(57)【要約】  燃料電池電力設備（２）に使用するための気流湿気凝縮器組立体（２４）は、モノリシック連続気泡発泡体本体（２６）から形成された気流の流路を含む。発泡体本体は、好ましくは、ステンレス鋼、ニッケル合金、鉄−アルミニウム合金などの高温材料からまたはセラミック材料から形成される。発泡体本体は、金属またはセラミック格子（３０）内に含まれる連続気泡または細孔（３２）を含む。冷媒管（２８）は、発泡体モノリスと接触し、それによって、気流中の湿気を発泡体の細孔を取り囲む格子上に凝縮させるよう十分に格子を冷却する。凝縮物は、発泡体格子から貯蔵器（３４）内に移動する。凝縮器は、燃料電池電力設備のカソード排気の流れまたは混合された燃焼器とカソード排気の流れなどの気流から水を除去するのに使用できる。
2005509122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿った気流から水を凝縮させるための凝縮器組立体（２４）であって、
ａ）  湿った気流のための気体流路を形成するモノリシック連続気泡発泡体本体であって、発泡体本体の全体に亘って連続気泡（３２）のマトリックスを画成する熱伝導性格子（３０）を含む、発泡体本体（２６）と、
ｂ）  冷媒導管のそれぞれが、熱伝導性格子と接触する外壁を含むように、発泡体本体と接触する、１つまたは複数の冷媒導管（２８）と、
ｃ）  湿った気流を発泡体本体内の連続気泡内に導く手段（２２）と、
ｄ）  熱伝導性格子が冷却されて湿った気流から水を凝縮させるよう熱伝導性格子を冷却させるように、冷媒流体を冷媒導管内に導く手段と、
を備えることを特徴とする凝縮器組立体。
【請求項２】
前記冷媒導管は、内部連続気泡発泡体格子を含み、この発泡体格子は、外壁と接触するとともに、冷媒流体が、この発泡体格子を通って流れることを特徴とする請求項１記載の凝縮器組立体。
【請求項３】
湿った気流から水を凝縮させる方法であって、
ａ）  湿った気流が通って流れる連続気泡（３２）のマトリックスを、発泡体本体の全体に亘って画成する熱伝導性格子（３０）を含む、モノリシック連続気泡発泡体本体（２６）を通して、湿った気流を流し、
ｂ）  冷媒導管のそれぞれが、熱伝導性格子と接触する外壁を含み、それによって、熱伝導性格子が、湿った気流からかつ連続気泡の中へと水を凝縮させるよう十分に冷却されるように、発泡体本体と接触する１つまたは複数の冷媒導管（２８）を通して、冷媒流体を流す、
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
前記冷媒導管（２８／Ｅ）は、内部連続気泡発泡体構成要素を含み、この発泡体構成要素は、冷媒導管の外壁と接触するとともに、冷媒流体から冷媒導管の外壁への熱移動を向上させるように機能することを特徴とする請求項３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿った気流凝縮器組立体に関する。より詳細には、本発明は、モノリシック連続気泡発泡体構成要素から形成された気流の流路を用いる凝縮器組立体に関し、この発泡体構成要素の気泡または細孔は、湿った気流が通る高表面積の流路を形成する。連続気泡発泡体構成要素は、発泡体内の気泡の全てを組み込むとともに伝熱本体として機能するモノリシック格子を含む。発泡体構成要素は、発泡体の中に埋め込まれ、格子を冷却するように機能し、それによって、気流中の湿気を発泡体構成要素の気泡内で凝縮させる、複数の冷媒通路管を有する。
【背景技術】
【０００２】
１９８２年８月１７日に付与された米国特許第４，３４４，８５０号には、カソード排気の気流から水を除去するための凝縮器を含む燃料電池電力設備組立体が記載されている。この凝縮器は、湿ったカソード排気の気流を受け取り、この排気の気流を冷媒コイルを通して流し、その結果、排気の気流中の湿気の一部が、気流から凝縮して、水貯蔵器内へ溜まる。このようにして集められた水は、燃料電池電力設備の活性領域を冷却して電力設備内の燃料電池スタックの過熱を防止するのに使用されるとともに、電力設備内の燃料気体水蒸気改質器のための水蒸気を生成するのにも使用される。凝縮器内で使用される冷媒は、カソード排気の流れを通して送られる空気である。上述した凝縮器は役に立つけれども、水が凝縮することになる冷却される表面領域を増加させることは望ましいであろうし、空気のほかに他の冷媒を使用できるのは望ましいであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、凝縮器内で水が凝縮できる増加した表面領域を提供するとともに、空気も冷媒として使用できるけれども空気以外の冷媒でも使用できる、凝縮器組立体に関する。凝縮器は、燃料電池電力設備内の湿った気流から水を凝縮させるのに使用でき、または、他の種類の湿った気流から水を凝縮させるのに使用できる。凝縮器は、冷媒流体によって冷却される非常に大きな表面積の湿った気流の流路を含む。大きな表面積の流路は、軽量のモノリシック連続気泡発泡体ブロック、または、複数のこのような発泡体ブロックにより形成される。発泡体は、格子内に含まれる複数の相互に連結した連続気泡または細孔を含む。格子は、アルミニウム、ステンレス鋼、アルミニウム−鋼合金、炭化ケイ素、ニッケル合金、炭素、黒鉛、セラミック、または多少の同様な適切な伝熱材料などの高効率伝熱材料から形成される。冷媒は、発泡体モノリスと直接接触する管内に収容される。これを達成するために、管は、発泡体モノリス内に埋め込むことができ、または、隣接する発泡体モノリスブロックの間に挟むことができる。このように、冷媒は、気流の流路を通って流れ、気流の流路の構成要素を形成する格子を冷却する。従って、水が、湿った気流から気流の流路内の高表面積の格子上に凝縮することになる。その後、凝縮物は、重力によりまたは他の手段により、凝縮器の気流の流路に隣接する貯蔵器内に落下することができる。空気、グリコールなどの冷媒が、凝縮器組立体内で使用できる。空気が冷媒として選択されると、冷媒管は、空気流から冷媒管への熱移動を向上させるように、連続気泡発泡体で満たすこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
図をここで参照すると、図１には、全体が番号２により示される燃料電池電力設備の概略図が示されており、この燃料電池電力設備２は、アノード８とカソード１０の間に挟まれた電解質６を有する電力セクション４を含む。燃料供給源１２が、水蒸気改質器１６に熱を提供する燃焼器１４に接続されており、水蒸気改質器１６は、炭化水素燃料の供給源１８からの炭化水素燃料を水素に富む気体に変換し、この水素に富む気体は、電力設備２の電力セクション４のアノード側８の中へ供給される。空気の供給源２０からの空気が、電力セクション４のカソード側１０の中へ供給されて、反応のための酸素を供給する。水素と酸素は、電力セクション４内で電子と水に変換される。反応からの生成物水は、少なくとも部分的に電力セクションからライン２２を介するカソード排気の流れの中へ排出され、ライン２２は、凝縮器組立体２４につながる。凝縮器組立体２４は、カソード排気の気流が流れるモノリシック連続気泡発泡体本体２６を含む。複数の冷媒管２８が、発泡体本体２６と熱交換関係で配置されており、発泡体本体２６を冷却するように機能する。
【０００５】
図２を参照すると、発泡体本体２６と冷媒管２８の詳細が開示されている。発泡体本体２６は、連続気泡３２のマトリックスを画成する全体に広がる格子３０を含む。気泡３２は、互いにＸ、Ｙ、およびＺ方向に連続しており、それによって、発泡体２６を通って流れるどのような気体に対しても非常に四方に広がった気体の流れパターンを形成する。冷媒管２８は、空気、グリコールなどの冷媒が流れる中空管である。発泡体２６は、管２８の周りに形成することができ、または、管２８は、発泡体の隣接するブロックの間に挟むことができる。空気が冷媒のときは、冷媒管２８／Ｅに示されるように、管２８の中に連続気泡発泡体棒を差し込んで、空気冷媒と管２８の壁との間の熱移動を助けることができる。
【０００６】
凝縮器は以下のように作動する。湿ったカソード排気の気体が、発泡体本体２６の連続気泡３２を通って流れ、冷媒の流れは、冷媒管２８を通って流れる。発泡体本体２６内の格子３０は、カソード排気の気流中の湿気の凝縮温度より下の温度に冷却され、それによって、湿気は、気流から格子３０上に凝縮する。その後、凝縮物は、重力の影響を受けて凝縮器組立体２４内の貯蔵器３４（図１を参照のこと）内に簡単にしたたり落ちる。その後、貯蔵器３４から回収された水は、電力設備２のための冷媒として、または、水蒸気改質器１６のための水蒸気の供給源として、あるいはこれらの両方のために使用できる。上述した種類のモノリス発泡体は、ノースカロライナ州ヘンダーソンヴィル（Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎｖｉｌｌｅ）のポルベア・アドバンスト・マテリアル社（Ｐｏｒｖａｉｒ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎｃ．）から入手できる。
【０００７】
留意されるように、図１に示す特定のシステムにおいて、燃料電池電力設備組立体内の湿ったカソード排気の気流から水を凝縮させるのに本発明の凝縮器組立体が利用される。容易に理解されるように、本発明の凝縮器組立体は、アノード排気または燃焼器排気などの凝縮器組立体の連続気泡発泡体の気流部材を通って導かれるどのような湿った気流からも水を凝縮させるのに容易に使用できるであろう。
【０００８】
本発明の概念から逸脱することなく、本発明の開示された実施態様にさまざまな変更、変形を行い得るので、本発明は、添付の特許請求の範囲で請求される以外に限定しようとするものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に従って形成され、カソード排気の気流から水を凝縮させるのに使用される、凝縮器の一実施態様を含む燃料電池電力設備システムの概略図。
【図２】冷媒流体導管が、発泡体モノリスの格子構成要素と熱交換接触するように配置できる仕方を示す、凝縮器内に使用される種類の連続気泡発泡体モノリス上の斜視図。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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