JP2001357864A - 燃料電池システムにおけるラジエータ - Google Patents
燃料電池システムにおけるラジエータInfo
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28D5/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
- F28D5/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation in which the evaporating medium flows in a continuous film or trickles freely over the conduits
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0043—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for fuel cells
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 燃料電池システムに組み込まれたラジエータ
の冷却性能を向上させること。 【解決手段】 燃料電池内部で生じた水蒸気の水分の粒
経が50μm 以上になるようにしてラジエータの外面側に
供給し、その水分の蒸発に伴う蒸発潜熱により冷却性能
を向上する。ラジエータ１は、多数のチューブ１６及び
フイン１７が並列され、夫々のチューブ１６の両端が一
対のタンク１４に連通する。タンク１４に冷媒１３が流
入し、各チューブ内を流通して、タンク１４から流出す
る。チューブ１６とフイン１７とによるコア１５の表面
に噴霧水１２が噴射される。噴霧水１２はヘッダ１１を
介して放出される。
の冷却性能を向上させること。 【解決手段】 燃料電池内部で生じた水蒸気の水分の粒
経が50μm 以上になるようにしてラジエータの外面側に
供給し、その水分の蒸発に伴う蒸発潜熱により冷却性能
を向上する。ラジエータ１は、多数のチューブ１６及び
フイン１７が並列され、夫々のチューブ１６の両端が一
対のタンク１４に連通する。タンク１４に冷媒１３が流
入し、各チューブ内を流通して、タンク１４から流出す
る。チューブ１６とフイン１７とによるコア１５の表面
に噴霧水１２が噴射される。噴霧水１２はヘッダ１１を
介して放出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
におけるラジエータの性能を向上させるものに関する。
におけるラジエータの性能を向上させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムの一例としてのメタノ
ール改質器搭載自動車用燃料電池は、図７の如く構成さ
れている。この燃料電池システムは、メタノールと水が
改質器19に供給され、改質器19によって生じた水素が燃
料電池の燃料極に供給されると共に、空気が空気極に供
給され、その空気中の酸素と燃料中の水素とが電解質を
介して化学反応し、電気エネルギー及び水蒸気を発生さ
せるものである。その燃料電池に生じた水蒸気と若干の
水素及び炭酸ガス並びに空気は、そこから取り出されキ
ャタライザによって燃焼され、その燃焼ガスが改質器19
の蒸気発生器４に導かれる。そして、メタノールと水と
を瞬時に蒸発させる。その改質器19を通過した燃焼ガス
は、凝縮器（水回収器）９に導かれ、燃焼ガス中の一部
の水分が回収される。そして回収された水は、改質器19
の蒸気発生器４に導かれる。また燃焼ガス中の残りの水
分は、水蒸気として外部に放出される。
ール改質器搭載自動車用燃料電池は、図７の如く構成さ
れている。この燃料電池システムは、メタノールと水が
改質器19に供給され、改質器19によって生じた水素が燃
料電池の燃料極に供給されると共に、空気が空気極に供
給され、その空気中の酸素と燃料中の水素とが電解質を
介して化学反応し、電気エネルギー及び水蒸気を発生さ
せるものである。その燃料電池に生じた水蒸気と若干の
水素及び炭酸ガス並びに空気は、そこから取り出されキ
ャタライザによって燃焼され、その燃焼ガスが改質器19
の蒸気発生器４に導かれる。そして、メタノールと水と
を瞬時に蒸発させる。その改質器19を通過した燃焼ガス
は、凝縮器（水回収器）９に導かれ、燃焼ガス中の一部
の水分が回収される。そして回収された水は、改質器19
の蒸気発生器４に導かれる。また燃焼ガス中の残りの水
分は、水蒸気として外部に放出される。
【０００３】なお、この燃料電池システムにおいては複
数のラジエータが配置され、その冷媒によって改質器19
や燃料電池・その他を冷却している。即ち、第１ラジエ
ータ１は凝縮器（水回収器）９と燃料電池内部と圧縮空
気冷却用の水冷熱交換器８とに冷媒を供給する。また、
第２ラジエータ２は改質器19の改質用水冷熱交換器５と
ＣＯ除去用水冷熱交換器６と水素冷却用の水冷熱交換器
７とに冷媒を供給する。夫々のラジエータは、多数のチ
ューブ及びフィンによりコアが構成され、チューブ内に
各種流体冷却用の冷媒が流通する。そしてフィン及びチ
ューブからなるコアの外面側には起風された冷却風が流
通し、冷媒を冷却するものである。このような燃料電池
からは電力が取り出され、この例ではパワーコントロー
ルユニットにより制御される車輪駆動用の駆動モータを
回転させるものである。そのパワーコントロールユニッ
トは第３ラジエータで冷却される。
数のラジエータが配置され、その冷媒によって改質器19
や燃料電池・その他を冷却している。即ち、第１ラジエ
ータ１は凝縮器（水回収器）９と燃料電池内部と圧縮空
気冷却用の水冷熱交換器８とに冷媒を供給する。また、
第２ラジエータ２は改質器19の改質用水冷熱交換器５と
ＣＯ除去用水冷熱交換器６と水素冷却用の水冷熱交換器
７とに冷媒を供給する。夫々のラジエータは、多数のチ
ューブ及びフィンによりコアが構成され、チューブ内に
各種流体冷却用の冷媒が流通する。そしてフィン及びチ
ューブからなるコアの外面側には起風された冷却風が流
通し、冷媒を冷却するものである。このような燃料電池
からは電力が取り出され、この例ではパワーコントロー
ルユニットにより制御される車輪駆動用の駆動モータを
回転させるものである。そのパワーコントロールユニッ
トは第３ラジエータで冷却される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような燃料電池シ
ステムにおいて、各種熱交換器は夫々燃料電池に流通す
る流体を最適温度に冷却する必要がある。そのためにそ
こに供給される冷媒自体の冷媒温度も正確に制御される
必要がある。しかしながら、第１ラジエータ１，第２ラ
ジエータ２は各種外部条件により、その冷却性能を十分
に発揮することができない場合が考えられる。そこで本
発明は、このような燃料電池システムにおける第１ラジ
エータ１，第２ラジエータ２の冷却性能を十分に発揮し
得るラジエータを提供することを課題とする。
ステムにおいて、各種熱交換器は夫々燃料電池に流通す
る流体を最適温度に冷却する必要がある。そのためにそ
こに供給される冷媒自体の冷媒温度も正確に制御される
必要がある。しかしながら、第１ラジエータ１，第２ラ
ジエータ２は各種外部条件により、その冷却性能を十分
に発揮することができない場合が考えられる。そこで本
発明は、このような燃料電池システムにおける第１ラジ
エータ１，第２ラジエータ２の冷却性能を十分に発揮し
得るラジエータを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、ラジエータにより燃料電池に流通する流体を冷却す
ると共に、燃料極に供給された水素と空気極に供給され
た酸素とを電解質を介して化学反応させ、電気エネルギ
ーおよび水蒸気を発生させる燃料電池システムのラジエ
ータにおいて、そのラジエータは多数のチューブおよび
フィンによりコアが構成され、チューブ内に前記流体冷
却用の冷媒が流通し、チューブおよびフィンの外面側に
冷却風が流通し、その燃料電池内部に生じた前記水蒸気
の水分の粒経が、50μm 以上になるようにして、その水
分を前記チューブおよびフィンの外面側に供給し、その
水分の蒸発に伴う蒸発潜熱により前記冷媒がより冷却さ
れるようにしたことを特徴とする燃料電池システムにお
けるラジエータである。
は、ラジエータにより燃料電池に流通する流体を冷却す
ると共に、燃料極に供給された水素と空気極に供給され
た酸素とを電解質を介して化学反応させ、電気エネルギ
ーおよび水蒸気を発生させる燃料電池システムのラジエ
ータにおいて、そのラジエータは多数のチューブおよび
フィンによりコアが構成され、チューブ内に前記流体冷
却用の冷媒が流通し、チューブおよびフィンの外面側に
冷却風が流通し、その燃料電池内部に生じた前記水蒸気
の水分の粒経が、50μm 以上になるようにして、その水
分を前記チューブおよびフィンの外面側に供給し、その
水分の蒸発に伴う蒸発潜熱により前記冷媒がより冷却さ
れるようにしたことを特徴とする燃料電池システムにお
けるラジエータである。
【０００６】請求項２に記載の本発明は、請求項１にお
いて、前記燃料電池内部で発生する水蒸気が凝縮器によ
り凝縮されて、その水分の粒経が50μm 以上になるよう
にされた燃料電池システムにおけるラジエータである。
いて、前記燃料電池内部で発生する水蒸気が凝縮器によ
り凝縮されて、その水分の粒経が50μm 以上になるよう
にされた燃料電池システムにおけるラジエータである。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に、図面に基づいて本発明の実
施の形態につき説明する。図１は本発明のラジエータを
有する燃料電池システムのブロック図であり、図２はそ
のラジエータの説明的斜視略図である。なお、図７にお
ける燃料電池システムと共通する部分は同一の番号で記
載されている。図１の例は第１ラジエータ１についての
み本発明を摘要したものであり、その第１ラジエータ１
に代えて第２ラジエータ２、或いは第１ラジエータ１と
第２ラジエータ２との両者を本発明に摘要することもで
きる。この例では、燃料電池の内部に発生した水蒸気並
びに僅かな水素及び炭酸ガスがキャタライザに導かれて
燃焼し、その燃料ガスが蒸気発生器４を通過して凝縮器
（水回収器）９に導かれ、そこで回収された水が制御弁
20を介しヘッダ11の噴射孔から第１ラジエータ１に噴射
されるものである。このとき制御弁20は制御装置により
ＯＮ−ＯＦＦ制御または絞り弁による流量制御が行われ
る。
施の形態につき説明する。図１は本発明のラジエータを
有する燃料電池システムのブロック図であり、図２はそ
のラジエータの説明的斜視略図である。なお、図７にお
ける燃料電池システムと共通する部分は同一の番号で記
載されている。図１の例は第１ラジエータ１についての
み本発明を摘要したものであり、その第１ラジエータ１
に代えて第２ラジエータ２、或いは第１ラジエータ１と
第２ラジエータ２との両者を本発明に摘要することもで
きる。この例では、燃料電池の内部に発生した水蒸気並
びに僅かな水素及び炭酸ガスがキャタライザに導かれて
燃焼し、その燃料ガスが蒸気発生器４を通過して凝縮器
（水回収器）９に導かれ、そこで回収された水が制御弁
20を介しヘッダ11の噴射孔から第１ラジエータ１に噴射
されるものである。このとき制御弁20は制御装置により
ＯＮ−ＯＦＦ制御または絞り弁による流量制御が行われ
る。
【０００８】この第１ラジエータ１は図２に示す如く、
多数のチューブ16及びフィン17が並列され、夫々のチュ
ーブ16の両端が一対のタンク14に連通する。そして一方
のタンク14に冷媒13が流入し、各チューブ内をそれが流
通し、他方のタンク14から流出するものである。そして
このチューブ16とフィン17とによるコア15の表面に噴霧
水12が噴射される。噴霧水12は、凝縮器（水回収器）９
によって回収された水がヘッダ11を介しそのノズル端よ
り放出されるものである。このヘッダ11は図３に示す如
く、コア15の上部位置に配置される場合と、図４の如く
下部位置に配置される場合とがある。何れにしてもコア
15に対向し、図１に示す如くモータ駆動のファン10が配
置され、コア15に冷却風18を送風する。それと共に、噴
霧水12がチューブ外面及びフィン表面に付着し、チュー
ブ16内を流通する冷媒によりそれが気化する。
多数のチューブ16及びフィン17が並列され、夫々のチュ
ーブ16の両端が一対のタンク14に連通する。そして一方
のタンク14に冷媒13が流入し、各チューブ内をそれが流
通し、他方のタンク14から流出するものである。そして
このチューブ16とフィン17とによるコア15の表面に噴霧
水12が噴射される。噴霧水12は、凝縮器（水回収器）９
によって回収された水がヘッダ11を介しそのノズル端よ
り放出されるものである。このヘッダ11は図３に示す如
く、コア15の上部位置に配置される場合と、図４の如く
下部位置に配置される場合とがある。何れにしてもコア
15に対向し、図１に示す如くモータ駆動のファン10が配
置され、コア15に冷却風18を送風する。それと共に、噴
霧水12がチューブ外面及びフィン表面に付着し、チュー
ブ16内を流通する冷媒によりそれが気化する。
【０００９】このとき、その蒸発に伴う気化潜熱をチュ
ーブ16内部を流通する冷媒13から奪い、冷媒13をより効
果的に冷却する。冷却された冷媒は、図１においては燃
料電池と凝縮器（水回収器）９と圧縮空気用の水冷熱交
換器８とに供給される。このときの冷媒は、ヘッダ11か
らの噴霧水12によってより冷却され、凝縮器（水回収
器）９における水回収量をより多くすることができる。
そして制御装置によって制御弁20を制御し、冷媒が最適
温度になるようにヘッダ11から噴霧水12が放出される。
図５はその噴霧水12の散水温度と放熱性増加率との関係
を示したものである。即ち、散水しない場合に比べて第
１ラジエータ１に散水をしたときの放熱性能の増加割合
を縦軸にとり、横軸にはその散水温度を設けたものであ
る。実験によれば、散水温度が２０℃のとき放熱性能増
加率は３４％であり、７９℃のときその増加率は２８％
であった。この結果から、散水温度が比較的高くても３
割程度の放熱性が増加することが判る。
ーブ16内部を流通する冷媒13から奪い、冷媒13をより効
果的に冷却する。冷却された冷媒は、図１においては燃
料電池と凝縮器（水回収器）９と圧縮空気用の水冷熱交
換器８とに供給される。このときの冷媒は、ヘッダ11か
らの噴霧水12によってより冷却され、凝縮器（水回収
器）９における水回収量をより多くすることができる。
そして制御装置によって制御弁20を制御し、冷媒が最適
温度になるようにヘッダ11から噴霧水12が放出される。
図５はその噴霧水12の散水温度と放熱性増加率との関係
を示したものである。即ち、散水しない場合に比べて第
１ラジエータ１に散水をしたときの放熱性能の増加割合
を縦軸にとり、横軸にはその散水温度を設けたものであ
る。実験によれば、散水温度が２０℃のとき放熱性能増
加率は３４％であり、７９℃のときその増加率は２８％
であった。この結果から、散水温度が比較的高くても３
割程度の放熱性が増加することが判る。
【００１０】次に、図６はヘッダ11から放出される噴霧
水12の水の粒経と放熱性増加率との関係を示したもので
あり、水の粒経が50μm 以下ではそれがフィンやチュー
ブ外面に付着せず、放熱性の向上があまりみられないこ
とが判り、50μm 以上の水の粒経ではそれが確実にチュ
ーブ外面やフィン上に付着し、放熱性が向上することが
判った。
水12の水の粒経と放熱性増加率との関係を示したもので
あり、水の粒経が50μm 以下ではそれがフィンやチュー
ブ外面に付着せず、放熱性の向上があまりみられないこ
とが判り、50μm 以上の水の粒経ではそれが確実にチュ
ーブ外面やフィン上に付着し、放熱性が向上することが
判った。
【００１１】
【発明の作用・効果】本発明の燃料電池システムにおけ
るラジエータは、燃料電池内部で生じた水分を燃料電池
システムに使用するラジエータのコア外面へ供給し、そ
の水分の蒸発に伴う蒸発潜熱によってラジエータのチュ
ーブ内を流通する冷媒をより冷却するようにしたもので
ある。そして、その冷媒によって燃料電池システムにお
ける各種流体を冷却するものである。そのため、燃料電
池システム自体から生じる水を利用し、そのシステムを
冷却するラジエータの熱交換性能を高めることができ、
無駄がなく、システム全体の効率の良いものとなる。
るラジエータは、燃料電池内部で生じた水分を燃料電池
システムに使用するラジエータのコア外面へ供給し、そ
の水分の蒸発に伴う蒸発潜熱によってラジエータのチュ
ーブ内を流通する冷媒をより冷却するようにしたもので
ある。そして、その冷媒によって燃料電池システムにお
ける各種流体を冷却するものである。そのため、燃料電
池システム自体から生じる水を利用し、そのシステムを
冷却するラジエータの熱交換性能を高めることができ、
無駄がなく、システム全体の効率の良いものとなる。
【図１】本発明のラジエータを含む燃料電池システムの
ブロック図。
ブロック図。
【図２】同ラジエータの説明的斜視図。
【図３】同ラジエータの側面説明図。
【図４】本発明の他のラジエータの側面説明図。
【図５】同発明におけるヘッダ11からコア15に散水され
る散水温度とラジエータの放熱性増加率との関係を示す
説明図。
る散水温度とラジエータの放熱性増加率との関係を示す
説明図。
【図６】同発明におけるヘッダ11から放出される噴霧水
12の水粒経とラジエータの放熱性増加率との関係を示す
説明図。
12の水粒経とラジエータの放熱性増加率との関係を示す
説明図。
【図７】従来型燃料電池システムのブロック図。
１ 第１ラジエータ ２ 第２ラジエータ ３ 第３ラジエータ ４ 蒸気発生器 ５ 改質用水冷熱交換器 ６ ＣＯ除去用水冷熱交換器 ７ 水冷熱交換器 ８ 水冷熱交換器 ９ 凝縮器（水回収器） 10 ファン 11 ヘッダ 12 噴霧水 13 冷媒 14 タンク 15 コア 16 チューブ 17 フィン 18 冷却風 19 改質器 20 制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 行太 東京都渋谷区代々木三丁目25番３号 東洋 ラジエーター株式会社内 (72)発明者 市川 晋 東京都渋谷区代々木三丁目25番３号 東洋 ラジエーター株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 BA01 BA09 BA10 BA16 CC06
Claims (2)
- 【請求項１】 ラジエータにより燃料電池に流通する流
体を冷却すると共に、燃料極に供給された水素と空気極
に供給された酸素とを電解質を介して化学反応させ、電
気エネルギーおよび水蒸気を発生させる燃料電池システ
ムのラジエータにおいて、 そのラジエータは多数のチューブおよびフィンによりコ
アが構成され、チューブ内に前記流体冷却用の冷媒が流
通し、チューブおよびフィンの外面側に冷却風が流通
し、 その燃料電池内部に生じた前記水蒸気の水分の粒経が、
50μm 以上になるようにして、その水分を前記チューブ
およびフィンの外面側に供給し、その水分の蒸発に伴う
蒸発潜熱により前記冷媒がより冷却されるようにしたこ
とを特徴とする燃料電池システムにおけるラジエータ。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記燃料電池内部で発生する水蒸気が凝縮器により凝縮
されて、その水分の粒経が50μm 以上になるようにされ
た燃料電池システムにおけるラジエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000176145A JP2001357864A (ja) | 2000-06-12 | 2000-06-12 | 燃料電池システムにおけるラジエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000176145A JP2001357864A (ja) | 2000-06-12 | 2000-06-12 | 燃料電池システムにおけるラジエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001357864A true JP2001357864A (ja) | 2001-12-26 |
Family
ID=18677901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000176145A Pending JP2001357864A (ja) | 2000-06-12 | 2000-06-12 | 燃料電池システムにおけるラジエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001357864A (ja) |
Cited By (15)
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2000
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