CN1340222A - 燃料电池用加湿装置 - Google Patents

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Abstract

为了将供给到固体高分子型燃料电池(1)的氢极的改性气体和供给到氧极的空气大体加湿成为水蒸气饱和行状态时不需要为获得该水蒸气而加热,且提高燃料电池系统的热效率,使包含于从燃料电池(1)的氢极排出的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜(34),供给到导入至部分氧化改性部(6)的空气中,而使包含于从氧极排出的氧极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜(34),供给到送往电池(1)的氧极的空气中。

Description

燃料电池用加湿装置
技术领域
本发明涉及一种用于对供给到固体高分子型燃料电池的电极的气体进行加湿的加湿装置。
背景技术
一般情况下，可将烃或甲醇改性生成氢，通过这样改性生成的氢可用于燃料电池。
作为这样的燃料电池，过去有例如日本特开平11-67256号公报所示那样称之为固体高分子型的燃料电池。该固体高分子型燃料电池具备以夹有由固体高分子构成的电解质的形式配置的氢极(燃料极)和氧极(空气极)，向该氢极供给含有氢的作为燃料的改性气体，向氧极供给含有氧的空气(含氧气体)，在两电极间产生电动势。
在上述固体高分子型燃料电池中，为了降低电解质内的质子传导阻力需要使电解质成为由水润湿的状态，含氢的改性气体和含氧的气体分别以接近水蒸气饱和状态的状态被供给。
为了这样将改性气体和空气形成为大体水蒸气饱和状态，对于前者的改性气体，在该改性气体生成时导入水蒸气，从而使生成的改性气体中含有水份。获得生成改性气体时所要供给的水蒸气而所需的热量是由改性气体的显热或由燃烧器使燃料电池的排气燃烧获得的燃烧热来提供。
另一方面，对于供给到燃料电池的氧极的空气，使用燃料电池的冷却水在电池内部对其进行加湿，该加湿所需的热量由燃料电池的余热提供。
然而，由于这样获得供给到改性气体和空气中的水蒸气而所需的热量是由改性气体的显热、电池排气的燃烧热、及电池的余热提供，所以需要相应的供热，因此为了进一步提高燃料电池的系统热效率希望加以改进。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而作出的，其目的在于通过很好地利用燃料电池的排气，从而不需要用于获得水蒸气的加热即可对送往燃料电池的改性气体等进行加湿，提高燃料电池系统的热效率。
为了达到上述目的，本发明着眼于在从燃料电池排出的排气中含有水蒸气这一情况，利用水蒸气透过膜使该水蒸气透过该膜，供给到改性气体等。
具体地说，本发明的燃料电池1具备以夹有由固体高分子构成的电解质的方式配置的氢极和氧极，且对上述氢极供给由改性装置4改性后的包含氢的改性气体，对氧极供给包含有氧的含氧气体，在两电极间产生电动势，其中，设置加湿装置31，该加湿装置31使包含于从该燃料电池1排出的排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，至少供给到送往上述改性装置4的供给气体。
按照该构成，由加湿装置31使包含于从该燃料电池1排出的排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，将该水蒸气至少供给到改性装置4的气体。这样，供给到燃料电池1的氢极的改性气体大体被加湿到水蒸气饱和状态，同时，不需要供给用于该加湿的热量，从而可提高燃料电池系统的热效率。
另外，上述改性装置4也可具有根据包含部分氧化的反应，从原料气体生成具有丰富氢的改性气体的部分氧化改性部6。
另外，上述加湿装置31也可使包含于从燃料电池1的氢极排出的氢极排气的水蒸气透过水蒸气透过膜34，供给到导入至部分氧化改性部6的空气或空气与原料气体的混合气体。
这样，也可用燃料电池1的氢极排气中的透过水蒸气透过膜34的水蒸气对供给到燃料电池1的氢极的改性气体进行加湿，提高燃料电池系统的热效率。
另一方面，上述改性装置4也可具有通过反应，从原料气体生成具有丰富氢的改性气体的水蒸气改性部43。
另外，加湿装置31也可使包含于从燃料电池1的氢极排出的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，供给到导入至水蒸气改性部43的原料气体。
这样，与上述一样，供给到燃料电池1的氢极的改性气体可用燃料电池1的氢极排气中的透过水蒸气透过膜34的水蒸气加湿，从而可提高燃料电池系统的热效率。
上述加湿装置31也可具有用氢极排气中的水蒸气加湿空气或气体的第1加湿部32和，用使加热温水透过水蒸气透过膜38获得的水蒸气加湿已由该第1加湿部32加湿的空气或气体的第2加湿部36。
这样，空气或气体在第1加湿部32用氢极排气中的透过水蒸气透过膜34的水蒸气加湿，此后，在第2加湿部36用使加热温水透过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气加湿。通过这样的对空气或气体的2阶段加湿，即使在燃料电池1的负荷变动时，也可稳定地对改性气体进行加湿。
上述加湿装置31也可使包含于从燃料电池1的氧极排出的氧极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，供给到送往燃料电池1的含氧气体。
按照该构成，供给到燃料电池1的氧极的含氧气体用燃料电池1的氧极排气中的透过水蒸气透过膜34的水蒸气加湿，在该场合，也可提高燃料电池系统的热效率。
在该场合，加湿装置31也可具有用氧极排气的水蒸气加湿气体的第1加湿部33和，用使加热温水透过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气加湿已在该第1加湿部33加湿的气体的第2加湿部37。
这样，含氧气体在第1加湿部33用氧极排气中的透过水蒸气透过膜34的水蒸气加湿，此后，在第2加湿部37进一步用使加热温水透过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气加湿。通过对这样的含氧气体的2阶段加湿，即使在燃料电池1的负荷变动时也可稳定对含氧气体进行加湿。
上述加湿装置31也可使包含于从燃料电池1的氧极排出的氧极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，供给到导入至部分氧化改性部6的空气或空气与原料气体的混合气体。
这样，供给到燃料电池1的氢极的改性气体用燃料电池1的氧极排气中的透过水蒸气透过膜34的水蒸气加湿，所以，可提高燃料电池系统的热效率。
上述加湿装置31也可使包含于从燃料电池1的氧极排出的氧极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，供给到导入至水蒸气改性部43的原料气体。
这样，供给到燃料电池1的氢极的改性气体用燃料电池1的氧极排气中的透过水蒸气透过膜34的水蒸气加湿，所以，可提高燃料电池系统的热效率。
在该场合，加湿装置31也可具有用氧极排气中的水蒸气加湿空气或气体的第1加湿部33和，用使加热温水透过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气加湿已在该第1加湿部33加湿的空气或气体的第2加湿部37。
这样，空气或气体在第1加湿部33用氧极排气中的透过水蒸气透过膜34的水蒸气加湿，此后，在第2加湿部37进一步由使加热温水透过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气加湿，通过对这样的空气或气体的2阶段加湿，即使在燃料电池1的负荷变动时也可稳定对改性气体进行加湿。
另外，上述加湿装置31也可使包含于燃料电池1的氢极排出的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，供给到送往燃料电池1的含氧气体。
这样，用燃料电池1的氢极排气中的透过水蒸气透过膜34的水蒸气对供给到燃料电池1的氧极的含氧气体进行加湿，提高燃料电池系统的热效率。
上述加湿装置31也可具有由氢极排气中的水蒸气加湿气体的第1加湿部32和，由使加热温水透过水蒸气透过膜38获得的水蒸气加湿已由该第1加湿部32加湿的气体的第2加湿部36。
这样，供给到燃料电池1的氧极含氧气体在第1加湿部32由从氢极排气透过水蒸气透过膜34的水蒸气加湿，此后，在第2加湿部36由来自加热温水的水蒸气加湿，通过这样的对含氧气体的2阶段加湿，即使在燃料电池1的负荷变动时，也可稳定地对含氧气体进行加湿。
上述加湿装置31也可一体地设置在上述燃料电池1。这样，由于将加湿装置31设置到燃料电池1上，所以，可使燃料电池系统为简单而紧凑的构造。
也可与燃料电池1成一体地设置上述加湿装置31的第1和第2加湿部32、33、36、37，将该第2加湿部36、37中的加热温水作为燃料电池1的冷却水。
按照该构成，利用已有的冷却水作为加热温水，并在稳定地确保对送往燃料电池1的气体的加湿的同时，使燃料电池系统为简单而紧凑的构造。
相反，也可与燃料电池1分开地设置加湿装置31的第1和第2加湿部32、33、36、37，将其加热温水作为温水供给装置16的温水。由此可使加热温水具体化。
使包含于上述排气中的水蒸气透过的水蒸气透过膜34为亲水性膜。另外，上述水蒸气透过膜34为具有磺酸基的聚合物膜。
这样，可获得适合于使包含于燃料电池1的排气中的水蒸气透过的水蒸气透过膜34。
上述第2加湿部36、37的水蒸气透过膜38为疏水性的多孔膜。另外，第2加湿部36、37的水蒸气透过膜38为聚四氟乙烯系、聚丙烯系或聚乙稀系的多孔膜。
这样，可获得适合于从温水使水蒸气透过的水蒸气透过膜38。
附图说明
图1为示出本发明实施例1的燃料电池系统的构成的电路图。
图2为燃料电池和加湿装置的构造的示意说明图。
图3为第1加湿部的水蒸气透过膜的示意放大断面图。
图4为第2加湿部的水蒸气透过膜的示意放大断面图。
图5为示出实施例2的与图1相应的图。
图6为示出实施例3的与图1相应的图。
图7为示出实施例4的与图1相应的图。
图8为示出实施例5的与图1相应的图。
图9为示出实施例6的与图1相应的图。
图10为示出实施例7的与图1相应的图。
具体实施方式
下面参照附图以实施例说明本发明的最佳实施形式。
(实施例1)
图1示出本发明实施例1的燃料电池系统的全体构成，符号1为公知的固体高分子型燃料电池。即，该燃料电池1具备以夹有图中未示出的由固体高分子构成的电解质的形式配置的催化电极即作为阳极的氢极(燃料极)和作为阴极的氧极(空气极)，对上述氢极供给由后述的改性装置4(改性装置)改性后的含氢气体，对氧极供给含氧空气(含氧气体)，使其进行电极反应，在两电极间产生电动势。
符号2为使从上述燃料电池1的氢极排出的氢极排气燃烧的氢极排气用燃烧器，符号3为使从燃料电池1的氧极排出的氧极排气燃烧的氧极排气用燃烧器，符号4为对包含城市煤气和加湿空气的原料气体进行改性以生成具有丰富的氢的改性气体供给到上述燃料电池1的氢极的改性装置。
上述改性装置4具有脱硫部5、部分氧化改性部6、转化反应部7、及CO选择氧化反应部8，上述脱硫部5和部分氧化改性部6通过原料气体通道11连接。另外，部分氧化改性部6、转化反应部7、及CO选择氧化反应部8分别通过改性气体通道12连接。
上述脱硫部5用于从供给到改性装置4的原料气体(包含城市煤气和加湿空气)除去硫份。另外，部分氧化改性部6导入从上述脱硫部5通过原料气体通道11供给的原料气体，从该原料气体通过包含部分氧化的反应，生成具有丰富的氢的改性气体。
另外，上述转化反应部7通过水煤气移位反应降低由部分氧化改性部6生成的改性气体中的CO浓度。在上述部分氧化改性部6和转化反应部7之间的改性气体通道12设置原料气体预热部13，为了进行转化反应部7的CO转化，由该原料气体预热部13冷却在部分氧化改性部6生成的改性气体，并回收其余热，同时，用该回收余热对供给到部分氧化改性部6的原料气体通道11内的原料气体进行预热。
另外，在上述转化反应部7通过改性气体通道12连接上述CO选择氧化反应部8，该CO选择氧化反应部8通过CO选择氧化反应进一步降低在转化反应部7中转化的改性气体中的CO浓度。CO选择氧化反应部8连接到燃料电池1的氢极。
符号16为作为温水供给装置的冷却水供给装置，该冷却水供给装置16具有贮存温水的水箱17。在该水箱17的供给部连接冷却水通道18的上游端，在该冷却水通道18的下游端连接该水箱17的回收部。另外，在冷却水通道18的途中配置循环泵19，由该循环泵19使水在水箱17与冷却水通道18之间循环。
在上述循环泵19下游侧的冷却水通道18从上游侧按顺序串联地配置用从循环泵19排出的水冷却燃料电池1并回收其余热的1对电池冷却部20、20；冷却在上述CO选择氧化反应部8生成的改性气体并回收其余热的第1热交换部21；回收在该CO选择氧化反应部8产生的反应热的第2热交换部22、冷却由上述转化反应部7生成的改性气体并回收其余热的第3热交换部23；为了在转化反应部7的CO转化而冷却由上述部分氧化改性部6生成的改性气体并回收其余热的第4热交换部24；及冷却从上述氢极排气用燃烧器2排出的燃烧气体并回收其余热的燃烧器热回收部25。另外，将上述1对电池冷却部20、20相互并列地连接。
符号28为排出空气的鼓风机，在该鼓风机28连接空气供给通道29上游端，在该空气供给通道29的途中配置过滤器30。空气供给通道29的下游侧部分并列地分支成第1-第3分支空气通道29a-29c，其第1分支空气通道29a的下游侧连接到燃料电池1的氧极，鼓风机28的空气(含氧气体)通过空气供给通道29的第1分支空气通道29a供给到燃料电池1的氧极。
空气供给通道29的第2分支空气通道29b的下游端连接到紧邻着部分氧化改性部6上游侧的原料气体通道11，从鼓风机28供给的空气的一部分在紧邻着部分氧化改性部6上游侧的位置供给到原料气体，由该空气混合部分氧化所需的氧。
另外，上述空气供给通道29的第3分支空气通道29c的下游端连接到紧邻着上述CO选择氧化反应部8上游侧的改性气体通道12，将从鼓风机28供给的气体的一部分在紧邻着CO选择氧化反应部8上游侧的位置供给到改性气体，由该空气混合CO选择氧化反应所需的氧。
本发明的特征在于：在上述燃料电池1一体设置加湿装置31，该加湿装置31将水蒸气分别供给到送往改性装置4的供给气体和送往燃料电池1的氧极的空气中，对该供给气体和空气进行加湿。如图2所示，该加湿装置31基本上具有氢极排气侧第1加湿部32和氧极排气侧第1加湿部33，该氢极排气侧第1加湿部32和氧极排气侧第1加湿部33使包含于从燃料电池1排出的排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34(参照图3)供给到送往上述改性装置4的供给气体和送往氧极的空气，氢极排气侧第1加湿部32使包含于从燃料电池1的氢极排出的到达氢极排气用燃烧器2之前的氢极排气通道9内的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，供给到上述空气供给通道29的第2分支空气通道29b内的空气中，即导入至部分氧化改性部6的空气中。
另一方面，氧极排气侧第1加湿部33使从燃料电池1的氧极排出的到达氧极排气用燃烧器3之前的氧极排气通道10内的氧极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，供给到空气供给通道29的第1分支空气通道29a内的空气中，即导入至燃料电池1的氧极的空气中。
如图3所示，在上述第1加湿部32、33中用于使含于排气中的水蒸气透过的水蒸气透过膜34为亲水性膜，例如使用全氟磺酸聚合物膜、聚乙烯醇膜、阿鲁固(アルグン)酸膜等。该水蒸气透过膜34将配置于空气侧(干燥气体侧)的支承膜34a和配置在具有水蒸气的排气侧的活性膜34b一体化，通过使排气中的水蒸气一边溶解到活性膜34b一边扩散，从而使该水蒸气透过，供给到空气中。
另外，在上述加湿装置31设置有氢极排气侧第2加湿部36和氧极排气侧第2加湿部37，该氢极排气侧第2加湿部36和氧极排气侧第2加湿部37用在上述电池冷却部20中使加热温水透过水蒸气透过膜38(参照图4)而获得的水蒸气来加湿已在上述各第1加湿部32、33被加湿的空气。上述氢极排气侧第2加湿部36用在上述一方的电池冷却部20中使加热温水透过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气来加湿在上述氢极排气侧第1加湿部32被加湿的空气。
另外，氧极排气侧第2加湿部37与上述氢极排气侧第2加湿部36同样地，用在另一方的电池冷却部20中使加热温水透过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气来加湿在氧极排气侧第1加湿部33被加湿的空气。
如图4所示，在第2加湿部36、37用于使加热温水的水蒸气透过的水蒸气透过膜38为疏水性的多孔膜，例如使用聚四氟乙烯系、聚丙烯系或聚乙烯系等多孔膜。该水蒸气透过膜38将配置于空气侧(干燥气体侧)的支承膜38a和配置于温水侧的气体可通过但水不能通过的活性膜38b一体化，通过在活性膜38b的微细孔中使温水蒸发成水蒸气，可使该水蒸气透过并供给到空气中。在图1中，透过上述各透过膜34、38供给到空气的水蒸气由空心箭头示出。
另外，如图2所示，上述上述氢极排气侧的第1和第2加湿部32、36一体地设置于燃料电池1一侧，而氧极排气侧的第1和第2加湿部33、37一体地设置于燃料电池1的另一侧。
因此，在该实施例中，当燃料电池系统正常运行时，水箱17内的水由循环泵19压送，该水在电池冷却部20、20通过与燃料电池1的热交换加热后，供给到改性装置4的第1～第4热交换部21～24，之后，经过燃烧器热回收部25返回到箱22中。
从鼓风机28排出的空气经过空气供给通道29的第1空气供给通道29a供给到燃料电池1的氧极。
原料气体进入到改性装置4，在其脱硫部5除去硫份，之后，在该原料气体中混合从上述鼓风机28经过第2分支空气通道29b供给的空气。混合该空气的原料气体由原料气体预热部13预热后，流入到部分氧化改性部6，在该部分氧化改性部6中经过包含部分氧化的反应，从原料气体生成具有丰富的氢的改性气体，该改性气体经过上述原料气体预热部13送往转化反应部7，从该部分氧化改性部6送往转化反应部7的改性气体的热分别由上述原料气体预热部13和第4热交换部24回收，利用由该第4热交换部24回收的热量对水进行加热。
供给到上述转化反应部7的改性气体在经过该转化反应部7期间通过水煤气移位反应，降低改性气体中的CO浓度，将该改性煤气供给到CO选择氧化反应部8，在导入至CO选择氧化反应部8之前在改性气体中混合由第3分支空气通道29c供给的空气(氧)。从上述转化反应部7送到CO选择氧化反应部8的改性气体的热由第2热交换部22回收，利用该回收热对水进行加热。
供给到上述CO选择氧化反应部8的改性气体在经过该CO选择氧化反应部8期间通过CO选择氧化反应，进一步降低改性气体中的CO浓度，并且，该改性气体被供给到燃料电池1的氢极。在上述CO选择氧化反应部8，CO选择氧化反应产生的反应热由第2热交换部22回收，而且从CO选择氧化反应部8送到燃料电池1的改性气体的热由第1热交换部21回收，这些回收热用于对水进行加热。
另外，在上述燃料电池1中，供给到上述氢极的改性气体和供给到氧极的空气进行电极反应，在两电极间产生电动势。之后，从上述燃料电池1的氢极排出的氢极排气经过氢极排气通道9供给到氢极排气用燃烧器2进行燃烧，另外，从氧极排出的氧极排气经过氧极排气通道10供给到氧极排气用燃烧器3进行燃烧。
在从上述燃料电池1的氢极排出的氢极排气和从氧极排出的氧极排气分别包含有水蒸气，该水蒸气由加湿装置31的第1加湿部32、33分别供给到空气供给通道29的第2分支空气通道29b内的空气中和第1分支空气通道29a内的空气中。即，这些第1加湿部32、33具有亲水性的膜构成的水蒸气透过膜34，且包含于氢极排气和氧极排气中的水蒸气透过上述水蒸气透过膜34供给到分支空气通道29b、29a内。
另外，对于由上述第1加湿部32、33供给透过水蒸气透过膜34的水蒸气的加湿空气，进一步在第2加湿部36、37中用来自加热温水的水蒸气进行加湿。即，这些第2加湿部36、37具备由具有疏水性的多孔质膜构成的水蒸气透过膜38，电池冷却部20内的加热温水在水蒸气透过膜38蒸发，同时该水蒸气透过水蒸气透过膜38追加供给到分支空气通道29b、29a内的各空气中。
这样，包含于来自燃料电池1的氢极的氢极排气中的水蒸气在氢极排气侧第1加湿部32透过水蒸气透过膜34供给到第2分支空气通道29b内的空气中，所以，该水蒸气与空气一起供给到部分氧化改性部6，经过该部分氧化改性部6、转化反应部7、及CO选择氧化反应部8导入至燃料电池1的氢极。而供给到燃料电池1的氢极的改性气体大体被加湿成水蒸气饱和状态。另一方面，包含于来自氧极的氧极排气中的水蒸气由氧极排气侧第1加湿部33供给到送往燃料电池1的氧极空气中，所以，该空气也被大体加湿成水蒸气饱和状态。这样，燃料电池1的电解质保持在由水润湿的状态，可降低电解质内的质子传导阻力。
此时，供给到上述第2分支空气通道29b内的空气的水蒸气为包含于燃料电池1的氢极排气中的水蒸气，而供给到送往燃料电池1的氧极的空气中的水蒸气为包含于该燃料电池1的氧极排气中的水蒸气，所以，不需要为了获得分别用于对送往上述燃料电池1的氢极的改性气体和送往氧极的空气进行加湿的水蒸气而加热水。这样，可提高燃料电池系统的热效率。
另外，在上述氢极排气侧第1加湿部32中用包含于氢极排气中的水蒸气进行加湿的空气在氢极排气侧第2加湿部36由使加热温水透过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气进一步加湿，另外，在氧极排气侧第1加湿部33中用包含于氧极排气中的水蒸气进行加湿的空气在氧极排气侧第2加湿部37用使加热温水透过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气进一步加湿，所以，通过对该空气的2个阶段的加湿，即使在燃料电池1的负荷变动时，也可稳定对送往燃料电池1的改性气体和空气进行加湿，可确实地维持使这些改性气体和空气大体为水蒸气饱和状态的加湿。
另外，在该实施例中，由于上述加湿装置31的氢极排气侧的第1、第2加湿部32、36和氧极排气侧的第1、第2加湿部33、37与燃料电池1成一体地设置，所以，可使燃料电池系统为简单而紧凑的构造。而且，用于在上述第2加湿部36、37中获得水蒸气的加热温水为燃料电池1的冷却水，所以可利用已有冷却水获得加热温水。
(实施例2)
图5示出本发明的实施例2(在以下各实施例中与图1-图4相同的部分采用相同符号，省略其详细说明)，与在上述实施例1中将第2加湿部36、37与燃料电池1成一体地设置不同，在这里将它们与燃料电池1分开设置。
即，在本实施例中，加湿装置31的氢极侧和氧极侧的第2加湿部36、37都与燃料电池1分开设置。另外，冷却水供给装置16的电池冷却部20为1个。另外，在该电池冷却部20与第1热交换部21之间的冷却水通道18并列地分支连接分别位于氢极排气侧和氧极排气侧的第2加湿部36、37的1对加湿用水通道41、41，在该各第2加湿部36、37中，使冷却水供给装置16的加湿用水通道41内的温水透过水蒸气透过膜38从而生成水蒸气，由该水蒸气加湿空气。其它构成与上述实施例1相同，因此，在本实施例中可获得与实施例1相同的作用效果。
(实施例3)
图6示出实施例3，其中，将上述实施例1的构成中的氢极排气侧和氧极排气侧的第2加湿部36、37去掉，仅由第1加湿部32、33来构成加湿装置31。在该实施例的场合，由于没有第2加湿部36、37，所以燃料电池1在负荷变动时改性气体和空气的加湿稳定性相应地稍有下降，但此外可获得与实施例1同样的作用效果。
(实施例4)
图7示出实施例4。在上述各实施例中，氢极排气侧第1加湿部32使燃料电池1的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34供给到导入至部分氧化改性部6的空气中，而在本实施例中，将该水蒸气供给到导入至部分氧化改性部6的空气与原料气体的混合气体。
即，在本实施例中，在上述实施例3的构成(参照图6)中配置空气供给通道29的第2分支空气通道29b下游端连接部分与部分氧化改性部6之间的原料气体通道11，使之通过氢极排气侧第1加湿部32，在该氢极排气侧第1加湿部32中使包含于来自燃料电池1的氢极的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34，供给到导入至部分氧化改性部6的空气与原料气体的混合气体。因此，即使在本实施例中也可获得与上述实施例3同样的作用效果。
(实施例5)
图8示出实施例5。在上述各实施例中，作为用于使原料气体改性的改性装置4，设置有部分氧化改性部6，但在本实施例中设置水蒸气改性部代替该部分氧化改性部6。
即，在本实施例中，将水蒸气改性部43串接到脱硫部5与转化反应部7之间。另外，没有设置空气供给通道29中的第2分支空气通道29b。循环泵19下游侧的冷却水通道18分支为第1和第2分支水通道18a、18b，在第1分支水通道18a的途中配置电池冷却部20和位于其下游侧的燃烧器热回收部25，第1分支水通道18a的下游端连接到水箱17的回收部。另一方面，在第2分支水通道18b的途中配置第1-第3热交换部21-23，第2分支水通道18b的下游端连接到原料气体通道11，对在脱硫部5除去了硫份的原料气体从第2分支水通道18b供给温水，向水蒸气改性部43供给该原料气体，改性成具有丰富的氢的改性气体，将该改性气体供给到转化反应部8。
符号44为设在处于上述冷却水通道18的第2分支水通道18b的连接部和水蒸气改性部43之间的原料气体通道11的原料气体预热部，其冷却在水蒸气改性部43生成的改性气体，回收其余热，同时利用该回收的余热对供给到水蒸气改性部43的原料气体通道11内的原料气体进行预热。
在改性装置4的氢极排气侧第1加湿部32中，对于从上述脱硫部5流到水蒸气改性部43的原料气体中供给透过水蒸气透过膜34的氢极废中的水蒸气。其它部分具有与上述实施例4(参照图7)相同的构成。
在该实施例中，对由脱硫部5除去了硫份的原料气体，从冷却水通道18的第2分支水通道18b加水，并供给到水蒸气改性部43，之后，在该水蒸气改性部43改性为具有丰富的氢的改性气体，该改性气体从水蒸气改性部43供给到转化反应部8。另外，在氢极排气侧第1加湿部32中，使燃料电池1的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜34供给到导入至上述水蒸气改性部43之前的原料气体中。因此，在本实施例中，也可获得与上述实施例4同样的作用效果。
(实施例6)
图9示出实施例6。在上述实施例5中，氢极排气侧第1加湿部32将来自燃料电池1的氢极排气中的水蒸气供给到原料气体通道11内的原料气体，氧极排气侧第1加湿部33将来自燃料电池1的氧极排气中的水蒸气供给到送往燃料电池1的氧极的空气。与此相反，在本实施例中，氢极排气侧第1加湿部32将来自燃料电池1的氢极排气中的水蒸气供给到送往燃料电池1的氧极的空气，氧极排气侧第1加湿部33将来自燃料电池1的氧极排气中的水蒸气供给到原料气体通道11内的原料气体。在本实施例中也可获得与实施例5相同的作用效果。
(实施例7)
图10示出实施例7。在上述实施例3(参照图6)，在氢极排气侧第1加湿部32中将来自燃料电池1的氢极排气中的水蒸气供给到导入至部分氧化改性部6的空气中，而且在氧极排气侧第1加湿部33中将来自燃料电池1的氧极排气中的水蒸气供给到送往燃料电池1的氧极的空气中。与此相反，在本实施例中，在氢极排气侧第1加湿部32中将来自燃料电池1的氢极排气中的水蒸气供给到送往燃料电池1的氧极的空气中，而在氧极排气侧第1加湿部33中将来自燃料电池1的氧极排气中的水蒸气供给到导入至部分氧化改性部6的空气中。在本实施例中也可获得与实施例3相同的作用效果。
另外，在该实施例7中，也可与上述实施例4(参照图7)同样，在氧极排气侧第1加湿部33中将来自燃料电池1的氧极排气中的水蒸气供给到导入至部分氧化改性部6的空气与原料气体的混合气体中。另外，也可与上述实施例1(参照图1)同样，设置氢极排气侧第2加湿部36，用使加热温水通过水蒸气透过膜38而获得的水蒸气对已由氢极排气的水蒸气加湿的空气进行加湿。产业上利用的可能性
本发明在将供给到固体高分子型燃料电池的氢极的改性气体和供给氧极的空气大体加湿成为水蒸气饱和状态时，不需要为获得该水蒸气而进行加热，因此在提高燃料电池系统的热效率、增大其实用性这一方面应用于产业上的可能性很大。

Claims (20)

1、一种燃料电池用加湿装置，其特征在于：以夹有由固体高分子构成的电解质的方式配置的氢极和氧极中，对上述氢极供给由改性装置(4)改性后的包含氢的改性气体，而对氧极供给包含有氧的含氧气体，且在两电极间产生电动势的燃料电池(1)中，设置加湿装置(31)，该加湿装置(31)使包含于从该燃料电池(1)排出的排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜(34)，至少供给到送往上述改性装置(4)的供给气体。
2、如权利要求1所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：上述改性装置(4)具有通过包含部分氧化的反应，从原料气体生成具有丰富的氢的改性气体的部分氧化改性部(6)。
3、如权利要求2所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：加湿装置(31)使包含于从燃料电池(1)的氢极排出的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜(34、38)，供给到导入至部分氧化改性部(6)的空气或空气与原料气体的混合气体。
4、如权利要求1所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：上述改性装置(4)具有通过反应从原料气体生成具有丰富的氢的改性气体的水蒸气改性部(43)。
5、如权利要求4所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：加湿装置(31)使包含于从燃料电池(1)的氢极排出的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜(34)，供给到导入至水蒸气改性部(43)的原料气体。
6、如权利要求3或5所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：上述加湿装置(31)具有用氢极排气中的水蒸气加湿空气或气体的第1加湿部(32)，和用使加热温水透过水蒸气透过膜(38)获得的水蒸气加湿已由该第1加湿部(32)加湿的空气或气体的第2加湿部(36)。
7、如权利要求2-6中任一项所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：加湿装置(31)使包含于从燃料电池(1)的氧极排出的氧极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜(34)，供给到送往燃料电池(1)的含氧气体。
8、如权利要求7所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：加湿装置(31)具有用氧极排气中的水蒸气加湿气体的第1加湿部(33)，和用使加热温水透过水蒸气透过膜(38)而获得的水蒸气加湿已由该第1加湿部(33)加湿的气体的第2加湿部(37)。
9、如权利要求2所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：上述加湿装置(31)使包含于从燃料电池(1)的氧极排出的氧极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜(34)，供给到导入至部分氧化改性部(6)的空气或空气与原料气体的混合气体。
10、如权利要求4所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：加湿装置(31)使包含于从燃料电池(1)的氧极排出的氧极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜(34)，供给到导入至水蒸气改性部(43)的原料气体。
11、如权利要求9或10所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：加湿装置(31)具有用氧极排气中的水蒸气加湿空气或气体的第1加湿部(33)，和用使加热温水透过水蒸气透过膜(38)而获得的水蒸气加湿已由该第1加湿部(33)加湿的空气或气体的第2加湿部(37)。
12、如权利要求9-11中任一项所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：加湿装置(31)使包含于从燃料电池(1)的氢极排出的氢极排气中的水蒸气透过水蒸气透过膜(34)，供给到送往燃料电池(1)的含氧气体。
13、如权利要求12所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：加湿装置(31)具有用氢极排气中的水蒸气加湿气体的第1加湿部(32)，和用使加热温水透过水蒸气透过膜(38)获得的水蒸气加湿已由该第1加湿部(32)加湿的气体的第2加湿部(36)。
14、如权利要求3、5、7、9、10或12所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：加湿装置(31)与燃料电池(1)一体设置。
15、如权利要求6、8、11或13所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：与燃料电池(1)成一体地设置加湿装置(31)的第1和第2加湿部(32、33、36、37)，而加热温水为燃料电池(1)的冷却水。
16、如权利要求6、8、11或13所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：与燃料电池(1)分开设置加湿装置(31)的第1和第2加湿部(32、33、36、37)，而加热温水为温水供给装置(16)的温水。
17、如权利要求1-16中任一项所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：使包含于排气中的水蒸气透过的水蒸气透过膜(34)为亲水性膜。
18、如权利要求1-16中任一项所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：使包含于排气中的水蒸气透过的水蒸气透过膜(34)为具有磺酸基的聚合物膜。
19、如权利要求6、8、11、13、15或16所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：第2加湿部(36、37)的水蒸气透过膜(38)为疏水性的多孔膜。
20、如权利要求6、8、11、13、15或16所述的燃料电池用加湿装置，其特征在于：第2加湿部(36、37)的水蒸气透过膜(38)为聚四氟乙烯系、聚丙烯系或聚乙烯系的多孔膜。
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