JP4362272B2 - Condenser for fuel cell system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池から流出する排ガス中の水蒸気を再利用水として回収する燃料電池システム用凝縮器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、燃料電池を用いた自動車の開発が行われており、このような燃料電池自動車では、燃料電池から流出する排ガス中の水蒸気を再利用水として回収することが行われている。
【0003】
図17は、従来の純水回収システムを概略的に示すもので、この純水回収システムでは、燃料電池1で発生した排ガスが、空冷の凝縮器2に導かれ、空気により冷却され凝縮水を含んだ排ガスになる。
【0004】
凝縮水を含んだ排ガスは、気水分離器3に導かれ、凝縮水と排ガスとに分離され、分離された排ガスは、大気中に排出される。
【0005】
一方、分離された凝縮水は、水タンク4に導かれ、純水として回収される。
【0006】
水タンク4内の純水は、水ポンプ5により冷却器6に循環され、所定の温度に冷却される。
【0007】
そして、水タンク4内の純水は、水ポンプ7により、燃料電池1側に供給され、例えば、空気供給系の加湿、冷却系の冷却水として使用される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の純水回収システムでは、空冷の凝縮器2により、排ガス中の水蒸気を凝縮し、気水分離器3により凝縮水とガスとを分離しているため、凝縮器2の他に、気水分離器3が必要になり、システムが大掛かりになるという問題があった。
【0009】
また、凝縮器2の出口では、凝縮水を含んだ排ガスは、通常過熱状態にあるため、この排ガスを、配管8により気水分離器3に移送すると、移送中に凝縮水がミストになり、排ガス中に蒸発し、気水分離器3で分離される凝縮水の量が減少するという問題があった。
【0010】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、気水分離器を不要にすることができる燃料電池システム用凝縮器を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の燃料電池システム用凝縮器は、チューブとフィンとを交互に積層したコア部の両側に、前記チューブに連通するタンクを配置するとともに、ガス流入口から入口側タンク部に流入した燃料電池からの水蒸気を含んだ排ガスを、前記チューブを介して出口側タンク部に導き、出口側タンク部のガス流出口から前記排ガスを流出する燃料電池システム用凝縮器において、前記出口側タンク部内に、前記チューブから流出した排ガスから凝縮水を分離する気水分離手段を配置するとともに、前記出口側タンク部に、分離された前記凝縮水を排出する排出口を設けてなることを特徴とする。
【0012】
請求項2の燃料電池システム用凝縮器は、請求項1記載の燃料電池システム用凝縮器において、前記気水分離手段は、前記チューブから前記出口側タンク部内に流出した排ガスを水平方向にジグザグ状に導くエリミネータを有していることを特徴とする。
【0013】
請求項3の燃料電池システム用凝縮器は、請求項1記載の燃料電池システム用凝縮器において、前記気水分離手段は、前記チューブから前記出口側タンク部内に流出した排ガスを上下方向に向きを変えて流す複数の案内板を備えたエリミネータを有し、前記排ガスを上方に案内する案内板の間隔が、前記排ガスを下方に案内する案内板の間隔より広くされていることを特徴とする。
【0014】
請求項4の燃料電池システム用凝縮器は、請求項2または請求項3記載の燃料電池システム用凝縮器において、前記気水分離手段は、前記エリミネータを通過した排ガスに衝突し排ガスの流れを迂回させて前記ガス流出口に導くバッフルプレートを有していることを特徴とする。
【0015】
請求項5の燃料電池システム用凝縮器は、請求項2ないし請求項4のいずれか1項記載の燃料電池システム用凝縮器において、前記気水分離手段は、前記エリミネータで分離された前記凝縮水を前記排ガスの流れから分離するドレンボードを有していることを特徴とする。
【0016】
(作用)
請求項1の燃料電池システム用凝縮器では、燃料電池からの水蒸気を含んだ排ガスが、ガス流入口から入口側タンク部に流入し、チューブを介して出口側タンク部に導かれる間に、コア部を通過する空気と熱交換して冷却され、排ガス中の水蒸気が凝縮され、凝縮水を含んだ排ガスになる。
【0017】
そして、凝縮水を含んだ排ガスが、チューブから出口側タンク部に流出すると、出口側タンク部内に配置される気水分離手段により、排ガスから凝縮水が分離され、凝縮水を分離された排ガスは、ガス流出口から大気中に排出され、凝縮水は、排出口から排出される。
【0018】
請求項2の燃料電池システム用凝縮器では、エリミネータにより、チューブから出口側タンク部内に流出した排ガスが、水平方向にジグザグ状に導かれ、これにより排ガスから凝縮水が確実に分離される。
【0019】
請求項3の燃料電池システム用凝縮器では、エリミネータの案内板により、チューブから出口側タンク部内に流出した排ガスが上下方向に向きを変えて流され、これにより、排ガスから凝縮水が分離される。
【0020】
そして、排ガスを上方に案内する案内板の間隔を、排ガスを下方に案内する案内板の間隔より広くしたので、排ガスの上昇時の流速が、下降時の流速より遅くなり、これにより、凝縮水の液滴の上昇が防止され、液滴の下降が促進される。
【0021】
請求項4の燃料電池システム用凝縮器では、エリミネータを通過した排ガスが、バッフルプレートに衝突すると、エリミネータで除去されずに排ガス中に残存していた小さな水滴が滴下され、排ガスから凝縮水がより確実に分離される。
【0022】
請求項5の燃料電池システム用凝縮器では、ドレンボードにより、エリミネータで分離された凝縮水が、排ガスの流れから分離され、排出口に導かれる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態について説明する。
【0024】
図1および図2は、図3の要部の詳細を示しており、図3は、本発明の燃料電池システム用凝縮器の第1の実施形態を示している。
【0025】
図3において符号11は、水平に配置されるコア部を示している。
【0026】
このコア部11は、例えば、ステンレス鋼からなる扁平状のチューブ13と、コルゲートフィン15とを交互に積層して構成されている。
【0027】
コア部11の両側には、例えば、ステンレス鋼製の円筒状のパイプからなるタンク17,19が軸長方向を水平にして配置されている。
【0028】
タンク17,19には、軸長方向に間隔を置いて、チューブ13の端部が挿入されるチューブ穴17a,19aが形成されている。
【0029】
この実施形態では、一方のタンク17が仕切板21により仕切られ、入口側タンク部23と出口側タンク部25が形成されている。
【0030】
入口側タンク部23には、燃科電池からの水蒸気を含んだ排ガスGを流人するための入口パイプ27が開口されている。
【0031】
そして、出口側タンク部25内には、チューブ13から流出した排ガスから凝縮水を分離する気水分離手段29が配置されている。
【0032】
図1および図2は、出口側タンク部25および気水分離手段29の詳細を示すもので、気水分離手段29は、例えば、ステンレス鋼からなるエリミネータ31,バッフルプレート33およびドレンボード35を有している。
【0033】
エリミネータ31は、チューブ13から出口側タンク部25内に流出した排ガスGを水平方向にジグザグ状に導く作用をする。
【0034】
このエリミネータ31は、図1に示すように、多数のくの字状の案内板37を、出口側タンク部25の軸長方向に間隔を置いて、平行に配置して構成されている。
【0035】
また、各案内板37は、図2に示すように、出口側タンク部25内に垂直に配置され、案内板37の折曲部37aが、出口側タンク部25の略中央に位置されている。
【0036】
案内板37の上端の両側は、出口側タンク部25の内面に当接されている。
【0037】
出口側タンク部25のチューブ13と反対側の側面には、ガス流出口17bが形成され、このガス流出口17bに出口パイプ39が水平に接続されている。
【0038】
そして、出口側タンク部25内のエリミネータ31とガス流出口17bとの間に、バッフルプレート33が垂直に配置されている。
【0039】
このバッフルプレート33は、エリミネータ31を通過した排ガスに衝突し排ガスの流れを迂回させてガス流出口17bに導く作用をする。
【0040】
バッフルプレート33の上端は、ガス流出口17bの上端より多少上方に位置されている。
【0041】
また、バッフルプレート33の下部には、図4に示すように、出口側タンク部25の軸長方向に間隔を置いて、多数の穴部33aが形成されている。
【0042】
この小径穴33aは、図2に示すように、ガス流出口17bの下端より下方となる位置に形成されている。
【0043】
出口側タンク部25内におけるエリミネータ31の下方には、ドレンボード35が水平に配置されている。
【0044】
このドレンボード35は、エリミネータ31で分離された凝縮水Wを排ガスの流れから分離する作用をする。
【0045】
ドレンボード35は、図2に示すように、チューブ穴17aおよびガス流出口17bより下方となる位置に配置されている。
【0046】
このドレンボード35には、多数の穴部35aが形成されている。
【0047】
出口側タンク部25の下面には、分離された凝縮水を排出する排出口17cが形成されている。
【0048】
この排出口17cには、排出パイプ41が垂直に接続されている。
【0049】
なお、この実施形態では、気水分離手段29は、エリミネータ31の案内板37およびバッフルプレート33を、ドレンボード35にろう付けして製造されている。
【0050】
上述した燃料電池システム用凝縮器では、図3に示したように、燃料電池からの水蒸気を含んだ排ガスGが、入口パイプ27から入口側タンク部23に流入し、チューブ13およびタンク19を介して出口側タンク部25に導かれる間に、コア部11を通過する空気と熱交換して冷却され、排ガス中の水蒸気が凝縮され、凝縮水を含んだ排ガスになる。
【0051】
そして、凝縮水を含んだ排ガスGが、図1および図2に示したように、チューブ13から出口側タンク部25に流出すると、出口側タンク部25内に配置されるエリミネータ31により、チューブ13から出口側タンク部25内に流出した排ガスが、水平方向にジグザグ状に導かれ、これにより排ガスから凝縮水Wが分離され、案内板37に沿って下方に滴下する。
【0052】
さらに、エリミネータ31を通過した排ガスが、バッフルプレート33に衝突すると、エリミネータ31で除去されずに排ガス中に残存していた小さな水滴がバッフルプレート33に沿って滴下され、排ガスから凝縮水がより確実に分離される。
【0053】
そして、凝縮水を分離された排ガスは、出口パイプ39から大気中に排出される。
【0054】
なお、出口パイプ39側に流出した排ガス中の小さな水滴は、バッフルプレート33の下部に形成される穴部33aからドレンボード35側に導かれる。
【0055】
一方、エリミネータ31の案内板37を滴下した凝縮水の水滴、および、バッフルプレート33を滴下した凝縮水の水滴は、ドレンボード35の穴部35aを通り下方に落下し、排ガスの流れから分離され、排出口17cの排出パイプ41から排出される。
【0056】
図5は、上述した燃料電池システム用凝縮器を用いた燃料電池の純水回収システムを概略的に示すもので、この純水回収システムでは、燃料電池43で発生した排ガスが、上述した燃料電池システム用凝縮器45に導かれる。
【0057】
そして、冷却ファン47によりコア部11に吸引される空気により冷却され凝縮水を含んだ排ガスになり、出口側タンク部25において凝縮水と排ガスとに分離され、分離された排ガスは、出口パイプ39から大気中に排出される。
【0058】
一方、分離された凝縮水は、排出パイプ41から水タンク49に導かれ、純水として回収される。
【0059】
水タンク49内の純水は、水ポンプ51により冷却器53に循環され、所定の温度に冷却される。
【0060】
そして、水タンク49内の純水は、水ポンプ55により、燃料電池43側に供給され、例えば、空気供給系の加湿、冷却系の冷却水として使用される。
【0061】
上述した燃料電池システム用凝縮器では、出口側タンク部25内に、チューブ13から流出した排ガスから凝縮水を分離する気水分離手段29を配置し、出口側タンク部25に、分離された凝縮水を排出する排出口17cを設けたので、気水分離器を不要にすることができる。
【0062】
そして、気水分離器が不要になるため、気水分離器に付随して配置される配管、ブラケット等の部品を無くすことができ、スペース、重量、コスト、組み付け工数等を従来より大幅に削減することができる。
【0063】
また、排ガスを配管により気水分離器に移送する必要がなくなるため、移送中に凝縮水がミストになり、排ガス中に蒸発することがなくなり、排ガスから凝縮水を確実に分離することができる。
【0064】
そして、上述した燃料電池システム用凝縮器では、エリミネータ31により、チューブ13から出口側タンク部25内に流出した排ガスを水平方向にジグザグ状に導くようにしたので、排ガスから凝縮水を確実に分離することができる。
【0065】
さらに、上述した燃料電池システム用凝縮器では、出口側タンク部25内に、エリミネータ31を通過した排ガスに衝突し排ガスの流れを迂回させてガス流出口17bに導くバッフルプレート33を配置したので、排ガスから凝縮水をより確実に分離することができる。
【0066】
また、上述した燃料電池システム用凝縮器では、ドレンボード35により、エリミネータ31で分離された凝縮水が、排ガスの流れから分離され排出口17cに導かれるため、排出口17c側に排ガスが流入することを確実に防止することができる。
【0067】
そして、上述した燃料電池システム用凝縮器では、エリミネータ31を、チューブ13から流出する排ガスの流速が最も低下する出口側タンク部25の中央部に配置したので、凝縮水の液滴をエリミネータ31により最も効率的に捕獲することができる。
【0068】
すなわち、チューブ13から流出する排ガスは、凝縮水の液滴とガスとの混合物であるが、流速が低下すると液滴は、気流で移動される力が弱くなり、効率的に落下し、また、案内板37に衝突付着した液滴も気流速度が遅いため案内板37に沿って効率的に落下することになる。
【0069】
また、上述した燃料電池システム用凝縮器では、チューブ13を偏平状にし、出口側タンク部25を円筒状にしたので、チューブ13からの排ガスが出口側タンク部25に流出すると、流路断面積が急激に増加し、排ガスの流速が大きく減少するため、凝縮水の液滴をより効率的に落下させることができる。
【0070】
図6および図7は、本発明の燃料電池システム用凝縮器の第2の実施形態を示すもので、この実施形態では、気水分離手段29Aを構成するエリミネータ31Aが、チューブ13から出口側タンク部25内に流出した排ガスを上下方向に向きを変えて流す複数の案内板57,59により構成されている。
【0071】
すなわち、出口側タンク部25内には、複数の案内板57,59が、出口側タンク部25の径方向に間隔を置いて配置されている。
【0072】
また、各案内板57,59は、出口側タンク部25内に垂直に配置され、隣接する一方の案内板57の下端がドレンボード35に当接されている。
【0073】
他方の案内板59には、図8に示すように、案内板59の下端に突出部59aが形成され、この突出部59aの下端がドレンボード35に当接されている。
【0074】
従って、ドレンボード35と案内板59との間には、図7に示すように、間隙部59bが形成されている。
【0075】
この案内板59の上端は、出口側タンク部25の内面に当接されている。
【0076】
そして、排ガスを上方に案内する案内板57,59の間隔W1が、排ガスを下方に案内する案内板57,59の間隔W2より広くされている。
【0077】
そして、気水分離手段29Aは、エリミネータ31Aの案内板57,59およびバッフルプレート33を、ドレンボード35にろう付けして製造されている。
【0078】
なお、この実施形態において第1の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0079】
この実施形態の燃料電池システム用凝縮器では、エリミネータ31Aの案内板57,59により、チューブ13から出口側タンク部25内に流出した排ガスが上下方向に向きを変えて流され、これにより、排ガスから凝縮水が分離される。
【0080】
そして、排ガスを上方に案内する案内板57,59の間隔W1を、排ガスを下方に案内する案内板57,59の間隔W2より広くしたので、排ガスの上昇時の流速が、下降時の流速より遅くなり、これにより、凝縮水の液滴の上昇が防止され、液滴の下降が促進される。
【0081】
この実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を得ることができるが、この実施形態では、エリミネータ31Aを流れる排ガスの通路を長くすることが容易に可能になり、気水分離性能をより向上することができる。
【0082】
また、この実施形態では、排ガスを上方に案内する案内板57,59の間隔W1を、排ガスを下方に案内する案内板57,59の間隔W2より広くしたので、凝縮水の液滴の上昇を防止し、液滴の下降を促進することが可能になり、排ガスから凝縮水をより確実に分離することができる。
【0083】
図9〜図16は本発明の燃料電池システム用凝縮器を垂直に配置した実施形態を示すもので、図9〜図12に示す第3の実施形態では前記第1,第2の実施形態における一方のタンク17を下側に、他方のタンク19を上側にしてコア部11を垂直に配置してある。
【0084】
そして、この一方のタンク17の出口側タンク部25内にチューブ13より下向きに流出した排ガスから凝縮水を分離する気水分離手段29が配置されている。
【0085】
この気水分離手段29は前記第1の実施形態と同様に、多数のくの字状の案内板37を、出口側タンク部25の軸長方向に間隔を置いて平行に配置して構成したエリミネータ31と、バッフルプレート33およびドレンボード35を備え、前記各案内板37は図10に示すように出口側タンク部25の略中央に垂直に配置されている。
【0086】
ガス流出口17bと出口パイプ39は出口側タンク部25の一側面に設けられ、このガス流出口17bと前記エリミネータ31との間にバッフルプレート33が垂直に配置されている。
【0087】
このバッフルプレート33は前記各実施形態と同様に、その上端はガス流出口17bの上端より多少上方に位置され、下部にはガス流出口17bの下端より下方となる位置に、出口側タンク部25の軸長方向に間隔を置いて多数の小径穴33aが形成されている。
【0088】
出口側タンク部25内の上方には、上方のチューブ13から流出される排ガスを、ガス流出口17bと反対側でエリミネータ31の側方へ偏向させるための偏向板61が斜状に設けられている。
【0089】
エリミネータ31の上端はこの偏向板61の下面に当接されている。
【0090】
また、出口側タンク部25内におけるエリミネータ31の下方には、多数の穴部35aが形成されたドレンボード35が配置され、該出口側タンク部25の下面には、分離された凝縮水を排出する排出口17cと排出パイプ41が設けられることは前記第1、第2の実施形態と同様であるが、この出口側タンク部25内のエリミネータ31の側方で、前記偏向板61で偏向された排ガスが吹き当る位置にも、多数の穴部62aが形成されたドレンボード62が配置されている。
【0091】
このドレンボード62は出口側タンク部25の周壁と同じ曲率で湾曲して形成され、下端が前記ドレンボード35の一側端部上に接合され、出口側タンク部25の内面から適宜の間隔を置いて配置されている。
【0092】
上述した燃料電池システム用凝縮器では、図11に示したように、燃料電池からの水蒸気を含んだ排ガスGが、入口パイプ27から入口側タンク部23に流入し、垂直のチューブ13および上側のタンク19を介して出口側タンク部25に導かれる間に、コア部11を通過する空気と熱交換して冷却され、排ガス中の水蒸気が凝縮され、凝縮水を含んだ排ガスになる。
【0093】
そして、凝縮水を含んだ排ガスGが、図9および図10に示したように、チューブ13から出側タンク部25に流出すると、偏向板61によってエリミネータ31の一側方に偏向され、このエリミネータ31により前記偏向された排ガスが、水平方向にジグザグ状に導かれ、これにより排ガスから凝縮水Wが分離され、案内板37に沿って下方に滴下する。
【0094】
さらに、エリミネータ31を通過した排ガスが、バッフルプレート33に衝突すると、エリミネータ31で除去されずに排ガス中に残存していた小さな水滴がバッフルプレート33に沿って滴下され、排ガスから凝縮水がより確実に分離される。
【0095】
そして、凝縮水が分離された排ガスは、出口パイプ39から大気中に排出される。
【0096】
なお、この出口パイプ39側に流出した排ガス中の小さな水滴は、バッフルプレート33の下部に形成された穴部33aからドレンボード35側に導かれる。
【0097】
ここで、前記偏向板61で偏向された排ガスが、ドレンボード62に衝突することによっても、該排ガスから凝縮水Wが分離される。
【0098】
このドレンボード62の穴部62aを通って下方に滴下した凝縮水の水滴、およびエリミネータ31の案内板37やバッフルプレート33を滴下した凝縮水の水滴は、ドレンボード35の穴部35aを通り下方に落下し、排ガスの流れから分離され、排出口17cの排出パイプ41から排出される。
【0099】
図12は、上述した燃料電池システム用凝縮器45を用いた燃料電池の純水回収システムを概略的に示すもので、燃料電池システム用凝縮器45が、前記出口側タンク部25を下側にして垂直に配置されている点を除いて、前記図5に示した第1の実施形態と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【0100】
図13は本発明の第4の実施形態を示すもので、本実施形態では前記第3の実施形態におけるエリミネータ31と偏向板61が、出口側タンク部25内の中央位置に所要の間隔をおいて左右方向に対称的に一対設けられていると共に、バッフルプレート33、およびガス流出口17bと出口パイプ39が左右方向に対称的に各一対設けられている。
【0101】
偏向板61,61は、チューブ13から流出される排ガスを、2つのエリミネータ31,31間に偏向ガイドできるように、出口側タンク部25の中央側に下側に向けて傾斜配置されている。
【0102】
従って、この第4の実施形態ではチューブ13から流出して偏向板61,61によってエリミネータ31,31間に偏向ガイドされた排ガスは、これらエリミネータ31,31を通って気水分離され、凝縮水が分離された排ガスは左右の出口パイプ39,39から大気に排出され、分離された凝縮水はドレンボード35を通って排出パイプ41から排出される。
【0103】
図14,15は本発明の第5の実施形態を示すもので、本実施形態では前記第3の実施形態におけるエリミネータ31に替えて、前記図6〜図8に示した第2の実施形態と同様に、エリミネータ31Aを、チューブ13から出口側タンク部25内に流出した排ガスを上下方向に向きを変えて流す複数の案内板57,59により構成したものである。
【0104】
一方の案内板57は下端がドレンボード35に当接され、上端は偏向板61の下面近傍に配置されている。
【0105】
他方の案内板59は図8に示したものと同様に下端に突出部59aが形成され、この突出部59aの下端がドレンボード35に当接されて該ドレンボード35と案内板59との間に間隙59bが形成され、該案内板59の上端は偏向板61の下面に当接されている。
【0106】
偏向板61の先端部分61aは下方に向けて略垂直に曲折して形成され、この先端部分61aと、ドレンボード62および案内板59との間にそれぞれガス流路が形成されている。
【0107】
従って、この実施形態では前記偏向板61の先端部分61aおよびバッフルプレート33が案内板としての機能を併有している。
【0108】
この実施形態の場合も排ガスを上方に案内する案内板61a、57間および案内板59,33間の間隔W1が、排ガスを下方に案内する案内板57,59の間隔W2より広くされている。
【0109】
この第5の実施形態では、チューブ13から出口側タンク部25内に流出した排ガスは偏向板61により該出口側タンク部25内の一側のドレンボード62側に偏向され、エリミネータ31Aの案内板61a,57,59により、排ガスが上下方向に向きを変えて流され、これにより排ガスから凝縮水が分離されて、前記第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0110】
図16は本発明の第6の実施形態を示すもので、本実施形態では前記第5の実施形態におけるエリミネータ31Aと偏向板61が、出口側タンク部25内の中央位置に所要の間隔をおいて左右方向に対称的に一対設けられていると共に、バッフルプレート33、およびガス流出口17bと出口パイプ39が左右方向に対称的に各一対設けられている。
【0111】
偏向板61,61は、チューブ13から流出される排ガスを、2つのエリミネータ31,31間に偏向ガイドできるように、出口側タンク部25の中央側に下側に向けて傾斜配置されている。
【0112】
従って、この第6の実施形態ではチューブ13から流出して偏向板61,61によってエリミネータ31,31間に偏向ガイドされた排ガスは、これらエリミネータ31,31を通って気水分離され、凝縮水が分離された排ガスは左右の出口パイプ39,39から大気に排出され、分離された凝縮水はドレンボード35を通って排出パイプ41から排出される。
【0113】
なお、上述した各実施形態では、一方のタンク17を仕切板により仕切り、入口側タンク部23と出口側タンク部25を形成した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、一方のタンクに入口側タンク部を形成し、他方のタンクに出口側タンク部を形成しても良い。
【0114】
また、上述した実施形態では、入口側タンク部23の排ガスを1回ターンして出口側タンク部25に導いた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、複数回ターンするように構成しても良い。
【0115】
さらに、上述した実施形態では、チューブ13、タンク17,19、エリミネータ31,31A、バッフルプレート33,ドレンボード35等をステンレス鋼により形成した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム,樹脂等により形成しても良い。
【0116】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項1の燃料電池システム用凝縮器では、出口側タンク部内に、チューブから流出した排ガスから凝縮水を分離する気水分離手段を配置し、出口側タンク部に、分離された凝縮水を排出する排出口を設けたので、気水分離器を不要にすることができる。
【0117】
請求項2の燃料電池システム用凝縮器では、エリミネータにより、チューブから出口側タンク部内に流出した排ガスを水平方向にジグザグ状に導くようにしたので、排ガスから凝縮水を確実に分離することができる。
【0118】
請求項3の燃料電池システム用凝縮器では、エリミネータの案内板により、チューブから出口側タンク部内に流出した排ガスを上下方向に向きを変えて流すようにしたので、排ガスから凝縮水を確実に分離することができる。
【0119】
そして、排ガスを上方に案内する案内板の間隔を、排ガスを下方に案内する案内板の間隔より広くしたので、凝縮水の液滴の上昇を防止し、液滴の下降を促進することが可能になり、排ガスから凝縮水をより確実に分離することができる。
【0120】
請求項4の燃料電池システム用凝縮器では、出口側タンク部内に、エリミネータを通過した排ガスに衝突し排ガスの流れを迂回させてガス流出口に導くバッフルプレートを配置したので、排ガスから凝縮水をより確実に分離することができる。
【0121】
請求項5の燃料電池システム用凝縮器では、ドレンボードにより、エリミネータで分離された凝縮水が、排ガスの流れから分離され排出口に導かれるため、排出口側に排ガスが流入することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図3の出口側タンク部および気水分離手段の詳細を示す横断面図である。
【図2】図3の出口側タンク部および気水分離手段の詳細を示す横断面図である。
【図3】本発明の燃料電池システム用凝縮器の第1の実施形態を示す断面図である。
【図4】図1のバッフルプレートの詳細を示す正面図である。
【図5】図3の燃料電池システム用凝縮器を燃料電池の純水回収システムに配置した状態を示す説明図である。
【図6】本発明の燃料電池システム用凝縮器の第2の実施形態の要部を示す横断面図である。
【図7】図6の横断面図である。
【図8】図6の案内板の詳細を示す正面図である。
【図9】図11の出口側タンク部および気水分離手段の詳細を示す縦断面図である。
【図10】図9の出口側タンク部および気水分離手段の詳細を示す縦断面図である。
【図11】本発明の燃料電池システム用凝縮器の第3の実施形態を示す断面図である。
【図12】図11の燃料電池システム用凝縮器を燃料電池の純水回収システムに配置した状態を示す説明図である。
【図13】本発明の燃料電池システム用凝縮器の第4の実施形態の要部を示す縦断面図である。
【図14】本発明の燃料電池システム用凝縮器の第5の実施形態における出口側タンク部および気水分離手段の詳細を示す縦断面図である。
【図15】図14の出口側タンク部および気水分離手段の詳細を示す縦断面図である。
【図16】本発明の燃料電池システム用凝縮器の第6の実施形態を示す図15と同様の断面図である。
【図17】従来の燃料電池の純水回収システムを示す説明図である。
【符号の説明】
11…コア部
13…チューブ
15…コルゲートフィン
17,19…タンク
17b…ガス流出口
17c…排出口
23…入口側タンク部
25…出口側タンク部
27…入口パイプ
29,29A…気水分離手段
31,31A…エリミネータ
33…バッフルプレート
35…ドレンボード
37,57,59…案内板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a condenser for a fuel cell system that recovers water vapor in exhaust gas flowing out from a fuel cell as recycled water.
[0002]
[Prior art]
Recently, an automobile using a fuel cell has been developed, and in such a fuel cell automobile, water vapor in exhaust gas flowing out from the fuel cell is recovered as reused water.
[0003]
FIG. 17 schematically shows a conventional pure water recovery system. In this pure water recovery system, the exhaust gas generated in the fuel cell 1 is led to an air-cooled
[0004]
The exhaust gas containing condensed water is guided to the
[0005]
On the other hand, the separated condensed water is guided to the water tank 4 and collected as pure water.
[0006]
The pure water in the water tank 4 is circulated to the
[0007]
The pure water in the water tank 4 is supplied to the fuel cell 1 side by the water pump 7 and is used, for example, as humidification for an air supply system or cooling water for a cooling system.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional pure water recovery system, the water vapor in the exhaust gas is condensed by the air-cooled
[0009]
Moreover, since the exhaust gas containing condensed water is usually in an overheated state at the outlet of the
[0010]
The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object thereof is to provide a fuel cell system condenser that can eliminate the need for a steam separator.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The fuel cell system condenser according to claim 1, wherein a tank communicating with the tube is disposed on both sides of a core portion in which tubes and fins are alternately stacked, and the fuel that has flowed into the inlet side tank portion from the gas inlet. In the condenser for a fuel cell system, the exhaust gas containing water vapor from the battery is led to the outlet side tank part through the tube, and the exhaust gas flows out from the gas outlet of the outlet side tank part. In addition, an air / water separation means for separating condensed water from the exhaust gas flowing out from the tube is disposed, and an outlet for discharging the separated condensed water is provided in the outlet side tank portion.
[0012]
The fuel cell system condenser according to
[0013]
The fuel cell system condenser according to
[0014]
The fuel cell system condenser according to claim 4 is the fuel cell system condenser according to
[0015]
The fuel cell system condenser according to claim 5 is the fuel cell system condenser according to any one of
[0016]
(Function)
In the fuel cell system condenser according to claim 1, the exhaust gas containing water vapor from the fuel cell flows into the inlet side tank part from the gas inlet and is guided to the outlet side tank part via the tube. It is cooled by exchanging heat with the air passing through the section, and the water vapor in the exhaust gas is condensed to become exhaust gas containing condensed water.
[0017]
When the exhaust gas containing condensed water flows out from the tube to the outlet side tank part, the condensed water is separated from the exhaust gas by the steam-water separating means arranged in the outlet side tank part, and the exhaust gas from which the condensed water is separated is The gas is discharged from the gas outlet to the atmosphere, and the condensed water is discharged from the outlet.
[0018]
In the fuel cell system condenser according to the second aspect, the exhaust gas flowing out from the tube into the outlet side tank portion is guided in a zigzag shape in the horizontal direction by the eliminator, so that the condensed water is reliably separated from the exhaust gas.
[0019]
In the fuel cell system condenser according to
[0020]
Since the interval between the guide plates for guiding the exhaust gas upward is made larger than the interval between the guide plates for guiding the exhaust gas downward, the flow rate when the exhaust gas rises is slower than the flow rate when the exhaust gas descends. The drop of the liquid droplet is prevented from rising and the liquid drop is promoted.
[0021]
In the fuel cell system condenser according to claim 4, when the exhaust gas that has passed through the eliminator collides with the baffle plate, small water droplets remaining in the exhaust gas without being removed by the eliminator are dripped, and more condensed water is extracted from the exhaust gas. Securely separated.
[0022]
In the fuel cell system condenser according to the fifth aspect, the condensed water separated by the eliminator is separated from the flow of the exhaust gas by the drain board and led to the discharge port.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described in detail.
[0024]
FIG. 1 and FIG. 2 show details of the main part of FIG. 3, and FIG. 3 shows a first embodiment of the condenser for a fuel cell system of the present invention.
[0025]
In FIG. 3, the code |
[0026]
The
[0027]
On both sides of the
[0028]
The
[0029]
In this embodiment, one
[0030]
In the inlet
[0031]
And in the outlet
[0032]
FIGS. 1 and 2 show details of the outlet
[0033]
The
[0034]
As shown in FIG. 1, the
[0035]
Further, as shown in FIG. 2, each
[0036]
Both sides of the upper end of the
[0037]
A
[0038]
A
[0039]
The
[0040]
The upper end of the
[0041]
In addition, as shown in FIG. 4, a large number of
[0042]
As shown in FIG. 2, the
[0043]
A
[0044]
The
[0045]
As shown in FIG. 2, the
[0046]
A large number of
[0047]
A
[0048]
A
[0049]
In this embodiment, the air /
[0050]
In the above-described condenser for a fuel cell system, as shown in FIG. 3, the exhaust gas G containing water vapor from the fuel cell flows into the inlet
[0051]
Then, as shown in FIGS. 1 and 2, when the exhaust gas G containing condensed water flows out from the
[0052]
Further, when the exhaust gas that has passed through the
[0053]
The exhaust gas from which the condensed water has been separated is discharged from the
[0054]
It should be noted that small water droplets in the exhaust gas flowing out to the
[0055]
On the other hand, the water droplets of the condensed water dropped on the
[0056]
FIG. 5 schematically shows a pure water recovery system for a fuel cell using the above-described fuel cell system condenser. In this pure water recovery system, the exhaust gas generated in the
[0057]
Then, it is cooled by air sucked into the
[0058]
On the other hand, the separated condensed water is led from the
[0059]
The pure water in the
[0060]
The pure water in the
[0061]
In the fuel cell system condenser described above, the steam / water separation means 29 for separating the condensed water from the exhaust gas flowing out from the
[0062]
And since the air / water separator is not required, parts such as pipes and brackets attached to the air / water separator can be eliminated, and the space, weight, cost, assembly man-hours, etc. are greatly reduced compared to the conventional one. can do.
[0063]
Further, since it is not necessary to transfer the exhaust gas to the steam separator through the pipe, the condensed water becomes a mist during the transfer and does not evaporate in the exhaust gas, so that the condensed water can be reliably separated from the exhaust gas.
[0064]
In the above-described condenser for a fuel cell system, the exhaust gas flowing out from the
[0065]
Further, in the fuel cell system condenser described above, the
[0066]
Further, in the above-described condenser for the fuel cell system, the condensed water separated by the
[0067]
In the above-described condenser for a fuel cell system, the
[0068]
That is, the exhaust gas flowing out from the
[0069]
In the fuel cell system condenser described above, the
[0070]
6 and 7 show a second embodiment of the fuel cell system condenser of the present invention. In this embodiment, the
[0071]
That is, a plurality of
[0072]
The
[0073]
As shown in FIG. 8, the
[0074]
Therefore, a
[0075]
The upper end of the
[0076]
The interval W1 between the
[0077]
The air / water separation means 29A is manufactured by brazing the
[0078]
In this embodiment, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0079]
In the fuel cell system condenser of this embodiment, the exhaust gas flowing out from the
[0080]
Since the interval W1 between the
[0081]
In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. However, in this embodiment, it is possible to easily lengthen the passage of the exhaust gas flowing through the
[0082]
Further, in this embodiment, the interval W1 between the
[0083]
9 to 16 show an embodiment in which the condenser for a fuel cell system according to the present invention is arranged vertically, and the third embodiment shown in FIGS. 9 to 12 is the same as in the first and second embodiments. The
[0084]
A steam / water separation means 29 for separating the condensed water from the exhaust gas flowing downward from the
[0085]
As in the first embodiment, the air / water separation means 29 is configured by arranging a number of dog-shaped
[0086]
The
[0087]
As in the above embodiments, the
[0088]
Above the outlet
[0089]
The upper end of the
[0090]
In addition, a
[0091]
This
[0092]
In the above-described condenser for a fuel cell system, as shown in FIG. 11, the exhaust gas G containing water vapor from the fuel cell flows into the inlet
[0093]
Then, as shown in FIGS. 9 and 10, when the exhaust gas G containing condensed water flows out from the
[0094]
Further, when the exhaust gas that has passed through the
[0095]
The exhaust gas from which the condensed water has been separated is discharged from the
[0096]
It should be noted that small water droplets in the exhaust gas flowing out to the
[0097]
Here, the condensed water W is also separated from the exhaust gas when the exhaust gas deflected by the deflecting
[0098]
The water droplets of the condensed water dripped downward through the
[0099]
FIG. 12 schematically shows a pure water recovery system for a fuel cell using the above-described fuel
[0100]
FIG. 13 shows a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the
[0101]
The deflecting
[0102]
Therefore, in the fourth embodiment, the exhaust gas that flows out from the
[0103]
14 and 15 show a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of the
[0104]
One
[0105]
The
[0106]
The
[0107]
Therefore, in this embodiment, the
[0108]
Also in this embodiment, the interval W1 between the
[0109]
In the fifth embodiment, the exhaust gas flowing out from the
[0110]
FIG. 16 shows a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, the
[0111]
The deflecting
[0112]
Therefore, in the sixth embodiment, the exhaust gas that flows out from the
[0113]
In each of the embodiments described above, an example in which one
[0114]
In the above-described embodiment, the example in which the exhaust gas in the inlet
[0115]
Further, in the above-described embodiment, the example in which the
[0116]
【The invention's effect】
As described above, in the condenser for a fuel cell system according to claim 1, the steam / water separation means for separating the condensed water from the exhaust gas flowing out from the tube is disposed in the outlet side tank portion, and the separation is performed in the outlet side tank portion. Since the outlet for discharging the condensed water is provided, the steam separator can be dispensed with.
[0117]
In the fuel cell system condenser according to
[0118]
In the condenser for a fuel cell system according to
[0119]
And since the interval between the guide plates that guide the exhaust gas upward is wider than the interval between the guide plates that guide the exhaust gas downward, it is possible to prevent the condensate water droplets from rising and promote the liquid droplets to descend. Thus, the condensed water can be more reliably separated from the exhaust gas.
[0120]
In the fuel cell system condenser according to claim 4, the baffle plate that collides with the exhaust gas that has passed through the eliminator and bypasses the exhaust gas flow to guide the gas outlet is disposed in the outlet side tank portion. Separation can be performed more reliably.
[0121]
In the fuel cell system condenser according to claim 5, since the condensed water separated by the eliminator is separated from the flow of the exhaust gas by the drain board and guided to the discharge port, it is ensured that the exhaust gas flows into the discharge port side. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view showing details of an outlet side tank section and a steam / water separation means in FIG. 3;
2 is a cross-sectional view showing details of an outlet side tank section and a steam / water separation means in FIG. 3; FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a condenser for a fuel cell system of the present invention.
4 is a front view showing details of the baffle plate of FIG. 1; FIG.
5 is an explanatory diagram showing a state in which the fuel cell system condenser of FIG. 3 is arranged in a pure water recovery system of a fuel cell. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a second embodiment of the fuel cell system condenser of the present invention.
7 is a cross-sectional view of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a front view showing details of the guide plate of FIG. 6;
9 is a longitudinal sectional view showing details of the outlet side tank section and the steam / water separation means of FIG. 11. FIG.
10 is a longitudinal sectional view showing details of the outlet side tank section and the steam / water separation means of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a fuel cell system condenser of the present invention.
12 is an explanatory diagram showing a state in which the fuel cell system condenser of FIG. 11 is arranged in a pure water recovery system of a fuel cell. FIG.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a main part of a fourth embodiment of a fuel cell system condenser of the present invention.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing details of an outlet side tank section and air-water separation means in a fifth embodiment of a condenser for a fuel cell system of the present invention.
15 is a longitudinal sectional view showing details of the outlet side tank section and the steam / water separation means of FIG. 14;
FIG. 16 is a cross-sectional view similar to FIG. 15, showing a sixth embodiment of a condenser for a fuel cell system of the present invention.
FIG. 17 is an explanatory view showing a conventional pure water recovery system for a fuel cell.
[Explanation of symbols]
11 ... Core part
13 ... Tube
15 ... corrugated fin
17, 19 ... Tank
17b ... Gas outlet
17c ... Discharge port
23 ... Inlet side tank
25 ... Exit side tank
27 ... Inlet pipe
29, 29A ... Air-water separation means
31, 31A ... Eliminator
33 ... Baffle plate
35 ... Drain board
37, 57, 59… Guide board
Claims (5)
前記出口側タンク部(25)内に、前記チューブ(13)から流出した排ガスから凝縮水を分離する気水分離手段(29,29A)を配置するとともに、前記出口側タンク部(25)に、分離された前記凝縮水を排出する排出口(17c)を設けてなることを特徴とする燃料電池システム用凝縮器。Tanks (17, 19) communicating with the tube (13) are arranged on both sides of the core (11) in which the tubes (13) and fins (15) are alternately stacked, and from the gas inlet (27). The exhaust gas containing water vapor from the fuel cell (43) flowing into the inlet side tank part (23) is led to the outlet side tank part (25) via the tube (13), and the outlet side tank part (25) In the condenser for a fuel cell system for discharging the exhaust gas from the gas outlet (17b),
In the outlet side tank part (25), there is disposed a steam / water separation means (29, 29A) for separating condensed water from the exhaust gas flowing out from the tube (13), and in the outlet side tank part (25), A fuel cell system condenser comprising a discharge port (17c) for discharging the separated condensed water.
前記気水分離手段(29)は、前記チューブ(13)から前記出口側タンク部(25)内に流出した排ガスを水平方向にジグザグ状に導くエリミネータ(31)を有していることを特徴とする燃料電池システム用凝縮器。The condenser for a fuel cell system according to claim 1,
The steam / water separation means (29) has an eliminator (31) for guiding the exhaust gas flowing out from the tube (13) into the outlet side tank (25) in a zigzag shape in the horizontal direction. Condenser for fuel cell system.
前記気水分離手段(29A)は、前記チューブ(13)から前記出口側タンク部(25)内に流出した排ガスを上下方向に向きを変えて流す複数の案内板(57,59)を備えたエリミネータ(31A)を有し、前記排ガスを上方に案内する案内板(57,59)の間隔(W1)が、前記排ガスを下方に案内する案内板(57,59)の間隔(W2)より広くされていることを特徴とする燃料電池システム用凝縮器。The condenser for a fuel cell system according to claim 1,
The steam / water separation means (29A) includes a plurality of guide plates (57, 59) for flowing the exhaust gas flowing out from the tube (13) into the outlet side tank portion (25) in a vertical direction. The gap (W1) between the guide plates (57, 59) having an eliminator (31A) and guiding the exhaust gas upward is wider than the interval (W2) between the guide plates (57, 59) guiding the exhaust gas downward. A condenser for a fuel cell system.
前記気水分離手段(29,29A)は、前記エリミネータ(31,31A)を通過した排ガスに衝突し排ガスの流れを迂回させて前記ガス流出口(17b)に導くバッフルプレート(33)を有していることを特徴とする燃料電池システム用凝縮器。The condenser for a fuel cell system according to claim 2 or 3,
The steam-water separation means (29, 29A) has a baffle plate (33) that collides with the exhaust gas that has passed through the eliminator (31, 31A), bypasses the flow of the exhaust gas, and guides it to the gas outlet (17b). A condenser for a fuel cell system.
前記気水分離手段(29,29A)は、前記エリミネータ(31,31A)で分離された前記凝縮水を前記排ガスの流れから分離するドレンボード(35)を有していることを特徴とする燃料電池システム用凝縮器。The fuel cell system condenser according to any one of claims 2 to 4,
The steam-water separation means (29, 29A) has a drain board (35) for separating the condensed water separated by the eliminator (31, 31A) from the exhaust gas flow. Condenser for battery system.
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JP2003288924A (en) | 2003-10-10 |
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