JP6116994B2 - Condenser - Google Patents

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本発明は、水蒸気を含む気体を凝縮する凝縮器であって、特に燃料電池用凝縮器として最適なものに関する。   The present invention relates to a condenser that condenses a gas containing water vapor, and particularly relates to an optimum condenser for a fuel cell.

燃料電池から流出する排ガスには水分が含まれ、それを凝縮器で分離するとともに、さらにその排ガスを気液分離タンクで、水分のみを分離していた。そして、その凝縮水は燃料電池システムに再利用されていた。   The exhaust gas flowing out of the fuel cell contains moisture, which is separated by a condenser, and further, only the moisture is separated from the exhaust gas by a gas-liquid separation tank. The condensed water was reused in the fuel cell system.

特開２００６−１２０５２２号公報JP 2006-120522 A

排ガス中の水分を取除く従来の方法は、凝縮器と気液分離タンクとを必要とし、コンパクト性に欠ける欠点があった。それらを構成するには、部品点数が多く、全体として製造コストが高くなる欠点があった。
そこで、本発明は凝縮器の性能を向上させ、その凝縮器のみで十分に排ガス中の水分を取除くことができるものを提供することを課題とする。 The conventional method for removing moisture in the exhaust gas requires a condenser and a gas-liquid separation tank, and has a drawback of lacking compactness. In order to construct them, there are disadvantages that the number of parts is large and the manufacturing cost as a whole becomes high.
Then, this invention makes it a subject to improve the performance of a condenser and to provide what can remove the water | moisture content in waste gas enough only with the condenser.

請求項１に記載の本発明は、複数のチューブ（１）が並列したコア（２）と、コア（２）の外周を被蔽するケーシング（３）と、コア（２）の両端に接続されると共に、各チューブ（１）の両端が連通する上下一対の上側タンク（４）、下側タンク（５）とを具備し、ケーシング（３）内に冷却水が流通すると共に、上側タンク（４）から下側タンク（５）に水蒸気を含む気体が流通する凝縮器において、
下側タンク（５）の側面に気体の出口となる気体出口パイプ（６）が貫通され、下側タンク（５）の内底面（５ａ）に凝縮水を流出させる水出口（７）が開口され、
前記気体出口パイプ（６）は、前記内底面（５ａ）から上方に離反して、下側タンク（５）の内部に延長され、
その気体出口パイプ（６）の先端が、前記水出口（７）の口縁よりも、その口の中心部側に突出して、その水出口（７）内の上方に配置され、
気体出口パイプ（６）の外周の下端縁（６ａ）と下側タンク（５）の内面との間に保持される凝縮水が気体出口パイプ（６）から排出されることを防止したことを特徴とする凝縮器である。 The present invention according to claim 1 is connected to a core (2) in which a plurality of tubes (1) are arranged in parallel, a casing (3) covering the outer periphery of the core (2), and both ends of the core (2). In addition, a pair of upper and lower upper tanks (4) and a lower tank (5) in which both ends of each tube (1) communicate with each other, the cooling water flows in the casing (3), and the upper tank (4 ) To the lower tank (5) in which the gas containing water vapor flows,
A gas outlet pipe (6) serving as a gas outlet is passed through the side surface of the lower tank (5), and a water outlet (7) for allowing condensed water to flow out is opened on the inner bottom surface (5a) of the lower tank (5). ,
The gas outlet pipe (6) is separated upward from the inner bottom surface (5a) and extended into the lower tank (5),
The tip of the gas outlet pipe (6) protrudes more toward the center of the mouth than the edge of the water outlet (7) and is disposed above the water outlet (7).
The fact that the condensed water retained between the lower end edge (6a) of the outer periphery of the gas outlet pipe (6) and the inner surface of the lower tank (5) is prevented from being discharged from the gas outlet pipe (6). It is a featured condenser.

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の凝縮器において、
水出口(7)に水出口パイプ(8)が貫通し、その先端(8a)が下側タンク(5)の内底面(5a)から突出することなく、その先端が内底面(5a)の以下に位置したことを特徴とする凝縮器である。 The present invention according to claim 2 is the condenser according to claim 1,
The water outlet pipe (8) penetrates the water outlet (7), and its tip (8a) does not protrude from the inner bottom surface (5a) of the lower tank (5), and its tip is below the inner bottom surface (5a). It is the condenser characterized by being located in.

請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の凝縮器において、
下側タンク(5)内で、気体出口パイプ(6)の外周の下端縁(6a)と、下側タンク(5)の内底面(5a)との離間距離を５ｍｍ以上とした凝縮器である。 According to a third aspect of the present invention, in the condenser according to the first or second aspect,
In the lower tank (5), a condenser having a separation distance of 5 mm or more between the lower end edge (6a) of the outer periphery of the gas outlet pipe (6) and the inner bottom surface (5a) of the lower tank (5). .

本発明は、気体出口パイプ６を、タンク５の内底面５ａから離反して、その内部に延長し、その気体出口パイプ６の先端を水出口７の口縁よりも、その口の中心部側に突出し、その口内の上方に配置して、気体出口パイプ６の外周の下端縁６ａと下側タンク５の内面との間に保持される凝縮水が気体出口パイプ６から排出されることを防止したものである。即ち、パイプ６の先端は出口７の上方の中空上に位置する。それ故、その先端とタンク５の内底面５ａとの間に凝縮水が保持されることがない。それによって、凝縮水が気体出口パイプから外部に排出されることを防ぎ、凝縮水を確実に水出口７から流出させて、収集する凝縮水の総量を大にすることができる。 In the present invention, the gas outlet pipe 6 is separated from the inner bottom surface 5a of the tank 5 and extends into the inside thereof, and the tip of the gas outlet pipe 6 is closer to the center of the mouth than the rim of the water outlet 7. The condensed water held between the lower end edge 6 a of the outer periphery of the gas outlet pipe 6 and the inner surface of the lower tank 5 is prevented from being discharged from the gas outlet pipe 6. It is a thing. That is, the tip of the pipe 6 is located above the hollow above the outlet 7. Therefore, condensed water is not held between the front end of the tank 5 and the inner bottom surface 5 a of the tank 5. Thereby, it is possible to prevent the condensed water from being discharged to the outside from the gas outlet pipe, and to ensure that the condensed water flows out from the water outlet 7 and to increase the total amount of condensed water to be collected.

上記構成に加えて、請求項２に記載のように、水出口７に水出口パイプ８を貫通させ、その先端8aを下側タンク５の内底面5a以下に位置させた場合には、水出口７周縁の凝縮水をその水出口７から円滑に搬出することができる。
上記構成に加えて、請求項３に記載のように、気体出口パイプ６の外周の下端縁6aと、下側タンク５の内底面5aとの離間距離を５ｍｍ以上とした場合には、タンク５内面と気体出口パイプ６との間に保持される凝縮水を可及的に少なくして、気体出口パイプ６から凝縮水が排出されることを、さらに効果的に防止できる。 In addition to the above configuration, when the water outlet pipe 8 is passed through the water outlet 7 and the tip 8a is positioned below the inner bottom surface 5a of the lower tank 5, The condensed water at the periphery of 7 can be smoothly carried out from the water outlet 7.
In addition to the above-described configuration, as described in claim 3, when the separation distance between the lower end edge 6a of the outer periphery of the gas outlet pipe 6 and the inner bottom surface 5a of the lower tank 5 is 5 mm or more, the tank 5 It is possible to further effectively prevent the condensed water from being discharged from the gas outlet pipe 6 by reducing the condensed water held between the inner surface and the gas outlet pipe 6 as much as possible.

本発明の凝縮器の分解斜視図。The disassembled perspective view of the condenser of this invention. 同組立て状態を示す正面図。The front view which shows the same assembly state. 図２のIII−III矢視断面図。III-III arrow sectional drawing of FIG. 比較例の要部断面図。The principal part sectional drawing of a comparative example. 図４のＶ−Ｖ矢視断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4. 本発明の作用を示す説明図。Explanatory drawing which shows the effect | action of this invention.

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、本発明の凝縮器の分解斜視図であり、この凝縮器は、複数のチューブ１を並列してコア２を形成する。各チューブ１は、偏平なチューブからなり、その両端が厚み方向に拡開されている。その拡開部で各チューブ１が互いに接触し、各接触部間が一体にろう付け固定される。そして、両端部を除いて、各偏平チューブ間に冷却水の流路となる空間が形成される。このようにしてなるコア２は、ケーシング３に収納される。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a condenser according to the present invention. In this condenser, a plurality of tubes 1 are arranged in parallel to form a core 2. Each tube 1 consists of a flat tube, The both ends are expanded in the thickness direction. The tubes 1 come into contact with each other at the expanded portion, and the contact portions are integrally brazed and fixed. And the space used as the flow path of a cooling water is formed between each flat tube except for both ends. The core 2 thus formed is housed in the casing 3.

このケーシング３は、箱状に形成された本体3aとその開口を閉塞する蓋3bとからなる。ケーシング３の長手方向両端には、上側タンク４と下側タンク５とが形成され、その上側タンク４、下側タンク５を除いた中間部にコア２が収納される。そして、コア２の位置で一対の冷却水11の出入口が開口され、その冷却水11が隣接するチューブ１間の隙間を流通する。上側タンク４の上端面には、気体入口パイプ９が設けられ、下側タンク５の下端面には水出口パイプ８が設けられている。そして、ケーシング３の蓋3bの下部側面には、気体出口パイプ６が貫通する。   The casing 3 includes a main body 3a formed in a box shape and a lid 3b that closes the opening. An upper tank 4 and a lower tank 5 are formed at both ends in the longitudinal direction of the casing 3, and the core 2 is stored in an intermediate portion excluding the upper tank 4 and the lower tank 5. And the entrance / exit of a pair of cooling water 11 is opened in the position of the core 2, and the cooling water 11 distribute | circulates the clearance gap between the tubes 1 which adjoin. A gas inlet pipe 9 is provided at the upper end surface of the upper tank 4, and a water outlet pipe 8 is provided at the lower end surface of the lower tank 5. The gas outlet pipe 6 penetrates the lower side surface of the lid 3b of the casing 3.

ここで、本発明の特徴とするところは、下側タンク５内部における気体出口パイプ６と水出口パイプ８との関係である。この凝縮器14は、図１において、凝縮器14の長手方向が上下方向に位置する。そして、上側タンク４が上端に位置し、下側タンク５が下端に位置する。その下側タンク５の内部は、図３に示すごとく、気体出口パイプ６が蓋3bを貫通し、その先端がチューブ１の開口の略中心部に達する。さらに、気体出口パイプ６は下側タンク５の底面よりも上方に離間している。その離間距離は、好ましくは５ｍｍ以上である。それによって、気体出口パイプ６と下側タンク５の底面との間に保持される保持凝縮水13の量を可及的に少なくする。   Here, the feature of the present invention is the relationship between the gas outlet pipe 6 and the water outlet pipe 8 inside the lower tank 5. In FIG. 1, the condenser 14 is positioned such that the longitudinal direction of the condenser 14 is in the vertical direction. The upper tank 4 is located at the upper end and the lower tank 5 is located at the lower end. As shown in FIG. 3, the gas outlet pipe 6 penetrates the lid 3 b and the tip of the lower tank 5 reaches the substantially central portion of the opening of the tube 1. Further, the gas outlet pipe 6 is spaced above the bottom surface of the lower tank 5. The separation distance is preferably 5 mm or more. Thereby, the amount of retained condensed water 13 held between the gas outlet pipe 6 and the bottom surface of the lower tank 5 is reduced as much as possible.

次に、水出口パイプ８の端部は、下側タンク５の底面を貫通する。その水出口パイプ８の先端8aは、下側タンク５の内底面5aと同一以下に保持されている。それにより、保持凝縮水13が先端8aから水出口パイプ８に円滑に流入できるようにする。そして、図２に示すごとく、水分を含む燃料電池からの排ガスである気体10は、気体入口パイプ９からコア２内の各チューブ１を流通し、その外周を流通する冷却水11によって冷却されて、その凝縮水を各チューブ１から下側タンク５に流下させる。水分を放出した気体10は、下側タンク５の気体出口パイプ６より外部に流出される。そして、凝縮水12が下側タンク５から水出口パイプ８を介して外部に取り出される。   Next, the end of the water outlet pipe 8 passes through the bottom surface of the lower tank 5. The tip 8 a of the water outlet pipe 8 is held to be equal to or less than the inner bottom surface 5 a of the lower tank 5. Accordingly, the retained condensed water 13 can smoothly flow into the water outlet pipe 8 from the tip 8a. As shown in FIG. 2, the gas 10 which is the exhaust gas from the fuel cell containing moisture is circulated through each tube 1 in the core 2 from the gas inlet pipe 9 and is cooled by the cooling water 11 which circulates in the outer periphery thereof. The condensed water flows down from each tube 1 to the lower tank 5. The gas 10 from which moisture has been released flows out from the gas outlet pipe 6 of the lower tank 5 to the outside. Then, the condensed water 12 is taken out from the lower tank 5 through the water outlet pipe 8.

下側タンク５内において、気体出口パイプ６から気体10が流出するとき、下側タンク５の底部に溜まった保持凝縮水13が気体出口パイプ６に導かれることはない。これは気体出口パイプ６の先端が水出口パイプ８の略中心にまで達するため、気体出口パイプ６先端の下方は空間となり、そこには保持凝縮水13が保持できないからである。   In the lower tank 5, when the gas 10 flows out from the gas outlet pipe 6, the retained condensed water 13 accumulated at the bottom of the lower tank 5 is not guided to the gas outlet pipe 6. This is because the tip of the gas outlet pipe 6 reaches almost the center of the water outlet pipe 8, so that the lower part of the tip of the gas outlet pipe 6 becomes a space, and the retained condensed water 13 cannot be held there.

その逆の作用を説明するのが、比較例が図４である。また、図５は図４のＶ−Ｖ矢視図である。
この比較例では、気体出口パイプ６の先端が、水出口パイプ８の開口から離れて蓋3bの内壁に近い。そして、その気体出口パイプ６の先端と下側タンク５の底面との間に保持凝縮水13が保持され、その保持凝縮水13が気体出口パイプ６の下側縁部まで達する。すると、気体10の流通にともなって、その保持凝縮水13が気体出口パイプ６から外部に排出される。すると、その分だけ水出口パイプ８から回収できる凝縮水の流量が減少する。なお、図４の例においては、水出口パイプ８の先端8aが下側タンク５の底面よりも突出している。それにより、保持凝縮水13の量がより多くなる。 FIG. 4 is a comparative example illustrating the reverse operation. Moreover, FIG. 5 is a VV arrow view of FIG.
In this comparative example, the tip of the gas outlet pipe 6 is away from the opening of the water outlet pipe 8 and close to the inner wall of the lid 3b. The retained condensed water 13 is retained between the tip of the gas outlet pipe 6 and the bottom surface of the lower tank 5, and the retained condensed water 13 reaches the lower edge of the gas outlet pipe 6. Then, as the gas 10 flows, the retained condensed water 13 is discharged from the gas outlet pipe 6 to the outside. Then, the flow rate of the condensed water that can be recovered from the water outlet pipe 8 is reduced by that amount. In the example of FIG. 4, the tip 8 a of the water outlet pipe 8 protrudes from the bottom surface of the lower tank 5. Thereby, the amount of retained condensed water 13 is increased.

次に、図６において、気体出口パイプ６の先端を実線の状態から、鎖線の状態まで引伸ばすと、その鎖線の気体出口パイプ６先端と下側タンク５の内底面5aとの間に凝縮水が保持される。すると、それが気体10の流れに沿って気体出口パイプ６から外部に導出される。
そこで、本発明は気体出口パイプ６の先端を水出口パイプ８の開口の上方に位置させたものである。さらには、下側タンク５の内底面5aと気体出口パイプ６の下面との間を離反させ、可能な限り保持凝縮水13の量を少なくしたものである。 Next, in FIG. 6, when the tip of the gas outlet pipe 6 is extended from the solid line state to the chain line state, condensed water is formed between the tip of the gas outlet pipe 6 of the chain line and the inner bottom surface 5a of the lower tank 5. Is retained. Then, it is led out from the gas outlet pipe 6 along the flow of the gas 10.
Therefore, the present invention is such that the tip of the gas outlet pipe 6 is positioned above the opening of the water outlet pipe 8. Further, the amount of the retained condensed water 13 is reduced as much as possible by separating the inner bottom surface 5a of the lower tank 5 from the lower surface of the gas outlet pipe 6.

１ チューブ
1a 拡開部
２ コア
３ ケーシング
3a 本体
3b 蓋
４ 上側タンク
５ 下側タンク
5a 内底面
６ 気体出口パイプ
７ 水出口
８ 水出口パイプ
8a 先端
９ 気体入口パイプ
10 気体
11 冷却水
12 凝縮水
13 保持凝縮水
14 凝縮器 1 tube
1a Expanding part 2 Core 3 Casing
3a body
3b Lid 4 Upper tank 5 Lower tank
5a Inner bottom 6 Gas outlet pipe 7 Water outlet 8 Water outlet pipe
8a Tip 9 Gas inlet pipe
10 gas
11 Cooling water
12 Condensate
13 Retained condensed water
14 Condenser

Claims (3)

複数のチューブ（１）が並列したコア（２）と、コア（２）の外周を被蔽するケーシング（３）と、コア（２）の両端に接続されると共に、各チューブ（１）の両端が連通する上下一対の上側タンク（４）、下側タンク（５）とを具備し、ケーシング（３）内に冷却水が流通すると共に、上側タンク（４）から下側タンク（５）に水蒸気を含む気体が流通する凝縮器において、
下側タンク（５）の側面に気体の出口となる気体出口パイプ（６）が貫通され、下側タンク（５）の内底面（５ａ）に凝縮水を流出させる水出口（７）が開口され、
前記気体出口パイプ（６）は、前記内底面（５ａ）から上方に離反して、下側タンク（５）の内部に延長され、
その気体出口パイプ（６）の先端が、前記水出口（７）の口縁よりも、その口の中心部側に突出して、その水出口（７）内の上方に配置され、
気体出口パイプ（６）の外周の下端縁（６ａ）と下側タンク（５）の内面との間に保持される凝縮水が気体出口パイプ（６）から排出されることを防止したことを特徴とする凝縮器。 A core (2) in which a plurality of tubes (1) are arranged in parallel, a casing (3) covering the outer periphery of the core (2), and both ends of the core (2) are connected to both ends of each tube (1). Are provided with a pair of upper and lower upper tanks (4) and a lower tank (5) that communicate with each other. Cooling water circulates in the casing (3) and steam from the upper tank (4) to the lower tank (5). In a condenser in which a gas containing
A gas outlet pipe (6) serving as a gas outlet is passed through the side surface of the lower tank (5), and a water outlet (7) for allowing condensed water to flow out is opened on the inner bottom surface (5a) of the lower tank (5). ,
The gas outlet pipe (6) is separated upward from the inner bottom surface (5a) and extended into the lower tank (5),
The tip of the gas outlet pipe (6) protrudes more toward the center of the mouth than the edge of the water outlet (7) and is disposed above the water outlet (7).
The fact that the condensed water retained between the lower end edge (6a) of the outer periphery of the gas outlet pipe (6) and the inner surface of the lower tank (5) is prevented from being discharged from the gas outlet pipe (6). Features a condenser. 請求項１に記載の凝縮器において、
水出口(7)に水出口パイプ(8)が貫通し、その先端(8a)が下側タンク(5)の内底面(5a)から突出することなく、その先端が内底面(5a)の以下に位置したことを特徴とする凝縮器。 The condenser of claim 1,
The water outlet pipe (8) penetrates the water outlet (7), and its tip (8a) does not protrude from the inner bottom surface (5a) of the lower tank (5), and its tip is below the inner bottom surface (5a). Condenser characterized by being located in. 請求項１または請求項２に記載の凝縮器において、
下側タンク(5)内で、気体出口パイプ(6)の外周の下端縁(6a)と、下側タンク(5)の内底面(5a)との離間距離を５ｍｍ以上とした凝縮器。 The condenser according to claim 1 or claim 2,
In the lower tank (5), a condenser having a separation distance of 5 mm or more between the lower end edge (6a) of the outer periphery of the gas outlet pipe (6) and the inner bottom surface (5a) of the lower tank (5).
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