JP2002198078A

JP2002198078A - 燃料電池用触媒付熱交換器

Info

Publication number: JP2002198078A
Application number: JP2000392566A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yoshioka; 宏起吉岡
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】一酸化炭素を含むガス中から、この一酸化炭
素を効率良く除去し、且つ、触媒の性能を長期間に亙り
良好に維持する。【解決手段】それぞれの内側に冷却液を流す為の扁平
な冷媒流路２８を有する複数の伝熱管素子２０、２０
を、隣り合う伝熱管素子２０、２０同士の間にアウター
フィン２２、２２を挟持した状態で重ね合わせて、コア
部２３を構成する。上記各アウターフィン２２、２２の
両面に、触媒を付着させる。使用時には、上記コア部２
３を構成する各伝熱管素子２０、２０の内部に冷却液を
流通させると共に、これら各伝熱管素子２０、２０の外
部に上記一酸化炭素を含むガスを、上記各伝熱管素子２
０、２０内での冷却液の流通方向と直交する方向に通過
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係る燃料電池用触
媒付熱交換器は、電気自動車等に搭載される燃料電池に
組み込んで、改質されたガス等に含まれる一酸化炭素
（ＣＯ）等の有害成分を除去する為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池の発電原理に就いて、図１０に
より簡単に説明する。この図１０は、燃料電池の単位と
なるセル１を１個のみ示している。このセル１の中間部
は、燐酸等の電解質２を水素極３と空気極（酸素極）４
とでサンドイッチ状に挟んで成る薄膜５により仕切って
いる。この薄膜５は、水素イオン（Ｈ⁺ ）のみを透過さ
せる性質を有する。又、上記水素極３側の第一反応室６
には水素ガス（Ｈ₂ ）を、水素供給口７から送り込み、
水素還流口８から未反応の水素ガスを含むガスを排出自
在としている。又、上記空気極４側の第二反応室９には
酸素（Ｏ₂ ）を含む空気を、酸素供給口１０から送り込
み、排気口１１から排出自在としている。

【０００３】発電を行なう際には、上記水素供給口７か
ら上記第一反応室６内に水素ガスを、上記酸素供給口１
０から第二反応室９内に酸素を含む空気を、それぞれ供
給する。この結果、上記第一反応室６に面した上記水素
極３部分で、Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- の反応が起こり、その結果生じた水素イオンが、上記薄
膜５を透過して上記第二反応室９内に進入する。そし
て、この第二反応室９に面した上記空気極４部分で、２Ｈ⁺ ＋Ｏ₂ ／２＋２ｅ^- →Ｈ₂ Ｏの反応が起こる。この結果、上記水素極３と上記空気極
４との間に電位差が生じる。１個のセル１毎に生じる電
位差は、１Ｖ程度しかない為、図１０に示した様なセル
１を直列に必要数重ね合わせて燃料電池スタック１３
（本発明の実施の形態を示す、図１参照）を構成し、必
要とする電圧を確保する。又、この燃料電池スタック１
３により得られる電流は直流である為、交流を必要とす
る場合には、インバータにより変換する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の様な原理で上記
セル１に発電させる為には、上記第一反応室６に水素ガ
スを送り込む必要がある。この水素ガスは、水素吸蔵合
金等のタンクから直接取り出したり、水素ガス以外のメ
タノール（ＣＨ₃ ＯＨ）等の燃料を改質して発生させ
る。例えば、メタノールを燃料として水素ガスを発生さ
せる場合、改質装置で、ＣＨ₃ ＯＨ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ₂ ＋３Ｈ₂ なる反応をさせれば、必要とする水素ガスを得られる。

【０００５】但し、この様にしてメタノール等の燃料を
改質して水素ガスを発生させる、所謂燃料改質方式の燃
料電池の場合、この水素ガスが発生する過程で、一酸化
炭素（ＣＯ）も発生する可能性がある。そして、この一
酸化炭素が上記水素ガスと共に、上記燃料電池スタック
１３のセル１の内部に送り込まれると、このセル１に設
けた触媒（白金）が、一酸化炭素被毒を受けて、燃料電
池の性能を十分に得られなくなる可能性がある。又、上
記一酸化炭素が、そのまま大気中に有害ガスとして排出
される可能性もある。この為、メタノール等の燃料を改
質して水素ガスを発生させる場合には、改質したガス中
に含まれる一酸化炭素を触媒により酸化させて、この一
酸化炭素を除去する必要がある。又、この一酸化炭素の
除去を効率良く行なう為に、上記触媒の温度を適正範囲
の温度に維持する必要もある。本発明の燃料電池用触媒
付熱交換器は、上述の様な事情に鑑みて発明したもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池用触媒
付熱交換器は、それぞれの内側に冷媒を流す為の扁平な
流路を有する複数の伝熱管素子を、隣り合う伝熱管素子
同士の間に、少なくともその片面に触媒が設けられたア
ウターフィンを挟持した状態で重ね合わせて成るコア部
を備える。そして、このコア部を構成する上記各伝熱管
素子の内部に冷媒を流通させると共に、これら各伝熱管
素子の外部に気体を、上記各伝熱管素子内での上記冷媒
の流通方向と直交する方向に通過させる状態で使用す
る。

【０００７】又、請求項２に記載した燃料電池用触媒付
熱交換器に於いては、各伝熱管素子の内側に設けられた
インナーフィンと、上記各伝熱管素子の内面の一部で、
これら各伝熱管素子の外部を通過する気体の通過方向に
関して一端部のみに設けられた、上記各伝熱管素子に対
する、上記各インナーフィンの上記冷媒の流通方向に関
する位置決めを行なう為の内側ガイド部とを備える。

【０００８】又、請求項３に記載した燃料電池用触媒付
熱交換器に於いては、上記内側ガイド部が、気体の流通
方向に関して上流側端部のみに設けられている。

【０００９】又、請求項４に記載した燃料電池用触媒付
熱交換器に於いては、各伝熱管素子又は隣り合う伝熱管
素子同士の間に設けられた中間部材の一部で、上記各伝
熱管素子内での冷媒の流通方向に関して一端部のみに設
けられた、上記各伝熱管素子又は上記各中間部材に対す
る、各アウターフィンの上記気体の流通方向に関する位
置決めを行なう為の外側ガイド部を備える。

【００１０】更に、請求項５に記載した燃料電池用触媒
付熱交換器に於いては、気体の流通方向に関する端部に
それぞれ位置する、各伝熱管素子及び各中間部材の一部
と、上記各伝熱管素子の重ね合わせ方向に関してコア部
の両端に設けた１対のサイドプレートの一部とを重ね合
わせる事により、上記コア部の一部から突出する筒状の
接続部を形成している。

【００１１】

【作用】上述の様に構成する本発明の燃料電池用触媒付
熱交換器によれば、簡単な構造で、アウターフィンに設
けた触媒の温度を、この触媒が反応し易い適正範囲の温
度に維持し易くできる。この為、高温の気体を、各伝熱
管素子の外部に通過させた場合でも、この気体中に含ま
れる有害成分を効率良く除去できると共に、上記触媒の
性能を長期間に亙り良好に維持できる。

【００１２】又、請求項２又は請求項４に記載した燃料
電池用触媒付熱交換器によれば、各伝熱管素子の内側に
設けられた流路と、隣り合う伝熱管素子同士の間に形成
される流路とのうち、少なくとも一方で、冷媒と気体と
の間での熱交換に寄与しない部分を少なくできる。この
為、燃料電池用触媒付熱交換器を大型化する事なく、触
媒の温度を適正範囲の温度に、より維持し易くできる。

【００１３】又、請求項３に記載した燃料電池用触媒付
熱交換器によれば、隣り合う伝熱管素子同士の間に形成
される流路内に流入した直後の気体の温度を高温にでき
て、この気体が上記流路内に流入した直後から直ちに、
この気体中に含まれる有害成分を除去する反応を起こし
易くできる。

【００１４】更に、請求項５に記載した燃料電池用触媒
付熱交換器によれば、安価な構造で、内側に気体を流す
ダクトとの着脱作業を容易に行なえて、燃料電池への組
み付け、取り外し作業の容易化を図れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１〜７は、請求項１及び請求項
５に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示してい
る。このうちの図１は、本発明の対象となる、触媒付熱
交換器１２、１２を組み込んだ燃料電池の回路のうち、
メタノールを改質して水素ガスを発生させ、この水素ガ
スを燃料電池スタック１３に送り込む迄の回路を示して
いる。メタノールを改質して水素ガスを発生させる場合
には、先ず、冷媒冷却用熱交換器１４で、水とメタノー
ルとの混合液体の温度を所定値迄上昇させる。この冷媒
冷却用熱交換器１４では、それぞれ後述する触媒付熱交
換器１２、１２、又は第一中間熱交換器１５を通過する
事により高温になった冷却液（１００％エチレングリコ
ール）と、やはり後述する第二中間熱交換器１６を通過
する事により高温になった冷却水（クーラント）と、上
記混合液体とを、互いに非接触で熱交換させる。尚、上
記冷却液とクーラントとが上記冷媒冷却用熱交換器１４
に送り込まれる直前の状態で、上記冷却液の温度は上記
クーラントの温度よりも高い。従って、この冷却液は、
上記冷媒冷却用熱交換器１４で、上記混合液体及びクー
ラントとの間で熱交換が行なわれて、温度が低下する。
これに対して、上記混合液体は、上記冷媒冷却用熱交換
器１４に送り込まれる直前の状態で、上記冷却液及びク
ーラントよりも低温である。この為、上記混合液体は、
この冷媒冷却用熱交換器１４で熱交換が行なわれて、温
度が前記所定値迄上昇する。

【００１６】次いで、温度が上記所定値迄上昇した上記
混合液体は、エバポレータ１７に送り込まれる。そし
て、上記混合液体は、このエバポレータ１７内で、約５
００℃の過熱ガスとの間で熱交換を行なう。この結果、
この混合液体は、上記エバポレータ１７内で蒸発して、
約１６０℃の混合ガスとなる。尚、上記エバポレータ１
７に送り込まれる過熱ガスは、触媒付燃焼器１８で、上
記燃料電池スタック１３で消費されなかった余剰な水素
ガスと空気とを反応させる事により得られた高温のガス
を使用している。

【００１７】そして、水蒸気とメタノールとの混合ガス
は、続いて、酸素（Ｏ₂ ）を含む空気と共に、改質装置
１９に送り込まれる。そして、この改質装置１９内で、
上記混合ガスと酸素とが反応する事で、水素ガスが発生
する。但し、この様に水素ガスが発生する過程では、微
量な一酸化炭素も発生する。そこで、これら水素ガス及
び一酸化炭素を含むガスと、酸素を含む空気とを、次で
詳しく説明する、触媒付熱交換器１２、１２で反応させ
る事により、上記ガスから上記一酸化炭素を除去する
（一酸化炭素を酸化させる）。

【００１８】尚、上記改質装置１９から取り出された直
後のガスは、約２５０℃の高温になる為、このガスをそ
のまま上記各触媒付熱交換器１２、１２に送り込んだの
では、これら各触媒付熱交換器１２、１２に設けた触媒
の反応が十分に行なわれず、上記ガス中から上記一酸化
炭素を除去する反応が十分に行なわれない可能性があ
る。そこで、上記ガスを上記各触媒付熱交換器１２、１
２に送り込む前に、予め第一中間熱交換器１５に送り込
んで、この第一中間熱交換器１５で、上記触媒が反応し
易い所定温度迄低下させる。そして、この様にして所定
温度迄低下させたガスを、酸素を含む空気と共に、２個
の触媒付熱交換器１２、１２に、順に送り込んで、上記
ガス中から上記一酸化炭素を除去する反応を起こさせ
る。この様にして一酸化炭素を十分に除去されたガス
は、第二中間熱交換器１６で約８５℃に温度を低下させ
られた後、燃料電池スタック１３の第一反応室６（図１
０参照）に送り込まれて、発電に利用される。

【００１９】次に、この様な燃料電池に組み込んで使用
する、本発明の触媒付熱交換器１２の詳細な構造を、図
２〜７により説明する。この触媒付熱交換器１２は、そ
れぞれの内側に、冷媒である冷却液を流す為の扁平な流
路を有する複数の伝熱管素子２０、２０を、隣り合う伝
熱管素子２０、２０同士の間に、中間部材である１対の
第一金属板２１、２１と、コルゲート型のアウターフィ
ン２２、２２とを挟持した状態で重ね合わせている。
又、上記複数の伝熱管素子２０、２０を、隣り合う伝熱
管素子２０、２０同士の間に、上記アウターフィン２
２、２２を挟持した状態で重ね合わせて、コア部２３を
構成している。このうちの各伝熱管素子２０、２０は、
全体を枠状に形成した第二金属板２４を、それぞれが薄
肉平板状である１対の仕切板２６、２６により、両側か
ら挟持している。又、この第二金属板２４の内側に、コ
ルゲート型のインナーフィン２５を設けている。そし
て、これら各仕切板２６、２６の長さ方向（図２、３、
６の左右方向、図５の裏表方向）両端部に、それぞれが
これら各仕切板２６、２６の幅方向（図６の裏表方向、
図５の左右方向）に長い、１対の第一の通孔２７、２７
を形成している。それぞれが上記１対の仕切板２６、２
６と第二金属板２４とインナーフィン２５とから成る、
各伝熱管素子２０、２０は、これら各部材２６、２４、
２５を組み合わせた状態で、内側（１対の仕切板２６、
２６同士の間）に、上記冷却液を流す為の扁平な冷媒流
路２８を形成している。

【００２０】そして、隣り合う伝熱管素子２０、２０の
間部分の両端部に、前記１対の第一金属板２１、２１を
挟持している。これら各第一金属板２１、２１は、それ
ぞれ上記各仕切板２６、２６の長さ方向端部と同様の形
状を有する。そして、これら各第一金属板２１、２１の
中央部に、上記各仕切板２６、２６に設けた第一の通孔
２７、２７と同様の形状を有する第二の通孔２９を、そ
れぞれ形成している。又、隣り合う伝熱管素子２０、２
０同士の間に、１対の第一金属板２１、２１を挟持した
状態で、これら両第一金属板２１、２１の間部分に、前
記アウターフィン２２を配置している。これら各アウタ
ーフィン２２、２２の両面には、一酸化炭素と酸素との
反応を促進する為の酸化触媒を付着させている。

【００２１】又、上記各第二金属板２４、２４の幅方向
両端面のそれぞれ２個所位置に矩形状の突部３０ａ、３
０ａを、これら幅方向両端面の長さ方向両端部近くから
突出形成している。又、上記各仕切板２６、２６の一部
で、上記各第二金属板２４、２４に設けた突部３０ａ、
３０ａと整合する４個所位置にも、これら各突部３０
ａ、３０ａと同様の形状を有する突部３０ｂ、３０ｂ
を、それぞれ形成している。更に、上記各第一金属板２
１、２１の長さ方向（図６の表裏方向、図５の左右方
向、図７の上下方向）両端部にも、上記各突部３０ａ、
３０ｂと同様の形状を有する１対の突部３０ｃ、３０ｃ
を、それぞれ形成している。

【００２２】上記各第一、第二金属板２１、２４及び各
仕切板２６は、ステンレス鋼板等から成る芯材の両面に
主成分がＮｉであるろう材を積層した両面クラッド材で
ある。本発明の触媒付熱交換器１２を造る場合には、上
記各第一、第二金属板２１、２４と、各仕切板２６、２
６と、各インナー、アウターフィン２５、２２と、１対
のサイドプレート３１、３１と、冷媒送り込み管３２及
び冷媒取り出し管３３とを、上下方向両端に上記各サイ
ドプレート３１、３１を配置した状態で組み合わせ、加
熱炉中で加熱して、上記ろう材により上記各部材２１、
２２、２４〜２６、３１〜３３を、互いにろう付け接合
する。又、この様に各部材２１、２２、２４〜２６、３
１〜３３を組み合わせた状態で、上下方向に互いに重ね
合わされた、第一、第二金属板２１、２４及び仕切板２
６同士で、各突部３０ａ〜３０ｃを互いに重ね合わせ
る。又、上記各サイドプレート３１、３１の幅方向両端
部に設けた１対の外側部分３４、３４の片面の長さ方向
両端部と、前記コア部２３の上下方向両端に位置する、
１対の第一金属板２１、２１に設けた突部３０ｃ、３０
ｃ（又は、第二金属板２４、２４に設けた突部３０ａ、
３０ａ）の片面とを、互いに重ね合わせる。そして、上
記各部材２１、２２、２４〜２６、３１〜３３を、互い
にろう付け接合した状態で、上下方向に互いに重ね合わ
された、各突部３０ａ〜３０ｃの両側面及び上記外側部
分３４、３４の片面の長さ方向両端部も、互いにろう付
け接合する事で、上記コア部２３の厚さ方向（図６の表
裏方向、図４、７の上下方向、図５の左右方向）両側か
らそれぞれ突出する、１対の筒状の接続部３５、３５を
形成している。

【００２３】又、上述の様に、上記各部材２１、２２、
２４〜２６、３１〜３３を組み合わせた状態で互いに対
向する、上記各第一金属板２１、２１に設けた第一の通
孔２７、２７の内側空間と、上記各第二金属板２４、２
４の内側空間の長さ方向両端部と、上記各仕切板２６、
２６に設けた第二の通孔２９、２９の内側空間とを、互
いに連通して、入口タンク部３６と出口タンク部３７と
を、それぞれ構成している。そして、上記入口タンク部
３６の上端部に前記冷媒送り込み管３２の下流端を、上
記出口タンク部３７の上端部に前記冷媒取り出し管３３
の上流端を、それぞれ接続している。

【００２４】更に、本例の場合には、次の様にして、前
記各伝熱管素子２０、２０に対する前記各インナーフィ
ン２５、２５の位置決めと、上記各第一金属板２１、２
１に対する前記各アウターフィン２２、２２の位置決め
とを行なっている。先ず、上記各インナーフィン２５、
２５の位置決めを行なう為に、上記各第二金属板２４、
２４の内周面の隅部である４個所位置に、内側ガイド部
３８、３８を、それぞれ上記各第二金属板２４、２４の
内側空間に突出する状態で形成している。これら各第二
金属板２４、２４の長さ方向に関する、上記各内側ガイ
ド部３８、３８同士の間隔は、上記各インナーフィン２
５、２５の長さ方向（図２〜４、６の左右方向、図５の
裏表方向）に関する長さと同じか、これよりも僅かに大
きくしている。

【００２５】そして、これら各インナーフィン２５、２
５の少なくとも幅方向（図６の裏表方向、図４の上下方
向、図５の左右方向）一端を、上記各第二金属板２４、
２４の内周面で、幅方向に向いた側面に突き当てる事
で、上記各伝熱管素子２０、２０の幅方向（図６の裏表
方向、図４の上下方向、図５の左右方向）に関する、上
記各インナーフィン２５、２５の位置決めを行なってい
る。又、これら各インナーフィン２５、２５の幅方向両
端部で、少なくとも長さ方向一端縁を、上記各内側ガイ
ド部３８、３８の側面のうち、上記第二金属板２４の長
さ方向に向いた側面に突き当てる事で、上記各伝熱管素
子２０、２０の長さ方向（図２〜４、６の左右方向、図
５の裏表方向）に関する、上記各インナーフィン２５、
２５の位置決めを行なっている。

【００２６】更に、上記各第一金属板２１、２１に対す
る上記各アウターフィン２２、２２の位置決めを行なう
為に、上記各第一金属板２１、２１の一部で、上記各ア
ウターフィン２２、２２と対向する内側面に、１対の外
側ガイド部３９、３９を、この内側面から互いに間隔を
あけて突出形成している。又、上記各第一金属板２１、
２１に設けた各外側ガイド部３９、３９同士の間隔は、
上記各アウターフィン２２、２２の幅方向（図６の裏表
方向、図５の左右方向、図７の上下方向）の長さと同じ
か、これよりも僅かに大きくしている。そして、上記各
アウターフィン２２、２２の少なくとも長さ方向（図
２、３、６、７の左右方向、図５の裏表方向）一端縁
を、コア部２３の両側に設けた各第一金属板２１、２１
のうち、少なくとも片側の第一金属板２１、２１の内側
面に突き当てる事で、上記各第一金属板２１、２１の幅
方向（図２、３、６、７の左右方向、図５の裏表方向）
に関する、上記各アウターフィン２２、２２の位置決め
を行なっている。又、これら各アウターフィン２２、２
２の長さ方向両端部で、少なくとも幅方向一端縁を、上
記各外側ガイド部３９、３９の側面のうち、各第一金属
板２１、２１の長さ方向（図６の表裏方向、図５の左右
方向、図７の上下方向）に向いた側面に突き当てる事
で、これら各第一金属板２１、２１の長さ方向に関す
る、上記各アウターフィン２２、２２の位置決めを行な
っている。

【００２７】上述の様に構成する本発明の燃料電池用触
媒付熱交換器の使用時には、前述の図１に示した燃料電
池に、２個の触媒付熱交換器１２、１２を、互いに直列
に接続した状態で組み込む。この際、内側に水素ガスを
含むガスを流す、各ダクト（図示せず）の下流端、又は
上流端を、上記各触媒付熱交換器１２に設けた接続部３
５に気密に接続する。そして、ガスの上流側のダクトを
通じて、上記水素ガス及び一酸化炭素を含む高温のガス
を、上記コア部２３を構成する各伝熱管素子２０、２０
の外部に、図２、５、７の矢印α方向に通過させる。こ
れと共に、前記触媒冷却用熱交換器１４を通過する事に
より低温になった冷却液を、前記冷媒送り込み管３２を
通じて、前記入口タンク部３６に送り込む。この様にし
て入口タンク部３６に送り込まれた冷却液は、上記各伝
熱管素子２０、２０の内部に設けた複数の冷媒流路２
８、２８内を、図２、４、６の矢印β方向に、上記各伝
熱管素子２０、２０の外部を通過するガスとの間で熱交
換を行ないつつ流れて、出口タンク部３７に達する。こ
の様にして出口タンク部３７に達した冷却液は、冷媒取
り出し管３３を通じて外部に取り出され、上記触媒冷却
用熱交換器１４に送られる。

【００２８】前述の様に構成し、上述の様に上記冷却液
と上記ガスとの間で熱交換を行なわせる、本発明の燃料
電池用触媒付熱交換器によれば、本例の様にコア部２３
を構成する各伝熱管素子２０、２０の外部を通過する直
前のガスが高温である場合でも、簡単な構造で、このガ
ス及びアウターフィン２２、２２を冷却して、これら各
アウターフィン２２、２２に設けた触媒の温度を過度に
高くしない様にできる。従って、この触媒の温度を、こ
の触媒が反応し易い適正範囲の温度に維持し易くでき
る。この為、上記ガス中に含まれる一酸化炭素を効率良
く酸化反応させて、このガス中から、一酸化炭素を効率
良く除去できると共に、上記触媒の性能を長期間に亙り
良好に維持できる。

【００２９】更に、本例の場合には、第一、第二各金属
板２１、２４及び各仕切板２６、２６に設けた突部３０
ａ〜３０ｃと、各サイドプレート３１、３１の一部とを
重ね合わせる事により、内側に上記ガスを流すダクトの
端部を接続する為の、筒状の接続部３５、３５を形成し
ている。この為、本例の触媒付熱交換器１２によれば、
安価な構造で、上記ダクトとの着脱作業を容易に行なえ
て、燃料電池への組み付け、取り外し作業の容易化を図
れる。従って、燃料電池の組み付けに要するコスト並び
にこの燃料電池の修理・点検に要するコストの低減を図
れる。

【００３０】次に、図８〜９は、請求項２〜５に対応す
る、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の
場合には、図８に示す様に、上述した第１例の場合と異
なり、第二金属板２４ａの内周面の一部で、各伝熱管素
子２０の外部を通過するガスの通過方向α（図９）に関
して上流側端部（図８、９の下端部）の２個所位置のみ
に、内側ガイド部３８、３８を形成している。即ち、上
記各第二金属板２４ａの上記ガスの流通方向αに関して
下流側端部（図８、９の上端部）には、内側ガイド部を
形成していない。そして、上記第二金属板２４ａの内周
面の２個所位置に設けた内側ガイド部３８、３８のみに
より、上記各伝熱管素子２０の長さ方向（図８の左右方
向）に関する、各インナーフィン２５の位置決めを行な
っている。

【００３１】又、本例の場合には、図９に示す様に、コ
ア部２３の幅方向（図８、９の左右方向）両側に設けた
複数の第一金属板２１ａ、２１ａのうち、上記コア部２
３の幅方向片側（図８、９の右側）の第一金属板２１ａ
の内側面の２個所位置のみに、外側ガイド部３９、３９
を形成している。即ち、上記コア部２３の幅方向他側
（図８、９の左側）の第一金属板２１ａの内側面には、
外側ガイド部を形成していない。従って、上記各外側ガ
イド部３９、３９は、上記各伝熱管素子２０の内部を流
れる、冷却液の流通方向β（図８）に関して下流側端部
（図８、９の右端部）のみに存在する。そして、上記コ
ア部２３の幅方向片側の第一金属板２１ａに設けた外側
ガイド部３９、３９のみにより、上記各第一金属板２１
ａ、２１ａの長さ方向に関する、各アウターフィン２２
の位置決めを行なっている。

【００３２】上述の様に構成する本例の燃料電池用触媒
付熱交換器によれば、各伝熱管素子２０、２０の内側に
設けた冷媒流路２８の一部で、冷却液とガスとの間での
熱交換に寄与しない部分を少なくできる。即ち、上述し
た第１例の場合には、各第二金属板２４ａの内周面の一
部で、上記ガスの通過方向αに関する上流側端部だけで
なく、下流側端部にも、内側ガイド部３８を形成してい
た。この様な第１例の場合には、上記各冷媒流路２８の
一部で、コア部２３の幅方向に対向する、２個の内側ガ
イド部３８、３８によりそれぞれ挟まれた、図４に斜格
子で示す２個所部分を、上記冷却液が流通できない。こ
の為、この２箇所部分が、上記冷却液と上記ガスとの間
での熱交換に寄与しない部分となる。この為、上述した
第１例の場合には、触媒の温度を適正範囲に維持するの
に必要な熱交換性能を得る為に、コア部２３を大きくす
る必要があった。これに対して、本例の場合には、内側
ガイド部３８、３８を少なくしている為、上記熱交換を
行なうのに寄与しない部分が、図８に斜格子で示す１個
所部分のみとなる。この為、触媒付熱交換器１２を大型
化する事なく、熱交換性能を十分に確保できて、上記触
媒の温度を適正範囲の温度に、より維持し易くできる。
又、上記各内側ガイド部３８、３８を少なくしている
為、各第二金属板２４ａの重量の軽減を図れると共に、
これら各第二金属板２４ａの構造を簡略化できて、加工
性の向上を図れる。

【００３３】又、上記各内側ガイド部３８、３８を形成
した場合には、これら各内側ガイド部３８、３８の側面
と各第二金属板２４ａの一部内周面との間に隅部４０、
４０が形成され、これら各隅部４０、４０に、ろう付け
接合時に溶融したろう材が溜まり易くなる。そして、こ
の様にろう材が第二金属板２４ａの一部に溜まった場合
には、これら各第二金属板２４ａの一部や、この一部の
近傍に存在するインナーフィン２５や仕切板２６（図
２、３等参照）の一部に、この一部にろう材の成分が入
り込み融点が低下する事で当該部分が欠けた様になる、
エロージョンが発生し易くなる。これに対して、本例の
場合には、内側ガイド部３８、３８を少なくしている
為、上記ろう材が溜まり易くなる部分を少なくできて、
エロージョンの発生を抑える事ができる。

【００３４】又、本例の場合には、上記各第二金属板２
４ａの内周面の一部で、前記ガスの流通方向αに関して
上流側端部に、内側ガイド部３８、３８を形成している
為、上記冷媒流路２８のうち、上記各内側ガイド部３
８、３８により挟まれた部分が、前記熱交換に寄与しな
い部分となる。一方、隣り合う伝熱管素子２０の間部分
に形成された複数のガス流路４１内を流れるガスの温度
は、これら各ガス流路４１を通過するのに従って、或る
程度の長さまでは、反応により生じた熱により、触媒が
反応し易い温度に上昇する。但し、上記ガスが上記ガス
流路４１に流入した直後では、このガスの温度は、触媒
が反応し易い温度に達していない可能性がある。これに
対して、本例の触媒付熱交換器の場合には、図８に斜格
子で示した、冷媒による熱交換が行なわれない部分が、
上記ガス流路４１の上流端部分に存在する。従って、上
述の様な場合でも、上記各ガス流路４１内でのガスの流
入初期温度を、触媒が反応し易い、適正温度に直ちに上
昇できて、このガス中に含まれる一酸化炭素を除去する
反応を、効率良く起こさせる事ができる。

【００３５】又、前述した第１例の場合には、コア部２
３の幅方向両側の各第一金属板２１ａ、２１ａの一部
に、外側ガイド部３９、３９を形成していた。この為、
上記第１例の場合には、隣り合う伝熱管素子２０の間
で、１対の第一金属板２１ａ、２１ａの間部分に形成さ
れるガス流路４１のうち、図７に斜格子で示す、２個所
部分は、ガスと冷却液との間での熱交換に寄与しない部
分となる。これに対して、本例の場合には、外側ガイド
部３９、３９を、上記コア部２３の幅方向片側の第一金
属板２１ａの内側面のみに設けている為、図９に斜格子
で示す様に、上記熱交換を行なうのに寄与しない部分が
１個所部分のみとなる。この為、触媒付熱交換器１２を
大型化する事なく、熱交換性能を十分に確保できて、触
媒の温度を適正範囲の温度に、より維持し易くできる。
又、本例の場合には、上記外側ガイド部３９、３９を少
なくできる為、上記各第一金属板２１ａ、２１ａの一部
の重量の軽減を図れると共に、構造を簡略化できて、加
工性の向上を図れる。更に、上記各第一金属板２１ａ、
２１ａの一部や、この一部の近傍に存在するアウターフ
ィン２２や仕切板２６の一部で、ろう材が溜まり易くな
る部分を少なくできて、前述した様なエロージョンの発
生を抑制できる。尚、本例の場合には、上記コア部２３
の幅方向片側の第一金属板２１ａのみに、アウターフィ
ン２２の位置決めを図る為の外側ガイド部３９、３９を
形成しているが、上記コア部２３の幅方向他側の第一金
属板２１ａのみに外側ガイド部を形成しても、本例の場
合と同様の効果を得られる。その他の構成及び作用に就
いては、上述した第１例の場合と同様である為、同等部
分に関する図示並びに説明は省略する。

【００３６】

【発明の効果】本発明の燃料電池用触媒付熱交換器は、
以上に述べた通り構成され作用する為、有害成分を含む
気体中から、この有害成分を効率良く除去できると共
に、触媒の性能を長期間に亙り良好に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池用触媒付熱交換器を組み込ん
だ燃料電池の１例を示す回路図。

【図２】本発明の実施の形態の第１例を、一部を省略し
て示す斜視図。

【図３】同じく一部を分解して示す斜視図。

【図４】同じく第二金属板の厚さ方向中間部で切断し
て、図２の上方から見た図。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】同じくＢ−Ｂ断面図。

【図７】第１例の構造を、第一金属板の厚さ方向中間部
で切断して、図２の上方から見た図。

【図８】本発明の実施の形態の第２例を示す、図４と同
様の図。

【図９】同じく図７と同様の図。

【図１０】燃料電池の発電原理を説明する為に使用す
る、セルの略断面図。

【符号の説明】

１セル２電解質３水素極４空気極５薄膜６第一反応室７水素供給口８水素還流口９第二反応室１０酸素供給口１１排気口１２触媒付熱交換器１３燃料電池スタック１４冷媒冷却用熱交換器１５第一中間熱交換器１６第二中間熱交換器１７エバポレータ１８触媒付燃焼器１９改質装置２０伝熱管素子２１、２１ａ第一金属板２２アウターフィン２３コア部２４、２４ａ第二金属板２５インナーフィン２６仕切板２７第一の通孔２８冷媒流路２９第二の通孔３０ａ、３０ｂ、３０ｃ突部３１サイドプレート３２冷媒送り込み管３３冷媒取り出し管３４外側部分３５接続部３６入口タンク部３７出口タンク部３８内側ガイド部３９外側ガイド部４０隅部４１ガス流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれの内側に冷媒を流す為の扁平な
流路を有する複数の伝熱管素子を、隣り合う伝熱管素子
同士の間に、少なくともその片面に触媒が設けられたア
ウターフィンを挟持した状態で重ね合わせて成るコア部
を備え、このコア部を構成する上記各伝熱管素子の内部
に冷媒を流通させると共に、これら各伝熱管素子の外部
に気体を、上記各伝熱管素子内での上記冷媒の流通方向
と直交する方向に通過させる状態で使用する燃料電池用
触媒付熱交換器。
【請求項２】各伝熱管素子の内側に設けられたインナ
ーフィンと、上記各伝熱管素子の内面の一部で、これら
各伝熱管素子の外部を通過する気体の通過方向に関して
一端部のみに設けられた、上記各伝熱管素子に対する、
上記各インナーフィンの上記冷媒の流通方向に関する位
置決めを行なう為の内側ガイド部とを備える、請求項１
に記載した燃料電池用触媒付熱交換器。
【請求項３】内側ガイド部が、気体の流通方向に関し
て上流側端部のみに設けられた、請求項２に記載した燃
料電池用触媒付熱交換器。
【請求項４】各伝熱管素子又は隣り合う伝熱管素子同
士の間に設けられた中間部材の一部で、上記各伝熱管素
子内での冷媒の流通方向に関して一端部のみに設けられ
た、上記各伝熱管素子又は上記各中間部材に対する、各
アウターフィンの上記気体の流通方向に関する位置決め
を行なう為の外側ガイド部を備える、請求項２又は請求
項３に記載した燃料電池用触媒付熱交換器。
【請求項５】気体の流通方向に関する端部にそれぞれ
位置する、各伝熱管素子及び各中間部材の一部と、上記
各伝熱管素子の重ね合わせ方向に関してコア部の両端に
設けた１対のサイドプレートの一部とを重ね合わせる事
により、上記コア部の一部から突出する筒状の接続部を
形成した、請求項１〜４の何れかに記載した燃料電池用
触媒付熱交換器。