３１に入力され、コントロールユニット３５による燃料供給ポンプ３１の駆動および停止の制御が行われる。
【００３０】
燃料供給管３０において燃料供給ポンプ３１の下流側には、燃料供給弁３２が設けられている。この燃料供給弁３２は、燃料供給管３０を開閉するための弁であって、例えば電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。また、燃料供給弁３２は、後述するコントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５からの制御信号が、燃料供給弁３２に入力され、コントロールユニット３５による燃料供給弁３２の開閉制御が行われる。
【００３１】
（３）空気給排部
空気給排部は、詳細の図示は省略するが、燃料電池システム２に採用される公知の構成でよく、具体的には、空気をカソード１１に供給するための空気供給管（図示せず）と、カソード１１から排出される空気を外部に排出するための空気排出管（図示せず）とを備えている。
【００３２】
上記した空気供給管は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が空気供給口（図示せず）に接続されている。空気供給管の途中には、エアコンプレッサなどの口の空気供給ポンプ（図示せず）が介在されており、また、その下流側には空気供給弁（図示せず）が設けられている。
【００３３】
上記した空気供給ポンプおよび空気供給弁は、それぞれ後述するコントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、コントロールユニット３５からの制御信号が、空気供給ポンプおよび空気供給弁に入力され、コントロールユニット３５による空気供給ポンプの駆動および停止並びに空気供給弁の開閉制御が行われる。また、上記した空気排出管はその一端側（上流側）が空気排出口（図示せず）に接続され、他端側（下流側）がドレンされる。
【００３４】
（４）制御部
制御部５は、コントロールユニット３５を備えている。コントロールユニット３５は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ，ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータ構成である。
【００３５】
（５）動力部
動力部６は、電動車両１の前側であって、燃料電池３よりも前方に配置されており、燃料電池３から出力される電気エネルギを電動車両１の駆動力として機械エネルギに変換するためのモータ３７と、モータ３７に電気的に接続されるインバータ３８と、モータ３７による回生エネルギを蓄電するための動力用バッテリ３９とを備えている。
【００３６】
モータ３７は電動車両１の前端部に配置されている。モータ３７としては、例えば三相誘導電動機、三相同期電動機など、公知の三相電動機が挙げられる。
【００３７】
インバータ３８はモータ３７と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３８は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する装置であり、例えば公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置が挙げられる。また、インバータ３８は、配線により燃料電池３およびモータ３７にそれぞれ電気的に接続されている。
【００３８】
動力用バッテリ３９としては、例えば定格電圧が１００Ｖ程度のニッケル水素電池やリチウムイオン電池など、公知の二次電池が挙げられる。また、動力用バッテリ３９は、インバータ３８と燃料電池３との間の配線に接続され、これにより燃料電池３からの電力を蓄電可能で、かつ、モータ３７に電力を供給可能とされている。
【００３９】
（６）出力制御手段（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、コントロールユニット３５と電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５から出力される出力制御信号の入力に応じて、燃料電池３の出力（出力電圧）の制御が行われる。
【００４０】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、配線により燃料電池３および動力用バッテリ３９にそれぞれ電気的に接続されるとともに、配線の分岐によりインバータ３８に電気的に接続されている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ７からモータ３７への電力は、インバータ３８において直流電力から三相交流に変換され、三相交流電力としてモータ３７に供給される。
【００４１】
（７）ガス処理装置
ガス処理装置８は気液分離器２１の後側に配置されており、図２に示すように、直方体形状の容器４１と、ガス導入部４２とを備えるとともに、後述する旋回流形成部５０、貯留部であるドレインタンク５２、液体噴射部５３および排出部６９を備えている。
【００４２】
ガス導入部４２は、容器４１の前壁上部に形成され上記したガス導入管２４により気液分離器２１と接続されるガス導入口４３と、容器４１の前内側面に沿ってガス導入口２４に連通したガス流路４４を形成する前後の仕切壁４５ａ，４５ｂと、ガス流路４４先端部のガス導入路４４ａおよびさらにその先端のガス噴出口４６とにより構成される。ガス導入路４４ａは、ガス流路４４を形成する両仕切壁４５ａ，４５ｂの下端が後方に向かうに連れて下向きに折曲されるとともに、後端出口に向かうほど先窄まりに形成され、後に詳述するガス流路４４の先端部であるガス導入路４４ａが旋回流形成部５０の下方に向かうように配置されている。
【００４３】
そして、気液分離器２１で分離された被処理成分であるアンモニア（ＮＨ３）を含むガスＧが、図２中の実線矢印で示すようにガス導入管２４によりガス導入口４３からガス導入路４４内に導入され、ガス流路４４およびその先端部のガス導入路４４ａを経て、ガス噴出口４６から容器４１内に噴射される。このとき、上記したように、ガス流路４４先端部のガス導入路４４ａが旋回流形成部５０の下方に向かうようにし、かつ、ガス導入路４４ａを先端のガス噴出口４６に向かうに連れ先窄まりにしたことで、ガス噴出口４６から旋回流形成部５０に噴出されるガスＧの流速を所定値以上にして、より効率よく旋回流４８を形成することができる。
【００４４】
旋回流形成部５０は、容器４１内の後側下部に、ガス噴出口４６から斜め下方に向けて噴出されたガスの上前方向への旋回流４８を形成する断面円弧状の旋回流形成壁４９が配置されて形成されている。この旋回流形成壁４９は断面円弧状であるため前側が開口しており、後述する溜まり部６０に溜まったガスの処理（中和）用の液体Ｌが、ガス噴出口４６から噴出されたガスＧの旋回流４８の勢いに巻き込まれて、図２中の１点鎖線矢印に示すようにガスＧととともに巻き上げられ、ガスＧおよび液体Ｌが旋回流４８において接触するようになっている。
【００４５】
貯留部であるドレインタンク５２は、密閉型であって容器４１の下側に配置され、被処理成分（アンモニア）を含むガスＧを処理（中和）するための処理成分を含む液体Ｌを貯留する。ドレインタンク５２に貯留される液体Ｌとしては、例えば、液体燃料がヒドラジンである場合、容器４１内に導入されるガスには被処理成分の一例としてのアンモニア（ＮＨ３）が含まれるため、これを中和し得る塩酸、硫酸などの無機酸や、酢酸などの有機酸等の水溶液、すなわち無機酸水溶液、有機酸水溶液が挙げられる。なお、液体Ｌの処理成分濃度は、例えば、５〜１０質量％。好ましくは、９〜１０質量％である。
【００４６】
また、液体噴射部５３が、図２、図３に示すように容器４１内の上部４か所に配置され、連結管５４によってドレインタンク５２に接続されている。各液体噴射部５３の下端部には拡径部が設けられて下方に向けて円錐状或いは四角錐状に、ドレインタンク５２からの液体Ｌを霧状或いは小径の液滴状にして図２中の破線矢印のように下方に噴射する。このとき、図３に示すように、各液体噴射部５３から容器４１の内部全体にわたって漏れなく液体Ｌを噴射できるように、液体噴射部５３の噴射口が形成されている。
【００４７】
ドレインタンク５２と各液体噴射部５３との間には、循環ポンプ５５が介在されている。そして、循環ポンプ５５の駆動によりドレインタンク５２からの液体Ｌが各液体噴射部５３に供給されて容器４１内の上部から下方に向けて液体Ｌが噴射される。このように、ドレインタンク５２、循環ポンプ５５、連結管５４および容器４１を処理（中和）用の液体Ｌが循環するクロースドライン（閉流路）が形成されている。
【００４８】
循環ポンプ５５としては、燃料還流ポンプ２８と同様の公知の送液ポンプが挙げられる。循環ポンプ５５は、コントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、これによりコントロールユニット３５からの制御信号が、循環ポンプ５５に入力され、コントロールユニット３５による循環ポンプ５５の駆動および停止の制御が行われる。
【００４９】
各液体噴射部５３が接続された連結管５４の途中には、ＰＨ（ペーハー）センサ５６が介在され、このＰＨセンサ５６がコントロールユニット３５に電気的に接続されてコントロールユニット３５によりドレインタンク５２から各液体噴射部５３への液体のＰＨが検出されるようになっている。例えば、ドレインタンク５２に硫酸を貯留する場合、硫酸のＰＨ値は通常０．４であるが、アンモニアの中和処理を繰り返すことにより、ＰＨセンサ５６によって検出されるＰＨ値が２．０程度に上昇すれば、表示灯の点灯などにより硫酸の中和能力の低下したため、ドレインタンク５２内の硫酸を新しく交換する必要が生じたことを報知する制御が行われる。
【００５０】
各液体噴射部５３の噴射口から噴射された液体Ｌは、下端がネット（図示せず）により支えられて容器４１内に収容配置された充填材５８を通過し、容器４１内の底部の溜まり部６０に溜まる。溜まり部６０は、容器４１の底壁内面に左右方向にわたって立設された板材６１により、容器４１の底部後側に液体Ｌを溜め得るように形成されている。
【００５１】
そのため、溜まり部６０に溜まる液体Ｌが、板材６１をオーバーフローする量になれば、容器４１の底壁前部に形成された還流口６４およびこれに接続された接続管６５を介してドレインタンク５２内に還流するよう構成されている。なお、ドレインタンク５２内において、接続管６５から還流された液体Ｌに混ざった不要な微粒子を除去するフィルタ６７を通してドレインタンク５２内の液体Ｌが循環ポンプ５５を経て液体噴射部５３に供給されるようになっている。
【００５２】
ここで、溜まり部６０に溜まる液体Ｌは、体積が０．２５８リットルで、１分管に約３２回入れ替わるように、各液体噴射部５３から噴射される液体Ｌの噴射量が設定されており、具体的には、１つの液体噴射部５３から１分間あたり２．１２リットルの液体を噴射するように循環ポンプ５５の制御が行われるようになっている。
【００５３】
充填材５８は、容器４１の内寸と略同等の外寸の直方体形状を有する公知のプラスチック製充填材からなり、具体的には市販品である月島環境エンジニアリング社製のテラレット（登録商標）を用いることができる。
【００５４】
排出部６９は、容器４１内の各液体噴射部５３の上方であって、ガス噴出口４６から噴出されて容器４１内を上方に流動するガスＧの下流側位置に設けられている。この排出部６９は、容器４１の上壁に形成された排気口７０と、この排気口７０に接続されて容器４１内部に連通され容器４１内のガスＧを電動車両１の後部から外に排気する排気管７１と、排気管７１の途中に介在された排気弁７３とを備えている。
【００５５】
排気弁７３は、コントロールユニット３５に電気的に接続されており（図１中の破線）、コントロールユニット３５からの制御信号が、排気弁７３に入力され、コントロールユニット３５による排気弁７３の開閉制御が行われる。
【００５６】
ところで、旋回流４８においてガスＧと液体Ｌとが接触することにより、ガスＧに含まれるアンモニアが処理（中和）されるが、この旋回流４８での処理（中和）を第１段階処理とすると、第１段階処理において処理（中和）しきれなかったアンモニア（ＮＨ３）を含むガスＧは充填材５８を通って容器４１内を、図２中の実線矢印のように上方に向かって流動する。そして、充填材５８の上方の各液体噴射部５３から噴射される液体Ｌと再度接触するため、効率よくガスＧの処理（中和）が行われる。このように充填材５８の上方におけるガスＧの処理（中和）が第２段階処理となる。
【００５７】
そして、上記した第１、第２段階処理を経て処理（中和）されたガスＧは無害となり、容器４１の上壁に形成された排気口７０およびこれに連通された排気管７１を経て外部に排出される。
【００５８】
ところで、充填材５８は、ガスＧの流速が１ｍ／ｓ以下になるような断面積であって、かつ、液体噴射部５３から噴射された液体Ｌの液滴の重力が、旋回流形成部５０の開口を経て上方に流動するガスＧの上昇流による吹き上げ力よりも大きくなる断面積に設定するのが望ましい。具体的には、液体Ｌの液滴の吹き上げ限界、つまりガスＧの上昇流（１ｍ／ｓ）以下との条件から、充填材５８の断面積を算出することができて、ガス流量を２ｍ３／ｍｉｎとした場合、２００ｍｍ×２００ｍｍの断面積に設定すれば、充填材５８を上昇するガスＧの流速は０．８３ｍ／ｓとなり、上記した１ｍ／ｓ以下におさまる。
【００５９】
Ｂ．燃料電池システムによる発電
上記した燃料電池システム２では、コントロールユニット３５の制御により、燃料供給弁３２が開かれ、燃料還流ポンプ２８および燃料供給ポンプ３１が駆動されることにより、液体燃料が還流管２０を介してアノード１０に供給される。一方、空気供給弁（図示せず）が開かれ、空気供給ポンプ（図示せず）が駆動されることにより、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１１に供給される。なお、燃料供給弁３２は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
【００６０】
アノード１０では液体燃料がアノード１０内を通過する一方、カソード１１では、空気がカソード１１内を通過する。
【００６１】
そして、アノード１０およびカソード１１において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、下記式（１）〜（３）のとおりとなる。
＜アノード１０での反応＞
Ｎ２Ｈ４+４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ+４ｅ− ……（１）式
＜カソード１１での反応＞
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− ……（２）式
＜燃料電池３全体での反応＞
Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋Ｈ２Ｏ ……（３）式
また、上記（１）式で示される反応では、実際には、主生成物である窒素ガス（Ｎ２）および水（Ｈ２Ｏ）に加えて、被処理成分の一例としてのアンモニア（ＮＨ３）が副生する。
【００６２】
このようなアノード１０およびカソード１１での電気化学的反応が連続的に生じることにより、燃料電池３全体として、上記（３）式で表わされる反応が生じて、燃料電池３に起電力が生じる。
【００６３】
そして、発生した起電力が、配線を介してＤＣ／ＤＣコンバータ７に送電され動力部６では、インバータ３８およびモータ３７、および／または、動力用バッテリ３９に送電される。モータ３７では、インバータ３６により三相交流電力に変換された電気エネルギが電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギに変換される。一方、動力用バッテリ３９では、その電力が充電される。
【００６４】
また、燃料給排部４では、燃料還流ポンプ２８および燃料供給ポンプ３１の駆動力により、生成した窒素ガス（Ｎ２）、生成水（Ｈ２Ｏ）およびアンモニア（ＮＨ３）を含有する使用後および未反応の液体燃料が、アノード１０から排出される。
【００６５】
そして、その液体燃料が、還流管２０を通過して上流側の底部流通口２２から気液分離器２１に流入する。気液分離器２１では、水位が上部流通口２３よりも下方位置に保持される液体燃料の液溜まり２６が、気液分離器２１の中空部分に生じるとともに、液溜まり２６に含まれるガスが液溜まり２６の上方空間へ分離される。
【００６６】
すなわち、気液分離器２１内において、生成水（Ｈ２Ｏ）、未消費ヒドラジンなどを含有する液溜まり２６と、窒素ガス（Ｎ２）およびアンモニア（ＮＨ３）などを含有する被処理ガスとに分離される。
【００６７】
そして、液溜まり２６の一部は下流側の底部流通口２２から還流管２０に流出し、還流管２０に流出した液体燃料は、再び燃料供給口１４から燃料電池３に流入する。
【００６８】
これにより、液体燃料が、クローズドライン（還流管２０、気液分離器２１および燃料電池３）を循環する。
【００６９】
Ｃ．ガス処理装置８によるガス処理（中和）
気液分離器２１で分離された被処理ガスは、ガス導入管２４をからガス導入部４２のガス導入口４３を介してガス流路４４に導入され、さらにガス流路４４先端部の先窄まりのガス導入路４４ａへと流動して、次第に加速されながらガス噴出口４６から旋回流形成部５０に向けて噴出される。このガスGの噴出時の勢いにより旋回流形成壁４９に沿ってガスＧの旋回流４８が形成される。
【００７０】
一方、４つの液体噴射部５３には、循環ポンプ５５の駆動によりドレインタンク５２からの液体Ｌが供給され、各液体噴射部５３から容器４１内の下方に向けて液体Ｌが噴射され、噴射された液体Ｌは、充填材５８を通過して容器４１内の底部の溜まり部６０に溜まる。
【００７１】
そうすると、溜まり部６０に溜まったガスの処理（中和）用の液体Ｌが、ガス噴出口４６から噴出されたガスＧの旋回流４８の勢いに巻き込まれて、図２中の１点鎖線矢印に示すようにガスＧととともに巻き上げられ、ガスＧおよび液体Ｌが旋回流４８において接触し、第１段階処理としてガスＧに含まれるアンモニア（ＮＨ３）が処理（中和）される。
【００７２】
さらに、第１段階処理において処理（中和）しきれなかったアンモニア（ＮＨ３）を含むガスＧは、容器４１内を上方に向かって流動し、充填材５８を通過する際に、充填材５８の上方の各液体噴射部５３から噴射される液体Ｌと再度接触し、第２段階処理として充填材５８を通過するガスＧに含まれるアンモニア（ＮＨ３）が液体Ｌと接触して効率よくガスＧの処理（中和）が行われる。
【００７３】
その後、第１、第２段階処理を経て処理（中和）され無害となったガスＧは、排気口７０および排気管７１を経て容器４１内部から電動車両１の後方に向けて排出される。
【００７４】
したがって、上記した実施形態によれば、容器４１内の旋回流形成部５０において、ガスＧの旋回流４８の勢いにより液体Ｌが巻き込まれるため、第１段階処理として、旋回流４８においてガスＧと液体Ｌを接触させてガスＧに含まれるアンモニア（ＮＨ３）を処理（中和）できるとともに、旋回流形成部５０の開口を経てガスＧが容器４１の上方（下流側）に向かって流動する間に、第２段階処理として充填材５８を通過するガスＧを各液体噴射部５３から噴射された液体Ｌと接触させて旋回流形成部５０で処理しきれないアンモニア（ＮＨ３）を処理（中和）できるため、充填材５８を小さくして容器４１を小型にしても効率よくガスＧの被処理成分アンモニア（ＮＨ３）を処理（中和）することができ、容器４１の小型化による低コスト化および軽量化を図ることが可能になる。
【００７５】
また、上記した実施形態によれば、ガス導入路４４ａを先端に向かうに連れて先窄まりにしたため、ガス噴出口４６から噴出するガスＧの流速を所定値以上にして効率よく旋回流４８を形成することができる。
【００７６】
また、上記した実施形態によれば、密閉型のドレインタンク５２を設けたため、ガス処理装置８を電動車両１等の車両に搭載することが可能になる。
【００７７】
また、板材６１により、容器４１の底部後側に液体Ｌの溜まり部６０を形成し、一定量の液体Ｌを溜め得るように形成したため、走行する車両であってもある量の液体Ｌを溜めることができ、走行中においても燃料電池３から発生するアンモニア（ＮＨ３）を含むガスＧの処理（中和）を行うことができる。
【００７８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００７９】
上記した実施形態では、旋回流形成壁４９を断面円弧状にした例について説明したが、円弧状でなくても断面コ字状であって、かつ、旋回流形成壁４９の上側部分が斜め下方に向けて傾斜する形状のものを用いても、上記した実施形態と同様に、ガス噴出口４６から噴出するガスＧの旋回流４８を形成することができる。
【００８０】
また、上記した実施形態では、液体噴射部５３を４つとした例について説明したが、液体噴射部５３の個数は４つに限定されるものではない。
【００８１】
また、上記した実施形態では、ヒドラジンを液体燃料とする燃料電池３から発生する被処理成分を含むガスを処理する例について説明したが、本発明はその他の液体燃料と空気を供給して発電する燃料電池にも適用することができるのは言うまでもない。
【００８２】
また、上記した実施形態では、燃料電池３を搭載した電動車両１に適用した場合について説明したが、処理すべきガス（気体）を発生するその他のシステムにおけるガス処理について、本発明を適用できるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８３】
８… ガス処理装置
４１… 容器
４２… ガス導入部
４４ａ… ガス導入路
４８… 旋回流
４９… 旋回流形成壁
５０… 旋回流形成部
５２… ドレインタンク（貯留部）
５３… 液体噴射部
６９… 排出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理成分を含むガスを処理するガス処理装置において、
容器と、
前記容器内に前記ガスを導入するガス導入部と、
前記ガスを処理するための処理成分を含む液体を貯留する貯留部と、
前記貯留部の前記液体を前記容器内の上部から噴射する液体噴射部と、
前記容器内の前記液体噴射部の下方に一部が開口して設けられ、前記液体噴射部から噴射された前記液体および前記ガス導入部から導入された前記ガスを受け、前記ガスを旋回流形成壁内面に反射させて旋回流を形成する旋回流形成部と、
前記容器内の前記液体噴射部の上方であって前記ガスの下流側に設けられ前記ガスを前記容器外に排出する排出部と
を備えたことを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入部から導入される前記ガスを前記旋回流形成部の下方に向かって導入するガス導入路をさらに備え、
前記旋回流形成壁の上面部分が、前記ガス導入路方向に向けて傾斜していることを特徴とする請求項1に記載のガス処理装置。
【請求項１】
被処理成分を含むガスを処理するガス処理装置において、
容器と、
前記容器内に前記ガスを導入するガス導入部と、
前記ガスを処理するための処理成分を含む液体を貯留する貯留部と、
前記貯留部の前記液体を前記容器内の上部から噴射する液体噴射部と、
前記容器内の前記液体噴射部の下方に一部が開口して設けられ、前記液体噴射部から噴射された前記液体および前記ガス導入部から導入された前記ガスを受け、前記ガスを旋回流形成壁内面に反射させて旋回流を形成する旋回流形成部と、
前記容器内の前記液体噴射部の上方であって前記ガスの下流側に設けられ前記ガスを前記容器外に排出する排出部と
を備えたことを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入部から導入される前記ガスを前記旋回流形成部の下方に向かって導入するガス導入路をさらに備え、
前記旋回流形成壁の上面部分が、前記ガス導入路方向に向けて傾斜していることを特徴とする請求項1に記載のガス処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９１００７（Ｐ２０１３−９１００７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３２８５８（Ｐ２０１１−２３２８５８）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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