JP2002231282A - 固体高分子電解質型燃料電池発電装置 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池発電装置Info
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- JP2002231282A JP2002231282A JP2001021442A JP2001021442A JP2002231282A JP 2002231282 A JP2002231282 A JP 2002231282A JP 2001021442 A JP2001021442 A JP 2001021442A JP 2001021442 A JP2001021442 A JP 2001021442A JP 2002231282 A JP2002231282 A JP 2002231282A
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加湿専用の外部供給水を使用することなく、
かつ塵埃も除去できる簡便な装置で加湿を可能とし、さ
らに、消費電力等の低減を図った効率のよい加湿装置を
備えた固体高分子電解質型燃料電池発電装置を提供す
る。 【解決手段】 炭化水素系原燃料を水蒸気改質して水素
リッチな燃料ガスを生成する改質器１と、前記燃料ガス
と空気とを反応ガスとして電気化学反応に基づいて発電
を行なう燃料電池２と、改質器１から排出される燃焼排
ガスと燃料電池から排出される排空気とを冷却して、燃
焼排ガスおよび排空気中の水分を凝縮させて回収する水
回収装置４とを有する固体高分子電解質型燃料電池発電
装置において、燃料電池２に導入する反応ガス空気と水
回収装置４の回収水とを直接接触させて加湿する水接触
式の空気加湿装置３を備えるものとする。
かつ塵埃も除去できる簡便な装置で加湿を可能とし、さ
らに、消費電力等の低減を図った効率のよい加湿装置を
備えた固体高分子電解質型燃料電池発電装置を提供す
る。 【解決手段】 炭化水素系原燃料を水蒸気改質して水素
リッチな燃料ガスを生成する改質器１と、前記燃料ガス
と空気とを反応ガスとして電気化学反応に基づいて発電
を行なう燃料電池２と、改質器１から排出される燃焼排
ガスと燃料電池から排出される排空気とを冷却して、燃
焼排ガスおよび排空気中の水分を凝縮させて回収する水
回収装置４とを有する固体高分子電解質型燃料電池発電
装置において、燃料電池２に導入する反応ガス空気と水
回収装置４の回収水とを直接接触させて加湿する水接触
式の空気加湿装置３を備えるものとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、原燃料を水蒸気
改質して得られた燃料ガスと酸化剤ガス（空気）とを燃
料電池に供給して発電を行なう固体高分子電解質型燃料
電池発電装置、特に、その加湿装置の構成に関する。
改質して得られた燃料ガスと酸化剤ガス（空気）とを燃
料電池に供給して発電を行なう固体高分子電解質型燃料
電池発電装置、特に、その加湿装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電装置に組み込まれる燃料電
池としては、電解質の種類、改質原料の種類等によって
異なる種々のタイプがあるが、例えば、固体高分子膜を
電解質として用い、その運転温度が約８０℃と比較的低
いタイプの燃料電池として、固体高分子電解質型燃料電
池がよく知られている。
池としては、電解質の種類、改質原料の種類等によって
異なる種々のタイプがあるが、例えば、固体高分子膜を
電解質として用い、その運転温度が約８０℃と比較的低
いタイプの燃料電池として、固体高分子電解質型燃料電
池がよく知られている。
【０００３】この固体高分子電解質型燃料電池は、リン
酸型燃料電池と同様に、例えばメタンガスやメタノール
等の炭化水素系原燃料を水蒸気改質して得られた燃料ガ
ス中の水素と空気中の酸素とを、燃料電池の燃料極およ
び空気極にそれぞれ供給し、電気化学反応に基づいて発
電を行うものである。
酸型燃料電池と同様に、例えばメタンガスやメタノール
等の炭化水素系原燃料を水蒸気改質して得られた燃料ガ
ス中の水素と空気中の酸素とを、燃料電池の燃料極およ
び空気極にそれぞれ供給し、電気化学反応に基づいて発
電を行うものである。
【０００４】また、原燃料を燃料ガスへ改質するに際し
ては、原燃料に水蒸気を加え燃料改質器で触媒により改
質を促進する方法が採られているが、改質を定常的に行
なうには所要の水蒸気量を定常的に補給する必要があ
り、水蒸気の供給装置には、これに対応した水を常時補
給する必要がある。なお、使用する水は高純度の水であ
ることが必要であり、イオン交換式の水処理装置で不純
物を除去したイオン交換水が用いられるのが通例であ
る。
ては、原燃料に水蒸気を加え燃料改質器で触媒により改
質を促進する方法が採られているが、改質を定常的に行
なうには所要の水蒸気量を定常的に補給する必要があ
り、水蒸気の供給装置には、これに対応した水を常時補
給する必要がある。なお、使用する水は高純度の水であ
ることが必要であり、イオン交換式の水処理装置で不純
物を除去したイオン交換水が用いられるのが通例であ
る。
【０００５】一方、燃料電池の電気化学反応では発電生
成水が生じ、また燃料改質器では吸熱反応である水蒸気
改質反応を定常的に行なうための触媒加熱用の燃焼に伴
い燃焼生成水が生じるが、これらの生成水は通常の水道
水に比べて不純物が少なく、これらの生成水を原水とし
て用いれば、水処理装置の負荷を軽減することができる
ため、回収水タンクおよび排ガス冷却器を付加して、こ
れらの生成水を回収して改質水蒸気発生用の供給水とす
る方法が、通常採用されている。
成水が生じ、また燃料改質器では吸熱反応である水蒸気
改質反応を定常的に行なうための触媒加熱用の燃焼に伴
い燃焼生成水が生じるが、これらの生成水は通常の水道
水に比べて不純物が少なく、これらの生成水を原水とし
て用いれば、水処理装置の負荷を軽減することができる
ため、回収水タンクおよび排ガス冷却器を付加して、こ
れらの生成水を回収して改質水蒸気発生用の供給水とす
る方法が、通常採用されている。
【０００６】図２は、例えば都市ガスを原燃料とする従
来の固体高分子電解質型燃料電池発電装置の一例であっ
て、主に燃料改質および水回収系に着目した基本的な系
統図である。
来の固体高分子電解質型燃料電池発電装置の一例であっ
て、主に燃料改質および水回収系に着目した基本的な系
統図である。
【０００７】図２において、模式的に示した燃料電池２
は、燃料極２ａと空気極２ｂとを有する単位セルを複数
個重ねる毎に冷却管または冷却溝を有する図示しない冷
却板を配設，積層することにより構成されている。
は、燃料極２ａと空気極２ｂとを有する単位セルを複数
個重ねる毎に冷却管または冷却溝を有する図示しない冷
却板を配設，積層することにより構成されている。
【０００８】原燃料はまず改質用水蒸気とともに改質器
１の触媒層１ｂに供給され、以下の反応により、水素と
一酸化炭素に改質される。
１の触媒層１ｂに供給され、以下の反応により、水素と
一酸化炭素に改質される。
【０００９】CH4＋H2O→3H2＋CO （吸熱反応） その後、この改質ガスは、図示しないＣＯ変成器に供給
され、以下の反応により、改質ガス中の―酸化炭素は１
％程度まで低減される。
され、以下の反応により、改質ガス中の―酸化炭素は１
％程度まで低減される。
【００１０】CO＋H2O→H2＋CO2 （発熱反応） その後、さらに図示しないＣＯ除去器に供給され、以下
の反応により、改質ガス中の一酸化炭素は数〜数十ppm
程度まで低減された後、燃料電池の燃料極２ａに供給さ
れる。
の反応により、改質ガス中の一酸化炭素は数〜数十ppm
程度まで低減された後、燃料電池の燃料極２ａに供給さ
れる。
【００１１】CO＋1/2O2→CO2 （発熱反応） 上記の如く、改質器１において改質反応を行う場合、水
蒸気を供給する必要があり、また、吸熱反応を行なわせ
るための熱の補給が必要であり、その熱源として改質器
バーナ１ａの燃焼排ガスの顕熱を利用するのが一般的で
ある。
蒸気を供給する必要があり、また、吸熱反応を行なわせ
るための熱の補給が必要であり、その熱源として改質器
バーナ１ａの燃焼排ガスの顕熱を利用するのが一般的で
ある。
【００１２】燃料電池２で反応後の燃料ガスには残余の
水素およびメタンを含んでいるので、これを改質器バー
ナ１ａに供給して改質反応の熱源とする。改質器バーナ
１ａの燃焼用空気は、図示しないブロワにより供給され
る。
水素およびメタンを含んでいるので、これを改質器バー
ナ１ａに供給して改質反応の熱源とする。改質器バーナ
１ａの燃焼用空気は、図示しないブロワにより供給され
る。
【００１３】改質器１の燃焼排ガスは、熱交換器８に導
入される。この熱交換器８には、後述する水回収装置４
の回収水が、ポンプ５により水処理装置７を経て導入さ
れ、この熱交換器８において改質用の水蒸気を発生す
る。
入される。この熱交換器８には、後述する水回収装置４
の回収水が、ポンプ５により水処理装置７を経て導入さ
れ、この熱交換器８において改質用の水蒸気を発生す
る。
【００１４】熱交換器８において冷却された燃焼排ガス
は、水回収装置４に導入され、散水と接触させることに
より、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮する。さらに、水回
収装置４には燃料電池の空気極２ｂで反応後の空気も投
入し、同様に熱交換を行うことにより燃料電池での反応
生成水を凝縮回収する。
は、水回収装置４に導入され、散水と接触させることに
より、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮する。さらに、水回
収装置４には燃料電池の空気極２ｂで反応後の空気も投
入し、同様に熱交換を行うことにより燃料電池での反応
生成水を凝縮回収する。
【００１５】また、水回収装置４は、ラシヒリング等の
充填層からなる熱交換部４ａ，４ｂを備え、水蒸気を含
む反応空気オフガスと燃焼排ガスを充填層下部から上方
に通流し、一方上部から、必要に応じ図示しない外部冷
却設備により冷却された回収水４ｃを散水して、充填層
部分でガスと冷却水を直接接触させながら、ガス中の水
蒸気分を凝縮・回収する。上記により、簡単な構造で効
率よく水が回収される。
充填層からなる熱交換部４ａ，４ｂを備え、水蒸気を含
む反応空気オフガスと燃焼排ガスを充填層下部から上方
に通流し、一方上部から、必要に応じ図示しない外部冷
却設備により冷却された回収水４ｃを散水して、充填層
部分でガスと冷却水を直接接触させながら、ガス中の水
蒸気分を凝縮・回収する。上記により、簡単な構造で効
率よく水が回収される。
【００１６】ところで、固体高分子電解質型燃料電池に
用いられる前述の固体高分子電解質膜は、水を含んだ湿
潤状態において高いイオン（プロトン）伝導性を示すた
め、反応ガスを水で加湿することにより高い電池特性が
得られる。
用いられる前述の固体高分子電解質膜は、水を含んだ湿
潤状態において高いイオン（プロトン）伝導性を示すた
め、反応ガスを水で加湿することにより高い電池特性が
得られる。
【００１７】単電池内部の反応ガスの出口に近い部分
は、ガス中に上流側の反応で生成した水(水蒸気)が多く
含まれるので固体高分子電解質膜を湿潤状態に保つこと
は、比較的容易である。これに対し反応ガスの入口近傍
では、特に、流通する反応ガスに持ち去られる水(水蒸
気)が反応による生成水よりも多くなり、固体高分子電
解質膜が乾燥して部分的な特性低下を引き起こす。
は、ガス中に上流側の反応で生成した水(水蒸気)が多く
含まれるので固体高分子電解質膜を湿潤状態に保つこと
は、比較的容易である。これに対し反応ガスの入口近傍
では、特に、流通する反応ガスに持ち去られる水(水蒸
気)が反応による生成水よりも多くなり、固体高分子電
解質膜が乾燥して部分的な特性低下を引き起こす。
【００１８】反応ガスを加湿する方法としては、スタッ
クの外部に設けた加湿装置で反応ガスを加湿してから供
給する方法（外部加湿方式）や、単電池と類似の寸法/
形状の加湿セルをスタックの一部に組み込み、加湿セル
を通った反応ガスを発電部に供給する方法（内部加湿方
式）が考えられている。
クの外部に設けた加湿装置で反応ガスを加湿してから供
給する方法（外部加湿方式）や、単電池と類似の寸法/
形状の加湿セルをスタックの一部に組み込み、加湿セル
を通った反応ガスを発電部に供給する方法（内部加湿方
式）が考えられている。
【００１９】例えば、外部加湿方式としては、加湿用容
器に貯留された水の中に反応ガスを散気し、水中から脱
気した反応ガスを燃料電池へ通流するように構成したも
の（バブリング方式）や、特許第２６８４１５９号登録
掲載公報に記載された加圧空気による水の噴霧方式、特
開平５−３６４２８号公報に記載された超音波振動子を
用いた加湿器による超音波加湿方式などが提案されてい
る。
器に貯留された水の中に反応ガスを散気し、水中から脱
気した反応ガスを燃料電池へ通流するように構成したも
の（バブリング方式）や、特許第２６８４１５９号登録
掲載公報に記載された加圧空気による水の噴霧方式、特
開平５−３６４２８号公報に記載された超音波振動子を
用いた加湿器による超音波加湿方式などが提案されてい
る。
【００２０】また、内部加湿方式としては、ガス流通溝
を有するセパレータと、加湿水流通溝を有するセパレー
タとで多孔質支持体を介して水透過膜を挟持し、全体で
加湿板を構成し、加湿膜としての水透過膜を介して反応
ガスの加湿を行うように構成したもの等が提案されてい
る。
を有するセパレータと、加湿水流通溝を有するセパレー
タとで多孔質支持体を介して水透過膜を挟持し、全体で
加湿板を構成し、加湿膜としての水透過膜を介して反応
ガスの加湿を行うように構成したもの等が提案されてい
る。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な従来の固体高分子電解質型燃料電池発電装置および加
湿方法においては、下記のような問題点があった。
な従来の固体高分子電解質型燃料電池発電装置および加
湿方法においては、下記のような問題点があった。
【００２２】まず、前記内部加湿方式および外部加湿方
式の共通的な問題点としては、加湿装置において加湿用
に使用される専用の水供給装置を必要とする点である。
また、加湿用空気は、通常、燃料電池の阻害要因となる
塵埃を含んでおり、これを除去するために、燃料電池入
口にフィルターを設ける必要があり、構造の複雑さとメ
ンテナンスを必要とする問題があった。
式の共通的な問題点としては、加湿装置において加湿用
に使用される専用の水供給装置を必要とする点である。
また、加湿用空気は、通常、燃料電池の阻害要因となる
塵埃を含んでおり、これを除去するために、燃料電池入
口にフィルターを設ける必要があり、構造の複雑さとメ
ンテナンスを必要とする問題があった。
【００２３】さらに、前記内部加湿方式は、燃料電池ス
タックの構造が複雑となり、メンテナンスの対象が増大
する問題もある。
タックの構造が複雑となり、メンテナンスの対象が増大
する問題もある。
【００２４】また、外部加湿方式の前記バブリング方式
においては、前記フィルターを設ける必要はないが、加
湿用容器に貯留された水の交換などのメンテナンスを必
要とする。さらに、前記バブリング方式の場合、貯留さ
れた水の水頭圧がバブリング空気に作用するため、加湿
用空気の圧力損失が大きくなり、そのため、空気加圧用
の動力も大きくなる。
においては、前記フィルターを設ける必要はないが、加
湿用容器に貯留された水の交換などのメンテナンスを必
要とする。さらに、前記バブリング方式の場合、貯留さ
れた水の水頭圧がバブリング空気に作用するため、加湿
用空気の圧力損失が大きくなり、そのため、空気加圧用
の動力も大きくなる。
【００２５】さらにまた、前記水の噴霧方式や超音波加
湿方式などにおいては、空気加圧や超音波加湿のための
動力や電力の消費が、同様に大きい問題がある。
湿方式などにおいては、空気加圧や超音波加湿のための
動力や電力の消費が、同様に大きい問題がある。
【００２６】この発明は、上記問題点を解消するために
なされたもので、この発明の課題は、加湿専用の外部供
給水を使用することなく、かつ塵埃も除去できる簡便な
装置で加湿を可能とし、さらに、消費電力等の低減を図
った効率のよい加湿装置を備えた固体高分子電解質型燃
料電池発電装置を提供することにある。
なされたもので、この発明の課題は、加湿専用の外部供
給水を使用することなく、かつ塵埃も除去できる簡便な
装置で加湿を可能とし、さらに、消費電力等の低減を図
った効率のよい加湿装置を備えた固体高分子電解質型燃
料電池発電装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、この発明は、炭化水素系原燃料を水蒸気改質して
水素リッチな燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料ガ
スと空気とを反応ガスとして電気化学反応に基づいて発
電を行なう燃料電池と、前記改質器から排出される燃焼
排ガスと燃料電池から排出される排空気とを冷却して、
前記燃焼排ガスおよび排空気中の水分を凝縮させて回収
する水回収装置とを有する固体高分子電解質型燃料電池
発電装置において、前記燃料電池に導入する反応ガス空
気と前記水回収装置の回収水とを直接接触させて加湿す
る水接触式の空気加湿装置を備えるものとする（請求項
１の発明）。
めに、この発明は、炭化水素系原燃料を水蒸気改質して
水素リッチな燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料ガ
スと空気とを反応ガスとして電気化学反応に基づいて発
電を行なう燃料電池と、前記改質器から排出される燃焼
排ガスと燃料電池から排出される排空気とを冷却して、
前記燃焼排ガスおよび排空気中の水分を凝縮させて回収
する水回収装置とを有する固体高分子電解質型燃料電池
発電装置において、前記燃料電池に導入する反応ガス空
気と前記水回収装置の回収水とを直接接触させて加湿す
る水接触式の空気加湿装置を備えるものとする（請求項
１の発明）。
【００２８】上記発明によれば、加湿専用の外部供給水
が不要となり、かつ塵埃も除去できる簡便な装置で、反
応ガス空気を容易に加湿することができる。さらに、水
回収装置の回収水と反応ガス空気とを直接接触させて加
湿するので、大きな動力や電力の消費なしに、効率よく
加湿できる。また、空気と水との接触時間が比較的長く
なるので、回収水により、空気を予熱できる利点もあ
る。
が不要となり、かつ塵埃も除去できる簡便な装置で、反
応ガス空気を容易に加湿することができる。さらに、水
回収装置の回収水と反応ガス空気とを直接接触させて加
湿するので、大きな動力や電力の消費なしに、効率よく
加湿できる。また、空気と水との接触時間が比較的長く
なるので、回収水により、空気を予熱できる利点もあ
る。
【００２９】なお、前記バブリング方式においても、空
気と水は直接接触するが、前述のように、水頭圧がバブ
リング空気に作用するため、空気加圧用の動力が大きく
なる問題がある。これに対して、本発明の水接触式の空
気加湿装置の場合には、空気の流れの中で、水蒸気の状
態で空気に作用するので、空気と水との接触時間が比較
的長くとも、動力が大きくなる問題はない。
気と水は直接接触するが、前述のように、水頭圧がバブ
リング空気に作用するため、空気加圧用の動力が大きく
なる問題がある。これに対して、本発明の水接触式の空
気加湿装置の場合には、空気の流れの中で、水蒸気の状
態で空気に作用するので、空気と水との接触時間が比較
的長くとも、動力が大きくなる問題はない。
【００３０】前記請求項１の発明の実施態様としては、
下記請求項２ないし５の発明が好適である。即ち、請求
項１記載の燃料電池発電装置において、水接触式空気加
湿装置は、水接触用の充填層を備えるものとする（請求
項２の発明）。これにより、加湿が均等に行なわれて、
加湿の確実性が向上する。
下記請求項２ないし５の発明が好適である。即ち、請求
項１記載の燃料電池発電装置において、水接触式空気加
湿装置は、水接触用の充填層を備えるものとする（請求
項２の発明）。これにより、加湿が均等に行なわれて、
加湿の確実性が向上する。
【００３１】また、請求項１または２に記載の燃料電池
発電装置において、前記改質器から排出される燃焼排ガ
スによって前記回収水を加熱し、改質用の水蒸気を発生
する熱交換器を備え、前記水回収装置における回収水の
一部を前記水接触式の空気加湿装置に導入し、水処理装
置を経て前記熱交換器に導入してなるものとする（請求
項３の発明）。
発電装置において、前記改質器から排出される燃焼排ガ
スによって前記回収水を加熱し、改質用の水蒸気を発生
する熱交換器を備え、前記水回収装置における回収水の
一部を前記水接触式の空気加湿装置に導入し、水処理装
置を経て前記熱交換器に導入してなるものとする（請求
項３の発明）。
【００３２】これにより、空気中の塵埃を含む回収水が
清浄化される。また、改質器燃焼排ガスから回収した水
には炭酸イオンが含まれているが、前記水回収装置およ
び空気加湿装置における燃料電池反応後の空気および燃
料電池への供給空気と接触させることにより、凝縮水中
の二酸化炭素を気相中に放散できる。これにより、水処
理装置におけるイオン交換樹脂の寿命を伸ばすことがで
きる。
清浄化される。また、改質器燃焼排ガスから回収した水
には炭酸イオンが含まれているが、前記水回収装置およ
び空気加湿装置における燃料電池反応後の空気および燃
料電池への供給空気と接触させることにより、凝縮水中
の二酸化炭素を気相中に放散できる。これにより、水処
理装置におけるイオン交換樹脂の寿命を伸ばすことがで
きる。
【００３３】さらに、請求項１ないし３のいずれかに記
載の燃料電池発電装置において、前記水回収装置は、前
記凝縮用の冷却器を備え、この冷却器は、前記燃焼排ガ
スおよび排空気と回収水とを直接接触させて冷却する水
接触式ガス冷却器とする（請求項４の発明）。水と直接
接触させる方式のため、回収効率が向上する。
載の燃料電池発電装置において、前記水回収装置は、前
記凝縮用の冷却器を備え、この冷却器は、前記燃焼排ガ
スおよび排空気と回収水とを直接接触させて冷却する水
接触式ガス冷却器とする（請求項４の発明）。水と直接
接触させる方式のため、回収効率が向上する。
【００３４】また、前記発明は、水接触式の空気加湿装
置を備えることを前提としたが、水接触式に限定される
ことなく、下記請求項５の発明によれば、加湿専用の外
部供給水を使用することなく、かつ塵埃も除去できる簡
便な装置で加湿を可能とし、さらに、消費電力等の低減
を図った効率のよい加湿装置を備えた固体高分子電解質
型燃料電池発電装置が得られる。即ち、炭化水素系原燃
料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改
質器と、前記燃料ガスと空気とを反応ガスとして電気化
学反応に基づいて発電を行なう燃料電池と、前記改質器
から排出される燃焼排ガスと燃料電池から排出される排
空気とを冷却して、前記燃焼排ガスおよび排空気中の水
分を凝縮させて回収する水回収装置とを有する固体高分
子電解質型燃料電池発電装置において、前記燃料電池に
導入する反応ガス空気を、前記水回収装置の回収水によ
り加湿する空気加湿装置を備えるものとする。
置を備えることを前提としたが、水接触式に限定される
ことなく、下記請求項５の発明によれば、加湿専用の外
部供給水を使用することなく、かつ塵埃も除去できる簡
便な装置で加湿を可能とし、さらに、消費電力等の低減
を図った効率のよい加湿装置を備えた固体高分子電解質
型燃料電池発電装置が得られる。即ち、炭化水素系原燃
料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改
質器と、前記燃料ガスと空気とを反応ガスとして電気化
学反応に基づいて発電を行なう燃料電池と、前記改質器
から排出される燃焼排ガスと燃料電池から排出される排
空気とを冷却して、前記燃焼排ガスおよび排空気中の水
分を凝縮させて回収する水回収装置とを有する固体高分
子電解質型燃料電池発電装置において、前記燃料電池に
導入する反応ガス空気を、前記水回収装置の回収水によ
り加湿する空気加湿装置を備えるものとする。
【００３５】
【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施例に
ついて以下にのべる。
ついて以下にのべる。
【００３６】図１は、この発明に関わる実施例を示す系
統図であり、図２と同じ機能を有する部材には同一の番
号を付して説明を省略する。図１と図２との相違点は、
概ね、図１においては、図２に対して、さらに、空気加
湿装置３およびこの空気加湿装置と、水回収装置４なら
びに水処理装置７とを接続するポンプ６を含む系統を備
える点である。然して、空気加湿装置３は、燃料電池に
導入する反応ガス空気と水回収装置４の回収水とを直接
接触させて加湿する水接触式の空気加湿装置が望まし
い。さらにこの水接触式の空気加湿装置は、水接触用の
充填層を備えることが望ましい。
統図であり、図２と同じ機能を有する部材には同一の番
号を付して説明を省略する。図１と図２との相違点は、
概ね、図１においては、図２に対して、さらに、空気加
湿装置３およびこの空気加湿装置と、水回収装置４なら
びに水処理装置７とを接続するポンプ６を含む系統を備
える点である。然して、空気加湿装置３は、燃料電池に
導入する反応ガス空気と水回収装置４の回収水とを直接
接触させて加湿する水接触式の空気加湿装置が望まし
い。さらにこの水接触式の空気加湿装置は、水接触用の
充填層を備えることが望ましい。
【００３７】図１に示す燃料電池発電装置において、回
収した生成水４ｃはポンプ５により水回収装置４におけ
る散水に利用するとともに、一部を分岐させて空気加湿
装置３における散水にも利用する。
収した生成水４ｃはポンプ５により水回収装置４におけ
る散水に利用するとともに、一部を分岐させて空気加湿
装置３における散水にも利用する。
【００３８】燃料電池の反応ガス空気は、図示しないブ
ロワにより空気加湿装置３に供給し、前記の散水と接触
させることにより、空気中の塵埃を洗浄除去するととも
に飽和温度までの加湿を行い、燃料電池２の空気極２ｂ
に供給する。水接触式空気加湿器３ａに散水した後の水
３ｂは、ポンプ６により水処理装置７に供給し、水中の
溶存イオン等を除去した後に熱交換器８に供給して改質
蒸気用の水として利用する。
ロワにより空気加湿装置３に供給し、前記の散水と接触
させることにより、空気中の塵埃を洗浄除去するととも
に飽和温度までの加湿を行い、燃料電池２の空気極２ｂ
に供給する。水接触式空気加湿器３ａに散水した後の水
３ｂは、ポンプ６により水処理装置７に供給し、水中の
溶存イオン等を除去した後に熱交換器８に供給して改質
蒸気用の水として利用する。
【００３９】
【発明の効果】上記のとおり、この発明によれば、炭化
水素系原燃料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを
生成する改質器と、前記燃料ガスと空気とを反応ガスと
して電気化学反応に基づいて発電を行なう燃料電池と、
前記改質器から排出される燃焼排ガスと燃料電池から排
出される排空気とを冷却して、前記燃焼排ガスおよび排
空気中の水分を凝縮させて回収する水回収装置とを有す
る固体高分子電解質型燃料電池発電装置において、前記
燃料電池に導入する反応ガス空気と前記水回収装置の回
収水とを直接接触させて加湿する水接触式の空気加湿装
置を備えるものとしたので、加湿専用の外部供給水を使
用することなく、かつ塵埃も除去できる簡便な装置で加
湿を可能とし、さらに、消費電力等の低減を図った効率
のよい加湿装置を備えた固体高分子電解質型燃料電池発
電装置を提供することができる。
水素系原燃料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを
生成する改質器と、前記燃料ガスと空気とを反応ガスと
して電気化学反応に基づいて発電を行なう燃料電池と、
前記改質器から排出される燃焼排ガスと燃料電池から排
出される排空気とを冷却して、前記燃焼排ガスおよび排
空気中の水分を凝縮させて回収する水回収装置とを有す
る固体高分子電解質型燃料電池発電装置において、前記
燃料電池に導入する反応ガス空気と前記水回収装置の回
収水とを直接接触させて加湿する水接触式の空気加湿装
置を備えるものとしたので、加湿専用の外部供給水を使
用することなく、かつ塵埃も除去できる簡便な装置で加
湿を可能とし、さらに、消費電力等の低減を図った効率
のよい加湿装置を備えた固体高分子電解質型燃料電池発
電装置を提供することができる。
【図１】この発明の燃料電池発電装置の実施例を示す系
統図
統図
【図２】従来の燃料電池発電装置の一例を示す系統図
１：改質器、１ａ：改質器バーナ、１ｂ：触媒層、２：
燃料電池、２ａ：燃料極、２ｂ：空気極、３：空気加湿
装置、４：水回収装置、５，６：ポンプ、７：水処理装
置、８：熱交換器。
燃料電池、２ａ：燃料極、２ｂ：空気極、３：空気加湿
装置、４：水回収装置、５，６：ポンプ、７：水処理装
置、８：熱交換器。
Claims (5)
- 【請求項１】 炭化水素系原燃料を水蒸気改質して水素
リッチな燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料ガスと
空気とを反応ガスとして電気化学反応に基づいて発電を
行なう燃料電池と、前記改質器から排出される燃焼排ガ
スと燃料電池から排出される排空気とを冷却して、前記
燃焼排ガスおよび排空気中の水分を凝縮させて回収する
水回収装置とを有する固体高分子電解質型燃料電池発電
装置において、 前記燃料電池に導入する反応ガス空気と前記水回収装置
の回収水とを直接接触させて加湿する水接触式の空気加
湿装置を備えることを特徴とする固体高分子電解質型燃
料電池発電装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池発電装置におい
て、水接触式空気加湿装置は、水接触用の充填層を備え
ることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池発電装
置。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の燃料電池発電
装置において、前記改質器から排出される燃焼排ガスに
よって前記回収水を加熱し、改質用の水蒸気を発生する
熱交換器を備え、前記水回収装置における回収水の一部
を前記水接触式の空気加湿装置に導入し、水処理装置を
経て前記熱交換器に導入してなることを特徴とする固体
高分子電解質型燃料電池発電装置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の燃
料電池発電装置において、前記水回収装置は、前記凝縮
用の冷却器を備え、この冷却器は、前記燃焼排ガスおよ
び排空気と回収水とを直接接触させて冷却する水接触式
ガス冷却器とすることを特徴とする固体高分子電解質型
燃料電池発電装置。 - 【請求項５】 炭化水素系原燃料を水蒸気改質して水素
リッチな燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料ガスと
空気とを反応ガスとして電気化学反応に基づいて発電を
行なう燃料電池と、前記改質器から排出される燃焼排ガ
スと燃料電池から排出される排空気とを冷却して、前記
燃焼排ガスおよび排空気中の水分を凝縮させて回収する
水回収装置とを有する固体高分子電解質型燃料電池発電
装置において、前記燃料電池に導入する反応ガス空気
を、前記水回収装置の回収水により加湿する空気加湿装
置を備えることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池発電装置。
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|---|---|---|---|
| JP2001021442A JP4419329B2 (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | 固体高分子電解質型燃料電池発電装置 |
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| JP2002231282A true JP2002231282A (ja) | 2002-08-16 |
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-
2001
- 2001-01-30 JP JP2001021442A patent/JP4419329B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2005129381A (ja) * | 2003-10-24 | 2005-05-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システムの水処理装置 |
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| JP2006049040A (ja) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池発電システム |
| JP2007536715A (ja) * | 2004-08-17 | 2007-12-13 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 燃料電池用プロトン交換膜の加湿装置および方法 |
| KR100846894B1 (ko) * | 2004-08-17 | 2008-07-17 | 비와이디 컴퍼니 리미티드 | 연료 셀의 양자 교환 박막용 가습 장치 및 방법 |
| WO2006017987A1 (en) * | 2004-08-17 | 2006-02-23 | Byd Company Limited | Humidifying devices and methods for proton exchange membranes of fuel cells |
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