流体分離装置、流体導入方法、流体流制御アッセンブリおよび燃料電池システム
【課題】高価な分離装置やエジェクタを必要とせずに、遠心ポンプに流入する気体量を制御する。
【解決手段】遠心ポンプアッセンブリ２０は、流体分離部２２および遠心ポンプ部２４を備える。流体分離装置により、ポンプがガスバウンドになり得ない方法で液体流に混入した空気を遠心ポンプに導くことができる。入口４０は、ボルテックスチャンバ４２内に接線方向の流れを生じさせるように構成されている。チャンバ４２内の液体は、ギャップ４４および流路４６を通って、ポンプ入口チャンバ４８に流入する。旋回抑制チャンバ５０は、チャンバ５０内の液体の旋回流を妨げるように配列された複数のベーン５２を備える。チャンバ４２の空気は、エアベント６０により、分離装置部２２のエアチャンバ６２に流入する。空気流路６６により、チャンバ６２からの空気が小さな気泡として遠心ポンプ部２４のロータアッセンブリ２６の流出部６８に導かれる。
【解決手段】遠心ポンプアッセンブリ２０は、流体分離部２２および遠心ポンプ部２４を備える。流体分離装置により、ポンプがガスバウンドになり得ない方法で液体流に混入した空気を遠心ポンプに導くことができる。入口４０は、ボルテックスチャンバ４２内に接線方向の流れを生じさせるように構成されている。チャンバ４２内の液体は、ギャップ４４および流路４６を通って、ポンプ入口チャンバ４８に流入する。旋回抑制チャンバ５０は、チャンバ５０内の液体の旋回流を妨げるように配列された複数のベーン５２を備える。チャンバ４２の空気は、エアベント６０により、分離装置部２２のエアチャンバ６２に流入する。空気流路６６により、チャンバ６２からの空気が小さな気泡として遠心ポンプ部２４のロータアッセンブリ２６の流出部６８に導かれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体が遠心ポンプの作用を妨害しないように、流体混合物中の液体から気体を分離することに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の遠心ポンプの形態が周知である。各々の形態においては、多量の気体つまり空気がポンプに流入して、吸引力を引き起こすのに必要な遠心力を生じさせるロータアッセンブリの機能を妨害する場合がある。そのような状態は、ガスバウンド（ｇａｓ ｂｏｕｎｄ）ポンプと呼ばれることがある。ガスバウンドポンプにより、ポンプ作用が停止してしまうので、そのような状態を修正するための対策を取らなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
遠心ポンプには種々の使用方法がある。そのような遠心ポンプの特定用途の１つとしては、燃料電池アッセンブリにおける用途が挙げられる。周知の燃料電池プレートの多孔性の性質により、空気が約３容量％の割合で連続的に冷却液の流れに混ざってしまう。システムの起動時には、非常により多くの空気が混在する場合がある。ポンプに導かれる液体に空気が２％以上取り込まれている場合、燃料電池冷却液の循環に用いられる遠心ポンプは、通常、機能が停止してしまう。したがって、燃料電池アッセンブリにおいては、所望のようにポンプの運転を続けさせるためには液体から空気を分離させることが必要となる。
【０００４】
ガスバウンドポンプを有することを避けるために、流体混合物中の液体から気体を分離する種々の試みが周知である。ポンプの入口における種々の相分離の技術が提案されてきた。典型的な相分離器は、液体が底部に移動する間に、空気を分離装置の上部付近に集めることができる容器を備えており、それにより実質的に空気を含まずに液体をポンプの入口に運ぶことができる。空気圧縮機が、吸引力を生じさせるために用いられることが多く、この吸引力により、分離装置の上部から空気が取り除かれて、大気に放出されるか、あるいは関連するシステムの別の部分に供給される。そのような状況においては、水が圧縮機に流入しないように空気流を閉鎖するために液位調節弁が必要となる。
【０００５】
別の装置は、圧力を低下させるエジェクタ（排出装置）を分離装置の上部に備えており、このエジェクタは、通常、大気に開放されたシステムアキュムレータに、空気や水を導くように用いられる。そのような装置のひとつの利点は、エジェクタが空気および水に適応しており、レベル制御バルブの必要性が排除されることである。
【０００６】
しかし、これらの提案された解決方法では、対応するポンプやシステムが複雑になるとともに、経費がかかってしまう。高価な分離装置やエジェクタを必要とせずに、遠心ポンプに流入する気体量を制御できることが望ましい。本発明は、その要求に対応するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
概略的には、本発明は、流体混合物中の液体から気体を分離する装置であり、そのような気体が遠心ポンプなどの装置に流入することを制御する。
【０００８】
本発明により構成された１つの流体分離装置は、入口および入口の下流側に位置する出口を有するハウジングを備える。エアチャンバは、入口の反対側に位置する。空気流路は、エアチャンバと連通する流入側と、ハウジングの出口と隣接する流出側と、を備える。入口は、第１の流れ寸法を有し、出口は、第２の流れ寸法を有し、空気流路流出部は、第１または第２の寸法のうちの少なくとも一方より小さい第３の流れ寸法を有する。
【０００９】
一実施例においては、空気流路はチューブからなる。このチューブは、ハウジングを通って延びるとともに、エアチャンバ内に配置された第１の端部と、流体分離装置に対応するポンプのロータに隣接して配置された第２の端部と、を有する。この空気流チューブにより、空気の小さな気泡が、ロータアッセンブリによって生じた液体流に、気泡がポンプの運転を妨害する可能性のある（すなわち、ポンプをガスバウンド状態にする）空気量（すなわち、大きな気泡）に集まることができないように導かれる。
【００１０】
一実施例においては、流体分離装置は、第１の入口の下流側に位置するとともに選択的に開放される第２の入口を有する。多量の空気が最初に流体分離装置のハウジング入口に導かれた場合でさえも、第２の入口により、ポンプの運転を開始させるのに十分な圧力を生じさせるようにハウジングの出口およびポンプの入口に液体が選択的に導かれる。
【００１１】
開示された流体分離装置を組み込んでいる１つの例示的なアッセンブリは、人を暖めたり、冷却するために用いられるベストを備える。
【００１２】
開示された流体分離装置の別の使用例は、燃料電池アッセンブリ内におけるものである。一実施例においては、燃料電池電力スタックアッセンブリは、流体分離装置のハウジングに対する入口と流体連通している流出部を有する。燃料電池機構は、通常、冷却液体流に混入したある程度の空気を含んでいるが、流体分離装置により、燃料電池機構内の適切な流れを維持することが促進される。
本発明の種々の特徴および利点は、以下に記載する発明を実施するための最良の形態により当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１では、流体分離装置部２２および遠心ポンプ部２４を有する遠心ポンプアッセンブリ２０が図示されている。一般的なロータアッセンブリ２６は、ポンプ入口３０から始まるポンプ部２４を通る流体流を生じさせるインペラ２８を備える。ポンプ２４の一部分が図示されており、ポンプ２４は周知の方法で作動する。
【００１４】
流体分離装置部２２は、所望の流体流を引き起こすのに必要な圧力を生じさせるロータアッセンブリ２６の能力を妨げてポンプの作動を停止させるように多量の気体（空気など）がポンプ部２４に流入しないように気液分離を促進する。流体分離装置部２２は、ポンプ部２４の入口３０に対応する出口３２を有する。ハウジング３４により、出口３２が画定される。図示した実施例においては、シール機構３６により、ポンプ部２４の入口３０とハウジング３４の出口３２との間の流体密封シールが確実になる。
【００１５】
ハウジング３４に対する入口４０は、装置２２の渦（ボルテックス）チャンバ４２内に接線方向の流れを生じさせるように構成されている。周知のように、そのようなチャンバに流入する接線方向の流れにより、液体が半径方向外側に移動し、液体に混入している気体つまり空気が半径方向内側つまりチャンバ４２の中心に向かって移動するように、流体が旋回する傾向がある。また、接線方向の流れにより、周知のように渦が生じる。液体が流体分離装置部２２のポンプ入口チャンバ４８に流入することできるように、ボルテックスチャンバ４２内の液体は、半径方向のギャップ４４を通って流路４６に向かって流れることが許容される。
【００１６】
図示した実施例は、半径方向ギャップ４４の下流側かつ流路４６の上流側に旋回抑制（ｄｅｓｗｉｒｌ）チャンバ５０を備える。旋回抑制チャンバ５０は、旋回抑制チャンバ５０内の液体の旋回流を妨げるように周知の方法で配列された複数のベーン５２を備える。旋回抑制チャンバ５０は、ボルテックスチャンバ４２内の気体つまり空気が、渦により流路４６を通ってポンプ入口チャンバ４８に引き込まれないように効果的に防いでいる。したがって、ポンプ入口チャンバ４８は、通常、液体のみを収容している。ポンプ入口チャンバ４８は、ポンプ入口３０と直接的に流体連通しているため、ポンプ部２４の作動によって生じる圧力に応じて、流体がロータアッセンブリ２６に向かって流れる。
【００１７】
ボルテックスチャンバ４２の中心付近においては、エアベント６０により、ボルテックスチャンバ４２の中心部からの空気が、矢印で概略的に示したように流体分離装置部２２のエアチャンバ６２に流入する。エアチャンバ６２からの空気が空気流路６６に流入するとともに該流路６６を通ることができるように、空気流路６６の流入部６４は、エアチャンバ６２と直接的に流体連通している。空気流路６６の流出部６８は、ハウジング３４の出口３２に隣接して配置されている。図示された実施例においては、流出部６８は、ポンプ部２４のロータアッセンブリに直接隣接している。
【００１８】
空気流路６６は、入口４０や出口３２の流れ寸法よりも、さらに小さい内部寸法を用いて最大の空気流量を送ることができる。空気流路６６を通る流れは、入口４０に流入する気液混合物のうちの気体部分を処理するのに十分である。
【００１９】
図示した実施例においては、ポンプに流入する空気がポンプ部２４の運転を妨げる可能性のある容量まで集まらないようにする方法で、複数の相対的に小さい気泡７０がポンプ２４を通る流体流に流れ込むように、気泡７０がインペラ部２８に直接隣接して導かれる。
ポンプ部２４がガスバウンドになる恐れがないように、流路６６の流出部６８の位置合わせにより、ボルテックスチャンバ４２から直接ポンプ入口に空気が効果的に流れることが可能となる。空気流路６６から流れる個々の気泡７０は、ロータアッセンブリによって生じた液体流のため、大きな気泡に再集合することができない。小さい気泡７０は、中心に集まってポンプの運転を妨害する恐れのあるより大きな気泡になることがなく、ロータを効果的に通過する。
【００２０】
図示した実施例では、ポンプ入口チャンバ４８と直接的に流体連通している第２の入口８０を備える。第２の入口８０により、液体をポンプ入口チャンバ４８に選択的に導くことが可能であり、これは、ポンプの始動状態時に特に有用である。例えば、いくつかの状況においては、入口４０により、ほとんど全ての空気が分離装置のハウジング３４に導かれる場合がある。そのような条件下では、ポンプ２４のポンプ作用を効果的に開始することができない場合がある。したがって、そのような条件下では、入口８０への液体流を選択的に制御することにより、空気をボルテックスチャンバ４２からエアチャンバ６２に引き上げて空気流路６６に通すのに必要な負圧を生じさせるように、ポンプ２４を通る最初の液体流が与えられる。この空気は、前述のように、ポンプ入口３０に導かれる。適切な量の液体流が、ボルテックスチャンバ４２に流入すると、入口８０を選択的に閉鎖することができ、分離装置２２への全ての液体流が入口４０を通ることができる。
【００２１】
図では、ボルテックスチャンバ４２の液量を測定するセンサ８２が概略的に図示されている。液量が少なすぎること（すなわち、ボルテックスチャンバ４２内に空気が多すぎる場合）をセンサ８２が示した場合には、例えば、ボルテックスチャンバ４２内の液量が十分な量に達するまで、入口８０を開放して、ポンプ入口チャンバ４８に液体を導くことが望ましい。
【００２２】
一実施例では、ポンプアッセンブリ２０の運転中の大部分の間において、入口８０は開放されたままである。別の実施例においては、入口８０は、起動状態時に限って用いられる。本明細書の説明の利点を受ける当業者は、特定の状況における要求を満たすように、入口８０への液体流を制御する適切な運転パラメータを選択することができるであろう。
【００２３】
分離装置部２２から全ての空気が除去された状況下では、液体がエアチャンバ６２に流入し、空気流路６６を通って流れることが許容される。
【００２４】
図２では、燃料電池電力スタックアッセンブリ１０２を備える燃料電池装置１００が図示されている。一実施例においては、燃料電池電力スタックアッセンブリ１０２は、周知の方法で作動する高分子電解質膜（ＰＥＭ）アッセンブリである。燃料電池電力スタックアッセンブリ１０２の流入部は、アキュムレータ１０８から燃料電池電力スタックアッセンブリ１０２に流れる流体流を制御するように周知の方法で作動するオリフィス１０６と並列に、ディミネラライジングベッド（ｄｉｍｉｎｅｒａｌｉｚｉｎｇ ｂｅｄ）１０４と連結している。
【００２５】
電力スタックアッセンブリの流出部は、遠心ポンプアッセンブリ２０の入口４０と連結しており、遠心ポンプアッセンブリ２０は、本実施例において図１の実施態様と同じである。ポンプアッセンブリ２０の流出部は、通常、周知の方法で流量調節バルブ１１２を用いて温度が制御される熱交換機１１０を通って案内される。熱交換機１１０を通って流れる流体は、アキュムレータ１０８の底部に導かれる。いくつかの条件下では、以下で説明する基準を満たすように、ポンプアッセンブリ２０から直接アキュムレータ１０８の上部に流れを導くようにバイパスバルブ１１４が用いられる。
【００２６】
図示された実施例は、制御バルブ１１６を備え、この制御バルブ１１６は、システムを選択的に換気するために用いられるとともに、電力スタックアッセンブリ１０２からアキュムレータ１０８に冷却液（すなわち、水）を排出することとができるように用いられ得る。別の制御バルブ１１８により、アキュムレータ１０８を大気に対し開放することができ、また、別の制御バルブ１１９により、アキュムレータが、電力スタックアッセンブリ１０２の排水部（サンプドレーン：ｓｕｍｐ ｄｒａｉｎ）として機能することが可能となる。概略的に示した燃料電池アッセンブリの一般的な作動は周知である。
燃料電池反応に用いられる水素が適切に含有されるように、燃料電池アッセンブリ１００においては、周囲よりも低い圧力で電力スタックアッセンブリ１０２が作動する。システムの起動時においては、電力スタックアッセンブリ１０２を正圧にさらすことなく、電力スタックアッセンブリ１０２内の空気を置換するために、アキュムレータ１０８から水を送り出さなければならない。図に示すように、熱交換機１１０およびポンプアッセンブリ２０は、システムの起動時に水で満たされるように、アキュムレータ１０８の下方に位置している。
【００２７】
図示された実施例においては、アキュムレータ１０８から分離装置部２２の入口８０に液体が流れることができるように、パージバルブ１２０が開放される。バイパスバルブ１１４が同時に開放されるとともに、ポンプ部２４が起動される。水のパージ流は、アキュムレータ１０８から、分離装置部２２の入口８０およびポンプ入口チャンバ４８を通ってポンプ部２４に引き込まれる。この流れは、バイパスバルブ１１４とアキュムレータ１０８との間に延びている導管１２２を主に通ってアキュムレータ１０８に再び送られる。より少ない量の流体が、熱交換器１１０を通ってアキュムレータ１０８に供給される。
【００２８】
ポンプ入口３０において生じる吸引力により、分離装置部入口チャンバ４２および空気流路６６の流入部６４における圧力が低下する。電力スタックアッセンブリ１０２の出口ライン中の液体（すなわち、水）は、アキュムレータ１０８に素早くポンプで送り込まれて、それにより、電力スタックアッセンブリ１０２の空気は低圧力のハウジング３４に流入する。ポンプ部２４を通る流体流に伴う圧力低下により、アキュムレータ１０８から電力スタックアッセンブリ１０２に水が引き込まれ、最終的には、電力スタックアッセンブリの水流路内のほとんどの空気が置換される。余分な水を含む置換された空気は、分離装置部２２のボルテックスチャンバ４２に運ばれる。そのような空気は、最終的に空気チャンバ６２に引き込まれ、空気流路６６を通ってポンプロータ２６を通る流体流に導かれる。これらの条件下では、入口８０を通る水は、空気流路６６の端部（すなわち、流出部６８）を高速で通って流れ、それにより、空気の気泡７０をポンプ部のロータアッセンブリ２６から、ポンプの出口の外へと押し流し、バイパス導管１２２を通ってアキュムレータ１０８の上部へと送る。ポンプの出口で、空気は流体の混合流となり、ここでは、約３０容量％の空気および約７０容量％の水を含有する場合がある。流体混合物の一部は、熱交換機１０１を通ってアキュムレータ１０８の底部に送られる。
【００２９】
十分な時間の経過後、電力スタックアッセンブリ１０２は、効果的に完全に水で満たされ、分離装置部２２の入口４０への流れは、始動時におけるほぼ全て空気である状態から、通常の運転条件下における大部分を冷却液（すなわち、水）が占める状態に変わる。したがって、初期状態でポンプ入口チャンバに水を有し、ボルテックスチャンバ４２、エアチャンバ６２（およびいくつかの条件下では旋回抑制チャンバ５０）に空気を有していたハウジング３４は、ほぼ完全に水で満たされる。これらの条件下においては、液体がさらに入口８０に流入しないようにパージバルブ１２０を閉じることができる。同時に、ポンプの全吸引力が混合流入口４０に作用し、かつポンプ出口流の１００％が熱交換機１１０を通ってアキュムレータ１０８に戻るように、バイパスバルブ１１４を閉じることができる。
燃料電池システム１００の周知の運転パラメータまたは液量を知らせるように設計された専用のセンサからの入力に基づいて、入口８０を選択的に開閉するようにバルブ１２０を制御することができる。当業者であれば、これらの特定の状況に対する適切な制御方法を選択することができるであろう。
【００３０】
周知のように、ＰＥＭ燃料電池電力スタックアッセンブリは、通常、システムを通る液体流内における約３容量％の空気で作動する。燃料電池アッセンブリ１００が作動すると、空気と水の混合物は、接線方向にボルテックスチャンバ４２に流入する。前述のように、水の部分は、ハウジング壁部に付着する傾向があり、空気の部分は、チャンバの中心に向かって移動する傾向があり、そこから空気の部分は、エアベント６０を通ってエアチャンバ６２に上昇する。液体の水は、半径方向のギャップ４４を通り、旋回抑制チャンバ５０を通過した後、流路４６を通ってポンプ入口チャンバ４８に流れる。旋回抑制チャンバ５０では、ベーン５２により水の回転運動が妨害されて、渦によって空気がポンプ入口チャンバ４８に引き込まれないようにしている。ポンプからの吸引力により、圧力差が生じ、それにより、水が旋回抑制チャンバ５０から流路４６を通ってポンプ入口チャンバ４８に流入し、ポンプ入口３０を通る。流路４６を通る水の流れに伴う圧力低下により、空気流路６６を通る空気流量全体を引き込むのに必要な圧力差がもたらされる。この流れは、入口４０に流入する気体と液体との混合物のうちの気体部分を処理するのに十分である。
【００３１】
空気流路６６の端部６８における圧力低下により、空気はエアチャンバ６２から入口６４に引き込まれて、最終的に空気はロータアッセンブリ２６に対する入口３０において液体と混合される。小さい気泡７０は、次いで、ポンプを通って押し流され、熱交換機１１０を通ってアキュムレータ１０８に送り戻される。最終的に、空気はアキュムレータ１０８において水の上に上昇して、周知の方法で大気に排出され得る。
【００３２】
図３では、前述のような流体分離装置部２２を組み込んだ別の例示的なアッセンブリ２００を概略的に図示している。アッセンブリ２００は、一実施例において、着用している人に冷却をもたらすように用いられる温度調整ベスト（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ａｌｔｅｒｉｎｇ ｖｅｓｔ）２０２を備える。ベスト２０２を通る流体流を用いる種々の周知のベスト形態をそのようなアッセンブリに用いてもよい。別の実施例においては、ベスト２０２により、加熱効果または暖房効果がもたらされる。流体分離装置部２２は、前述と同様の方法で作動して、ベスト２０２に流れる流体、またはベスト２０２から流れる流体に混入している空気を処理する。
【００３３】
一実施例では、ポンプの運転を妨げる可能性なしに、空気または別の気体を２０容量％までの割合で分離装置部２２に連続的に取り入れることができる。一実施例においては、本発明の装置は、ポンプの運転を妨げないようにポンプを通る空気流を運ぶ空気流路６６の能力に過度の負荷を課すことなく２０容量％までの気体を処理することができる。空気の塊が、ハウジング３４内の容積のほとんどを占める場合には、液体がポンプに流入するのを許容するように入口８０を開けることができ、それにより、前述の作用によりポンプがガスバウンドになるのを妨げる。
【００３４】
前述の説明は、性質を限定するものではなく、例示するものである。当業者であれば、本発明の本質から必ずしも逸脱しない開示された実施例に対する変更形態および修正形態が明らかになるであろう。添付の特許請求の範囲を検討することによってのみ、本発明に与えられる法的保護の範囲を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】部分的に図示された遠心ポンプを備えるとともに、本発明の実施態様により構成された例示的な流体分離装置の断面図。
【図２】図１の実施態様のような流体分離装置を組み込んでいる燃料電池アッセンブリの概略図。
【図３】図１の実施態様のような流体分離装置を組み込んでいるベストアッセンブリの概略図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体が遠心ポンプの作用を妨害しないように、流体混合物中の液体から気体を分離することに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の遠心ポンプの形態が周知である。各々の形態においては、多量の気体つまり空気がポンプに流入して、吸引力を引き起こすのに必要な遠心力を生じさせるロータアッセンブリの機能を妨害する場合がある。そのような状態は、ガスバウンド（ｇａｓ ｂｏｕｎｄ）ポンプと呼ばれることがある。ガスバウンドポンプにより、ポンプ作用が停止してしまうので、そのような状態を修正するための対策を取らなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
遠心ポンプには種々の使用方法がある。そのような遠心ポンプの特定用途の１つとしては、燃料電池アッセンブリにおける用途が挙げられる。周知の燃料電池プレートの多孔性の性質により、空気が約３容量％の割合で連続的に冷却液の流れに混ざってしまう。システムの起動時には、非常により多くの空気が混在する場合がある。ポンプに導かれる液体に空気が２％以上取り込まれている場合、燃料電池冷却液の循環に用いられる遠心ポンプは、通常、機能が停止してしまう。したがって、燃料電池アッセンブリにおいては、所望のようにポンプの運転を続けさせるためには液体から空気を分離させることが必要となる。
【０００４】
ガスバウンドポンプを有することを避けるために、流体混合物中の液体から気体を分離する種々の試みが周知である。ポンプの入口における種々の相分離の技術が提案されてきた。典型的な相分離器は、液体が底部に移動する間に、空気を分離装置の上部付近に集めることができる容器を備えており、それにより実質的に空気を含まずに液体をポンプの入口に運ぶことができる。空気圧縮機が、吸引力を生じさせるために用いられることが多く、この吸引力により、分離装置の上部から空気が取り除かれて、大気に放出されるか、あるいは関連するシステムの別の部分に供給される。そのような状況においては、水が圧縮機に流入しないように空気流を閉鎖するために液位調節弁が必要となる。
【０００５】
別の装置は、圧力を低下させるエジェクタ（排出装置）を分離装置の上部に備えており、このエジェクタは、通常、大気に開放されたシステムアキュムレータに、空気や水を導くように用いられる。そのような装置のひとつの利点は、エジェクタが空気および水に適応しており、レベル制御バルブの必要性が排除されることである。
【０００６】
しかし、これらの提案された解決方法では、対応するポンプやシステムが複雑になるとともに、経費がかかってしまう。高価な分離装置やエジェクタを必要とせずに、遠心ポンプに流入する気体量を制御できることが望ましい。本発明は、その要求に対応するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
概略的には、本発明は、流体混合物中の液体から気体を分離する装置であり、そのような気体が遠心ポンプなどの装置に流入することを制御する。
【０００８】
本発明により構成された１つの流体分離装置は、入口および入口の下流側に位置する出口を有するハウジングを備える。エアチャンバは、入口の反対側に位置する。空気流路は、エアチャンバと連通する流入側と、ハウジングの出口と隣接する流出側と、を備える。入口は、第１の流れ寸法を有し、出口は、第２の流れ寸法を有し、空気流路流出部は、第１または第２の寸法のうちの少なくとも一方より小さい第３の流れ寸法を有する。
【０００９】
一実施例においては、空気流路はチューブからなる。このチューブは、ハウジングを通って延びるとともに、エアチャンバ内に配置された第１の端部と、流体分離装置に対応するポンプのロータに隣接して配置された第２の端部と、を有する。この空気流チューブにより、空気の小さな気泡が、ロータアッセンブリによって生じた液体流に、気泡がポンプの運転を妨害する可能性のある（すなわち、ポンプをガスバウンド状態にする）空気量（すなわち、大きな気泡）に集まることができないように導かれる。
【００１０】
一実施例においては、流体分離装置は、第１の入口の下流側に位置するとともに選択的に開放される第２の入口を有する。多量の空気が最初に流体分離装置のハウジング入口に導かれた場合でさえも、第２の入口により、ポンプの運転を開始させるのに十分な圧力を生じさせるようにハウジングの出口およびポンプの入口に液体が選択的に導かれる。
【００１１】
開示された流体分離装置を組み込んでいる１つの例示的なアッセンブリは、人を暖めたり、冷却するために用いられるベストを備える。
【００１２】
開示された流体分離装置の別の使用例は、燃料電池アッセンブリ内におけるものである。一実施例においては、燃料電池電力スタックアッセンブリは、流体分離装置のハウジングに対する入口と流体連通している流出部を有する。燃料電池機構は、通常、冷却液体流に混入したある程度の空気を含んでいるが、流体分離装置により、燃料電池機構内の適切な流れを維持することが促進される。
本発明の種々の特徴および利点は、以下に記載する発明を実施するための最良の形態により当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１では、流体分離装置部２２および遠心ポンプ部２４を有する遠心ポンプアッセンブリ２０が図示されている。一般的なロータアッセンブリ２６は、ポンプ入口３０から始まるポンプ部２４を通る流体流を生じさせるインペラ２８を備える。ポンプ２４の一部分が図示されており、ポンプ２４は周知の方法で作動する。
【００１４】
流体分離装置部２２は、所望の流体流を引き起こすのに必要な圧力を生じさせるロータアッセンブリ２６の能力を妨げてポンプの作動を停止させるように多量の気体（空気など）がポンプ部２４に流入しないように気液分離を促進する。流体分離装置部２２は、ポンプ部２４の入口３０に対応する出口３２を有する。ハウジング３４により、出口３２が画定される。図示した実施例においては、シール機構３６により、ポンプ部２４の入口３０とハウジング３４の出口３２との間の流体密封シールが確実になる。
【００１５】
ハウジング３４に対する入口４０は、装置２２の渦（ボルテックス）チャンバ４２内に接線方向の流れを生じさせるように構成されている。周知のように、そのようなチャンバに流入する接線方向の流れにより、液体が半径方向外側に移動し、液体に混入している気体つまり空気が半径方向内側つまりチャンバ４２の中心に向かって移動するように、流体が旋回する傾向がある。また、接線方向の流れにより、周知のように渦が生じる。液体が流体分離装置部２２のポンプ入口チャンバ４８に流入することできるように、ボルテックスチャンバ４２内の液体は、半径方向のギャップ４４を通って流路４６に向かって流れることが許容される。
【００１６】
図示した実施例は、半径方向ギャップ４４の下流側かつ流路４６の上流側に旋回抑制（ｄｅｓｗｉｒｌ）チャンバ５０を備える。旋回抑制チャンバ５０は、旋回抑制チャンバ５０内の液体の旋回流を妨げるように周知の方法で配列された複数のベーン５２を備える。旋回抑制チャンバ５０は、ボルテックスチャンバ４２内の気体つまり空気が、渦により流路４６を通ってポンプ入口チャンバ４８に引き込まれないように効果的に防いでいる。したがって、ポンプ入口チャンバ４８は、通常、液体のみを収容している。ポンプ入口チャンバ４８は、ポンプ入口３０と直接的に流体連通しているため、ポンプ部２４の作動によって生じる圧力に応じて、流体がロータアッセンブリ２６に向かって流れる。
【００１７】
ボルテックスチャンバ４２の中心付近においては、エアベント６０により、ボルテックスチャンバ４２の中心部からの空気が、矢印で概略的に示したように流体分離装置部２２のエアチャンバ６２に流入する。エアチャンバ６２からの空気が空気流路６６に流入するとともに該流路６６を通ることができるように、空気流路６６の流入部６４は、エアチャンバ６２と直接的に流体連通している。空気流路６６の流出部６８は、ハウジング３４の出口３２に隣接して配置されている。図示された実施例においては、流出部６８は、ポンプ部２４のロータアッセンブリに直接隣接している。
【００１８】
空気流路６６は、入口４０や出口３２の流れ寸法よりも、さらに小さい内部寸法を用いて最大の空気流量を送ることができる。空気流路６６を通る流れは、入口４０に流入する気液混合物のうちの気体部分を処理するのに十分である。
【００１９】
図示した実施例においては、ポンプに流入する空気がポンプ部２４の運転を妨げる可能性のある容量まで集まらないようにする方法で、複数の相対的に小さい気泡７０がポンプ２４を通る流体流に流れ込むように、気泡７０がインペラ部２８に直接隣接して導かれる。
ポンプ部２４がガスバウンドになる恐れがないように、流路６６の流出部６８の位置合わせにより、ボルテックスチャンバ４２から直接ポンプ入口に空気が効果的に流れることが可能となる。空気流路６６から流れる個々の気泡７０は、ロータアッセンブリによって生じた液体流のため、大きな気泡に再集合することができない。小さい気泡７０は、中心に集まってポンプの運転を妨害する恐れのあるより大きな気泡になることがなく、ロータを効果的に通過する。
【００２０】
図示した実施例では、ポンプ入口チャンバ４８と直接的に流体連通している第２の入口８０を備える。第２の入口８０により、液体をポンプ入口チャンバ４８に選択的に導くことが可能であり、これは、ポンプの始動状態時に特に有用である。例えば、いくつかの状況においては、入口４０により、ほとんど全ての空気が分離装置のハウジング３４に導かれる場合がある。そのような条件下では、ポンプ２４のポンプ作用を効果的に開始することができない場合がある。したがって、そのような条件下では、入口８０への液体流を選択的に制御することにより、空気をボルテックスチャンバ４２からエアチャンバ６２に引き上げて空気流路６６に通すのに必要な負圧を生じさせるように、ポンプ２４を通る最初の液体流が与えられる。この空気は、前述のように、ポンプ入口３０に導かれる。適切な量の液体流が、ボルテックスチャンバ４２に流入すると、入口８０を選択的に閉鎖することができ、分離装置２２への全ての液体流が入口４０を通ることができる。
【００２１】
図では、ボルテックスチャンバ４２の液量を測定するセンサ８２が概略的に図示されている。液量が少なすぎること（すなわち、ボルテックスチャンバ４２内に空気が多すぎる場合）をセンサ８２が示した場合には、例えば、ボルテックスチャンバ４２内の液量が十分な量に達するまで、入口８０を開放して、ポンプ入口チャンバ４８に液体を導くことが望ましい。
【００２２】
一実施例では、ポンプアッセンブリ２０の運転中の大部分の間において、入口８０は開放されたままである。別の実施例においては、入口８０は、起動状態時に限って用いられる。本明細書の説明の利点を受ける当業者は、特定の状況における要求を満たすように、入口８０への液体流を制御する適切な運転パラメータを選択することができるであろう。
【００２３】
分離装置部２２から全ての空気が除去された状況下では、液体がエアチャンバ６２に流入し、空気流路６６を通って流れることが許容される。
【００２４】
図２では、燃料電池電力スタックアッセンブリ１０２を備える燃料電池装置１００が図示されている。一実施例においては、燃料電池電力スタックアッセンブリ１０２は、周知の方法で作動する高分子電解質膜（ＰＥＭ）アッセンブリである。燃料電池電力スタックアッセンブリ１０２の流入部は、アキュムレータ１０８から燃料電池電力スタックアッセンブリ１０２に流れる流体流を制御するように周知の方法で作動するオリフィス１０６と並列に、ディミネラライジングベッド（ｄｉｍｉｎｅｒａｌｉｚｉｎｇ ｂｅｄ）１０４と連結している。
【００２５】
電力スタックアッセンブリの流出部は、遠心ポンプアッセンブリ２０の入口４０と連結しており、遠心ポンプアッセンブリ２０は、本実施例において図１の実施態様と同じである。ポンプアッセンブリ２０の流出部は、通常、周知の方法で流量調節バルブ１１２を用いて温度が制御される熱交換機１１０を通って案内される。熱交換機１１０を通って流れる流体は、アキュムレータ１０８の底部に導かれる。いくつかの条件下では、以下で説明する基準を満たすように、ポンプアッセンブリ２０から直接アキュムレータ１０８の上部に流れを導くようにバイパスバルブ１１４が用いられる。
【００２６】
図示された実施例は、制御バルブ１１６を備え、この制御バルブ１１６は、システムを選択的に換気するために用いられるとともに、電力スタックアッセンブリ１０２からアキュムレータ１０８に冷却液（すなわち、水）を排出することとができるように用いられ得る。別の制御バルブ１１８により、アキュムレータ１０８を大気に対し開放することができ、また、別の制御バルブ１１９により、アキュムレータが、電力スタックアッセンブリ１０２の排水部（サンプドレーン：ｓｕｍｐ ｄｒａｉｎ）として機能することが可能となる。概略的に示した燃料電池アッセンブリの一般的な作動は周知である。
燃料電池反応に用いられる水素が適切に含有されるように、燃料電池アッセンブリ１００においては、周囲よりも低い圧力で電力スタックアッセンブリ１０２が作動する。システムの起動時においては、電力スタックアッセンブリ１０２を正圧にさらすことなく、電力スタックアッセンブリ１０２内の空気を置換するために、アキュムレータ１０８から水を送り出さなければならない。図に示すように、熱交換機１１０およびポンプアッセンブリ２０は、システムの起動時に水で満たされるように、アキュムレータ１０８の下方に位置している。
【００２７】
図示された実施例においては、アキュムレータ１０８から分離装置部２２の入口８０に液体が流れることができるように、パージバルブ１２０が開放される。バイパスバルブ１１４が同時に開放されるとともに、ポンプ部２４が起動される。水のパージ流は、アキュムレータ１０８から、分離装置部２２の入口８０およびポンプ入口チャンバ４８を通ってポンプ部２４に引き込まれる。この流れは、バイパスバルブ１１４とアキュムレータ１０８との間に延びている導管１２２を主に通ってアキュムレータ１０８に再び送られる。より少ない量の流体が、熱交換器１１０を通ってアキュムレータ１０８に供給される。
【００２８】
ポンプ入口３０において生じる吸引力により、分離装置部入口チャンバ４２および空気流路６６の流入部６４における圧力が低下する。電力スタックアッセンブリ１０２の出口ライン中の液体（すなわち、水）は、アキュムレータ１０８に素早くポンプで送り込まれて、それにより、電力スタックアッセンブリ１０２の空気は低圧力のハウジング３４に流入する。ポンプ部２４を通る流体流に伴う圧力低下により、アキュムレータ１０８から電力スタックアッセンブリ１０２に水が引き込まれ、最終的には、電力スタックアッセンブリの水流路内のほとんどの空気が置換される。余分な水を含む置換された空気は、分離装置部２２のボルテックスチャンバ４２に運ばれる。そのような空気は、最終的に空気チャンバ６２に引き込まれ、空気流路６６を通ってポンプロータ２６を通る流体流に導かれる。これらの条件下では、入口８０を通る水は、空気流路６６の端部（すなわち、流出部６８）を高速で通って流れ、それにより、空気の気泡７０をポンプ部のロータアッセンブリ２６から、ポンプの出口の外へと押し流し、バイパス導管１２２を通ってアキュムレータ１０８の上部へと送る。ポンプの出口で、空気は流体の混合流となり、ここでは、約３０容量％の空気および約７０容量％の水を含有する場合がある。流体混合物の一部は、熱交換機１０１を通ってアキュムレータ１０８の底部に送られる。
【００２９】
十分な時間の経過後、電力スタックアッセンブリ１０２は、効果的に完全に水で満たされ、分離装置部２２の入口４０への流れは、始動時におけるほぼ全て空気である状態から、通常の運転条件下における大部分を冷却液（すなわち、水）が占める状態に変わる。したがって、初期状態でポンプ入口チャンバに水を有し、ボルテックスチャンバ４２、エアチャンバ６２（およびいくつかの条件下では旋回抑制チャンバ５０）に空気を有していたハウジング３４は、ほぼ完全に水で満たされる。これらの条件下においては、液体がさらに入口８０に流入しないようにパージバルブ１２０を閉じることができる。同時に、ポンプの全吸引力が混合流入口４０に作用し、かつポンプ出口流の１００％が熱交換機１１０を通ってアキュムレータ１０８に戻るように、バイパスバルブ１１４を閉じることができる。
燃料電池システム１００の周知の運転パラメータまたは液量を知らせるように設計された専用のセンサからの入力に基づいて、入口８０を選択的に開閉するようにバルブ１２０を制御することができる。当業者であれば、これらの特定の状況に対する適切な制御方法を選択することができるであろう。
【００３０】
周知のように、ＰＥＭ燃料電池電力スタックアッセンブリは、通常、システムを通る液体流内における約３容量％の空気で作動する。燃料電池アッセンブリ１００が作動すると、空気と水の混合物は、接線方向にボルテックスチャンバ４２に流入する。前述のように、水の部分は、ハウジング壁部に付着する傾向があり、空気の部分は、チャンバの中心に向かって移動する傾向があり、そこから空気の部分は、エアベント６０を通ってエアチャンバ６２に上昇する。液体の水は、半径方向のギャップ４４を通り、旋回抑制チャンバ５０を通過した後、流路４６を通ってポンプ入口チャンバ４８に流れる。旋回抑制チャンバ５０では、ベーン５２により水の回転運動が妨害されて、渦によって空気がポンプ入口チャンバ４８に引き込まれないようにしている。ポンプからの吸引力により、圧力差が生じ、それにより、水が旋回抑制チャンバ５０から流路４６を通ってポンプ入口チャンバ４８に流入し、ポンプ入口３０を通る。流路４６を通る水の流れに伴う圧力低下により、空気流路６６を通る空気流量全体を引き込むのに必要な圧力差がもたらされる。この流れは、入口４０に流入する気体と液体との混合物のうちの気体部分を処理するのに十分である。
【００３１】
空気流路６６の端部６８における圧力低下により、空気はエアチャンバ６２から入口６４に引き込まれて、最終的に空気はロータアッセンブリ２６に対する入口３０において液体と混合される。小さい気泡７０は、次いで、ポンプを通って押し流され、熱交換機１１０を通ってアキュムレータ１０８に送り戻される。最終的に、空気はアキュムレータ１０８において水の上に上昇して、周知の方法で大気に排出され得る。
【００３２】
図３では、前述のような流体分離装置部２２を組み込んだ別の例示的なアッセンブリ２００を概略的に図示している。アッセンブリ２００は、一実施例において、着用している人に冷却をもたらすように用いられる温度調整ベスト（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ａｌｔｅｒｉｎｇ ｖｅｓｔ）２０２を備える。ベスト２０２を通る流体流を用いる種々の周知のベスト形態をそのようなアッセンブリに用いてもよい。別の実施例においては、ベスト２０２により、加熱効果または暖房効果がもたらされる。流体分離装置部２２は、前述と同様の方法で作動して、ベスト２０２に流れる流体、またはベスト２０２から流れる流体に混入している空気を処理する。
【００３３】
一実施例では、ポンプの運転を妨げる可能性なしに、空気または別の気体を２０容量％までの割合で分離装置部２２に連続的に取り入れることができる。一実施例においては、本発明の装置は、ポンプの運転を妨げないようにポンプを通る空気流を運ぶ空気流路６６の能力に過度の負荷を課すことなく２０容量％までの気体を処理することができる。空気の塊が、ハウジング３４内の容積のほとんどを占める場合には、液体がポンプに流入するのを許容するように入口８０を開けることができ、それにより、前述の作用によりポンプがガスバウンドになるのを妨げる。
【００３４】
前述の説明は、性質を限定するものではなく、例示するものである。当業者であれば、本発明の本質から必ずしも逸脱しない開示された実施例に対する変更形態および修正形態が明らかになるであろう。添付の特許請求の範囲を検討することによってのみ、本発明に与えられる法的保護の範囲を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】部分的に図示された遠心ポンプを備えるとともに、本発明の実施態様により構成された例示的な流体分離装置の断面図。
【図２】図１の実施態様のような流体分離装置を組み込んでいる燃料電池アッセンブリの概略図。
【図３】図１の実施態様のような流体分離装置を組み込んでいるベストアッセンブリの概略図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口と、前記入口の下流側に位置する出口と、前記入口の反対側に位置するエアチャンバと、前記エアチャンバと連通する流入側および前記出口付近に位置する流出側を有する空気流路と、を有するハウジングを備え、
前記入口が、第１の流れ寸法を有し、前記出口が、第２の流れ寸法を有し、前記空気流路の流出部が、前記第１の流れ寸法または前記第２の流れ寸法の少なくとも一方よりも小さい第３の流れ寸法を有することを特徴とする流体分離装置。
【請求項２】
前記入口に流入する空気が、前記入口に流入することが許容された前記空気よりも小さな単位として前記空気流路流出部から放出されることを特徴とする請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項３】
前記空気流路が、直径が一定のチューブからなることを特徴とする請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項４】
前記入口と前記出口との間で、かつ前記入口の下流側に第２の入口を備え、前記第２の入口が、前記ハウジング内に流体を流すように選択的に開放されることを特徴とする請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項５】
前記入口と直接流体連通しているボルテックスチャンバと、前記ボルテックスチャンバの下流側に位置する旋回抑制チャンバと、液体が前記旋回抑制チャンバから前記出口に流れることを許容する液体流路と、を備える請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項６】
前記旋回抑制チャンバが、前記ボルテックスチャンバから前記液体流路に向かって流れる流体の回転流を妨げるように配置された複数のベーンを備えることを特徴とする請求項５に記載の流体分離装置。
【請求項７】
前記液体流路と前記出口との間にポンプ入口チャンバを備え、液体が前記ポンプ入口チャンバに直接流入するのを選択的に許容する第２の入口を備えることを特徴とする請求項５に記載の流体分離装置。
【請求項８】
ポンプの入口付近にロータを有するポンプを備え、前記流出部を通って流れる空気が前記ロータにより生じた流れに流れ込むように、前記空気流路流出部が前記ロータに隣接することを特徴とする請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項９】
ロータを有する遠心ポンプに空気および液体を含有する流体を導入する方法であって、
前記ロータから間隔を隔てた第１の位置で前記流体を受容するステップと、
前記第１の位置において受容された量よりも小さな単位として前記受容された流体からの気体量を前記ロータに隣接する第２の位置に導くステップと、
を含む流体導入方法。
【請求項１０】
前記第１の位置の下流側で、かつ前記ロータに近い第２の箇所で液体量を選択的に受容するステップを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記選択的に受容された液体がロータを通って流れることを許容すると同時に前記受容された気体を前記第２の位置に導くステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ロータに導かれた気体の量が、選択された閾値より少ない場合を測定し、次いで、前記第２の箇所における液体流を止めるステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
流体流を制御するアッセンブリであって、
流体が選択的に通って流れる少なくとも１つの部分を有する第１の構成部品と、
前記第１の構成部品から流体を引き込むとともに、前記第１の構成部品に向かって流体を導くポンプ部と、
前記第１の構成部品の出口と流体連通している分離装置入口と、前記ポンプ部の入口に連通している前記分離装置入口の一方の側に位置する分離装置出口と、前記分離装置入口の反対側に位置するエアチャンバと、前記エアチャンバに連通している空気流入口および前記分離装置出口の近くに位置する出口を有する空気流路と、を有する流体分離装置部と、
を有するポンプ装置と、
を備え、
前記空気流路が、前記分離装置入口または前記分離装置出口の少なくとも一方よりも小さい流れ寸法を有することを特徴とする流体流制御アッセンブリ。
【請求項１４】
前記第１の構成部品が、ベストを備えることを特徴とする請求項１３に記載のアッセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の構成部品が、燃料電池スタックを備えることを特徴とする請求項１３に記載のアッセンブリ。
【請求項１６】
電力スタックアッセンブリと、
冷却流体を蓄えるアキュムレータと、
前記電力スタックアッセンブリを通る冷却液を選択的に導くように前記電力スタックアッセンブリおよび前記アキュムレータと連通しているポンプ装置と、
を備え、
前記ポンプ装置が、
ポンプ部と、
分離装置部と、を備え、
前記分離装置部が、前記電力スタックアッセンブリの出口と連通している分離装置入口と、前記ポンプ部の入口と連通している分離装置出口と、前記分離装置入口の反対側に位置するエアチャンバと、前記エアチャンバと連通している流入部および前記分離装置出口付近に位置する流出部を有する空気流路と、を有し、
前記空気流路が、前記分離装置入口または前記分離装置出口の少なくとも一方の流れ寸法よりも小さい流れ寸法を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１７】
前記ポンプ部が、前記ポンプ部を通して流体を引き込むように圧力差を生じさせるロータ部を備え、前記空気流路流出部が、前記ロータ部に隣接することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記分離装置入口に流入する空気の量が、前記分離装置入口に流入する前記量より小さな単位として前記空気流路流出部から放出されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記分離装置入口と前記ポンプ部入口との間で、かつ前記分離装置入口の下流側に第２の分離装置入口を備え、液体が前記ポンプ部入口に向かって流れることができるように前記第２の分離装置入口が選択的に開放されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２の分離装置入口と前記アキュムレータとの間にバルブを備え、液体が前記アキュムレータから前記第２の入口を直接通って前記ポンプ部入口に向かって流れることができるように前記バルブが選択的に開放されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記分離装置部が、前記分離装置入口と直接的に流体連通しているボルテックスチャンバと、前記ボルテックスチャンバの下流側に位置する旋回抑制チャンバと、前記旋回抑制チャンバからの液体が前記分離装置出口に流れることを許容する液体流路と、を備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記旋回抑制チャンバが、前記ボルテックスチャンバから前記流体流路に向かって流れる流体の回転流を妨げるように配置された複数のベーンを備えることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項１】
入口と、前記入口の下流側に位置する出口と、前記入口の反対側に位置するエアチャンバと、前記エアチャンバと連通する流入側および前記出口付近に位置する流出側を有する空気流路と、を有するハウジングを備え、
前記入口が、第１の流れ寸法を有し、前記出口が、第２の流れ寸法を有し、前記空気流路の流出部が、前記第１の流れ寸法または前記第２の流れ寸法の少なくとも一方よりも小さい第３の流れ寸法を有することを特徴とする流体分離装置。
【請求項２】
前記入口に流入する空気が、前記入口に流入することが許容された前記空気よりも小さな単位として前記空気流路流出部から放出されることを特徴とする請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項３】
前記空気流路が、直径が一定のチューブからなることを特徴とする請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項４】
前記入口と前記出口との間で、かつ前記入口の下流側に第２の入口を備え、前記第２の入口が、前記ハウジング内に流体を流すように選択的に開放されることを特徴とする請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項５】
前記入口と直接流体連通しているボルテックスチャンバと、前記ボルテックスチャンバの下流側に位置する旋回抑制チャンバと、液体が前記旋回抑制チャンバから前記出口に流れることを許容する液体流路と、を備える請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項６】
前記旋回抑制チャンバが、前記ボルテックスチャンバから前記液体流路に向かって流れる流体の回転流を妨げるように配置された複数のベーンを備えることを特徴とする請求項５に記載の流体分離装置。
【請求項７】
前記液体流路と前記出口との間にポンプ入口チャンバを備え、液体が前記ポンプ入口チャンバに直接流入するのを選択的に許容する第２の入口を備えることを特徴とする請求項５に記載の流体分離装置。
【請求項８】
ポンプの入口付近にロータを有するポンプを備え、前記流出部を通って流れる空気が前記ロータにより生じた流れに流れ込むように、前記空気流路流出部が前記ロータに隣接することを特徴とする請求項１に記載の流体分離装置。
【請求項９】
ロータを有する遠心ポンプに空気および液体を含有する流体を導入する方法であって、
前記ロータから間隔を隔てた第１の位置で前記流体を受容するステップと、
前記第１の位置において受容された量よりも小さな単位として前記受容された流体からの気体量を前記ロータに隣接する第２の位置に導くステップと、
を含む流体導入方法。
【請求項１０】
前記第１の位置の下流側で、かつ前記ロータに近い第２の箇所で液体量を選択的に受容するステップを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記選択的に受容された液体がロータを通って流れることを許容すると同時に前記受容された気体を前記第２の位置に導くステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ロータに導かれた気体の量が、選択された閾値より少ない場合を測定し、次いで、前記第２の箇所における液体流を止めるステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
流体流を制御するアッセンブリであって、
流体が選択的に通って流れる少なくとも１つの部分を有する第１の構成部品と、
前記第１の構成部品から流体を引き込むとともに、前記第１の構成部品に向かって流体を導くポンプ部と、
前記第１の構成部品の出口と流体連通している分離装置入口と、前記ポンプ部の入口に連通している前記分離装置入口の一方の側に位置する分離装置出口と、前記分離装置入口の反対側に位置するエアチャンバと、前記エアチャンバに連通している空気流入口および前記分離装置出口の近くに位置する出口を有する空気流路と、を有する流体分離装置部と、
を有するポンプ装置と、
を備え、
前記空気流路が、前記分離装置入口または前記分離装置出口の少なくとも一方よりも小さい流れ寸法を有することを特徴とする流体流制御アッセンブリ。
【請求項１４】
前記第１の構成部品が、ベストを備えることを特徴とする請求項１３に記載のアッセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の構成部品が、燃料電池スタックを備えることを特徴とする請求項１３に記載のアッセンブリ。
【請求項１６】
電力スタックアッセンブリと、
冷却流体を蓄えるアキュムレータと、
前記電力スタックアッセンブリを通る冷却液を選択的に導くように前記電力スタックアッセンブリおよび前記アキュムレータと連通しているポンプ装置と、
を備え、
前記ポンプ装置が、
ポンプ部と、
分離装置部と、を備え、
前記分離装置部が、前記電力スタックアッセンブリの出口と連通している分離装置入口と、前記ポンプ部の入口と連通している分離装置出口と、前記分離装置入口の反対側に位置するエアチャンバと、前記エアチャンバと連通している流入部および前記分離装置出口付近に位置する流出部を有する空気流路と、を有し、
前記空気流路が、前記分離装置入口または前記分離装置出口の少なくとも一方の流れ寸法よりも小さい流れ寸法を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１７】
前記ポンプ部が、前記ポンプ部を通して流体を引き込むように圧力差を生じさせるロータ部を備え、前記空気流路流出部が、前記ロータ部に隣接することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記分離装置入口に流入する空気の量が、前記分離装置入口に流入する前記量より小さな単位として前記空気流路流出部から放出されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記分離装置入口と前記ポンプ部入口との間で、かつ前記分離装置入口の下流側に第２の分離装置入口を備え、液体が前記ポンプ部入口に向かって流れることができるように前記第２の分離装置入口が選択的に開放されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２の分離装置入口と前記アキュムレータとの間にバルブを備え、液体が前記アキュムレータから前記第２の入口を直接通って前記ポンプ部入口に向かって流れることができるように前記バルブが選択的に開放されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記分離装置部が、前記分離装置入口と直接的に流体連通しているボルテックスチャンバと、前記ボルテックスチャンバの下流側に位置する旋回抑制チャンバと、前記旋回抑制チャンバからの液体が前記分離装置出口に流れることを許容する液体流路と、を備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記旋回抑制チャンバが、前記ボルテックスチャンバから前記流体流路に向かって流れる流体の回転流を妨げるように配置された複数のベーンを備えることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１８１５７３（Ｐ２００６−１８１５７３Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００５−３５５５２７（Ｐ２００５−３５５５２７）
【出願日】平成１７年１２月９日（２００５．１２．９）
【出願人】（５００１０７７６２）ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション (165)
【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｒｏａｄ， Ｗｉｎｄｓｏｒ Ｌｏｃｋｓ， ＣＴ ０６０９６−１０１０， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５５５２７（Ｐ２００５−３５５５２７）
【出願日】平成１７年１２月９日（２００５．１２．９）
【出願人】（５００１０７７６２）ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション (165)
【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｒｏａｄ， Ｗｉｎｄｓｏｒ Ｌｏｃｋｓ， ＣＴ ０６０９６−１０１０， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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