JP2002352829A

JP2002352829A - 燃料電池用コンデンサ

Info

Publication number: JP2002352829A
Application number: JP2001154216A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yoshioka; 宏起吉岡
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】純水の消費量の低減を図れる構造で、燃料電
池全体のコスト低減及び小型化を図る。【解決手段】第二出口タンク部４０の内部に、この第
二出口タンク部４０の径方向内、外を仕切る状態で筒状
部材２５を構成する筒部２４を設ける。第二出口タンク
部４０に入り込んだ気体及び凝縮水を、この第二出口タ
ンク部４０の内周面と上記筒部２４の外周面との間の環
状空間４２内に、ほぼ同一の方向に旋回させつつ下方に
向け流す。凝縮水は、この環状空間４２内で遠心力によ
り振り飛ばされて、上記第二出口タンク部４０の内面に
衝突し、下降する。上記筒部２４の内側に入り込んだ凝
縮水は、旋回しつつ上昇し、この筒部２４の内面に衝突
して、下降する。下降した凝縮水は、気体と分離した状
態で外部に取り出す。

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コ
ンデンサは、電気自動車等に搭載される燃料電池の空気
極又は水素極部分から発生する水蒸気を凝縮して回収
し、燃料電池の発電効率向上の為の水分を貯溜したタン
ク内への水の補給サイクルを長くする為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池では、単位となるセルを複数枚
重ね合わせている。これら各セルの内部は、燐酸等の電
解質を水素極と空気極（酸素極）とでサンドイッチ状に
挟んで成る薄膜により、第一反応室と第二反応室との２
室に仕切っている。発電を行なう際には、上記水素極側
の第一反応室に水素ガス（Ｈ² ）を、上記空気極側の第
二反応室に酸素（Ｏ₂ ）を含む空気を、それぞれ供給す
る。この結果、上記水素極部分で水素イオン（Ｈ⁺ ）が
生じると共に、この水素イオンが上記薄膜を通過して、
上記空気極部分で水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）が発生する。又、こ
れに伴って、上記水素極と空気極との間で電位差が生じ
る。１個のセル毎に生じる電位差は、１Ｖ程度しかない
為、このセルを直列に必要数重ね合わせて燃料電池スタ
ックとし、必要とする電圧を確保する。

【０００３】上述の様な原理で上記セルに発電させる場
合、上記水素極及び空気極部分での反応を活性化させ、
発電効率を確保する為に、上記第一反応室内に送り込む
水素ガス、並びに上記第二反応室内に送り込む酸素を含
む空気を湿らせる（加湿する）必要がある。この為に従
来から、燃料電池に、上記水素ガス及び空気を加湿する
為の加湿装置を設ける事が考えられている。この加湿装
置は、純水を貯溜する貯水タンクと、この貯水タンクか
ら取り出した純水により、上記燃料電池スタックに送り
込む直前の水素ガス及び空気を加湿する加湿器とを備え
る。又、上記燃料電池スタックの第二反応室内では、水
蒸気が発生する為、この第二反応室内から取り出した空
気中に含まれる水蒸気を、コンデンサで凝縮させ、純水
として上記貯水タンクに回収すれば、燃料電池の効率的
発電の為に必要な純水の消費量を低減できる。例えば、
この様に空気中に含まれる水蒸気を凝縮させる為のコン
デンサとして、図１８に示す様な構造が考えられてい
る。

【０００４】このコンデンサ１は、その上流側部分に水
蒸気を含む空気を、下流側部分にこの水蒸気が凝縮する
事により生じた凝縮水及び空気を、それぞれ流通させる
冷却流路２、２を有する。これら各冷却流路２、２の上
流端には気体受け入れ口３を設け、燃料電池スタックの
各セルを構成する空気極側の第二反応室（図示せず）内
から取り出した水蒸気を含む気体を受け入れ自在として
いる。又、上記各冷却流路２、２の下流端には吐出口４
を設け、この吐出口４を、上記コンデンサ１と別体の図
示しない気液分離機の受け入れ口に通じさせている。こ
の気液分離機は、送り込まれた凝縮水及び空気を分離し
て、凝縮水のみを凝縮水吐出口から取り出し自在として
いる。又、上記気液分離機に設けた気体取り出し口から
空気を、大気中に排出自在としている。

【０００５】一方、上記コンデンサ１には、上記各冷却
流路２、２に隣接する状態で冷媒流路５、５を設け、こ
れら各冷媒流路５、５内に、冷媒である冷却水（クーラ
ント）を流通自在としている。この為に、上記各冷媒流
路５、５の上流端には冷媒入口６を、下流端には冷媒出
口７を、それぞれ設けている。そして、この冷媒出口７
を、上記冷却水を放熱する為の図示しないラジエータの
入口に、上記冷媒入口６を、このラジエータから冷却水
を取り出して吐出するやはり図示しない送水ポンプの吐
出口に、それぞれ通じさせている。電気自動車等の、燃
料電池を搭載した装置の運転時には、上記送水ポンプの
運転に伴って上記各冷媒流路５、５内に冷却水を流通さ
せ、上記各冷却流路２、２内を流通する空気中に含まれ
る水蒸気を凝縮し液化する。そして、上記気液分離機中
で空気と分離した凝縮水を、上記凝縮水吐出口から取り
出す。この凝縮水吐出口から取り出した凝縮水は、貯水
タンク２４内に回収して、燃料電池の効率的発電の為に
必要な純水の消費量を低減する為に利用する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に構成し作用
する、従来から考えられているコンデンサ１の場合、凝
縮水と空気とを分離する為の気液分離機を、このコンデ
ンサ１と別体に設ける必要があった。この為、燃料電池
全体の部品点数が増えて、この燃料電池全体のコストが
嵩む原因となっているだけでなく、燃料電池全体の大型
化を招く可能性があった。又、従来構造の場合、冷媒流
路５、５の上流端に設けた冷媒入口６を、コンデンサ１
の下端に設けていた為、このコンデンサ１の内部に、冷
却水を上記各冷媒流路５、５に分流させるべく設けてい
た図示しない入口タンク部の上側に、空気逃がし管を設
ける必要があった。即ち、上記入口タンク部の下側から
冷媒入口６を通じて冷却水を送り込む場合、この入口タ
ンク部の上端部に空気が溜まった状態のままとなる、所
謂エア溜りが生じる可能性がある。この場合には、コン
デンサ１の内部に十分な量の冷却水を送り込めなくな
り、コンデンサ１の十分な性能確保を図れなくなる可能
性がある。これに対して、上記空気逃がし管を設けた場
合には、上記エア溜りが生じる事を防止できるが、この
場合には、この空気逃がし管を設ける分、部品コストや
加工コストが嵩む原因となる。本発明の燃料電池用コン
デンサは、この様な事情に鑑みて発明したものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池用コン
デンサは、何れも燃料電池スタックから排出された気体
及びこの気体中に含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水を流
通させる冷却流路と、この冷却流路の上流端に設けら
れ、上記燃料電池スタックの空気極又は水素極の排気口
から送り出される気体を受け入れる気体受け入れ口と、
上記冷却流路中で上記水蒸気が凝縮する事により生じた
凝縮水を貯水タンクに戻す為の凝縮水吐出口と、この凝
縮水を除いた気体を排出する為の気体吐出口と、上記冷
却流路内を流れる気体を冷却する為の冷媒を流通させる
為の冷媒流路とを備える。

【０００８】そして、請求項１に記載した燃料電池用コ
ンデンサに於いては、上記冷却流路の下流端がその上側
部分に接続された出口タンク空間と、この出口タンク空
間の上側部分内側に、この出口タンク空間の径方向内、
外を仕切る状態で設けられた筒部とを備える。そして、
この筒部の内側上端を上記気体吐出口に通じさせると共
に、上記出口タンク空間の下端を上記凝縮水吐出口に通
じさせている。そして、上記出口タンク空間の内周面
と、上記筒部の外周面との間に存在する環状空間内に送
られた、凝縮水及び気体が、この環状空間内を下方に向
け流れた後、これら凝縮水及び気体のうち、少なくとも
気体が上記筒部内を上方に向け流れる。

【０００９】又、請求項２に記載した燃料電池用コンデ
ンサに於いては、上記冷却流路の下流端が接続された出
口タンク空間と、この出口タンク空間の内部に設けられ
て、その壁面の長さ方向一端から他端に向かう程、この
出口タンク空間の中心軸と壁面との間の距離が漸次大き
くなる形状に形成された渦巻き状壁部とを備える。そし
て、上記出口タンク空間の上端部で中心軸寄り部分を、
上記コア部の上部に設けた上記気体吐出口に通じさせる
と共に、上記出口タンク空間の下端を上記凝縮水吐出口
に通じさせている。

【００１０】更に、請求項３に記載した燃料電池用コン
デンサに於いては、複数の冷媒流路に冷媒を分流させる
為の上下方向に亙る入口タンク部と、この入口タンク部
よりも上側に設けられて、この入口タンク部内に外部か
ら冷媒を送り込む為の冷媒入口とを備える。

【００１１】

【作用】上述の様に構成する本発明の燃料電池用コンデ
ンサによれば、気体中に含まれる水蒸気を凝縮して、凝
縮水とした後、別体の気液分離機を設ける事なく、この
凝縮水を気体と分離して取り出せる。先ず、請求項１に
記載した燃料電池用コンデンサの場合には、凝縮水及び
気体が、筒部の内側、又は出口タンク空間で旋回しつつ
流れる構造とする事ができる。そして、この場合には、
比重量が比較的大きい凝縮水が遠心力により上記出口タ
ンク空間の径方向外側に振り飛ばされて、上記筒部の内
周面又は上記出口タンク空間の周囲に設けた壁部の内周
面に衝突する。そして、上記凝縮水は、上記筒部又は壁
部の内周面に沿って下降し、凝縮水吐出口より外部に取
り出される。一方、上記筒部の内側を上昇した気体は、
気体吐出口を通じて外部に取り出される。従って、別体
の気液分離機を設ける事なく、凝縮水を気体と分離して
取り出して、貯水タンクに回収できる。

【００１２】又、請求項２に記載した燃料電池用コンデ
ンサによれば、出口タンク空間内に入り込んだ、凝縮水
及び気体をこの出口タンク空間内で、渦巻き状に旋回し
つつ中心寄り部分に向け流す事ができる。この様に凝縮
水及び気体が流れる間に、比重量が比較的大きい凝縮水
は、遠心力により上記タンク空間の径方向外側に振り飛
ばされて、渦巻き状壁部の壁面に衝突する。そして、こ
の凝縮水は、この壁面に沿って下降し、凝縮水吐出口よ
り外部に取り出される。一方、上記出口タンク空間の内
側を上昇した気体は、気体吐出口を通じて外部に取り出
される。従って、やはり別体の気液分離機を設ける事な
く、凝縮水を気体と分離して取り出して、貯水タンクに
回収出来る。この結果、本発明の燃料電池用コンデンサ
によれば、燃料電池の効率的発電の為に必要な純水の消
費量を低減できる構造で、燃料電池全体のコスト低減及
び小型化を図れる。

【００１３】又、請求項３に記載した燃料電池用コンデ
ンサによれば、コンデンサの一部に空気逃がし管を設け
る事なく、十分な性能確保を図れる為、コスト低減を図
れる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１〜１１は、請求項１及び請求
項３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示して
おり、図１〜３はコンデンサ１ａの全体的な具体的構造
を、図４は同じく分解した状態を、それぞれ示してい
る。このコンデンサ１ａは、それぞれが複数枚ずつの第
一、第二金属板８、９と、仕切板１０、１０と、第一、
第二サイドプレート１１、１２とを備える。又、上記各
第一金属板８、８の内側に冷媒である冷却水を流す為の
冷媒流路１３、１３を、上記各第二金属板９、９の内側
に気体及びこの気体中に含まれる水蒸気が凝縮した凝縮
水を流通させる冷却流路１４、１４を、それぞれ形成し
ている。そして、それぞれが複数枚ずつの上記第一金属
板８、８と上記第二金属板９、９とを、隣り合う第一、
第二金属板８、９同士の間に上記仕切板１０、１０を１
枚ずつ設けた状態で交互に重ね合わせる事により、コア
部１５を構成している。尚、これら各仕切板１０、１０
の厚さは、上記各第一、第二金属板８、９の厚さに比べ
て十分に小さくしている。

【００１５】そして、上記コア部１５の上下両端に位置
する２枚の第一、第二金属板８、９の片面に第一、第二
サイドプレート１１、１２を、それぞれ重ね合わせてい
る。そして、これら１対のサイドプレート１１、１２の
うち、上記コア部１５の上端に設けた第一サイドプレー
ト１１の上面の長さ方向一端部（図１、３、４の左端
部、図２の裏側端部）で、幅方向（図１、６の上下方
向、図２の左右方向、図３、４、１１の表裏方向）に離
隔した２個所位置に、第一、第二接続部材１６、１７の
端部を直接、又は後述する筒状部材２５の一部を介して
固定している。又、これら各第一、第二接続部材１６、
１７の内側に、冷媒入口１８と気体吐出口１９とを、そ
れぞれ設けている。一方、上記コア部１５の下端に設け
た第二サイドプレート１２の下面で、長さ方向に関して
上記第一、第二接続部材１６、１７と反対側の端部の、
幅方向（図１、７の上下方向、図２の左右方向、図３、
４、１１の表裏方向）に離隔した２個所位置に、第三、
第四接続部材２０、２１の端部を固定している。そし
て、これら第三、第四接続部材２０、２１の内側に、水
蒸気を含んだ気体を送り込む為の気体受け入れ口３７
と、冷却水を取り出す為の冷媒出口３８とを、それぞれ
設けている。又、上記第二サイドプレート１２の下面
で、長さ方向に関して上記第三、第四接続部材２０、２
１と反対側の端部の、幅方向に関して上記第二接続部材
１７と同じ側の端部に、内側に凝縮水吐出口２２を有す
る取り出し管２３の端部を固定している。

【００１６】又、本発明の場合には、後で詳しく説明す
る様に、円すい筒状の筒部２４を有する筒状部材２５を
上記第一サイドプレート１１の一部に、上記コア部１５
の一部に設けた第二出口タンク部４０の内部に上記筒部
２４を挿入する状態で固定している。更に、上記第二出
口タンク部４０の内周面の一部に、断面を半円状に形成
した案内板２７を固定している。

【００１７】上記各第一、第二金属板８、９と各仕切板
１０、１０と各第一、第二サイドプレート１１、１２と
筒状部材２５とは、ステンレス鋼板等から成る芯材の両
面に、Ｎｉを多く含むろう材層をメッキしたもの、或
は、ステンレス鋼板等の両面にＮｉを多く含むペースト
状のろう材を塗布したものである。又、上記各部材８〜
１２、２５を単なるステンレス鋼板等の金属板製とする
と共に、仮組み付け時に、これら各部材８〜１２、２５
間にろう箔を挾み込ませる事もできる。前記コンデンサ
１ａを造る場合には、上記各第一、第二金属板８、９
と、上記各仕切板１０、１０と、上記各第一、第二サイ
ドプレート１１、１２と、上記各第一〜第四接続部材１
６、１７、２０、２１と、上記取り出し管２３と、上記
筒状部材２５と、上記案内板２７とを、図１〜４に示し
た状態に組み合わせ、加熱炉中で加熱して、上記ろう材
等により上記各部材８〜１２、１６、１７、２０、２
１、２３、２５、２７を、互いにろう付け接合する。

【００１８】次に、上記各第一、第二金属板８、９と各
仕切板１０、１０との構造を、詳しく説明する。先ず、
内側に冷却水を流す為の冷媒流路１３を有する上記各第
一金属板８は、図５〜６に詳示する様に、それぞれの長
さ方向（図５、６の左右方向）及び幅方向（図５の裏表
方向、図６の上下方向）に関して互いに反対側の端部
に、１対の第一通孔２８、２８を設けている。又、上記
各第一金属板８の中間部に、それぞれの長さ方向及び幅
方向に関して互いに反対側の端部同士を連通させる上記
冷媒流路１３を、上記各第一通孔２８、２８と独立した
状態で設けている。

【００１９】又、内側に気体及びこの気体中に含まれる
水蒸気が凝縮した凝縮水を流通させる冷却流路１４を有
する上記各第二金属板９は、図７に詳示する様に、それ
ぞれの長さ方向（図７の左右方向）及び幅方向（図７の
上下方向）に関して互いに反対側の端部に、１対の第二
通孔２９、２９を設けている。又、上記各第二金属板９
の中間部に、それぞれの長さ方向及び幅方向に関して互
いに反対側の端部同士を連通させる上記冷却流路１４
を、上記各第二通孔２９、２９と独立した状態で設けて
いる。

【００２０】又、前記各仕切板１０は、それぞれの長さ
方向（図２の表裏方向、図３、４の左右方向）両端部
で、幅方向（図２の左右方向、図３、４の表裏方向）両
端部に位置する４個所位置に第三通孔３０、３０を、そ
れぞれ設けている。尚、本例の場合には、上記各第一、
第二金属板８、９にそれぞれ設けた冷媒、冷却流路１
３、１４の中間部内側にコルゲート型のインナーフィン
３１を、それぞれ配置している。但し、この様なインナ
ーフィン３１に代えて、図９に詳示する様な、ステンレ
ス鋼板等の金属板を、一部に切れ目を形成しつつ曲げ加
工する事により造ったインナーフィン３１ａを配置する
事もできる。

【００２１】この図９に示したインナーフィン３１ａの
形状は、従来から周知である為、簡単に説明する。この
インナーフィン３１ａは、流体の流れ方向に関する形状
を波形とすると共に、この波形の位相が１／４ピッチ分
ずつずれた部分を、幅方向に関して交互に配置して、幅
方向に隣り合う部分同士の境界部に多数の開口３２、３
２を形成したものである。冷却水や水蒸気を含む気体
は、これら開口３２、３２を通過しつつ蛇行して流れ
る。

【００２２】尚、本例の場合には、前記各第一、第二金
属板８、９に設けた各冷媒、冷却流路１３、１４の両端
部の内側に、複数の突っ張り板３３、３３を設けてい
る。上記各第一、第二金属板８、９の両側にそれぞれ１
対の仕切板１０、１０を設けた状態で、上記各突っ張り
板３３、３３は、上記各仕切板１０、１０に設けた各第
三通孔３０、３０と整合しない位置で、１対の仕切板１
０、１０の間に挟持させる。この様な突っ張り板３３、
３３は、前記各冷媒、冷却流路１３、１４の両端部で、
内側に前記インナーフィン３１（又は３１ａ）を配置し
た部分から外れた流路部分が、上記各仕切板１０、１０
により両側から潰されるのを防止すると共に、この流路
部分を流れる冷却水又は気体の流れを案内する役目を果
たす。

【００２３】更に、前記第一サイドプレート１１は、長
さ方向一端部（図１、３、４の左端部、図２の裏側端
部）で、幅方向に離隔した２個所位置に通孔３４、３４
を、それぞれ形成している。更に、前記第二サイドプレ
ート１２は、長さ方向一端部（図２の裏側端部、図３、
４の左端部）で幅方向一端部（図２の左端部、図３、４
の表側端部）と、長さ方向他端部（図２の表側端部、図
３、４の右端部）で幅方向に離隔した２個所位置との合
計３個所位置に通孔３４、３４を、それぞれ形成してい
る。

【００２４】そして、前記各第一、第二金属板８、９と
各仕切板１０、１０とを重ね合わせた状態でそれぞれが
互いに対向する、上記各第一金属板８、８の冷媒流路１
３、１３の両端と、前記各仕切板１０、１０の第三通孔
３０、３０のうち、これら各仕切板１０、１０の長さ方
向及び幅方向に関して互いに反対側の端部に設けた２個
の第三通孔３０、３０と、前記各第二金属板９、９の各
第二通孔２９、２９とを、互いに連通して、第一入口タ
ンク部３５と第一出口タンク部３６とを、それぞれ構成
している。これら１対のタンク部３５、３６のうち、第
一入口タンク部３５の上端は、前記第一接続部材１６の
内側に、上記第一サイドプレート１１に設けた１個の通
孔３４の内側を介して通じさせている。そして、上記第
一接続部材１６の上端部に、ラジエータで冷却した冷却
水を流す為の図示しない配管の下流側端部を接続自在と
している。又、上記第一出口タンク部３６の下端は、前
記第四接続部材２１の内側に、前記第二サイドプレート
１２に設けた１個の通孔３４の内側を介して通じさせて
いる。そして、上記第四接続部材２１の下端部に、上記
第一出口タンク部３６内から取り出した冷却水を上記ラ
ジエータに送る為の図示しない配管の上流側端部を接続
自在としている。

【００２５】又、それぞれが互いに対向する、上記各第
一金属板８、８の各第一通孔２８、２８と、上記各仕切
板１０、１０の長さ方向及び幅方向に関して互いに反対
側の端部に設けた、残部となる２個の第三通孔３０、３
０と、上記各第二金属板９、９の冷媒流路１４、１４の
両端とを、互いに連通して、第二入口タンク部３９と第
二出口タンク部４０とを構成している。これら１対のタ
ンク部３９、４０のうち、第二入口タンク部３９の下端
は、前記第三接続部材２０の内側に、上記第二サイドプ
レート１２に設けた１個の通孔３４の内側を介して通じ
させている。そして、図示しない燃料電池スタックの空
気極側の第二反応室内から取り出した気体を流す為の図
示しない配管の下流側端部を、上記第三接続部材２０の
下端部に接続自在としている。又、上記第二出口タンク
部４０の下端は、前記取り出し管２３の内側に、上記第
二サイドプレート１２に設けた１個の通孔３４の内側を
介して通じさせている。そして、上記取り出し管２３の
端部に、上記第二出口タンク部４０内から取り出した凝
縮水を図示しない貯水タンクに送り込む為のやはり図示
しない配管の上流側端部を接続自在としている。本例の
場合には、上記第二出口タンク部４０と、上記第二サイ
ドプレート１２に設けた１個の通孔３４の内側空間と、
上記取り出し管２３の内側空間とが、請求項１に記載し
た出口タンク空間を構成している。

【００２６】特に、本発明の場合には、コア部１５の一
部に設けた上記第二出口タンク部４０の内側に、筒状部
材２５の一部を設けている。この筒状部材２５は、金属
板製で、外径及び内径が下方に向かう程小さくなる方向
に傾斜した壁面を有する円すい筒状の筒部２４と、この
筒部２４の上端周辺部に設けたフランジ部４１とから成
る。このうちの筒部２４の軸方向長さは、上記第二出口
タンク部４０の全長よりも少し大きくしている。そし
て、上記第二出口タンク部４０の内側に上記筒部２４
を、この筒部２４の小径側端部を下にした状態で挿入す
ると共に、前記第一サイドプレート１１の上面で、１個
の通孔３４の開口周辺部に、上記フランジ部４１の下面
を重ね合わせている。この状態でこのフランジ部４１
は、前記第二接続部材１７の下面と、上記第一サイドプ
レート１１の上面一部との間に挟持される。そして、上
記第二出口タンク部４０の内周面と、上記筒状部材２５
を構成する筒部２４の外周面との間に、略円筒状の環状
空間４２を形成している。尚、上記第二接続部材１７の
内側に設けた気体吐出口１９は、上記筒部２４の内側空
間の上端に通じさせている。そして、上記第二接続部材
１７の端部に、上記第二出口タンク部４０内から取り出
した気体を大気中に排出する為の図示しない配管の端部
を接続自在としている。

【００２７】又、前記第二サイドプレート１２に設けた
複数の通孔３４、３４のうち、上記第二出口タンク部４
０の下端に位置する１個の通孔３４の内側に、上記筒状
部材２５を構成する筒部２４の下端部を挿入している。
そして、この通孔３４の内周面と上記筒部２４の下端部
外周面との間に、円環状の隙間４３を形成している。
尚、図示の例の場合と異なり、上記筒部２５の下端を、
上記第二サイドプレート１２に設けた１個の通孔３４の
下端開口よりも下側に突出させたり、逆に、上記通孔３
４の内側に、上記筒部２５の下端を挿入させない様にす
る事もできる。何れにしても、上記第二出口タンク部４
０の内部に存在する環状空間４２の内部と、前記取り出
し管２３の内側に設けた凝縮水吐出口２２の内側とは、
上記第二サイドプレート１２に設けた１個の通孔３４の
内側を介して通じさせる。

【００２８】更に、本例の場合には、上記第二出口タン
ク部４０の内周面の一部を構成する、各第一、第二金属
板８、９及び各仕切板１０、１０の一部に、図１０に示
す様な、断面が半円状である金属板製の案内板２７を固
定している。そして、この案内板２７を上記第一出口タ
ンク部３６の内周面一部に固定した状態で、この案内板
２７により、冷却流路１４、１４の下流側端部（図３、
４、７、８、１１の左端部）から上記第二出口タンク部
４０内に入り込む際の気体及び凝縮水の流れ方向を規制
している。即ち、本例の場合には、上記第二出口タンク
部４０の周縁部で、上記各冷却流路１４、１４内での気
体及び凝縮水の流れ方向に関してほぼ反対側となる部分
に、上記案内板２７の一部を設けている。この為、上記
第二出口タンク部４０内に入り込む際の気体及び凝縮水
の流れ方向は、この第二出口タンク部４０を水平方向に
亙る断面で見た場合での同一の接線方向α（図８）にほ
ぼ一致した状態となる。又、本例の場合には、上記冷却
流路１４、１４の下流側端部の内側面の一部に案内突部
４４を突出形成すると共に、この案内突部４４の側面を
上記案内板２７の外側面の一部に当接させている。この
様に案内突部４４を設ける事で、上記案内板２７の外側
面の一部と上記冷却流路１４、１４の長さ方向一端部の
内側面との間に隅部が形成されるのを防止して、上記冷
却流路１４、１４の下流側端部に達した気体及び凝縮水
がこの隅部内に溜まった状態のままとなる事を防止して
いる。

【００２９】上述の様に構成する本発明の燃料電池用コ
ンデンサの使用時には、燃料電池スタックの第二反応室
内から取り出した水蒸気を含む気体を、第四接続部材２
１に設けた気体受け入れ口３７を通じて、第二入口タン
ク部３９内に送り込む。又、ラジエータで冷却され、図
示しない送水ポンプの吐出口から吐出された冷却水を、
第一接続部材１６に設けた冷媒入口１８を通じて、第一
入口タンク部３５内に送り込む。上記第二入口タンク部
３９内に送り込まれた水蒸気を含んだ気体は、コア部１
５に設けた複数の冷却流路１４、１４内を第二出口タン
ク部４０に向け流れる。一方、上記第一入口タンク部３
５に送り込まれた冷却水は、上記コア部１５に設けた複
数の冷媒流路１３、１３内を流れた後、第一出口タンク
部３６に達して、この第一出口タンク部３６内から第三
接続部材２０に設けた冷媒出口３８を通じて外部に取り
出される。

【００３０】又、上記各冷却流路１４、１４内を流れる
水蒸気は、これら各冷却流路１４、１４と隣り合う状態
で設けた冷媒流路１３、１３内を流れる冷却水との間で
熱交換を行なって凝縮され、凝縮水となる。そして、こ
の凝縮水及び気体は、第二出口タンク部４０の外径寄り
部分に設けた環状空間４２内に入り込む。この環状空間
４２内に入り込む際の凝縮水及び気体の流れ方向は、案
内板２７等により規制されて、上記第二出口タンク部４
０を水平方向に亙る断面で見た場合での同一の接線方向
αにほぼ一致した状態となる。又、上記環状空間４２の
上端は第一サイドプレート１１により塞がれている。こ
の為、上記環状空間４２内を流れる凝縮水及び気体は、
この環状空間４２内を、ほぼ同一の回転方向に旋回しつ
つ下方に向け流れる。そして、上記第二出口タンク部４
０の下端に達した凝縮水及び気体は、第二サイドプレー
ト１２に設けた１個の通孔３４の内側を通じて、取り出
し管２３の内側に進入する。この取り出し管２３の内側
上端部でも、上記気体及び凝縮水は旋回しつつ下降する
為、遠心力の作用により、比較的比重量が大きい凝縮水
の一部が、この取り出し管２３の径方向外側に振り飛ば
されてこの取り出し管２３の内周面に衝突する。そし
て、凝縮水はこの取り出し管２３の内周面に沿って下降
して、外部に取り出され、貯水タンクに送られる。

【００３１】一方、上記凝縮水の残部と気体とは、上記
取り出し管２３の内側で中心軸寄り部分を上昇して、上
記第二出口タンク部４０の内側に設けた筒部２４の内側
に進入する。この様に筒部２４の内側に進入した上記凝
縮水の残部及び気体は、この筒部２４の内側でほぼ同一
方向に旋回しつつ上昇する。そして、やはり比重量が比
較的大きい凝縮水がこの筒部２４の径方向外側に振り飛
ばされて、この筒部２４の内周面に衝突する。そして、
この凝縮水は、上記筒部２４の内周面に沿って下降した
後、この筒部２４の下端及び上記取り出し管２３の内側
を通じて外部に取り出され、やはり上記貯水タンクに送
られる。一方、上記筒部２４の内側を上昇した気体は、
第二接続部材１７に設けた気体吐出口１９を通じて外部
に取り出されて、大気中に排出される。従って、本発明
によれば、コンデンサ１と別体の気液分離機を設ける事
なく、凝縮水を気体と分離して取り出して、貯水タンク
に回収できる。この為、燃料電池の効率的発電の為に必
要な純水の消費量を低減できる構造で、燃料電池全体の
コスト低減及び小型化を図れる。

【００３２】更に、本例の場合には、コア部１５の一部
に冷却水を分流させる為の上下方向に亙る第一入口タン
ク部３５を設けると共に、この第一入口タンク部３５よ
りも上側に、この第一入口タンク部３５内に外部から上
記冷却水を送り込む為の冷媒入口１８を設けている。こ
の為、前述した従来構造の場合に設けていた空気逃がし
管を設ける事なく、十分な性能確保を図れる。即ち、本
例の場合には、上記冷媒入口１８を上記第一入口タンク
部３５よりも上側に設けている為、この第一入口タンク
部３５の内側上部にエア溜りが生じる事を防止できる。
この為、上記コンデンサ１ａの内部に十分な量の冷却水
を流す事ができて、熱交換性能の向上を図れると共に、
空気逃がし管を設ける必要がなくなり、コスト低減を図
れる。

【００３３】次に、図１２〜１３は、やはり請求項１及
び請求項３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、上述した第１例の場合と
異なり、第二出口タンク部４０の内側に、内外両周面を
単なる円筒状に形成した筒状部材４５の一部を設けてい
る。そして、この筒状部材４５の上端寄り部分の外周面
を、第二接続部材１７に設けた気体吐出口１９の内周面
に固定している。又、この筒状部材４５の下端は、第二
出口タンク部４０の下端に位置する、第二サイドプレー
ト１２に設けた１個の通孔３４の内側に挿入していな
い。そして、上記筒状部材４５の上端部に、この筒状部
材４５の内側から凝縮水を除いた気体を大気中に排出す
る為の図示しない配管の端部を接続自在としている。

【００３４】更に、本例の場合には、第二サイドプレー
ト１２の一部で、上記第二出口タンク部４０の下端に対
向する位置に設けた１個の通孔３４の下端開口周縁部
に、第二の筒状部材４６の上端部を固定している。この
第二の筒状部材４６は、上側部分に、下方に向かう程内
径及び外径が小さくなる方向に傾斜した壁面を有する円
すい部４７を設けると共に、下側部分に、この円すい部
４７の下端縁から連続した有底筒状の水タンク部４８を
設けている。そして、この水タンク部４８の下端部外周
面の一部に凝縮水を取り出す為の取り出し管４９の端部
を接続している。本例の場合には、上記第二出口タンク
部４０と、上記第二サイドプレート１２に設けた１個の
通孔３４の内側空間と、上記第二の筒状部材４６を構成
する円すい部４７の内側空間とが、請求項１に記載した
出口タンク空間を構成している。

【００３５】上述の様に構成する本例の場合には、凝縮
水及び気体が各冷却流路１４、１４内を流れた後、これ
ら各冷却流路１４、１４の下流側端部から、第二出口タ
ンク部４０の内周面と筒状部材４５の外周面との間に形
成された環状空間４２内に送り込まれる。そして、凝縮
水及び気体が、この環状空間４２内をほぼ同一方向に旋
回しつつ下方に向け流れる。上記凝縮水及び気体は、続
いて、上記第二出口タンク部４０の下側に設けた第二の
筒状部材４６の上側部分を構成する円すい部４７の内側
に入り込んで、この円すい部４７の内側を更に旋回しつ
つ下方に向け流れる。そして、上記凝縮水及び気体のう
ち、比較的比重量が大きい凝縮水が、遠心力により上記
円すい部４７の径方向外側に振り飛ばされて、この円す
い部４７の内周面に衝突する。そして、上記凝縮水は、
この円すい部４７の内周面に沿って下降して、この円す
い部４７の下側に設けた水タンク部４８の底部に集めら
れる。そして、上記凝縮水は、この水タンク部４８の一
部に接続した取り出し管４９の内側に設けた凝縮水吐出
口２２を通じて、外部に取り出され、図示しない貯水タ
ンクに送られる。

【００３６】一方、上記円すい部４７の内側を下方に流
れた気体は、この円すい部４７の中間部又は下端部で折
り返して、この円すい部４７の中心軸寄り部分を上記第
二出口タンク部４０の内側に設けた筒状部材４５の内側
に向け上昇し、更に、この筒状部材４７の内側上端から
外部に取り出される。従って、本例の場合にも、上述し
た第１例の場合と同様に、コンデンサ１ａと別体の気液
分離機を設ける事なく、凝縮水を気体と分離して取り出
して貯水タンクに回収できる為、燃料電池の効率的発電
の為に必要な純水の消費量を低減できる構造で、燃料電
池全体のコスト低減及び小型化を図れる。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、重複する説明は省略する。

【００３７】次に、図１４〜１７は、請求項２〜３に対
応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本
例の場合には、第二出口タンク部４０の内側に、その壁
面の長さ方向一端から他端に向かう程、この出口タンク
部４０の中心軸と壁面との間の距離が漸次大きくなる形
状に形成された渦巻き状壁部５０を設けている。そし
て、この渦巻き状壁部５０の上下両端部を第一サイドプ
レート１１の一部下面と第二サイドプレート１２の一部
上面とに固定している。又、本例の場合には、上記第一
サイドプレート１１の一部で、上記第二出口タンク部４
０の上端と対向する位置に形成した１個の通孔３４の下
端を、この第二出口タンク部４０の上端の中心軸寄り部
分のみに開口させている。そして、本例の場合には、上
記第二出口タンク部４０の内側で、渦巻き状壁部５０の
外径寄り部分に送られた凝縮水及び気体が、この第二出
口タンク部４０の内側を、上記渦巻き状壁部５０の壁面
により案内されて渦巻き状に旋回しつつこの第二出口タ
ンク部４０の中心軸寄り部分に向け流れる様にしてい
る。尚、本例の場合には、この第二出口タンク部４０
が、請求項２に記載した出口タンク空間に相当する。
又、本例の場合には、上記渦巻き状壁部５０の壁面の一
部を、上記第二出口タンク部４０の内面の円周方向一
部、並びに第二金属板９の冷却流路１４の内側面の一部
に設けた案内突部４４の側面に当接させている。

【００３８】上述の様に構成する本例の燃料電池用コン
デンサの場合には、各冷却流路１４、１４内を流れた
後、第二出口タンク部４０の内側で、径方向外側寄り部
分に送られた凝縮水及び気体が、この第二出口タンク部
４０の内側を、上記渦巻き状壁部５０の壁面に案内され
て、渦巻き状に旋回しつつ上記第二出口タンク部４０の
中心軸寄り部分に向け流れる。この様に気体及び凝縮水
が流れる間に、比重量が比較的大きい凝縮水は、遠心力
により上記第二出口タンク部４０の径方向外側に振り飛
ばされて、上記渦巻き状壁部５０の壁面に衝突する。そ
して、上記凝縮水は、この壁面に沿って下降した後、取
り出し管２３の内側に設けた凝縮水吐出口２２を通じて
外部に取り出され、図示しない貯水タンクに送られる。
一方、上記第二出口タンク部４０の内側で、中心軸寄り
部分を上昇した気体は、第二接続部材１７に設けた気体
吐出口１９を通じて外部に取り出される。従って、本例
の場合にも、上述した各例の場合と同様に、コンデンサ
１ａと別体の気液分離機を設ける事なく、凝縮水を気体
と分離して取り出して、貯水タンクに回収できる。この
為、燃料電池の効率的発電の為に必要な純水の消費量を
低減できる構造で、燃料電池全体のコスト低減及び小型
化を図れる。その他の構成及び作用に就いては、前述の
図１〜１１に示した第１例の構造と同様である為、重複
する説明は省略する。

【００３９】尚、上述した各例の場合には、冷却流路１
４内を流れる気体を冷却する為に、冷媒流路１３の内側
に冷媒である冷却水を流す、所謂水冷式のコンデンサに
本発明を適用したものに就いて説明した。但し、本発明
は、この様な構造に限定するものではなく、冷媒流路の
内側に冷媒である空気が流れる、所謂空冷式のコンデン
サに就いて、本発明を適用する事もできる。この場合に
は、この空冷式のコンデンサを構成する出口タンク空間
の内側に、筒部又は渦巻き状壁部を設ける。

【００４０】

【発明の効果】本発明の燃料電池用コンデンサは、以上
に述べた通り構成され作用する為、燃料電池の効率的発
電の為に必要な純水の消費量を低減できる構造で、燃料
電池全体のコスト低減及び小型化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例を、上方から見た
図。

【図２】同じく図１の右方から見た図。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図。

【図４】本発明のコンデンサを、一部を省略した状態で
示す略分解斜視図。

【図５】コア部を構成する第一金属板を示す斜視図。

【図６】同じく図１と同方向から見た状態で示す図。

【図７】コア部を構成する第二金属板を、図１と同方向
から見た状態で示す図。

【図８】冷却流路の下流側端部から第二出口タンク部内
へ送り込まれる凝縮水及び気体の流れ状態を示す部分断
面図。

【図９】インナーフィンの別例の構造の一部を示す斜視
図。

【図１０】案内板の斜視図。

【図１１】第二出口タンク部及び筒状部材の内側での気
体の流れ状態を示す、図３のＢ部拡大断面図。

【図１２】本発明の実施の形態の第２例を示す断面図。

【図１３】第二出口タンク部及び第二の筒状部材の内側
での気体の流れ状態を示す略断面図。

【図１４】本発明の実施の形態の第３例を、上方から見
た図。

【図１５】図１４のＣ−Ｃ断面図。

【図１６】第３例の構造に於いて、図８に相当する図。

【図１７】図１６のＤ−Ｄ断面図。

【図１８】従来構造の１例を示す略斜視図。

【符号の説明】

１、１ａコンデンサ２冷却流路３気体受け入れ口４吐出口５冷媒流路６冷媒入口７冷媒出口８第一金属板９第二金属板１０仕切板１１第一サイドプレート１２第二サイドプレート１３冷媒流路１４冷却流路１５コア部１６第一接続部材１７第二接続部材１８冷媒入口１９気体吐出口２０第三接続部材２１第四接続部材２２凝縮水吐出口２３取り出し管２４筒部２５筒状部材２７案内板２８第一通孔２９第二通孔３０第三通孔３１、３１ａインナーフィン３２開口３３突っ張り板３４通孔３５第一入口タンク部３６第一出口タンク部３７気体受け入れ口３８冷媒出口３９第二入口タンク部４０第二出口タンク部４１フランジ部４２環状空間４３隙間４４案内突部４５筒状部材４６第二の筒状部材４７円すい部４８水タンク部４９取り出し管５０渦巻き状壁部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池スタックから排出された気体及
びこの気体中に含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水を流通
させる冷却流路と、この冷却流路の上流端に設けられ、
上記燃料電池スタックの空気極又は水素極の排気口から
送り出される気体を受け入れる気体受け入れ口と、上記
冷却流路中で上記水蒸気が凝縮する事により生じた凝縮
水を貯水タンクに戻す為の凝縮水吐出口と、この凝縮水
を除いた気体を排出する為の気体吐出口と、上記冷却流
路内を流れる気体を冷却する為の冷媒を流通させる冷媒
流路と、上記冷却流路の下流端がその上側部分に接続さ
れた出口タンク空間と、この出口タンク空間の上側部分
内側に、この出口タンク空間の径方向内、外を仕切る状
態で設けられた筒部とを備え、この筒部の内側上端を上記気体吐出口に通じさせると共
に、上記出口タンク空間の下端を上記凝縮水吐出口に通
じさせており、上記出口タンク空間の内周面と、上記筒
部の外周面との間に存在する環状空間内に送られた、凝
縮水及び気体が、この環状空間内を下方に向け流れた
後、これら凝縮水及び気体のうち、少なくとも気体が上
記筒部内を上方に向け流れる燃料電池用コンデンサ。
【請求項２】燃料電池スタックから排出された気体及
びこの気体中に含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水を流通
させる冷却流路と、この冷却流路の上流端に設けられ、
上記燃料電池スタックの空気極又は水素極の排気口から
送り出される気体を受け入れる気体受け入れ口と、上記
冷却流路中で上記水蒸気が凝縮する事により生じた凝縮
水を貯水タンクに戻す為の凝縮水吐出口と、この凝縮水
を除いた気体を排出する為の気体吐出口と、上記冷却流
路内を流れる気体を冷却する為の冷媒を流通させる為の
冷媒流路と、上記冷却流路の下流端が接続された出口タ
ンク空間と、この出口タンク空間の内部に設けられて、
その壁面の長さ方向一端から他端に向かう程、この出口
タンク空間の中心軸と壁面との間の距離が漸次大きくな
る形状に形成された渦巻き状壁部とを備え、上記出口タンク空間の上端部で中心軸寄り部分を、上記
コア部の上部に設けた上記気体吐出口に通じさせると共
に、上記出口タンク空間の下端を上記凝縮水吐出口に通
じさせている燃料電池用コンデンサ。
【請求項３】複数の冷媒流路に冷媒を分流させる為の
上下方向に亙る入口タンク部と、この入口タンク部より
も上側に設けられて、この入口タンク部内に外部から冷
媒を送り込む為の冷媒入口とを備えた、請求項１又は請
求項２に記載した燃料電池用コンデンサ。