JPH06132036A - 燃料電池用熱交換器 - Google Patents
燃料電池用熱交換器Info
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- JPH06132036A JPH06132036A JP4280361A JP28036192A JPH06132036A JP H06132036 A JPH06132036 A JP H06132036A JP 4280361 A JP4280361 A JP 4280361A JP 28036192 A JP28036192 A JP 28036192A JP H06132036 A JPH06132036 A JP H06132036A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
- H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
- F28D9/0037—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】リン酸形燃料電池から排出される排空気と空気
極に供給する空気との熱交換を伝熱スタックを構成する
カーボン板に設けたそれぞれの通路溝に通流させてカー
ボンを介して行なわせる熱交換器において、熱交換によ
る排空気の冷却により通路溝からなる流路の壁面に凝縮
して付着するリン酸を容易に通路溝内から除去して回収
できるようにする。 【構成】伝熱スタックを構成する排空気側のカーボン板
２３に設けられた排空気が通流する通路溝４１の底面を
入口開口４２から出口開口４３に向って下り勾配の傾斜
を持たせ、凝縮して付着したリン酸が容易に通路溝４１
の底面をたれ流れるようにする。
極に供給する空気との熱交換を伝熱スタックを構成する
カーボン板に設けたそれぞれの通路溝に通流させてカー
ボンを介して行なわせる熱交換器において、熱交換によ
る排空気の冷却により通路溝からなる流路の壁面に凝縮
して付着するリン酸を容易に通路溝内から除去して回収
できるようにする。 【構成】伝熱スタックを構成する排空気側のカーボン板
２３に設けられた排空気が通流する通路溝４１の底面を
入口開口４２から出口開口４３に向って下り勾配の傾斜
を持たせ、凝縮して付着したリン酸が容易に通路溝４１
の底面をたれ流れるようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸形燃料電池発電
システムに使用され、燃料電池から排出される排ガスと
ガス、特に空気極から排出される排空気とこの空気極に
供給する空気とが熱交換する燃料電池用熱交換器に関す
る。
システムに使用され、燃料電池から排出される排ガスと
ガス、特に空気極から排出される排空気とこの空気極に
供給する空気とが熱交換する燃料電池用熱交換器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】リン酸形燃料電池発電システムは燃料改
質装置とリン酸電解質を有する燃料電池とを備え、原燃
料を燃料改質装置で水素に富むガスに改質し、この改質
した改質ガスと空気とを燃料電池に供給して電池反応を
起させて発電する。この際、発電時の燃料電池の運転温
度は約２００℃であるので、燃料電池の燃料電池スタッ
クに供給する改質ガス及び空気は予め昇温されている必
要がある。
質装置とリン酸電解質を有する燃料電池とを備え、原燃
料を燃料改質装置で水素に富むガスに改質し、この改質
した改質ガスと空気とを燃料電池に供給して電池反応を
起させて発電する。この際、発電時の燃料電池の運転温
度は約２００℃であるので、燃料電池の燃料電池スタッ
クに供給する改質ガス及び空気は予め昇温されている必
要がある。
【０００３】ところで、燃料改質装置で改質する原燃料
に都市ガスを使用する場合、改質反応に要する温度が高
いため、燃料電池スタックに供給される改質ガスは充分
な高温となっているので、特に予め昇温して燃料電池ス
タックに供給する必要はない。しかしながら、燃料電池
スタックに供給される空気はその温度がほぼ外気温度に
等しいため、予め昇温する必要があり、この昇温にはリ
ン酸形燃料電池スタックから排出される排空気との熱交
換により行なわれる。
に都市ガスを使用する場合、改質反応に要する温度が高
いため、燃料電池スタックに供給される改質ガスは充分
な高温となっているので、特に予め昇温して燃料電池ス
タックに供給する必要はない。しかしながら、燃料電池
スタックに供給される空気はその温度がほぼ外気温度に
等しいため、予め昇温する必要があり、この昇温にはリ
ン酸形燃料電池スタックから排出される排空気との熱交
換により行なわれる。
【０００４】図８は上記のような燃料電池スタックに空
気を予め昇温して供給する系統を備えるリン酸形燃料電
池発電システムの燃料電池回りの系統図であり、図に基
づいて発電システムについて説明する。図８において、
リン酸形の燃料電池１の燃料極２には炭化水素系の原燃
料を水素に富むガスに改質し、一酸化炭素濃度を低減し
た改質ガスがＣＯ変成器から改質ガス供給系３を経て供
給される。
気を予め昇温して供給する系統を備えるリン酸形燃料電
池発電システムの燃料電池回りの系統図であり、図に基
づいて発電システムについて説明する。図８において、
リン酸形の燃料電池１の燃料極２には炭化水素系の原燃
料を水素に富むガスに改質し、一酸化炭素濃度を低減し
た改質ガスがＣＯ変成器から改質ガス供給系３を経て供
給される。
【０００５】一方空気は空気供給系４を経てブロワ５に
より燃料電池１の空気極６に燃料電池用熱交換器として
の空気予熱器７により昇温されて供給される。燃料電池
１は上記の供給される改質ガス中の水素と空気中の酸素
とにより電池反応を起こして発電する。なお、この際電
池反応に伴って水も生成される。ここで発電時生じる熱
は冷却水供給系８から燃料電池に設けられた冷却通路９
を通流し、冷却水排出系１０を経て排出される冷却水に
より除熱され、燃料電池の運転温度の約２００℃に保持
される。
より燃料電池１の空気極６に燃料電池用熱交換器として
の空気予熱器７により昇温されて供給される。燃料電池
１は上記の供給される改質ガス中の水素と空気中の酸素
とにより電池反応を起こして発電する。なお、この際電
池反応に伴って水も生成される。ここで発電時生じる熱
は冷却水供給系８から燃料電池に設けられた冷却通路９
を通流し、冷却水排出系１０を経て排出される冷却水に
より除熱され、燃料電池の運転温度の約２００℃に保持
される。
【０００６】電池反応をして燃料極２から排出される未
反応水素を含むオフガスはオフガス排出系１１を経て改
質器に燃焼用燃料として供給される。一方空気極６から
排出される未反応酸素を含む空気と生成水を含む排空気
は、排空気排出系１２を経て空気予熱器７にて燃料電池
１に供給する空気を加熱し、自からは冷却されて回収水
タンク１３に導かれ、発電時生じた水と空気とに分離さ
れる。そして回収水タンク１３内の水はポンプ１４によ
り回収水排出系１５により外部に排出される。なお、こ
の排出される回収水の一部は循環系１７に設けられた回
収水冷却器１６にて冷却され、この冷却された回収水が
循環系１７を経て回収水タンク１３の気相部に送入さ
れ、回収水タンク１３に流入した排空気中の水蒸気を冷
却，凝縮して水にする。
反応水素を含むオフガスはオフガス排出系１１を経て改
質器に燃焼用燃料として供給される。一方空気極６から
排出される未反応酸素を含む空気と生成水を含む排空気
は、排空気排出系１２を経て空気予熱器７にて燃料電池
１に供給する空気を加熱し、自からは冷却されて回収水
タンク１３に導かれ、発電時生じた水と空気とに分離さ
れる。そして回収水タンク１３内の水はポンプ１４によ
り回収水排出系１５により外部に排出される。なお、こ
の排出される回収水の一部は循環系１７に設けられた回
収水冷却器１６にて冷却され、この冷却された回収水が
循環系１７を経て回収水タンク１３の気相部に送入さ
れ、回収水タンク１３に流入した排空気中の水蒸気を冷
却，凝縮して水にする。
【０００７】なお、回収水タンク１３にて分離された空
気は排気系１８から外部に排出される。ところで、燃料
電池１から排出される排空気には燃料電池スタックから
飛散したリン酸が混入しているので、リン酸を排空気か
ら回収しない場合、電池本体よりも下流の空気系配管あ
るいは回収水のポンプ１４や回収水冷却器１６等のリン
酸による腐食を招くことになり、このためリン酸の回収
を行なっている。
気は排気系１８から外部に排出される。ところで、燃料
電池１から排出される排空気には燃料電池スタックから
飛散したリン酸が混入しているので、リン酸を排空気か
ら回収しない場合、電池本体よりも下流の空気系配管あ
るいは回収水のポンプ１４や回収水冷却器１６等のリン
酸による腐食を招くことになり、このためリン酸の回収
を行なっている。
【０００８】リン酸を回収する手段として、従来主とし
てリン酸を金属と反応させて金属化合物を生成させるリ
ン酸回収器を設けて排空気中に混入するリン酸を回収し
ている。
てリン酸を金属と反応させて金属化合物を生成させるリ
ン酸回収器を設けて排空気中に混入するリン酸を回収し
ている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池から排出され
る排空気中に混入するリン酸を回収する前記のリン酸回
収器は、リン酸捕集効率を上げるためにリン酸との被反
応充填材であるエレメントの体積を大きくする必要があ
り、リン酸回収器が大型になるという欠点がある。
る排空気中に混入するリン酸を回収する前記のリン酸回
収器は、リン酸捕集効率を上げるためにリン酸との被反
応充填材であるエレメントの体積を大きくする必要があ
り、リン酸回収器が大型になるという欠点がある。
【００１０】また、リン酸と反応した金属化合物は粉化
してエレメント下流が詰まり、圧力損失が大きくなると
いう欠点がある。上記のリン酸回収器の欠点を解決する
ものとして本出願人はカーボン板がリン酸を吸着する
が、腐食されないことに着目して先願の特願平４−２４
８４２７号にて燃料電池からの排ガスとこの排ガスと熱
交換するガスとの通路溝をそれぞれ設けたカーボン板を
積み重ねて伝熱スッタクを形成し、伝熱スタックにて熱
交換時排ガスに混入するリン酸をカーボン板に吸着して
回収してリン酸回収器の別置を必要としない熱交換器を
提案している。
してエレメント下流が詰まり、圧力損失が大きくなると
いう欠点がある。上記のリン酸回収器の欠点を解決する
ものとして本出願人はカーボン板がリン酸を吸着する
が、腐食されないことに着目して先願の特願平４−２４
８４２７号にて燃料電池からの排ガスとこの排ガスと熱
交換するガスとの通路溝をそれぞれ設けたカーボン板を
積み重ねて伝熱スッタクを形成し、伝熱スタックにて熱
交換時排ガスに混入するリン酸をカーボン板に吸着して
回収してリン酸回収器の別置を必要としない熱交換器を
提案している。
【００１１】以下上記の熱交換器について図９に示す空
気予熱器として使用する燃料電池用熱交換器の部分破砕
斜視図に基づいて簡単に説明する。図９において伝熱ス
タック２１はリン酸形燃料電池の空気極から排出される
排空気が通流する通路溝２２が設けられたカーボン板２
３と、空気極に供給する空気が通流し、前記通路溝２２
の方向と直角な方向に通路溝２４が設けられたカーボン
板２５とが交互に積み重ねられて構成される。
気予熱器として使用する燃料電池用熱交換器の部分破砕
斜視図に基づいて簡単に説明する。図９において伝熱ス
タック２１はリン酸形燃料電池の空気極から排出される
排空気が通流する通路溝２２が設けられたカーボン板２
３と、空気極に供給する空気が通流し、前記通路溝２２
の方向と直角な方向に通路溝２４が設けられたカーボン
板２５とが交互に積み重ねられて構成される。
【００１２】伝熱スタック２１はその上下面に端板２６
を介して締付板２７，２８が載せられ、締付板２７，２
８の四隅部を貫通する締付棒２９により皿ばね３０を介
してナット３１により締付けられる。伝熱スッタク２１
の対向する側面にはカーボン板２３の通路溝２２の対向
する側面の開口を覆ってそれぞれ図示しない入口管を備
えた排空気入口マニホールド３３と排空気出口マニホー
ルド３４、並びに前記対向する側面の方向に直角方向の
対向する側面にはカーボン板２５の通路溝２４の対向す
る側面の開口を覆ってそれぞれ出口管３８，３９を備え
た空気入口マニホールド３５と空気出口マニホールド３
６とが設けられている。なお、排空気の入口，出口マニ
ホールド３３，３４及び空気入口，出口マニホールド３
５，３６は各マニホールドの側壁に取付けられたマニホ
ールド止め３７により伝熱スッタク２１の側面に取付け
られている。
を介して締付板２７，２８が載せられ、締付板２７，２
８の四隅部を貫通する締付棒２９により皿ばね３０を介
してナット３１により締付けられる。伝熱スッタク２１
の対向する側面にはカーボン板２３の通路溝２２の対向
する側面の開口を覆ってそれぞれ図示しない入口管を備
えた排空気入口マニホールド３３と排空気出口マニホー
ルド３４、並びに前記対向する側面の方向に直角方向の
対向する側面にはカーボン板２５の通路溝２４の対向す
る側面の開口を覆ってそれぞれ出口管３８，３９を備え
た空気入口マニホールド３５と空気出口マニホールド３
６とが設けられている。なお、排空気の入口，出口マニ
ホールド３３，３４及び空気入口，出口マニホールド３
５，３６は各マニホールドの側壁に取付けられたマニホ
ールド止め３７により伝熱スッタク２１の側面に取付け
られている。
【００１３】このような構成により図示しない入口管か
ら流入したリン酸形燃料電池からの排空気は排空気入口
マニホールド３３に流入して伝熱スタック２１の側面か
ら各カーボン板２３の通路溝２２を通流した後、排空気
出口マニホールド３４に集められて出口管３８から外部
に排出される。一方空気は図示しない入口管から空気入
口マニホールド３５に流入し、伝熱スタック２１の側面
から各カーボン板２５の通路溝２４を通流した後、空気
出口マニホールド３６に集められて出口管３９から外部
に排出される。ここで排空気と空気とは伝熱スタック２
１の通路溝２２，２４を通流している間でカーボン板２
３，２５を介して熱交換して空気を昇温し、一方排空気
は冷却される。
ら流入したリン酸形燃料電池からの排空気は排空気入口
マニホールド３３に流入して伝熱スタック２１の側面か
ら各カーボン板２３の通路溝２２を通流した後、排空気
出口マニホールド３４に集められて出口管３８から外部
に排出される。一方空気は図示しない入口管から空気入
口マニホールド３５に流入し、伝熱スタック２１の側面
から各カーボン板２５の通路溝２４を通流した後、空気
出口マニホールド３６に集められて出口管３９から外部
に排出される。ここで排空気と空気とは伝熱スタック２
１の通路溝２２，２４を通流している間でカーボン板２
３，２５を介して熱交換して空気を昇温し、一方排空気
は冷却される。
【００１４】ところでリン酸は飽和温度が高いため、上
記のように熱交換により冷却された排空気に混入するリ
ン酸は凝縮して伝熱スタック２１のカーボン板に付着
し、吸着されて回収される。なお、燃料電池に供給する
改質ガスが低温であり、この改質ガスを燃料電池の燃料
極から排出されるオフガスにより加熱するときには、上
記の空気予熱器と同じ構造の熱交換器が使用され、オフ
ガスに混入するリン酸を熱交換器にて吸着して回収す
る。
記のように熱交換により冷却された排空気に混入するリ
ン酸は凝縮して伝熱スタック２１のカーボン板に付着
し、吸着されて回収される。なお、燃料電池に供給する
改質ガスが低温であり、この改質ガスを燃料電池の燃料
極から排出されるオフガスにより加熱するときには、上
記の空気予熱器と同じ構造の熱交換器が使用され、オフ
ガスに混入するリン酸を熱交換器にて吸着して回収す
る。
【００１５】ところで、上記の熱交換器においては排ガ
スに混入するリン酸は凝縮して伝熱スタックのカーボン
板に付着して吸着されるが、本出願人は付着したリン酸
を除去して外部に導く手段について検討を加えた。本発
明の目的は、カーボン板からなる伝熱スタックにてリン
酸形燃料電池から排出される排ガスとガスとが熱交換す
る際、前記カーボン板に付着する排ガス中のリン酸をカ
ーボン板から容易に除去して外部に導くことのできる燃
料電池用熱交換器を提供することである。
スに混入するリン酸は凝縮して伝熱スタックのカーボン
板に付着して吸着されるが、本出願人は付着したリン酸
を除去して外部に導く手段について検討を加えた。本発
明の目的は、カーボン板からなる伝熱スタックにてリン
酸形燃料電池から排出される排ガスとガスとが熱交換す
る際、前記カーボン板に付着する排ガス中のリン酸をカ
ーボン板から容易に除去して外部に導くことのできる燃
料電池用熱交換器を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によればリン酸電解質を有する燃料電池から
排出される排ガスが通流する第１の通路溝と、この排ガ
スと熱交換するガスが通流する第２の通路溝とをそれぞ
れ板面に設けたカーボン板又は表裏の板面に設けたカー
ボン板を積み重ねてなる伝熱スタックと、この伝熱スタ
ックの側面に設けられ、第１の通路溝に排ガスを給排す
る排ガス入口マニホールド及び排ガス出口マニホールド
並びに第２の通路溝にガスを給排するガス入口マニホー
ルド及びガス出口マニホールドとを備える燃料電池用熱
交換器において、第１の通路溝の底面は排ガスの流れ方
向に下る勾配で傾斜を持たせ、かつ排ガス出口マニホー
ルドのマニホールド壁の最下位にドレン口を設けるもの
とする。
に、本発明によればリン酸電解質を有する燃料電池から
排出される排ガスが通流する第１の通路溝と、この排ガ
スと熱交換するガスが通流する第２の通路溝とをそれぞ
れ板面に設けたカーボン板又は表裏の板面に設けたカー
ボン板を積み重ねてなる伝熱スタックと、この伝熱スタ
ックの側面に設けられ、第１の通路溝に排ガスを給排す
る排ガス入口マニホールド及び排ガス出口マニホールド
並びに第２の通路溝にガスを給排するガス入口マニホー
ルド及びガス出口マニホールドとを備える燃料電池用熱
交換器において、第１の通路溝の底面は排ガスの流れ方
向に下る勾配で傾斜を持たせ、かつ排ガス出口マニホー
ルドのマニホールド壁の最下位にドレン口を設けるもの
とする。
【００１７】また上記の熱交換器において、第１の通路
溝の排ガスの流路面積を通路溝の途中から下流に向って
大きくするものとする。なお、排ガスが通流する第１の
通路溝と、排ガスと熱交換するガスが通流する第２の通
路溝とをそれぞれ板面に設けたカーボン板又は表裏の板
面に設けたカーボン板を積み重ねてなる伝熱スタックを
有する前記の熱交換器を、横倒しにして排ガス出口マニ
ホールドを最下位の位置に配設し、このマニホールドの
側壁に排ガスの排出口を、底板の最下位にドレン口を設
けるものとする。
溝の排ガスの流路面積を通路溝の途中から下流に向って
大きくするものとする。なお、排ガスが通流する第１の
通路溝と、排ガスと熱交換するガスが通流する第２の通
路溝とをそれぞれ板面に設けたカーボン板又は表裏の板
面に設けたカーボン板を積み重ねてなる伝熱スタックを
有する前記の熱交換器を、横倒しにして排ガス出口マニ
ホールドを最下位の位置に配設し、このマニホールドの
側壁に排ガスの排出口を、底板の最下位にドレン口を設
けるものとする。
【００１８】
【作用】リン酸形燃料電池の発電時燃料極や空気極から
排出される排ガス、特に空気極からの排空気には燃料極
からのオフガスより多量のリン酸が混入している。この
ような排ガスと熱交換してガスを加熱する本出願人の先
願による熱交換器は、リン酸を吸着するが、腐食されな
いカーボン板を積み重ねてなる伝熱スタックを伝熱部と
している。
排出される排ガス、特に空気極からの排空気には燃料極
からのオフガスより多量のリン酸が混入している。この
ような排ガスと熱交換してガスを加熱する本出願人の先
願による熱交換器は、リン酸を吸着するが、腐食されな
いカーボン板を積み重ねてなる伝熱スタックを伝熱部と
している。
【００１９】上記の伝熱スタックは排ガスが通流する第
１の通路溝と、排ガスと熱交換するガスが通流する第２
の通路溝とをそれぞれ板面に設けたカーボン板又は表裏
の板面に設けたカーボン板を積層して構成される。この
ような伝熱スタックの第１の通路溝に通流する排ガス入
口マニホールドから流入した排ガスと、第２の通路溝に
通流するガス入口マニホールドから流入したガスとは伝
熱スタックのカーボン板を介して熱交換する。そして熱
交換した排ガスとガスとはそれぞれ第１，第２の通路溝
から排出され、排ガス出口マニホールド，ガス出口マニ
ホールドに集められて外部に排出される。
１の通路溝と、排ガスと熱交換するガスが通流する第２
の通路溝とをそれぞれ板面に設けたカーボン板又は表裏
の板面に設けたカーボン板を積層して構成される。この
ような伝熱スタックの第１の通路溝に通流する排ガス入
口マニホールドから流入した排ガスと、第２の通路溝に
通流するガス入口マニホールドから流入したガスとは伝
熱スタックのカーボン板を介して熱交換する。そして熱
交換した排ガスとガスとはそれぞれ第１，第２の通路溝
から排出され、排ガス出口マニホールド，ガス出口マニ
ホールドに集められて外部に排出される。
【００２０】ところで排ガスとガスとの熱交換によりガ
スは加熱されるが、排ガスは冷却されるので、排ガスに
混入するリン酸は前述のように凝縮してカーボン板の第
１の通路溝からなる流路の壁面に付着して吸着される。
なお、この際カーボン板は腐食しない。ここで、第１の
通路溝からなる流路の壁面に付着したリン酸液滴は、第
１の通路溝の底面を排ガスの流れ方向に下る勾配で傾斜
させているので、この底面をたれ流れて第１の通路溝か
ら排出される。そしてこの排出されたリン酸は排ガス出
口マニホールドに流れ込み、このマニホールド壁の最下
位に設けられたドレン口から外部に取出されて回収され
る。
スは加熱されるが、排ガスは冷却されるので、排ガスに
混入するリン酸は前述のように凝縮してカーボン板の第
１の通路溝からなる流路の壁面に付着して吸着される。
なお、この際カーボン板は腐食しない。ここで、第１の
通路溝からなる流路の壁面に付着したリン酸液滴は、第
１の通路溝の底面を排ガスの流れ方向に下る勾配で傾斜
させているので、この底面をたれ流れて第１の通路溝か
ら排出される。そしてこの排出されたリン酸は排ガス出
口マニホールドに流れ込み、このマニホールド壁の最下
位に設けられたドレン口から外部に取出されて回収され
る。
【００２１】また、排ガスが流れる第１の通路溝の流路
面積を途中から下流に向って大きくすることにより、排
ガスの流速は低下するため、第１の通路溝からなる流路
の壁面に付着したリン酸を流速により移動させて第１の
通路溝から排出させる作用は若干落ちる可能性はある
が、流速の低下により重力による落下の効果が増大する
ので、排ガス中の凝縮したリン酸は第１の通路溝の壁面
への沈降が促進され、その結果リン酸の捕集効果が増大
する。
面積を途中から下流に向って大きくすることにより、排
ガスの流速は低下するため、第１の通路溝からなる流路
の壁面に付着したリン酸を流速により移動させて第１の
通路溝から排出させる作用は若干落ちる可能性はある
が、流速の低下により重力による落下の効果が増大する
ので、排ガス中の凝縮したリン酸は第１の通路溝の壁面
への沈降が促進され、その結果リン酸の捕集効果が増大
する。
【００２２】また、底面が水平な第１，第２の通路溝を
設けたカーボン板からなる伝熱スタックを有する熱交換
器を横倒しにして第１の通路溝を垂直にさせることによ
り、排ガスに混入し、熱交換により凝縮して第１の通路
溝からなる流路の壁面に付着したリン酸は排ガスの流速
と重力の作用により排ガス出口マニホールドにたれ落ち
る。
設けたカーボン板からなる伝熱スタックを有する熱交換
器を横倒しにして第１の通路溝を垂直にさせることによ
り、排ガスに混入し、熱交換により凝縮して第１の通路
溝からなる流路の壁面に付着したリン酸は排ガスの流速
と重力の作用により排ガス出口マニホールドにたれ落ち
る。
【００２３】この際、排ガス出口マニホールドの側壁に
排ガスの排出口を、底板の最下位にドレン口を設けてい
るので、第１の通路溝からの排ガスは排ガス出口マニホ
ールド内で直角に曲って排出口から排出されるが、第１
の通路溝からなる流路の壁面に凝縮して付着せずに流れ
出たリン酸ミストは排ガスの流れに追従できずに排ガス
出口マニホールド内に捕集され、ドレン口から取出され
る。
排ガスの排出口を、底板の最下位にドレン口を設けてい
るので、第１の通路溝からの排ガスは排ガス出口マニホ
ールド内で直角に曲って排出口から排出されるが、第１
の通路溝からなる流路の壁面に凝縮して付着せずに流れ
出たリン酸ミストは排ガスの流れに追従できずに排ガス
出口マニホールド内に捕集され、ドレン口から取出され
る。
【００２４】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明の請求項１の実施例による燃料
電池からの排空気が通流する通路溝を設けたカーボン板
の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のカ
ーボン板からなる伝熱スタックを備える燃料電池用熱交
換器の部分破砕斜視図である。なお、図１ないし図３に
おいて図９のものと同一部品には同じ符号を付し、その
説明を省略する。図１ないし図３において従来例と異な
るのは下記の通りである。
説明する。図１は本発明の請求項１の実施例による燃料
電池からの排空気が通流する通路溝を設けたカーボン板
の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のカ
ーボン板からなる伝熱スタックを備える燃料電池用熱交
換器の部分破砕斜視図である。なお、図１ないし図３に
おいて図９のものと同一部品には同じ符号を付し、その
説明を省略する。図１ないし図３において従来例と異な
るのは下記の通りである。
【００２５】図３においてリン酸形燃料電池の空気極か
ら排出される排空気が通流し、伝熱スタック２１を形成
するカーボン板２３は図１に示す構造を有し、通路溝４
１が設けられている。通路溝４１はその底面４４が図２
に示すように通路溝４１の入口開口４２から出口開口４
３に向って下り勾配の傾斜を持たせている。なお、排空
気と熱交換する空気が通流するカーボン板２５の通路溝
２４の深さは一定でよい。
ら排出される排空気が通流し、伝熱スタック２１を形成
するカーボン板２３は図１に示す構造を有し、通路溝４
１が設けられている。通路溝４１はその底面４４が図２
に示すように通路溝４１の入口開口４２から出口開口４
３に向って下り勾配の傾斜を持たせている。なお、排空
気と熱交換する空気が通流するカーボン板２５の通路溝
２４の深さは一定でよい。
【００２６】また、図３において排空気出口マニホール
ド３４の底板にはドレン管４５が設けられている。この
ような構成により、燃料電池からの排空気は図示しない
入口管から排空気入口マニホールド３３から伝熱スタッ
ク２１に流入し、通路溝４１に通流した後、排空気出口
マニホールド３４に集められて出口管３８から外部に排
出される。一方、空気は図示しない入口管から空気入口
マニホールド３５に流入し、伝熱スタック２１の通路溝
２４を通流した後、空気出口マニホールド３６に集めら
れて出口管３９から外部に排出される。この際、通路溝
４１を通流する排空気と、通路溝２４を通流する空気と
は伝熱スタック２１のカーボン板を介して熱交換し、排
空気は空気を加熱し、自からは冷却される。この冷却に
より排空気に混入するリン酸は飽和温度以下になって凝
縮して通路溝４１からなる流路のカーボン板の壁面に吸
着するが、凝縮して吸着したリン酸は通路溝４１の傾斜
した底面４４に沿ってたれていき、通路溝４１から排出
される。この排出されたリン酸は排空気出口マニホール
ド３４に流れ落ちてドレン管４５から回収される。
ド３４の底板にはドレン管４５が設けられている。この
ような構成により、燃料電池からの排空気は図示しない
入口管から排空気入口マニホールド３３から伝熱スタッ
ク２１に流入し、通路溝４１に通流した後、排空気出口
マニホールド３４に集められて出口管３８から外部に排
出される。一方、空気は図示しない入口管から空気入口
マニホールド３５に流入し、伝熱スタック２１の通路溝
２４を通流した後、空気出口マニホールド３６に集めら
れて出口管３９から外部に排出される。この際、通路溝
４１を通流する排空気と、通路溝２４を通流する空気と
は伝熱スタック２１のカーボン板を介して熱交換し、排
空気は空気を加熱し、自からは冷却される。この冷却に
より排空気に混入するリン酸は飽和温度以下になって凝
縮して通路溝４１からなる流路のカーボン板の壁面に吸
着するが、凝縮して吸着したリン酸は通路溝４１の傾斜
した底面４４に沿ってたれていき、通路溝４１から排出
される。この排出されたリン酸は排空気出口マニホール
ド３４に流れ落ちてドレン管４５から回収される。
【００２７】なお、本実施例では排空気が通流する通路
溝の底面を傾斜させたが、この底面が水平な通路溝を設
けたカーボン板を有する伝熱スタックを備える熱交換器
そのものを排空気の流れ方向に下る勾配で傾斜させても
前述と同じ効果が得られる。図４は本発明の請求項２の
実施例による排空気が通流する通路溝を有するカーボン
板の斜視図である。図４において、燃料電池から排出さ
れる排空気が通流するカーボン板４７の通路溝４１を入
口開口から出口開口に向う途中から隣接する通路溝４１
を区切る隔壁４８の一部を取除いて隣接する通路溝４１
を合流させた通路溝４９を設け、排空気の流路面積を大
きくしている。
溝の底面を傾斜させたが、この底面が水平な通路溝を設
けたカーボン板を有する伝熱スタックを備える熱交換器
そのものを排空気の流れ方向に下る勾配で傾斜させても
前述と同じ効果が得られる。図４は本発明の請求項２の
実施例による排空気が通流する通路溝を有するカーボン
板の斜視図である。図４において、燃料電池から排出さ
れる排空気が通流するカーボン板４７の通路溝４１を入
口開口から出口開口に向う途中から隣接する通路溝４１
を区切る隔壁４８の一部を取除いて隣接する通路溝４１
を合流させた通路溝４９を設け、排空気の流路面積を大
きくしている。
【００２８】なお、通路溝４１，４９の底面は前述のよ
うに排空気の流れ方向に向って下り勾配の傾斜を持たせ
ている。このようなカーボン板４７を伝熱スタック２１
（図３参照）にカーボン板２３の代りに組み込むことに
より、カーボン板４７の通路溝４１を流れる排空気は通
路溝４９に流入したとき、流路面積は大きくなるので、
排空気の流速は急激に低下し、このため排空気と空気と
の熱交換により凝縮した排空気中のリン酸は重力により
通路溝４９の壁面に沈降し、リン酸の捕集効果が増大す
る。
うに排空気の流れ方向に向って下り勾配の傾斜を持たせ
ている。このようなカーボン板４７を伝熱スタック２１
（図３参照）にカーボン板２３の代りに組み込むことに
より、カーボン板４７の通路溝４１を流れる排空気は通
路溝４９に流入したとき、流路面積は大きくなるので、
排空気の流速は急激に低下し、このため排空気と空気と
の熱交換により凝縮した排空気中のリン酸は重力により
通路溝４９の壁面に沈降し、リン酸の捕集効果が増大す
る。
【００２９】図５は通路溝４１の流路面積を入口開口か
ら出口開口に向う途中から図４に示すものよりさらに大
きくするため、カーボン板５０に設けられたすべての通
路溝４１を途中で合流した通路溝５１を設け、さらに通
路溝５１の底面は排空気の流れ方向に下る傾斜を持た
せ、かつＶ形にしている。このような構成により排空気
と空気との熱交換により凝縮した排空気中のリン酸は、
排空気の流速が通路溝５１にて図４に示すものよりさら
に流速が低下するので、凝縮したリン酸はさらに多量に
通路溝５１の壁面に沈降する。なお凝縮したリン酸はＶ
形にした通路溝５１の底面によりその中央部に集めやす
くなる。
ら出口開口に向う途中から図４に示すものよりさらに大
きくするため、カーボン板５０に設けられたすべての通
路溝４１を途中で合流した通路溝５１を設け、さらに通
路溝５１の底面は排空気の流れ方向に下る傾斜を持た
せ、かつＶ形にしている。このような構成により排空気
と空気との熱交換により凝縮した排空気中のリン酸は、
排空気の流速が通路溝５１にて図４に示すものよりさら
に流速が低下するので、凝縮したリン酸はさらに多量に
通路溝５１の壁面に沈降する。なお凝縮したリン酸はＶ
形にした通路溝５１の底面によりその中央部に集めやす
くなる。
【００３０】図７は本発明の請求項３の実施例による燃
料電池用熱交換器の配設図である。図７において、底面
が水平な第１，第２の通路溝２２，２４を有するカーボ
ン板２３，２５からなる伝熱スタック２１を有する熱交
換器を横倒して、排空気出口マニホールド３４ａを最下
位に来るように配設する。なお排空気出口マニホールド
３４ａはリン酸が集まりやすいように底板をＶ形にし、
その最下位にドレン管４５を設け、さらにその側壁に排
空気の出口管３８を設けている。なお、４０は排空気の
入口管である。
料電池用熱交換器の配設図である。図７において、底面
が水平な第１，第２の通路溝２２，２４を有するカーボ
ン板２３，２５からなる伝熱スタック２１を有する熱交
換器を横倒して、排空気出口マニホールド３４ａを最下
位に来るように配設する。なお排空気出口マニホールド
３４ａはリン酸が集まりやすいように底板をＶ形にし、
その最下位にドレン管４５を設け、さらにその側壁に排
空気の出口管３８を設けている。なお、４０は排空気の
入口管である。
【００３１】また、伝熱スタック２１を締付ける両側の
締付板２７，２８に設けた足４６により熱交換器を支持
している。なお前記の他は図９と同じである。このよう
な構成により、排空気と空気との熱交換により、空気を
加熱することにより冷却した排空気に混入するリン酸は
通路溝２２からなる流路の壁面に凝縮して付着するが、
排空気の流れ及び重力の作用により排空気出口マニホー
ルド３４ａにたれ落ちる。したがってドレン管４５によ
りリン酸を外部に回収できる。
締付板２７，２８に設けた足４６により熱交換器を支持
している。なお前記の他は図９と同じである。このよう
な構成により、排空気と空気との熱交換により、空気を
加熱することにより冷却した排空気に混入するリン酸は
通路溝２２からなる流路の壁面に凝縮して付着するが、
排空気の流れ及び重力の作用により排空気出口マニホー
ルド３４ａにたれ落ちる。したがってドレン管４５によ
りリン酸を外部に回収できる。
【００３２】ここで、通路溝２２から排出された排空気
は排空気出口マニホールド３４ａ内にて下方に流れた後
直角に曲って出口管３８から排出するため、通路溝２２
内にて凝縮して流れ出たリン酸ミストは排空気の流れに
追従できずに排空気出口マニホールド３４ａ内に捕集さ
れ、ドレン管４５により外部に取出されるので、リン酸
の捕集効果が増大する。
は排空気出口マニホールド３４ａ内にて下方に流れた後
直角に曲って出口管３８から排出するため、通路溝２２
内にて凝縮して流れ出たリン酸ミストは排空気の流れに
追従できずに排空気出口マニホールド３４ａ内に捕集さ
れ、ドレン管４５により外部に取出されるので、リン酸
の捕集効果が増大する。
【００３３】なお、カーボン板２３，４７，５０の通路
溝は断面が四角形であるが、この四角形に限定せずに図
６に示すように半円形の通路溝５２にしてもよい。な
お、上記実施例では、排空気の通流する通路溝と、排空
気と熱交換する空気が通流する通路溝とを別々のカーボ
ン板の板面に設けているが、カーボン板の表裏の板面に
設け、このカーボン板を積み重ねた伝熱スタックを有す
る熱交換器においても前述と同じ構造を持たせることに
より同じ効果が得られる。
溝は断面が四角形であるが、この四角形に限定せずに図
６に示すように半円形の通路溝５２にしてもよい。な
お、上記実施例では、排空気の通流する通路溝と、排空
気と熱交換する空気が通流する通路溝とを別々のカーボ
ン板の板面に設けているが、カーボン板の表裏の板面に
設け、このカーボン板を積み重ねた伝熱スタックを有す
る熱交換器においても前述と同じ構造を持たせることに
より同じ効果が得られる。
【００３４】また、燃料電池の燃料極から排出されるオ
フガスと燃料極に供給する改質ガスとを熱交換させて改
質ガスを加熱する場合には、前述と同じ構造の熱交換器
を使用することにより、前述と同じ効果が得られる。
フガスと燃料極に供給する改質ガスとを熱交換させて改
質ガスを加熱する場合には、前述と同じ構造の熱交換器
を使用することにより、前述と同じ効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば前述の構成によりリン酸形燃料電池から排出さ
れる排ガス、特に排空気と空気との熱交換により凝縮し
て通路溝からなる流路の壁面に付着したリン酸は下り勾
配の通路溝の底面をたれていき、排ガス出口マニホール
ド内に流れこんでドレン口から外部に取出され、熱交換
器内に蓄積されることなく除去，回収するので、燃料電
池発電システムの運転を停止する必要がなくなり、この
結果長時間連続運転が可能となる。また、通路溝の流路
面積を途中から大きくしたので、排空気と空気との熱交
換により凝縮した排空気中のリン酸ミストが通路溝の壁
面に沈降し、その結果ミスト状態で熱交換器外に流れ去
るリン酸の割合が減少するので、リン酸捕集量が増大す
る。
によれば前述の構成によりリン酸形燃料電池から排出さ
れる排ガス、特に排空気と空気との熱交換により凝縮し
て通路溝からなる流路の壁面に付着したリン酸は下り勾
配の通路溝の底面をたれていき、排ガス出口マニホール
ド内に流れこんでドレン口から外部に取出され、熱交換
器内に蓄積されることなく除去，回収するので、燃料電
池発電システムの運転を停止する必要がなくなり、この
結果長時間連続運転が可能となる。また、通路溝の流路
面積を途中から大きくしたので、排空気と空気との熱交
換により凝縮した排空気中のリン酸ミストが通路溝の壁
面に沈降し、その結果ミスト状態で熱交換器外に流れ去
るリン酸の割合が減少するので、リン酸捕集量が増大す
る。
【００３６】また、横倒しにした熱交換器において、通
路溝からなる流路の壁面に凝縮して付着したリン酸は排
ガス出口マニホールド内にたれ落ちるとともに、凝縮し
たリン酸ミストも排ガス出口マニホールド内に捕集され
るので、リン酸ミストをも容易に捕集できる。
路溝からなる流路の壁面に凝縮して付着したリン酸は排
ガス出口マニホールド内にたれ落ちるとともに、凝縮し
たリン酸ミストも排ガス出口マニホールド内に捕集され
るので、リン酸ミストをも容易に捕集できる。
【図１】本発明の請求項１の実施例による伝熱スタック
を構成する燃料電池からの排空気が通流する通路溝が設
けられたカーボン板の斜視図
を構成する燃料電池からの排空気が通流する通路溝が設
けられたカーボン板の斜視図
【図２】図１のカーボン板のＡ−Ａ断面図
【図３】図１のカーボン板を有する伝熱スタックを備え
る燃料電池用熱交換器の部分破砕斜視図
る燃料電池用熱交換器の部分破砕斜視図
【図４】本発明の請求項２の実施例による伝熱スタック
を構成する燃料電池からの排空気が通流する通路溝が設
けられたカーボン板の斜視図
を構成する燃料電池からの排空気が通流する通路溝が設
けられたカーボン板の斜視図
【図５】図４のカーボン板と異なる通路溝を設けたカー
ボン板の斜視図
ボン板の斜視図
【図６】図１のカーボン板に設けられた通路溝と異なる
形状の通路溝を備えるカーボン板の部分側面図
形状の通路溝を備えるカーボン板の部分側面図
【図７】本発明の請求項３の実施例による燃料電池用熱
交換器の部分破砕斜視図
交換器の部分破砕斜視図
【図８】リン酸形燃料電池発電システムの燃料電池回り
の系統図
の系統図
【図９】カーボン板からなる伝熱スタックを備える燃料
電池用熱交換器の部分破砕斜視図
電池用熱交換器の部分破砕斜視図
２１ 伝熱スタック ２２ 通路溝 ２３ カーボン板 ２４ 通路溝 ２５ カーボン板 ３３ 排空気入口マニホールド ３４ 排空気出口マニホールド ３４ａ 排空気出口マニホールド ３５ 空気入口マニホールド ３６ 空気出口マニホールド ４１ 通路溝 ４７ カーボン板 ４９ 通路溝 ５０ カーボン板 ５１ 通路溝
Claims (3)
- 【請求項１】リン酸電解質を有する燃料電池から排出さ
れる排ガスが通流する第１の通路溝と、この排ガスと熱
交換するガスが通流する第２の通路溝とをそれぞれ板面
に設けたカーボン板又は表裏の板面に設けたカーボン板
を積み重ねてなる伝熱スタックと、この伝熱スタックの
側面に設けられ、第１の通路溝に排ガスを給排する排ガ
ス入口マニホールド及び排ガス出口マニホールド並びに
第２の通路溝にガスを給排するガス入口マニホールド及
びガス出口マニホールドとを備える燃料電池用熱交換器
において、第１の通路溝の底面は排ガスの流れ方向に下
る勾配で傾斜を持たせ、かつ排ガス出口マニホールドの
マニホールド壁の最下位にドレン口を設けたことを特徴
とする燃料電池用熱交換器。 - 【請求項２】請求項１記載のものにおいて、第１の通路
溝の排ガスの流路面積を通路溝の途中から下流に向って
大きくしたことを特徴とする燃料電池用熱交換器。 - 【請求項３】リン酸電解質を有する燃料電池から排出さ
れる排ガスが通流する第１の通路溝と、この排ガスと熱
交換するガスが通流する第２の通路溝とをそれぞれ板面
に設けたカーボン板又は表裏の板面に設けたカーボン板
を積み重ねてなる伝熱スタックと、この伝熱スタックの
側面に設けられ、第１の通路溝に排ガスを給排する排ガ
ス入口マニホールド及び排ガス出口マニホールド並びに
第２の通路溝にガスを給排するガス入口マニホールド及
びガス出口マニホールドとを備える燃料電池用熱交換器
において、この熱交換器を横倒しにして排ガス出口マニ
ホールドを最下位の位置に配設し、このマニホールドの
側壁に排ガスの排出口を、底板の最下位にドレン口を設
けたことを特徴とする燃料電池用熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4280361A JPH06132036A (ja) | 1992-10-20 | 1992-10-20 | 燃料電池用熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4280361A JPH06132036A (ja) | 1992-10-20 | 1992-10-20 | 燃料電池用熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132036A true JPH06132036A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17623940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4280361A Pending JPH06132036A (ja) | 1992-10-20 | 1992-10-20 | 燃料電池用熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06132036A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010004638A (ja) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池自動車 |
-
1992
- 1992-10-20 JP JP4280361A patent/JPH06132036A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010004638A (ja) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池自動車 |
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