JP2002042842A - 固体高分子電解質型燃料電池システム - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池システムInfo
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- JP2002042842A JP2002042842A JP2000227369A JP2000227369A JP2002042842A JP 2002042842 A JP2002042842 A JP 2002042842A JP 2000227369 A JP2000227369 A JP 2000227369A JP 2000227369 A JP2000227369 A JP 2000227369A JP 2002042842 A JP2002042842 A JP 2002042842A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 排気される酸化ガスの熱エネルギーと酸化ガ
スに含まれる水をより高効率に回収することができる固
体高分子電解質型燃料電池システムを提供する。 【解決手段】 燃料電池に酸化剤としての空気を供給す
る流路に、空気供給装置と、湿度交換型熱交換器と、酸
化側水冷凝縮器と、酸化側空冷凝縮器を構成する。
スに含まれる水をより高効率に回収することができる固
体高分子電解質型燃料電池システムを提供する。 【解決手段】 燃料電池に酸化剤としての空気を供給す
る流路に、空気供給装置と、湿度交換型熱交換器と、酸
化側水冷凝縮器と、酸化側空冷凝縮器を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
型燃料電池を用いて発電を行う固体高分子電解質型燃料
電池システムに関するものである。
型燃料電池を用いて発電を行う固体高分子電解質型燃料
電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体高分子電解質型燃料電池シス
テムについて図３を参照して説明する。従来の固体高分
子電解質型燃料電池システムは、燃料電池１と、天然ガ
スなどの原料を水蒸気改質し、水素リッチなガスを生成
して燃料電池１に供給する燃料処理装置２と、酸化剤の
空気を燃料電池１に供給する空気供給装置５とを備えて
いる。そして、燃料電池１に燃料ガスを供給する燃料供
給路２ａには、燃料ガスを加湿する燃料側加湿器３を有
し、燃料電池１より排出される燃料ガスを含む排出路２
ｂには、ガスに含まれる水蒸気を冷却ファンにより冷却
し凝縮させる燃料側水凝縮器４を有する。空気を供給す
る空気供給路５ａには、空気を加湿する酸化側加湿器６
を有し、燃料電池１から排出される空気の排出路５ｂに
は、ガスに含まれる水蒸気を冷却ファンにより冷却し凝
縮させる酸化側水凝縮器７を有する。燃料側水凝縮器４
と酸化側水凝縮器７とは、それらが凝縮した水を蓄える
蓄水タンク８に連結されている。蓄水タンク８は、それ
ぞれポンプ９および１０を有する管路により加湿器３お
よび６に接続され、凝縮水を燃料側加湿器３および酸化
側加湿器６に送ることができる。さらに、燃料電池１に
水を送って冷却する冷却水配管には、配管内の水を循環
させる冷却水ポンプ１１と、燃料電池１で発生した熱を
外部へ放出する冷却用放熱器１２を備えている。
テムについて図３を参照して説明する。従来の固体高分
子電解質型燃料電池システムは、燃料電池１と、天然ガ
スなどの原料を水蒸気改質し、水素リッチなガスを生成
して燃料電池１に供給する燃料処理装置２と、酸化剤の
空気を燃料電池１に供給する空気供給装置５とを備えて
いる。そして、燃料電池１に燃料ガスを供給する燃料供
給路２ａには、燃料ガスを加湿する燃料側加湿器３を有
し、燃料電池１より排出される燃料ガスを含む排出路２
ｂには、ガスに含まれる水蒸気を冷却ファンにより冷却
し凝縮させる燃料側水凝縮器４を有する。空気を供給す
る空気供給路５ａには、空気を加湿する酸化側加湿器６
を有し、燃料電池１から排出される空気の排出路５ｂに
は、ガスに含まれる水蒸気を冷却ファンにより冷却し凝
縮させる酸化側水凝縮器７を有する。燃料側水凝縮器４
と酸化側水凝縮器７とは、それらが凝縮した水を蓄える
蓄水タンク８に連結されている。蓄水タンク８は、それ
ぞれポンプ９および１０を有する管路により加湿器３お
よび６に接続され、凝縮水を燃料側加湿器３および酸化
側加湿器６に送ることができる。さらに、燃料電池１に
水を送って冷却する冷却水配管には、配管内の水を循環
させる冷却水ポンプ１１と、燃料電池１で発生した熱を
外部へ放出する冷却用放熱器１２を備えている。
【０００３】燃料処理装置２を出た燃料ガスは、燃料側
加湿器３で、蓄水タンク８より燃料側水ポンプ９によっ
て供給される水を用いて加湿され、燃料電池１に送り込
まれる。燃料電池１より排出される発電に用いられなか
った燃料ガスは、燃料側水凝縮器４によって除湿された
後、大気に放出される。一方、酸化剤に用いる空気は、
空気供給装置５によって酸化側加湿器６に送り込まれ、
蓄水タンク８より酸化側水ポンプ１０によって供給され
る水を用いて加湿され、燃料電池１に送り込まれる。燃
料電池１より排出される発電に用いられなかった空気
は、酸化側水回収器７によって冷却・除湿された後、大
気に放出される。発電を行う燃料電池１の温度を一定に
保つために、冷却配管を通して、冷却水ポンプ１１で水
を循環させ、冷却用放熱器１２で燃料電池１で発生した
熱を外部へ放出する。
加湿器３で、蓄水タンク８より燃料側水ポンプ９によっ
て供給される水を用いて加湿され、燃料電池１に送り込
まれる。燃料電池１より排出される発電に用いられなか
った燃料ガスは、燃料側水凝縮器４によって除湿された
後、大気に放出される。一方、酸化剤に用いる空気は、
空気供給装置５によって酸化側加湿器６に送り込まれ、
蓄水タンク８より酸化側水ポンプ１０によって供給され
る水を用いて加湿され、燃料電池１に送り込まれる。燃
料電池１より排出される発電に用いられなかった空気
は、酸化側水回収器７によって冷却・除湿された後、大
気に放出される。発電を行う燃料電池１の温度を一定に
保つために、冷却配管を通して、冷却水ポンプ１１で水
を循環させ、冷却用放熱器１２で燃料電池１で発生した
熱を外部へ放出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の燃料電池発電シ
ステムにおいて、燃料電池より排出される高加湿された
空気は、冷却ファンにより冷却され、それにより水蒸気
が凝縮する。また、酸化側加湿器に用いる水は、水タン
クに蓄水している凝縮水である。この構成によると、水
蒸気を水に凝縮させ、その凝縮水を再度加湿に用いる。
また、高温の空気も冷却ファンにより冷却され、熱エネ
ルギーを大気に放出する。そのため、排気される空気お
よび水蒸気の熱エネルギーを有効には利用せずに放出し
ている。本発明は、上記に鑑み、排出される酸化ガスの
熱エネルギーと酸化ガスに含まれる水をより高効率に回
収することができる固体高分子電解質型燃料電池システ
ムを提供することを目的とする。
ステムにおいて、燃料電池より排出される高加湿された
空気は、冷却ファンにより冷却され、それにより水蒸気
が凝縮する。また、酸化側加湿器に用いる水は、水タン
クに蓄水している凝縮水である。この構成によると、水
蒸気を水に凝縮させ、その凝縮水を再度加湿に用いる。
また、高温の空気も冷却ファンにより冷却され、熱エネ
ルギーを大気に放出する。そのため、排気される空気お
よび水蒸気の熱エネルギーを有効には利用せずに放出し
ている。本発明は、上記に鑑み、排出される酸化ガスの
熱エネルギーと酸化ガスに含まれる水をより高効率に回
収することができる固体高分子電解質型燃料電池システ
ムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の固体高分子電解
質型燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスを用いて
発電を行う固体高分子電解質型の燃料電池と、燃料電池
へ供給する酸化ガスと燃料電池から排出される酸化ガス
との間で熱交換を行うとともに供給酸化ガスの加湿およ
び排出酸化ガスの除湿を行う湿度交換型熱交換手段と、
湿度交換型熱交換手段から排出される酸化ガスの水蒸気
を冷却し凝縮させる水冷凝縮手段と、水冷凝縮手段から
排出される酸化ガスの水蒸気を冷却し凝縮させる空冷凝
縮手段とを備えている。本発明は、また、燃料ガスと酸
化ガスを用いて発電を行う固体高分子電解質型の燃料電
池と、燃料電池へ供給する酸化ガスと燃料電池から排出
される酸化ガスとの間で熱交換を行うとともに供給酸化
ガスの加湿および排出酸化ガスの除湿を行う湿度交換型
熱交換手段と、湿度交換型熱交換手段から排出される酸
化ガスの水蒸気を冷却し凝縮させる水冷凝縮手段と、水
冷凝縮手段から排出される冷却水を冷却する放熱手段お
よび排出冷却水の熱を蓄熱する蓄熱手段のいずれかまた
は双方とを備えた固体高分子電解質型燃料電池システム
を提供する。
質型燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスを用いて
発電を行う固体高分子電解質型の燃料電池と、燃料電池
へ供給する酸化ガスと燃料電池から排出される酸化ガス
との間で熱交換を行うとともに供給酸化ガスの加湿およ
び排出酸化ガスの除湿を行う湿度交換型熱交換手段と、
湿度交換型熱交換手段から排出される酸化ガスの水蒸気
を冷却し凝縮させる水冷凝縮手段と、水冷凝縮手段から
排出される酸化ガスの水蒸気を冷却し凝縮させる空冷凝
縮手段とを備えている。本発明は、また、燃料ガスと酸
化ガスを用いて発電を行う固体高分子電解質型の燃料電
池と、燃料電池へ供給する酸化ガスと燃料電池から排出
される酸化ガスとの間で熱交換を行うとともに供給酸化
ガスの加湿および排出酸化ガスの除湿を行う湿度交換型
熱交換手段と、湿度交換型熱交換手段から排出される酸
化ガスの水蒸気を冷却し凝縮させる水冷凝縮手段と、水
冷凝縮手段から排出される冷却水を冷却する放熱手段お
よび排出冷却水の熱を蓄熱する蓄熱手段のいずれかまた
は双方とを備えた固体高分子電解質型燃料電池システム
を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態におけ
る燃料電池発電システムは、燃料電池と、燃料電池へ供
給する酸化ガスと燃料電池から排出される酸化ガスとの
間で熱交換を行うとともに供給酸化ガスの加湿および排
出酸化ガスの除湿を行う湿度交換型熱交換手段と、湿度
交換型熱交換手段から排出される酸化ガスの水蒸気を冷
却し凝縮させる水冷凝縮手段と、水冷凝縮手段から排出
される酸化ガスの水蒸気を冷却し凝縮させる空冷凝縮手
段とを備えている。
る燃料電池発電システムは、燃料電池と、燃料電池へ供
給する酸化ガスと燃料電池から排出される酸化ガスとの
間で熱交換を行うとともに供給酸化ガスの加湿および排
出酸化ガスの除湿を行う湿度交換型熱交換手段と、湿度
交換型熱交換手段から排出される酸化ガスの水蒸気を冷
却し凝縮させる水冷凝縮手段と、水冷凝縮手段から排出
される酸化ガスの水蒸気を冷却し凝縮させる空冷凝縮手
段とを備えている。
【０００７】この実施の形態においては、固体高分子電
解質型燃料電池に供給する酸化ガスは、湿度交換型熱交
換手段により、燃料電池から排出される酸化ガスと熱交
換及び湿度交換をし、高温高湿の酸化ガスとして燃料電
池に供給することができる。固体高分子電解質型燃料電
池での発電による生成熱及び生成水を含んだ高温高湿の
排出酸化ガスは、湿度交換型熱交換手段を用いることに
より、供給する酸化ガスと熱交換及び湿度交換をし、除
湿および冷却することができる。その後、水冷凝縮手段
を用いて排出酸化ガスの冷却と水蒸気の凝縮をし、さら
にその後、空冷凝縮手段で排出酸化ガスの冷却と水蒸気
の凝縮をすることができる。また、水冷凝縮手段に導入
する冷却水を停止することにより、容易に空冷凝縮手段
のみを使用することができる。さらに、空冷凝縮手段の
送風を停止することにより、容易に水冷凝縮手段のみを
使用することができる。
解質型燃料電池に供給する酸化ガスは、湿度交換型熱交
換手段により、燃料電池から排出される酸化ガスと熱交
換及び湿度交換をし、高温高湿の酸化ガスとして燃料電
池に供給することができる。固体高分子電解質型燃料電
池での発電による生成熱及び生成水を含んだ高温高湿の
排出酸化ガスは、湿度交換型熱交換手段を用いることに
より、供給する酸化ガスと熱交換及び湿度交換をし、除
湿および冷却することができる。その後、水冷凝縮手段
を用いて排出酸化ガスの冷却と水蒸気の凝縮をし、さら
にその後、空冷凝縮手段で排出酸化ガスの冷却と水蒸気
の凝縮をすることができる。また、水冷凝縮手段に導入
する冷却水を停止することにより、容易に空冷凝縮手段
のみを使用することができる。さらに、空冷凝縮手段の
送風を停止することにより、容易に水冷凝縮手段のみを
使用することができる。
【０００８】本発明の第２の実施の形態においては、第
１の実施の形態の空冷凝縮手段の代わりに、水冷凝縮手
段から排出される冷却水を冷却する放熱手段および排出
冷却水の熱を蓄熱する蓄熱手段のいずれかまたは双方を
備えている。この実施の形態によれば、水冷凝縮手段を
用いて排出酸化ガスの冷却と水蒸気の凝縮をする際に、
水冷凝縮手段から排出される排出冷却水は、排熱により
温水として排出される。排出冷却水は、放熱手段を用い
ることにより、冷却することができる。または、蓄熱手
段を用いて熱交換することにより、排出冷却水を冷却水
とともに排熱を蓄熱することができる。
１の実施の形態の空冷凝縮手段の代わりに、水冷凝縮手
段から排出される冷却水を冷却する放熱手段および排出
冷却水の熱を蓄熱する蓄熱手段のいずれかまたは双方を
備えている。この実施の形態によれば、水冷凝縮手段を
用いて排出酸化ガスの冷却と水蒸気の凝縮をする際に、
水冷凝縮手段から排出される排出冷却水は、排熱により
温水として排出される。排出冷却水は、放熱手段を用い
ることにより、冷却することができる。または、蓄熱手
段を用いて熱交換することにより、排出冷却水を冷却水
とともに排熱を蓄熱することができる。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の具体的実施例について図面を
参照しながら説明する。 《実施例１》図１は、第１の本発明の具体的実施例の固
体高分子電解質型燃料電池システムを示す構成図であ
る。本実施例における固体高分子電解質型燃料電池シス
テムは、燃料ガスと酸化ガスを用いて発電を行う固体高
分子電解質型の燃料電池１と、天然ガスなどの原料を水
蒸気改質し、水素リッチなガスを生成して燃料電池１に
供給する燃料処理装置２と、酸化剤の空気を燃料電池１
に供給する空気供給装置５とを備えている。燃料電池１
に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路２ａには、燃料ガ
スを加湿する燃料側加湿器３を有し、燃料電池１より排
出される燃料ガスの排出路２ｂには、燃料ガスに含まれ
る水蒸気を冷却ファンにより冷却し凝縮させる燃料側水
凝縮器４を有する。燃料電池１へ空気を供給する空気供
給路５ａと燃料電池から排出される空気の排出路５ｂと
にまたがって、燃料電池へ供給する空気と燃料電池から
排気される空気との間で熱交換を行う湿度交換型熱交換
器２１が設けられている。空気排出路５ｂには、湿度交
換型熱交換器２１から排出される排気空気に含まれる水
蒸気を凝縮器用冷却水により冷却し凝縮させる酸化側水
冷凝縮器２２と、酸化側水冷凝縮器２２から排出される
排気空気に含まれる水蒸気を冷却ファンにより冷却し凝
縮させる酸化側空冷凝縮器２３が設けられている。
参照しながら説明する。 《実施例１》図１は、第１の本発明の具体的実施例の固
体高分子電解質型燃料電池システムを示す構成図であ
る。本実施例における固体高分子電解質型燃料電池シス
テムは、燃料ガスと酸化ガスを用いて発電を行う固体高
分子電解質型の燃料電池１と、天然ガスなどの原料を水
蒸気改質し、水素リッチなガスを生成して燃料電池１に
供給する燃料処理装置２と、酸化剤の空気を燃料電池１
に供給する空気供給装置５とを備えている。燃料電池１
に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路２ａには、燃料ガ
スを加湿する燃料側加湿器３を有し、燃料電池１より排
出される燃料ガスの排出路２ｂには、燃料ガスに含まれ
る水蒸気を冷却ファンにより冷却し凝縮させる燃料側水
凝縮器４を有する。燃料電池１へ空気を供給する空気供
給路５ａと燃料電池から排出される空気の排出路５ｂと
にまたがって、燃料電池へ供給する空気と燃料電池から
排気される空気との間で熱交換を行う湿度交換型熱交換
器２１が設けられている。空気排出路５ｂには、湿度交
換型熱交換器２１から排出される排気空気に含まれる水
蒸気を凝縮器用冷却水により冷却し凝縮させる酸化側水
冷凝縮器２２と、酸化側水冷凝縮器２２から排出される
排気空気に含まれる水蒸気を冷却ファンにより冷却し凝
縮させる酸化側空冷凝縮器２３が設けられている。
【００１０】燃料側水凝縮器４は、蓄水タンク８に接続
され、凝縮器４で凝縮した水はタンク８に蓄えられる。
また、酸化側水冷凝縮器２２および酸化側空冷凝縮器２
３で凝縮した水を蓄水タンク８に蓄えるための管路を有
する。蓄水タンク８は、ポンプ９を有する管路により加
湿器３と接続され、蓄えている凝縮水を燃料側加湿器３
に送ることができる。発電を行う燃料電池１の温度を一
定に保つために、冷却配管を通して、燃料電池用冷却水
ポンプ１１により燃料電池用冷却水を循環させ、燃料電
池１で発生した熱を冷却用放熱器１２により外部へ放出
する。なお、上記の各部材において、図３で示した従来
の固体高分子電解質型燃料電池システムのものと同じ機
能を有するものについては、同一符号を付与しており、
それらの機能の詳細は、図３で示した従来の固体高分子
電解質型燃料電池システムのものに準ずるものとする。
また、湿度交換型熱交換器２１と酸化側水冷凝縮器２２
と酸化側空冷凝縮器２３とは、本実施例の空気側流路を
構成している。
され、凝縮器４で凝縮した水はタンク８に蓄えられる。
また、酸化側水冷凝縮器２２および酸化側空冷凝縮器２
３で凝縮した水を蓄水タンク８に蓄えるための管路を有
する。蓄水タンク８は、ポンプ９を有する管路により加
湿器３と接続され、蓄えている凝縮水を燃料側加湿器３
に送ることができる。発電を行う燃料電池１の温度を一
定に保つために、冷却配管を通して、燃料電池用冷却水
ポンプ１１により燃料電池用冷却水を循環させ、燃料電
池１で発生した熱を冷却用放熱器１２により外部へ放出
する。なお、上記の各部材において、図３で示した従来
の固体高分子電解質型燃料電池システムのものと同じ機
能を有するものについては、同一符号を付与しており、
それらの機能の詳細は、図３で示した従来の固体高分子
電解質型燃料電池システムのものに準ずるものとする。
また、湿度交換型熱交換器２１と酸化側水冷凝縮器２２
と酸化側空冷凝縮器２３とは、本実施例の空気側流路を
構成している。
【００１１】次に、本実施例における空気側流路の動作
を説明する。酸化ガスとして、空気供給装置５によって
燃料電池１に供給される空気は、湿度交換型熱交換器２
１により温度調整と加湿が行われる。湿度交換型熱交換
器２１によって温度および湿度が調整された空気は、燃
料電池１に供給され、燃料電池１内での電気化学反応に
より、さらに高温・高加湿空気として燃料電池１より排
出される。燃料電池１より排出された空気は、再び湿度
交換型熱交換器２１に入り、排気空気の持つ熱と水蒸気
が湿度交換型熱交換器２１を通して、供給空気の温度調
整と加湿に用いられる。すなわち、湿度交換型熱交換器
２１は、供給空気と排出空気との間の熱交換を行うとと
もに、供給空気の加湿および排出空気の除湿を同時に行
う。湿度交換型熱交換器２１を出た排出空気は、酸化側
水冷凝縮器２２に入り、凝縮器用の冷却水と熱交換する
ことにより、冷却されるとともに排出空気に含まれる水
蒸気は凝縮され水として排出される。酸化側水冷凝縮器
２２を出た排出空気は、酸化側空冷凝縮器２３に導か
れ、外気と熱交換することにより温度が低下し、排出空
気に含まれる水蒸気は凝縮して水として排出される。酸
化側水冷凝縮器２２と酸化側空冷凝縮器２３とで凝縮さ
れた水は、回収水として蓄水タンク８に蓄えられる。
を説明する。酸化ガスとして、空気供給装置５によって
燃料電池１に供給される空気は、湿度交換型熱交換器２
１により温度調整と加湿が行われる。湿度交換型熱交換
器２１によって温度および湿度が調整された空気は、燃
料電池１に供給され、燃料電池１内での電気化学反応に
より、さらに高温・高加湿空気として燃料電池１より排
出される。燃料電池１より排出された空気は、再び湿度
交換型熱交換器２１に入り、排気空気の持つ熱と水蒸気
が湿度交換型熱交換器２１を通して、供給空気の温度調
整と加湿に用いられる。すなわち、湿度交換型熱交換器
２１は、供給空気と排出空気との間の熱交換を行うとと
もに、供給空気の加湿および排出空気の除湿を同時に行
う。湿度交換型熱交換器２１を出た排出空気は、酸化側
水冷凝縮器２２に入り、凝縮器用の冷却水と熱交換する
ことにより、冷却されるとともに排出空気に含まれる水
蒸気は凝縮され水として排出される。酸化側水冷凝縮器
２２を出た排出空気は、酸化側空冷凝縮器２３に導か
れ、外気と熱交換することにより温度が低下し、排出空
気に含まれる水蒸気は凝縮して水として排出される。酸
化側水冷凝縮器２２と酸化側空冷凝縮器２３とで凝縮さ
れた水は、回収水として蓄水タンク８に蓄えられる。
【００１２】本実施例における空気側流路構成をとるこ
とにより、酸化側水冷凝縮器２２と酸化側空冷凝縮器２
３の双方の使用、またはいずれか一方の使用の変更が容
易に行うことができる。すなわち、双方使用の場合は酸
化側水冷凝縮器２２に凝縮用の冷却水を流すとともに、
酸化側空冷凝縮器２３のファンを駆動することにより容
易に実現できる。また、酸化側水冷凝縮器２２のみを使
用する場合は、酸化側水冷凝縮器２２に凝縮用の冷却水
を流す一方、酸化側空冷凝縮器２３のファンを停止する
ことにより容易に実現できる。さらに、酸化側空冷凝縮
器２３のみを使用する場合は、酸化側水冷凝縮器２２へ
の凝縮用冷却水の流入を停止し、酸化側空冷凝縮器２３
のファンを駆動することにより容易に実現できる。した
がって、上記の本実施例における空気側流路構成をとる
ことにより、燃料電池１から排出される排出空気の熱と
水蒸気を湿度交換型熱交換器２１で効果的に回収し、燃
料電池１へ供給する空気の温度調整と加湿に用いること
ができる。また、湿度交換型熱交換器２１から排出され
る空気は、酸化側水冷凝縮器２２および酸化側空冷凝縮
器２３で効果的に冷却されるとともに、水蒸気を凝縮さ
せ水として回収することができる。また、酸化側水冷凝
縮器２２と酸化側空冷凝縮器２３の双方使用といずれか
一方使用の変更を容易にすることができる。
とにより、酸化側水冷凝縮器２２と酸化側空冷凝縮器２
３の双方の使用、またはいずれか一方の使用の変更が容
易に行うことができる。すなわち、双方使用の場合は酸
化側水冷凝縮器２２に凝縮用の冷却水を流すとともに、
酸化側空冷凝縮器２３のファンを駆動することにより容
易に実現できる。また、酸化側水冷凝縮器２２のみを使
用する場合は、酸化側水冷凝縮器２２に凝縮用の冷却水
を流す一方、酸化側空冷凝縮器２３のファンを停止する
ことにより容易に実現できる。さらに、酸化側空冷凝縮
器２３のみを使用する場合は、酸化側水冷凝縮器２２へ
の凝縮用冷却水の流入を停止し、酸化側空冷凝縮器２３
のファンを駆動することにより容易に実現できる。した
がって、上記の本実施例における空気側流路構成をとる
ことにより、燃料電池１から排出される排出空気の熱と
水蒸気を湿度交換型熱交換器２１で効果的に回収し、燃
料電池１へ供給する空気の温度調整と加湿に用いること
ができる。また、湿度交換型熱交換器２１から排出され
る空気は、酸化側水冷凝縮器２２および酸化側空冷凝縮
器２３で効果的に冷却されるとともに、水蒸気を凝縮さ
せ水として回収することができる。また、酸化側水冷凝
縮器２２と酸化側空冷凝縮器２３の双方使用といずれか
一方使用の変更を容易にすることができる。
【００１３】《実施例２》図２は、第２の本発明の具体
的実施例の固体高分子電解質型燃料電池システムを示す
構成図である。本実施例における固体高分子電解質型燃
料電池システムは、実施例１のシステムと空気側流路構
成が異なっている。燃料電池１へ空気を供給する空気供
給路５ａと燃料電池から排出される空気の排出路５ｂと
にまたがって、燃料電池へ供給する空気と燃料電池から
排気される空気との間で熱交換を行う湿度交換型熱交換
器３１が設けられている。空気排出路５ｂには、湿度交
換型熱交換器３１から排出される排気空気に含まれる水
蒸気を凝縮器用冷却水により冷却し凝縮させる酸化側水
冷凝縮器３２が設けられている。酸化側水冷凝縮器３２
で凝縮された水は蓄水タンク８に蓄えられる。
的実施例の固体高分子電解質型燃料電池システムを示す
構成図である。本実施例における固体高分子電解質型燃
料電池システムは、実施例１のシステムと空気側流路構
成が異なっている。燃料電池１へ空気を供給する空気供
給路５ａと燃料電池から排出される空気の排出路５ｂと
にまたがって、燃料電池へ供給する空気と燃料電池から
排気される空気との間で熱交換を行う湿度交換型熱交換
器３１が設けられている。空気排出路５ｂには、湿度交
換型熱交換器３１から排出される排気空気に含まれる水
蒸気を凝縮器用冷却水により冷却し凝縮させる酸化側水
冷凝縮器３２が設けられている。酸化側水冷凝縮器３２
で凝縮された水は蓄水タンク８に蓄えられる。
【００１４】凝縮器３２には、冷却水を循環するための
凝縮器用冷却水ポンプ３３を有する循環路（凝縮器用冷
却水回路）が連結されている。この循環路には、凝縮器
３２より排出される凝縮器用冷却水の熱を蓄熱するため
の蓄熱器３４、放熱するための放熱器３５、および蓄熱
器３４と放熱器３５とに凝縮用冷却水の流れを切り替え
るための切り替え弁３６を備えている。他の構成は、実
施例１と同様である。
凝縮器用冷却水ポンプ３３を有する循環路（凝縮器用冷
却水回路）が連結されている。この循環路には、凝縮器
３２より排出される凝縮器用冷却水の熱を蓄熱するため
の蓄熱器３４、放熱するための放熱器３５、および蓄熱
器３４と放熱器３５とに凝縮用冷却水の流れを切り替え
るための切り替え弁３６を備えている。他の構成は、実
施例１と同様である。
【００１５】次に、本実施例における空気側流路と凝縮
器用冷却水回路の動作を説明する。酸化ガスとして、空
気供給装置５によって燃料電池１に供給される空気は、
湿度交換型熱交換器３１によって温度調整と加湿が行わ
れる。湿度交換型熱交換器３１によって温度および湿度
が調整された空気は、燃料電池１に供給され、燃料電池
１内での電気化学反応により、さらに高温・高加湿空気
として燃料電池１より排出される。燃料電池１より排出
された空気は、再び湿度交換型熱交換器３１に入り、排
出空気の持つ熱と水蒸気は、湿度交換型熱交換器３１を
通して、供給空気の温度調整と加湿に用いられる。すな
わち、湿度交換型熱交換器３１は、供給空気と排出空気
との間の熱交換を行うとともに、供給空気の加湿および
排出空気の除湿を同時に行う。湿度交換型熱交換器３１
を出た排出空気は、酸化側水冷凝縮器３２に入り、凝縮
器用の冷却水と熱交換することにより、冷却されるとと
もに排出空気に含まれる水蒸気は凝縮され水として排出
される。酸化側水冷凝縮器３２で凝縮された水は、回収
水として蓄水タンク８に蓄えられる。
器用冷却水回路の動作を説明する。酸化ガスとして、空
気供給装置５によって燃料電池１に供給される空気は、
湿度交換型熱交換器３１によって温度調整と加湿が行わ
れる。湿度交換型熱交換器３１によって温度および湿度
が調整された空気は、燃料電池１に供給され、燃料電池
１内での電気化学反応により、さらに高温・高加湿空気
として燃料電池１より排出される。燃料電池１より排出
された空気は、再び湿度交換型熱交換器３１に入り、排
出空気の持つ熱と水蒸気は、湿度交換型熱交換器３１を
通して、供給空気の温度調整と加湿に用いられる。すな
わち、湿度交換型熱交換器３１は、供給空気と排出空気
との間の熱交換を行うとともに、供給空気の加湿および
排出空気の除湿を同時に行う。湿度交換型熱交換器３１
を出た排出空気は、酸化側水冷凝縮器３２に入り、凝縮
器用の冷却水と熱交換することにより、冷却されるとと
もに排出空気に含まれる水蒸気は凝縮され水として排出
される。酸化側水冷凝縮器３２で凝縮された水は、回収
水として蓄水タンク８に蓄えられる。
【００１６】一方、凝縮器用冷却水回路を流れる凝縮器
用冷却水は、凝縮器用冷却水ポンプ３３により凝縮器用
冷却水回路を循環する。凝縮器用冷却水ポンプ３３によ
り酸化側水冷凝縮器３２に流入した凝縮器用冷却水は、
酸化側水冷凝縮器３２に導かれる排出空気と熱交換する
ことにより、高温の温水として排出される。酸化側水冷
凝縮器３２によって温水として回収した熱を蓄熱する時
は、切り替え弁３６により凝縮器用冷却水を蓄熱器３４
に流入し、凝縮器用冷却水の熱を蓄熱器３４に回収する
とともに凝縮器用冷却水を冷却する。また、酸化側水冷
凝縮器３２によって温水として回収した熱を放熱する時
は、切り替え弁３６により凝縮器用冷却水を放熱器３５
に流入し、大気と熱交換することにより凝縮器用冷却水
を冷却する。蓄熱器３４または放熱器３５よって冷却さ
れた凝縮器用冷却水は、凝縮器用冷却水ポンプ３３によ
って再び凝縮器用冷却水回路を循環する。
用冷却水は、凝縮器用冷却水ポンプ３３により凝縮器用
冷却水回路を循環する。凝縮器用冷却水ポンプ３３によ
り酸化側水冷凝縮器３２に流入した凝縮器用冷却水は、
酸化側水冷凝縮器３２に導かれる排出空気と熱交換する
ことにより、高温の温水として排出される。酸化側水冷
凝縮器３２によって温水として回収した熱を蓄熱する時
は、切り替え弁３６により凝縮器用冷却水を蓄熱器３４
に流入し、凝縮器用冷却水の熱を蓄熱器３４に回収する
とともに凝縮器用冷却水を冷却する。また、酸化側水冷
凝縮器３２によって温水として回収した熱を放熱する時
は、切り替え弁３６により凝縮器用冷却水を放熱器３５
に流入し、大気と熱交換することにより凝縮器用冷却水
を冷却する。蓄熱器３４または放熱器３５よって冷却さ
れた凝縮器用冷却水は、凝縮器用冷却水ポンプ３３によ
って再び凝縮器用冷却水回路を循環する。
【００１７】本実施例における空気側流路構成をとるこ
とにより、燃料電池１から排出される空気の熱と水蒸気
を湿度交換型熱交換器３１で効果的に回収し、燃料電池
１への供給空気の温度調整と加湿に用いることができ
る。また、湿度交換型熱交換器３１から排出される空気
は、酸化側水冷凝縮器３２で効果的に冷却されるととも
に、水蒸気を凝縮させ水として回収することができる。
また、本実施例における凝縮器用冷却水回路構成をとる
ことにより、酸化側水冷凝縮器３２で排出空気の熱を回
収し、温水として凝縮器用冷却水を取り出すことができ
る。凝縮器用冷却水に回収された熱は、容易に蓄熱また
は放熱することができる。実運転において燃料電池１で
１．５ｋＷの発電をすると、本実施例の空気側流路と凝
縮器用冷却水回路の構成によって、排出空気からの熱回
収として５００Ｗの熱量を蓄熱器３４に蓄熱することが
できる。
とにより、燃料電池１から排出される空気の熱と水蒸気
を湿度交換型熱交換器３１で効果的に回収し、燃料電池
１への供給空気の温度調整と加湿に用いることができ
る。また、湿度交換型熱交換器３１から排出される空気
は、酸化側水冷凝縮器３２で効果的に冷却されるととも
に、水蒸気を凝縮させ水として回収することができる。
また、本実施例における凝縮器用冷却水回路構成をとる
ことにより、酸化側水冷凝縮器３２で排出空気の熱を回
収し、温水として凝縮器用冷却水を取り出すことができ
る。凝縮器用冷却水に回収された熱は、容易に蓄熱また
は放熱することができる。実運転において燃料電池１で
１．５ｋＷの発電をすると、本実施例の空気側流路と凝
縮器用冷却水回路の構成によって、排出空気からの熱回
収として５００Ｗの熱量を蓄熱器３４に蓄熱することが
できる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、燃料電池から排出される酸化ガスの熱エ
ネルギーと酸化ガスに含まれる水をより高効率に回収で
きる固体高分子電解質型燃料電池システムを提供するこ
とができる。
発明によれば、燃料電池から排出される酸化ガスの熱エ
ネルギーと酸化ガスに含まれる水をより高効率に回収で
きる固体高分子電解質型燃料電池システムを提供するこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例における固体高分子電解質型
燃料電池システムを示す構成図である。
燃料電池システムを示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施例における固体高分子電解質
型燃料電池システムを示す構成図である。
型燃料電池システムを示す構成図である。
【図３】従来の固体高分子電解質型燃料電池システムを
示す構成図である。
示す構成図である。
１ 燃料電池 ２ 燃料処理装置 ３ 燃料側加湿器 ４ 燃料側水凝縮器 ５ 空気供給装置 ６ 酸化側加湿器 ７ 酸化側水凝縮器 ８ 蓄水タンク ９ 燃料側水ポンプ １０ 酸化側水ポンプ １１ 冷却水ポンプ １２ 冷却用放熱器 ２１、３１ 湿度交換型熱交換器 ２２、３２ 酸化側水冷凝縮器 ２３ 酸化側空冷凝縮器 ３３ 凝縮器用冷却水ポンプ ３４ 蓄熱器 ３５ 放熱器 ３６ 切り替え弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮内 伸二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 上田 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 MM03
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料ガスと酸化ガスを用いて発電を行う
固体高分子電解質型の燃料電池と、前記燃料電池へ供給
する酸化ガスと燃料電池から排出される酸化ガスとの間
の熱交換を行うとともに供給酸化ガスの加湿および排出
酸化ガスの除湿を行う湿度交換型熱交換手段と、前記湿
度交換型熱交換手段から排出される排出酸化ガスの水蒸
気を水冷により冷却し凝縮させる水冷凝縮手段と、前記
水冷凝縮手段から排出される排出酸化ガスの水蒸気を空
冷により冷却し凝縮させる空冷凝縮手段とを具備する固
体高分子電解質型燃料電池システム。 - 【請求項２】 燃料ガスと酸化ガスを用いて発電を行う
固体高分子電解質型の燃料電池と、前記燃料電池へ供給
する酸化ガスと燃料電池から排出される酸化ガスとの間
の熱交換を行うとともに供給酸化ガスの加湿および排出
酸化ガスの除湿を行う湿度交換型熱交換手段と、前記湿
度交換型熱交換手段から排出される排出酸化ガスの水蒸
気を水冷により冷却し凝縮させる水冷凝縮手段と、前記
水冷凝縮手段から排出される排出冷却水を冷却する放熱
手段および前記排出冷却水の熱を蓄熱する蓄熱手段のい
ずれかまたは双方とを具備する固体高分子電解質型燃料
電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000227369A JP2002042842A (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000227369A JP2002042842A (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002042842A true JP2002042842A (ja) | 2002-02-08 |
Family
ID=18720831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000227369A Pending JP2002042842A (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002042842A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004119052A (ja) * | 2002-09-24 | 2004-04-15 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2006073376A (ja) * | 2004-09-02 | 2006-03-16 | Mitsubishi Electric Corp | 固体高分子形燃料電池システム |
| US7223487B2 (en) | 2003-03-27 | 2007-05-29 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2009238390A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-15 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2009238391A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-15 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2016038973A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 |
-
2000
- 2000-07-27 JP JP2000227369A patent/JP2002042842A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004119052A (ja) * | 2002-09-24 | 2004-04-15 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US7223487B2 (en) | 2003-03-27 | 2007-05-29 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2006073376A (ja) * | 2004-09-02 | 2006-03-16 | Mitsubishi Electric Corp | 固体高分子形燃料電池システム |
| JP4687039B2 (ja) * | 2004-09-02 | 2011-05-25 | 三菱電機株式会社 | 固体高分子形燃料電池システム |
| JP2009238390A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-15 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2009238391A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-15 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2016038973A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 |
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