JP2003157873A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2003157873A
JP2003157873A JP2001358072A JP2001358072A JP2003157873A JP 2003157873 A JP2003157873 A JP 2003157873A JP 2001358072 A JP2001358072 A JP 2001358072A JP 2001358072 A JP2001358072 A JP 2001358072A JP 2003157873 A JP2003157873 A JP 2003157873A
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JP
Japan
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gas
fuel
fuel cell
hydrogen
anode
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Withdrawn
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JP2001358072A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshikatsu Katagiri
敏勝 片桐
Mikihiro Suzuki
幹浩 鈴木
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent excess supply of moisture to a fuel cell and production of flooding in the fuel cell. SOLUTION: This fuel cell system comprises a fuel cell 1 for generating electricity by hydrogen gas and air supplied; a hydrogen gas supply passage 10 for supplying the hydrogen gas to the fuel cell 1; a hydrogen off-gas circulation passage 20 for returning the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 1 to the hydrogen gas supply passage 10; an ejector 11 for pressurizing the hydrogen off-gas; an anode humidifier 12 for supplying moisture to a gas flowing in the hydrogen gas supply passage 10; and an anode dehumidifier 21 for removing moisture from the hydrogen gas flowing in the hydrogen off-gas circulation passage 20.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料ガスのオフ
ガス、すなわち燃料オフガスをリサイクルして燃料ガス
と混合させて燃料電池に供給する燃料電池システムに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system that recycles off gas of fuel gas, that is, fuel off gas, mixes it with fuel gas, and supplies it to a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池自動車等に搭載される燃料電池
には、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソード
とを備え、アノードに燃料ガス(例えば水素ガス)を供
給し、カソードに酸化剤ガス(例えば酸素あるいは空
気)を供給して、これらガスの酸化還元反応にかかる化
学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにし
たものがある。この燃料電池では、アノードで水素ガス
がイオン化して固体高分子電解質中を移動し、電子は、
外部負荷を通ってカソードに移動し、酸素と反応して水
を生成する一連の電気化学反応による電気エネルギを取
り出すことができるようになっている。このように、燃
料電池での発電には水の生成を伴うので、電池から排出
される燃料ガス(すなわち、燃料オフガス)や酸化剤ガ
ス(すなわち、酸化剤オフガス)には水分が含まれてい
る。
2. Description of the Related Art A fuel cell mounted on a fuel cell vehicle or the like is provided with an anode and a cathode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, a fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied to the anode, and an oxidizer is supplied to the cathode. There is one in which a gas (for example, oxygen or air) is supplied to directly extract chemical energy involved in the redox reaction of these gases as electric energy. In this fuel cell, hydrogen gas is ionized at the anode and moves in the solid polymer electrolyte, and electrons are
It is possible to extract electrical energy from a series of electrochemical reactions that travel through an external load to the cathode and react with oxygen to produce water. As described above, since the power generation in the fuel cell is accompanied by the generation of water, the fuel gas (that is, the fuel off gas) or the oxidant gas (that is, the oxidant off gas) discharged from the cell contains water. .

【0003】ところで、この燃料電池にあっては、固体
高分子電解質膜が乾燥してしまうと、イオン伝導率が低
下し、エネルギ変換効率が低下してしまうので、良好な
イオン伝導を保つために固体高分子電解質膜に水分を供
給する必要がある。このため、この種の燃料電池では、
一般に、燃料電池に供給する前に予め燃料ガスあるいは
酸化剤ガス若しくはこれら両方を加湿装置で加湿し、加
湿されたこれらガスを固体高分子電解質膜に供給するこ
とにより、固体高分子電解質膜に水分を供給している
(特開平8−273687号等)。
By the way, in this fuel cell, when the solid polymer electrolyte membrane is dried, the ionic conductivity is lowered and the energy conversion efficiency is lowered. Therefore, in order to maintain good ionic conduction. It is necessary to supply water to the solid polymer electrolyte membrane. Therefore, in this type of fuel cell,
Generally, before supplying to the fuel cell, the fuel gas or the oxidant gas or both of them are humidified by a humidifier, and the humidified gas is supplied to the solid polymer electrolyte membrane so that the water content of the solid polymer electrolyte membrane is increased. Is supplied (JP-A-8-273687, etc.).

【0004】また、この種の燃料電池では、一般に、発
電に供された後に燃料電池から排出される燃料ガス、す
なわち燃料オフガスには未反応の燃料ガスが含まれてい
るので、燃費向上のため、燃料オフガスをエゼクタやポ
ンプ等の加圧装置を用いてリサイクルさせ、新鮮な燃料
ガスと混合して再度燃料電池に供給している。
In addition, in this type of fuel cell, generally, the fuel gas discharged from the fuel cell after being used for power generation, that is, the fuel off-gas contains unreacted fuel gas, and therefore, in order to improve fuel efficiency. The fuel off gas is recycled by using a pressurizing device such as an ejector or a pump, mixed with fresh fuel gas, and supplied again to the fuel cell.

【0005】図7は、従来の一般的な燃料電池システム
の構成を示すものである。酸化剤ガスとしての空気はコ
ンプレッサ51により所定圧力に昇圧され、カソード加
湿器52で加湿されて燃料電池50のカソードに供給さ
れる。この空気は発電に供された後、燃料電池50から
空気オフガスとして排出され、圧力制御弁53を介して
排出される。一方、図示しない燃料供給装置から供給さ
れる燃料ガスとしての水素ガスはエゼクタ54を経由
し、アノード加湿器55で加湿されて、燃料電池50の
アノードに供給される。水素ガスは発電に供された後、
燃料電池50から水素オフガスとして排出され、水素オ
フガス循環流路56を通って気液分離器57に送られ、
気液分離器57で液水を除去された燃料オフガスがエゼ
クタ54に吸引されて、前記燃料供給装置から供給され
る新鮮な水素ガスと混合され再び燃料電池50のアノー
ドに供給される。
FIG. 7 shows the structure of a conventional general fuel cell system. Air as the oxidant gas is pressurized to a predetermined pressure by the compressor 51, humidified by the cathode humidifier 52, and supplied to the cathode of the fuel cell 50. After this air is used for power generation, it is discharged from the fuel cell 50 as air off gas and discharged via the pressure control valve 53. On the other hand, hydrogen gas as a fuel gas supplied from a fuel supply device (not shown) passes through the ejector 54, is humidified by the anode humidifier 55, and is supplied to the anode of the fuel cell 50. After the hydrogen gas is used for power generation,
It is discharged as hydrogen off-gas from the fuel cell 50 and sent to the gas-liquid separator 57 through the hydrogen off-gas circulation flow path 56.
The fuel off gas from which liquid water has been removed by the gas-liquid separator 57 is sucked into the ejector 54, mixed with fresh hydrogen gas supplied from the fuel supply device, and supplied again to the anode of the fuel cell 50.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように、水素オフ
ガスをリサイクルする場合には、気液分離器57で水素
オフガスから液水を除去しているが、水素オフガスは高
湿度であるため、液水除去後の水素オフガスをエゼクタ
54で加圧すると、水素オフガス中の蒸気が凝縮されて
凝縮水が生じ、この凝縮水が燃料ガスおよび燃料オフガ
スとともに燃料電池50に供給される結果、水分が過剰
供給され、これが燃料電池50内においてフラッディン
グを起こす原因となってしまうことがある。燃料電池5
0内でフラッディングが生じると、燃料ガスの流れが阻
害され、燃料ガスの流れが不均一になったり、一部で燃
料ガスの流れが停められたりして、発電状態が不安定に
なるという問題が生じる。そこで、この発明は、燃料電
池への水分の過剰供給を阻止し、適正な水分供給が行わ
れるようにして、燃料電池の発電状態を安定させること
ができる燃料電池システムを提供するものである。
As described above, when recycling the hydrogen off-gas, liquid water is removed from the hydrogen off-gas by the gas-liquid separator 57, but since the hydrogen off-gas has high humidity, the liquid When the hydrogen off-gas after water removal is pressurized by the ejector 54, the vapor in the hydrogen off-gas is condensed to generate condensed water, and the condensed water is supplied to the fuel cell 50 together with the fuel gas and the fuel off-gas. It may be supplied, which may cause flooding in the fuel cell 50. Fuel cell 5
If flooding occurs within 0, the flow of fuel gas is obstructed, the flow of fuel gas becomes non-uniform, or the flow of fuel gas is partially stopped, and the power generation state becomes unstable. Occurs. Therefore, the present invention provides a fuel cell system capable of stabilizing the power generation state of the fuel cell by preventing the excessive supply of water to the fuel cell and performing the proper water supply.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載した発明は、燃料ガス(例えば、後
述する第1〜第5の実施の形態における水素ガス)と酸
化剤ガス(例えば、後述する第1〜第5の実施の形態に
おける空気)とを供給されて発電を行う燃料電池(例え
ば、後述する第1〜第5の実施の形態における燃料電池
1)と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガ
ス供給流路(例えば、後述する第1〜第5の実施の形態
における水素ガス供給流路10)と、前記燃料電池から
排出される燃料オフガス(例えば、後述する第1〜第5
の実施の形態における水素オフガス)を前記燃料ガス供
給流路に戻す燃料オフガス循環流路(例えば、後述する
第1〜第5の実施の形態における水素オフガス循環流路
20)と、前記燃料オフガスを加圧する加圧装置(例え
ば、後述する第1〜第5の実施の形態におけるエゼクタ
11)と、前記燃料ガス供給流路を流れるガスに水分を
与える加湿装置(例えば、後述する第1〜第5の実施の
形態におけるアノード加湿器12)と、前記加湿装置と
は別に設けられ、前記燃料オフガス循環流路を流れる燃
料オフガスから水分を奪う除湿装置(例えば、後述する
第1〜第5の実施の形態におけるアノード除湿器21)
と、を備えることを特徴とする燃料電池システムであ
る。このように構成することにより、燃料オフガスを加
圧装置で加圧する前に、燃料オフガス中に気相で存在す
る水分(蒸気)を除湿装置によって除去することがで
き、この後、燃料オフガスを加圧しても凝縮水が発生す
ることがない。また、加湿装置と別に除湿装置を設けて
いるので、燃料ガスに対する加湿度合いと燃料オフガス
に対する除湿度合いをそれぞれ所望に制御することが可
能になる。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 provides a fuel gas (for example, hydrogen gas in the first to fifth embodiments described later) and an oxidant gas. (For example, air in first to fifth embodiments described below) to generate electric power by being supplied with the fuel cell (for example, fuel cell 1 in first to fifth embodiments described below), and the fuel. A fuel gas supply channel (for example, a hydrogen gas supply channel 10 in the first to fifth embodiments described later) for supplying the fuel gas to the cell, and a fuel off gas discharged from the fuel cell (for example, the later described). First to fifth
The fuel off-gas circulation flow path (for example, hydrogen off-gas circulation flow path 20 in the first to fifth embodiments described later) that returns the hydrogen off-gas in the embodiment to the fuel gas supply flow path, and the fuel off-gas. A pressurizing device that pressurizes (for example, the ejector 11 in the first to fifth embodiments described below) and a humidifying device that applies moisture to the gas flowing through the fuel gas supply passage (for example, the first to fifth embodiments described below). Of the anode humidifier 12) of the present embodiment and the humidifier, which are provided separately, and dehumidify water from the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas circulation channel (for example, the first to fifth embodiments described later). Anode dehumidifier in the form of 21)
And a fuel cell system. With this configuration, the moisture (vapor) existing in the gas phase in the fuel offgas can be removed by the dehumidifier before the fuel offgas is pressurized by the pressurizer, and then the fuel offgas is added. No condensed water is generated even if pressed. In addition, since the dehumidifying device is provided separately from the humidifying device, it is possible to control the humidification degree for the fuel gas and the dehumidification degree for the fuel off-gas as desired.

【0008】請求項2に記載した発明は、請求項1に記
載の発明において、前記除湿装置(例えば、後述する第
2および第3の実施の形態におけるアノード除湿器2
1)は、透過膜を介して該透過膜の両面に接する流体間
で水分の授受を行う膜除湿装置であり、前記除湿装置に
おいて前記燃料オフガスから水分を奪う流体は、前記加
圧装置の下流を流れる燃料ガスであることを特徴とす
る。このように構成することにより、燃料オフガスから
奪った水分を燃料ガスに与えて燃料ガスを加湿すること
が可能になる。
The invention described in claim 2 is the same as the invention described in claim 1, wherein the dehumidifying device (for example, the anode dehumidifier 2 in the second and third embodiments described later) is used.
1) is a membrane dehumidifier that exchanges moisture between fluids that are in contact with both sides of the permeable membrane via a permeable membrane, and the fluid that removes moisture from the fuel off-gas in the dehumidifier is downstream of the pressurizer. It is characterized in that it is a fuel gas flowing through. With such a configuration, it is possible to humidify the fuel gas by giving the moisture taken from the fuel off gas to the fuel gas.

【0009】請求項3に記載した発明は、請求項2に記
載の発明において、前記加湿装置(例えば、後述する第
2の実施の形態におけるアノード加湿器12)は、前記
除湿装置(例えば、後述する第2の実施の形態における
アノード除湿器21)の下流に配されていることを特徴
とする。このように構成することにより、加湿装置を除
湿装置の上流に配した場合に比べて、透過膜を挟んで流
れる両ガスの湿度差を大きくすることができ、その結
果、除湿装置における燃料オフガスに対する除湿性能を
大きくすることが可能になり、換言すれば、除湿装置に
おける燃料ガスに対する加湿性能を大きくすることが可
能になる。
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the second aspect, the humidifier (for example, an anode humidifier 12 in a second embodiment described later) is the dehumidifier (for example, later described). It is arranged downstream of the anode dehumidifier 21) in the second embodiment. With this configuration, it is possible to increase the humidity difference between the two gases flowing with the permeable membrane in between as compared with the case where the humidifying device is arranged upstream of the dehumidifying device, and as a result, to the fuel off gas in the dehumidifying device. It is possible to increase the dehumidification performance, in other words, it is possible to increase the humidification performance for the fuel gas in the dehumidification device.

【0010】請求項4に記載した発明は、請求項2に記
載の発明において、前記加湿装置(例えば、後述する第
3の実施の形態におけるアノード加湿器12)は前記除
湿装置(例えば、後述する第3の実施の形態におけるア
ノード除湿器21)をバイパスする燃料ガスバイパス流
路(例えば、後述する第3の実施の形態における水素ガ
スバイパス流路13)に設けられており、前記燃料オフ
ガスから水分を奪う流体の前記除湿装置への供給量を制
御可能にする流量制御手段(例えば、後述する第3の実
施の形態における三方弁14)を備えることを特徴とす
る。このように構成することにより、前記供給量を制御
することにより燃料オフガスに対する除湿の度合いを調
整することが可能になるとともに、燃料電池に供給され
る燃料ガスの水分量を調整することが可能になる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the second aspect, the humidifier (for example, the anode humidifier 12 in the third embodiment described later) is the dehumidifier (for example, the later described). It is provided in a fuel gas bypass flow path (for example, a hydrogen gas bypass flow path 13 in a third embodiment described later) that bypasses the anode dehumidifier 21) in the third embodiment, and the moisture is removed from the fuel off gas. It is characterized in that it is provided with a flow rate control means (for example, a three-way valve 14 in a third embodiment which will be described later) that makes it possible to control the supply amount of the depriving fluid to the dehumidifying device. With this configuration, by controlling the supply amount, it is possible to adjust the degree of dehumidification for the fuel off gas, and it is possible to adjust the water content of the fuel gas supplied to the fuel cell. Become.

【0011】請求項5に記載した発明は、請求項1に記
載の発明において、前記除湿装置(例えば、後述する第
4の実施の形態におけるアノード除湿器21)は透過膜
を介して該透過膜の両面に接する流体間で水分の授受を
行う膜除湿装置であり、前記除湿装置において前記燃料
オフガスから水分を奪う流体は、前記燃料オフガスと合
流する前の燃料ガス(例えば、後述する第4の実施の形
態における水素ガス)であり、該燃料ガスは除湿装置を
通った後、前記加圧手段の下流に送られることを特徴と
する。このように構成することにより、一部の燃料ガス
に燃料オフガスから奪った水分を与えることができ、こ
の燃料ガスと除湿装置に供給されなかった燃料ガスを加
圧装置の下流で合流させて、燃料電池に供給することが
可能になる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the dehumidifying device (for example, an anode dehumidifier 21 in a fourth embodiment described later) is provided with a permeable membrane through the permeable membrane. Is a membrane dehumidifying device that exchanges moisture between fluids contacting both surfaces of the fuel degassing device, and a fluid that removes moisture from the fuel off-gas in the dehumidifying device is a fuel gas before joining with the fuel off-gas (for example, a fourth described below). Hydrogen gas in the embodiment), and the fuel gas is sent downstream of the pressurizing means after passing through the dehumidifying device. With this configuration, it is possible to give a portion of the fuel gas moisture taken from the fuel off-gas, and join this fuel gas and the fuel gas not supplied to the dehumidifier at the downstream of the pressurizing device, It becomes possible to supply to the fuel cell.

【0012】請求項6に記載した発明は、請求項1に記
載の発明において、前記除湿装置(例えば、後述する第
5の実施の形態におけるアノード除湿器21)は透過膜
を介して該透過膜の両面に接する流体間で水分の授受を
行う膜除湿装置であり、前記除湿装置において前記燃料
オフガスから水分を奪う流体は、前記燃料電池に供給さ
れる酸化剤ガス(例えば、後述する実施の形態における
空気)であることを特徴とする。このように構成するこ
とにより、燃料オフガスから奪った水分を酸化剤ガスに
与えて酸化剤ガスを加湿することが可能になる。
According to a sixth aspect of the invention, in the invention according to the first aspect, the dehumidifying device (for example, an anode dehumidifier 21 in a fifth embodiment described later) is provided with a permeable membrane through the permeable membrane. Is a membrane dehumidifier that transfers and receives moisture between fluids that contact both sides of the fuel cell. The fluid that removes moisture from the fuel off gas in the dehumidifier is an oxidant gas supplied to the fuel cell (for example, an embodiment described later. Air). With this configuration, it is possible to humidify the oxidant gas by supplying the moisture taken from the fuel off gas to the oxidant gas.

【0013】請求項7に記載した発明は、請求項5また
は請求項6に記載の発明において、前記燃料オフガスか
ら水分を奪う流体の前記除湿装置への供給量を制御可能
にする流量制御手段(例えば、後述する第4、第5の実
施の形態における流量制御弁8,16)を備えることを
特徴とする。このように構成することにより、前記供給
量を制御することにより燃料オフガスに対する除湿の度
合いを調整することが可能になるとともに、燃料電池に
供給される燃料ガスの水分量を調整することが可能にな
る。
According to a seventh aspect of the invention, in the invention according to the fifth or sixth aspect, a flow rate control means capable of controlling the supply amount of the fluid depriving the fuel off gas of moisture to the dehumidifying device ( For example, it is characterized by including flow rate control valves 8 and 16) in the fourth and fifth embodiments described later. With this configuration, by controlling the supply amount, it is possible to adjust the degree of dehumidification for the fuel off gas, and it is possible to adjust the water content of the fuel gas supplied to the fuel cell. Become.

【0014】請求項8に記載した発明は、請求項4また
は請求項7に記載の発明において、前記除湿装置で水分
を除去された燃料オフガスの露点を検出する露点計(例
えば、後述する第3〜第5の実施の形態における露点計
22)を備え、この露点計の検出値に基づいて前記流量
制御手段(例えば、後述する第3〜第5の実施の形態に
おける三方弁14、流量制御弁8,16)が制御される
ことを特徴とする。このように構成することにより、燃
料オフガスに対する除湿の度合いを適正に調整すること
が可能になる。
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 4 or claim 7, wherein a dew point meter for detecting the dew point of the fuel off-gas from which water has been removed by the dehumidifying device (for example, a third de- scribed later). ~ Dew point meter 22 in the fifth embodiment, based on the detection value of the dew point meter, the flow rate control means (for example, the three-way valve 14, the flow rate control valve in the third to fifth embodiments described later). 8, 16) are controlled. With this configuration, it is possible to properly adjust the degree of dehumidification for the fuel off gas.

【0015】請求項9に記載した発明は、請求項4また
は請求項7に記載の発明において、前記燃料電池のセル
電圧を検出するセル電圧検出装置(例えば、後述する第
3〜第5の実施の形態におけるセル電圧検出装置5)を
備え、このセル電圧検出装置の検出値に基づいて前記流
量制御手段(例えば、後述する第3〜第5の実施の形態
における三方弁14、流量制御弁8,16)が制御され
ることを特徴とする。このように構成することにより、
燃料オフガスに対する除湿の度合いを適正に調整するこ
とが可能になる。
According to a ninth aspect of the invention, in the invention according to the fourth or seventh aspect, a cell voltage detecting device for detecting a cell voltage of the fuel cell (for example, third to fifth embodiments described later) is provided. Cell voltage detecting device 5) in the above embodiment, and based on the detection value of the cell voltage detecting device, the flow rate control means (for example, the three-way valve 14 and the flow control valve 8 in the third to fifth embodiments described later). , 16) are controlled. By configuring in this way,
It is possible to properly adjust the degree of dehumidification for the fuel off gas.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る燃料電池シ
ステムの実施の形態を図1から図5の図面を参照して説
明する。 〔第1の実施の形態〕初めに、この発明に係る燃料電池
システムの第1の実施の形態を図1の図面を参照して説
明する。図1は、第1の実施の形態における燃料電池シ
ステムの概略構成図である。燃料電池1は、例えば固体
ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を
アノードとカソードとで両側から挟み込んで形成された
セルを複数積層して構成されたスタックからなり、アノ
ードに燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソードに酸
化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノード
で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電
解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸
素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. 1 to 5. [First Embodiment] First, a first embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawing of FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the first embodiment. The fuel cell 1 comprises a stack composed of a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane, such as a solid polymer ion exchange membrane, between an anode and a cathode from both sides. When hydrogen gas is supplied and air containing oxygen as an oxidant gas is supplied to the cathode, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode move to the cathode through the solid polymer electrolyte membrane and become oxygen at the cathode. Electrochemical reaction causes electricity to generate water.

【0017】空気はコンプレッサ2により所定圧力に昇
圧され、カソード加湿器3で加湿されて燃料電池1のカ
ソードに供給される。この空気は発電に供された後、燃
料電池1から空気オフガスとして排出され、カソード加
湿器3を通り、圧力制御弁4を介して排出される。な
お、カソード加湿器3は、透過膜を介して該透過膜の両
面に接する流体間で水分の授受を行う膜加湿器であり、
カソード加湿器3において、空気オフガスの水分が燃料
電池1に供給される空気に受け渡されて、該空気を加湿
する。
Air is pressurized to a predetermined pressure by the compressor 2, humidified by the cathode humidifier 3 and supplied to the cathode of the fuel cell 1. After being used for power generation, this air is discharged from the fuel cell 1 as air off gas, passes through the cathode humidifier 3, and is discharged via the pressure control valve 4. The cathode humidifier 3 is a membrane humidifier that exchanges moisture between fluids in contact with both surfaces of the permeable membrane via the permeable membrane,
In the cathode humidifier 3, the moisture of the air off gas is transferred to the air supplied to the fuel cell 1 to humidify the air.

【0018】一方、図示しない燃料供給装置から供給さ
れる水素ガスは、水素ガス供給流路(燃料ガス供給流
路)10の途中に設けられたエゼクタ11およびアノー
ド加湿器(加湿装置)12を通って燃料電池1のアノー
ドに供給される。この時に、燃料ガスはアノード加湿器
12よって加湿される。アノード加湿器12は、燃料ガ
スを加湿することができればどのようなタイプの加湿器
であっても構わない。燃料電池1に供給された水素ガス
は発電に供された後、燃料電池1から水素オフガスとし
て排出され、水素オフガス循環流路(燃料オフガス循環
流路)20を通ってエゼクタ11に吸引され、前記燃料
供給装置から供給される新鮮な水素ガスと混合されて、
アノード加湿器12で加湿されて再び燃料電池1のアノ
ードに供給される。
On the other hand, hydrogen gas supplied from a fuel supply device (not shown) passes through an ejector 11 and an anode humidifier (humidification device) 12 provided in the hydrogen gas supply passage (fuel gas supply passage) 10. Is supplied to the anode of the fuel cell 1. At this time, the fuel gas is humidified by the anode humidifier 12. The anode humidifier 12 may be any type of humidifier as long as it can humidify the fuel gas. After the hydrogen gas supplied to the fuel cell 1 is used for power generation, it is discharged from the fuel cell 1 as hydrogen off-gas, passed through the hydrogen off-gas circulation flow path (fuel off-gas circulation flow path) 20, and sucked by the ejector 11. Mixed with fresh hydrogen gas supplied from the fuel supply system,
It is humidified by the anode humidifier 12 and supplied again to the anode of the fuel cell 1.

【0019】エゼクタ11は、水素ガス供給流路10か
らエゼクタ11に供給された燃料ガスの噴流により発生
する負圧で、水素オフガス循環流路20の水素オフガス
を吸引し、両者を混合して送出するものであり、水素オ
フガスはエゼクタ11を通過する際に加圧される。した
がって、エゼクタ11は水素オフガスを加圧する加圧装
置ということができる。水素オフガス循環流路20の途
中にはアノード除湿器(除湿装置)21が設けられてい
る。このアノード除湿器21は水素オフガスに含まれる
気相の水分、すなわち蒸気を除去するものであり、この
機能を有する限りどのようなタイプの除湿器であっても
構わない。
The ejector 11 sucks the hydrogen off-gas in the hydrogen off-gas circulation flow path 20 with a negative pressure generated by the jet flow of the fuel gas supplied from the hydrogen gas supply path 10 to the ejector 11, mixes the two, and sends them out. The hydrogen off gas is pressurized when passing through the ejector 11. Therefore, the ejector 11 can be regarded as a pressurizing device for pressurizing the hydrogen off gas. An anode dehumidifier (dehumidifier) 21 is provided in the middle of the hydrogen off-gas circulation flow path 20. The anode dehumidifier 21 removes vapor phase water contained in the hydrogen off gas, that is, vapor, and may be any type of dehumidifier as long as it has this function.

【0020】このように構成された燃料電池システムに
おいては、燃料電池1から排出された高湿度の水素オフ
ガスがエゼクタ11で加圧される前に、水素オフガス中
の水分がアノード除湿器21によって除去されるので、
この後、エゼクタ11において水素オフガスが加圧され
圧縮されても、凝縮水が生じることがない。そして、エ
ゼクタ11で混合された新鮮な水素ガスと水素オフガス
(以下、混合後の水素ガスという)は、その下流に設け
られたアノード加湿器12によって適正な水分含量に加
湿され、燃料電池1のアノードに供給されることとな
る。ここで、アノード加湿器12とは別にアノード除湿
器21を設けているので、水素ガスに対する加湿度合い
と水素オフガスに対する除湿度合いをそれぞれ所望に制
御することができる。したがって、燃料電池1への水分
の過剰供給を防止し、燃料電池1内におけるフラッディ
ングの発生を防止することができ、燃料電池1の固体高
分子電解質膜を適正な水分状態に保持することができ、
その結果、燃料電池1の発電状態を安定させることがで
きる。
In the fuel cell system configured as described above, before the high-humidity hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 1 is pressurized by the ejector 11, the moisture in the hydrogen off-gas is removed by the anode dehumidifier 21. Because it is done
After that, even if the hydrogen off-gas is pressurized and compressed in the ejector 11, condensed water does not occur. Then, the fresh hydrogen gas and hydrogen off-gas (hereinafter referred to as mixed hydrogen gas) mixed in the ejector 11 are humidified to an appropriate water content by the anode humidifier 12 provided downstream thereof, and the hydrogen gas of the fuel cell 1 is discharged. It will be supplied to the anode. Since the anode dehumidifier 21 is provided separately from the anode humidifier 12, it is possible to control the humidification degree for hydrogen gas and the dehumidification degree for hydrogen off-gas as desired. Therefore, excessive supply of water to the fuel cell 1 can be prevented, flooding in the fuel cell 1 can be prevented, and the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell 1 can be kept in an appropriate water state. ,
As a result, the power generation state of the fuel cell 1 can be stabilized.

【0021】〔第2の実施の形態〕次に、この発明に係
る燃料電池システムの第2の実施の形態を図2のシステ
ム構成図を参照して説明する。第2の実施の形態におけ
る燃料電池システムが第1の実施の形態のものと相違す
る点は以下の通りである。第2の実施の形態におけるア
ノード除湿器21は、透過膜を介して該透過膜の両面に
接する流体間で水分の授受を行う膜除湿装置で構成され
ている。透過膜には、水蒸気が透過可能なだけでなくガ
スも微量に透過させる多孔質膜と、ガスの透過を阻止し
水蒸気の透過だけを許可する非多孔質膜(イオン水和型
あるいは溶解拡散型など)があるが、この第2の実施の
形態におけるアノード除湿器21の場合には、いずれの
タイプの透過膜であっても構わない。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the system configuration diagram of FIG. The fuel cell system according to the second embodiment differs from that according to the first embodiment in the following points. The anode dehumidifier 21 in the second embodiment is composed of a membrane dehumidifier that exchanges moisture between fluids in contact with both surfaces of the permeable membrane via the permeable membrane. The permeable membrane is a porous membrane that allows not only water vapor to pass but also a small amount of gas, and a non-porous membrane that blocks gas permeation and allows only water vapor to pass (ion hydration type or dissolution diffusion type). Etc.), but in the case of the anode dehumidifier 21 of the second embodiment, any type of permeable membrane may be used.

【0022】このアノード除湿器21は、エゼクタ11
とアノード加湿器12との間に位置する水素ガス供給流
路10と、水素オフガス循環流路20とに跨って配置さ
れていて、アノード除湿器21内では透過膜を境にして
一方の側に混合後の水素ガスが流れ、他方の側に水素オ
フガスが流れるようになっている。ここで、水素オフガ
スは混合後の水素ガスに比較して極めて湿度が高いの
で、アノード除湿器21の内部では、水素オフガス中の
水分が透過膜を透過して混合後の水素ガスへと移動す
る。すなわち、第2の実施の形態におけるアノード除湿
器21では、水素オフガスから水分を奪う流体は混合後
の水素ガスであり、水素オフガスから奪った水分が混合
後の水素ガスに与えられて、混合後の水素ガスは加湿さ
れる。
The anode dehumidifier 21 includes an ejector 11
It is arranged so as to straddle the hydrogen gas supply flow passage 10 and the hydrogen off-gas circulation flow passage 20 which are located between the anode humidifier 12 and the anode humidifier 12, and inside the anode dehumidifier 21 with the permeable membrane as a boundary. The hydrogen gas after mixing flows, and the hydrogen off gas flows to the other side. Here, since the hydrogen off-gas has an extremely high humidity as compared with the hydrogen gas after mixing, inside the anode dehumidifier 21, the water in the hydrogen off-gas permeates the permeable membrane and moves to the hydrogen gas after mixing. . That is, in the anode dehumidifier 21 according to the second embodiment, the fluid that removes water from the hydrogen off-gas is the mixed hydrogen gas, and the water taken from the hydrogen off-gas is given to the mixed hydrogen gas and then mixed. The hydrogen gas is humidified.

【0023】そして、アノード除湿器21によって加湿
された混合後の水素ガスはアノード加湿器12によって
さらに加湿される。したがって、この第2の実施の形態
における燃料電池システムでは、前述した第1の実施の
形態における燃料電池システムの作用に加えて、アノー
ド加湿器12の負荷を減らすことができ、アノード加湿
器12の小型化を図ることができる。また、この第3の
実施の形態においては、アノード加湿器12をアノード
除湿器21の下流に配置しているので、アノード加湿器
12をアノード除湿器21の上流に配置した場合に比べ
ると、透過膜を挟んだ両ガスの湿度差を大きくすること
ができ、その結果、アノード除湿器21における燃料オ
フガスに対する除湿性能を大きくすることができ、換言
すれば、アノード除湿器21における燃料ガスに対する
加湿性能を大きくすることができる。なお、その他の構
成については第1の実施の形態のものと同じであるの
で、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
The mixed hydrogen gas humidified by the anode dehumidifier 21 is further humidified by the anode humidifier 12. Therefore, in the fuel cell system according to the second embodiment, in addition to the function of the fuel cell system according to the first embodiment described above, the load of the anode humidifier 12 can be reduced, and The size can be reduced. Further, in the third embodiment, since the anode humidifier 12 is arranged downstream of the anode dehumidifier 21, compared with the case where the anode humidifier 12 is arranged upstream of the anode dehumidifier 21, The humidity difference between the two gases sandwiching the membrane can be increased, and as a result, the dehumidification performance for the fuel off gas in the anode dehumidifier 21 can be increased. In other words, the humidification performance for the fuel gas in the anode dehumidifier 21 can be increased. Can be increased. Since the other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same aspect parts and the description thereof will be omitted.

【0024】〔第3の実施の形態〕次に、この発明に係
る燃料電池システムの第3の実施の形態を図3のシステ
ム構成図を参照して説明する。第3の実施の形態におけ
る燃料電池システムが第2の実施の形態のものと相違す
る点は以下の通りである。この第3の実施の形態におけ
る燃料電池システムでは、水素ガス供給流路10に対し
て、アノード除湿器21をバイパスする第1水素ガスバ
イパス流路(燃料ガスバイパス流路)13が接続されて
おり、この第1水素ガスバイパス流路13にアノード加
湿器12が配置されている。また、エゼクタ11とアノ
ード除湿器21との間に位置する水素ガス供給流路10
と、第1水素ガスバイパス流路13との接続部には、流
路切り換え用の三方弁14が設けられており、三方弁1
4を切り換えることによって混合後の水素ガスをアノー
ド除湿器21とアノード加湿器12のいずれに流すか選
択することができるようになっている。
[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the system configuration diagram of FIG. The fuel cell system according to the third embodiment is different from that according to the second embodiment in the following points. In the fuel cell system according to the third embodiment, a first hydrogen gas bypass passage (fuel gas bypass passage) 13 that bypasses the anode dehumidifier 21 is connected to the hydrogen gas supply passage 10. The anode humidifier 12 is arranged in the first hydrogen gas bypass passage 13. In addition, the hydrogen gas supply flow path 10 located between the ejector 11 and the anode dehumidifier 21.
And a three-way valve 14 for switching the flow path is provided at the connection portion between the first hydrogen gas bypass flow path 13 and the first hydrogen gas bypass flow path 13.
By switching No. 4, it is possible to select which of the anode dehumidifier 21 and the anode humidifier 12 the hydrogen gas after mixing is made to flow.

【0025】さらに、アノード除湿器21の下流におけ
る水素オフガス循環流路20には、アノード除湿器21
から送出される水素オフガスの露点を検出する露点計2
2が設けられており、この露点計22の検出値に基づい
て三方弁14が切り換え制御されるようになっている。
その他の構成については第2の実施の形態のものと同じ
であるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省
略する。
Further, in the hydrogen off-gas circulation flow path 20 downstream of the anode dehumidifier 21, the anode dehumidifier 21 is provided.
Dew point meter to detect the dew point of hydrogen off gas sent from
2 is provided, and the three-way valve 14 is switched and controlled based on the detection value of the dew point meter 22.
Since other configurations are the same as those of the second embodiment, the same reference numerals are given to the same aspect parts and the description thereof will be omitted.

【0026】このように構成された第3の実施の形態に
おける燃料電池システムでは、前述した第1の実施の形
態における燃料電池システムの作用に加えて、以下に記
載の作用がある。すなわち、露点計22の検出値が予め
設定された上限値よりも高いときには、燃料電池1への
水分供給量が多目であり、燃料電池1内においてフラッ
ディングが発生する虞があると予測されるので、この場
合には、混合後の水素ガスがアノード除湿器21のみに
流れてアノード加湿器12には流れないように、三方弁
14を切り換える。これにより、混合後の水素ガスは、
アノード除湿器21によって加湿されるだけとなり、ア
ノード加湿器12では加湿されないようになるので、混
合後の水素ガスに対する加湿量を減少させることがで
き、燃料電池1への水分の過剰供給を未然に防止するこ
とができる。なお、この時には、水素オフガスはアノー
ド除湿器21によって除湿される。
The fuel cell system according to the third embodiment having the above-described structure has the following operation in addition to the operation of the fuel cell system according to the first embodiment. That is, when the detection value of the dew point meter 22 is higher than a preset upper limit value, the amount of water supplied to the fuel cell 1 is large, and it is predicted that flooding may occur in the fuel cell 1. Therefore, in this case, the three-way valve 14 is switched so that the mixed hydrogen gas flows only to the anode dehumidifier 21 and does not flow to the anode humidifier 12. As a result, the hydrogen gas after mixing is
Since it is only humidified by the anode dehumidifier 21 and is not humidified by the anode humidifier 12, it is possible to reduce the amount of humidification to the hydrogen gas after mixing, and to prevent excessive supply of water to the fuel cell 1 in advance. Can be prevented. At this time, the hydrogen off gas is dehumidified by the anode dehumidifier 21.

【0027】一方、露点計22の検出値が予め設定され
た下限値よりも低いときには、燃料電池1への水分供給
量が少な目であり、燃料電池1内における水分量が不足
する虞があると予測されるので、この場合には、混合後
の水素ガスがアノード加湿器12のみに流れてアノード
除湿器21には流れないように、三方弁14を切り換え
る。これにより、アノード除湿器21には混合後の水素
ガスが流れなくなるので、アノード除湿器21は除湿器
として機能しなくなり、水素オフガスは除湿されること
なくアノード除湿器21を素通りすることとなる。した
がって、水素オフガスは高湿度のままエゼクタ11を介
して水素ガス供給流路10に戻される。そして、エゼク
タ11から送出された混合後の水素ガスは、アノード加
湿器12によって適正な水分量に加湿され、燃料電池1
のアノードに供給されることとなる。その結果、燃料電
池1の水分不足を未然に防止することができ、燃料電池
1の固体高分子電解質膜を適正な水分状態に保持して、
燃料電池1の発電状態を安定させることができる。これ
は、例えば、燃料電池1の始動時や負荷急増時など、迅
速に多量の水分を燃料電池1に供給したいときに、有利
である。
On the other hand, when the detected value of the dew point meter 22 is lower than the preset lower limit value, the amount of water supplied to the fuel cell 1 is small and the amount of water in the fuel cell 1 may be insufficient. As predicted, in this case, the three-way valve 14 is switched so that the hydrogen gas after mixing flows only to the anode humidifier 12 and does not flow to the anode dehumidifier 21. As a result, the hydrogen gas after mixing does not flow into the anode dehumidifier 21, so the anode dehumidifier 21 does not function as a dehumidifier, and the hydrogen off-gas passes through the anode dehumidifier 21 without being dehumidified. Therefore, the hydrogen off-gas is returned to the hydrogen gas supply passage 10 through the ejector 11 while keeping the high humidity. Then, the mixed hydrogen gas delivered from the ejector 11 is humidified by the anode humidifier 12 to an appropriate amount of water, and the fuel cell 1
Will be supplied to the anode. As a result, the water shortage of the fuel cell 1 can be prevented in advance, and the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell 1 can be kept in an appropriate water state,
The power generation state of the fuel cell 1 can be stabilized. This is advantageous when it is desired to quickly supply a large amount of water to the fuel cell 1, such as when the fuel cell 1 is started or when the load is suddenly increased.

【0028】この第3の実施の形態において、三方弁1
4は、アノード除湿器21への混合後の水素ガス(すな
わち、水素オフガスから水分を奪う流体)の供給量を0
%あるいは100%のいずれかに制御する流量制御手段
ということができる。なお、三方弁14を、アノード加
湿器12に流す混合後の水素ガスとアノード除湿器21
に流す混合後の水素ガスの流量比を任意に設定すること
ができる流量制御弁とすることも可能である。このよう
にすると、水素オフガスに対する除湿の度合いを細かく
調整することが可能になり、燃料電池1に供給される混
合後の水素ガスに対する水分量をより適正に制御するこ
とが可能になる。
In the third embodiment, the three-way valve 1
Reference numeral 4 represents the supply amount of hydrogen gas (that is, a fluid that removes water from hydrogen off gas) after mixing to the anode dehumidifier 21.
It can be said to be a flow rate control means for controlling to either 100% or 100%. It should be noted that the three-way valve 14 is supplied to the anode humidifier 12, and the mixed hydrogen gas and the anode dehumidifier 21 are mixed.
It is also possible to use a flow rate control valve capable of arbitrarily setting the flow rate ratio of the hydrogen gas after mixing and flowing into the chamber. By doing so, it is possible to finely adjust the degree of dehumidification for the hydrogen off-gas, and it is possible to more appropriately control the amount of water with respect to the mixed hydrogen gas supplied to the fuel cell 1.

【0029】また、この実施の形態の形態では、アノー
ド除湿器21の下流の水素オフガスの露点から、すなわ
ち、水素オフガス循環流路20に設けた露点計22の検
出値から、燃料電池1内の水分量の過不足を予測し、露
点計22の検出値に基づいて三方弁14を制御している
が、燃料電池1内の水分量の過不足は、燃料電池1の各
セルの電圧すなわち各セル電圧から予測することも可能
であるので、露点計22に代えて、燃料電池1に各セル
電圧を検出するセル電圧検出装置5を設け、このセル電
圧検出装置5の検出値に基づいて三方弁14を制御して
もよい。
Further, in the embodiment, the dew point of the hydrogen off-gas downstream of the anode dehumidifier 21, that is, the detection value of the dew-point meter 22 provided in the hydrogen off-gas circulation flow path 20, is measured in the fuel cell 1. The three-way valve 14 is controlled based on the detection value of the dew point meter 22 by predicting the excess or deficiency of the amount of water. Since it is also possible to predict from the cell voltage, instead of the dew point meter 22, the fuel cell 1 is provided with a cell voltage detecting device 5 for detecting each cell voltage, and based on the detected value of the cell voltage detecting device 5, The valve 14 may be controlled.

【0030】〔第4の実施の形態〕次に、この発明に係
る燃料電池システムの第4の実施の形態を図4のシステ
ム構成図を参照して説明する。第4の実施の形態におけ
る燃料電池システムが第2の実施の形態のものと相違す
る点は以下の通りである。この第4の実施の形態におけ
る燃料電池システムでは、水素ガス供給流路10に対し
て、エゼクタ11をバイパスする第2水素ガスバイパス
流路15が接続されており、アノード除湿器21は第2
水素ガスバイパス流路15と水素オフガス循環流路20
とに跨って配置されている。このアノード除湿器21に
おいても、水素ガスが、水素オフガスから水分を奪う流
体となる。
[Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the system configuration diagram of FIG. The fuel cell system according to the fourth embodiment is different from that according to the second embodiment in the following points. In the fuel cell system according to the fourth embodiment, the second hydrogen gas bypass passage 15 that bypasses the ejector 11 is connected to the hydrogen gas supply passage 10, and the anode dehumidifier 21 has the second passage.
Hydrogen gas bypass channel 15 and hydrogen off-gas circulation channel 20
It is located across and. Also in the anode dehumidifier 21, the hydrogen gas becomes a fluid that removes water from the hydrogen off gas.

【0031】また、第2水素ガスバイパス流路15にお
いてアノード除湿器21の上流には、アノード除湿器2
1に流れる水素ガス(すなわち、水素オフガスから水分
を奪う流体)の流量を制御する流量制御弁(流量制御手
段)16が設けられている。この流量制御弁16を制御
しアノード除湿器21に流れる水素ガスの流量を制御す
ることにより、アノード除湿器21による水素オフガス
に対する除湿の度合いを調整することができるようにな
っている。
The anode dehumidifier 2 is provided upstream of the anode dehumidifier 21 in the second hydrogen gas bypass passage 15.
A flow rate control valve (flow rate control means) 16 is provided to control the flow rate of the hydrogen gas (that is, a fluid that removes water from hydrogen off gas) flowing in the first flow path 1. By controlling the flow rate control valve 16 to control the flow rate of the hydrogen gas flowing to the anode dehumidifier 21, the degree of dehumidification of the hydrogen off gas by the anode dehumidifier 21 can be adjusted.

【0032】さらに、アノード除湿器21の下流におけ
る水素オフガス循環流路20には、前述した第3の実施
の形態の場合と同様に、アノード除湿器21から送出さ
れる水素オフガスの露点を検出する露点計22が設けら
れている。そして、この露点計22の検出値に基づいて
流量制御弁16が制御されるようになっている。その他
の構成については第2の実施の形態のものと同じである
ので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略す
る。
Further, in the hydrogen off-gas circulation flow path 20 downstream of the anode dehumidifier 21, the dew point of the hydrogen off-gas sent from the anode dehumidifier 21 is detected, as in the case of the third embodiment described above. A dew point meter 22 is provided. The flow rate control valve 16 is controlled based on the detection value of the dew point meter 22. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, the same reference numerals are given to the same aspect parts and the description thereof will be omitted.

【0033】このように構成された第4の実施の形態に
おける燃料電池システムでは、流量制御弁16が開いて
いる時には、水素ガスは一部がエゼクタ11に流れ、残
りがアノード除湿器21に流れる。アノード除湿器21
では、透過膜を間に挟んで湿度の低い水素ガスと湿度の
高い水素オフガスが流れるので、水素オフガス中の水分
が水素ガスに奪われ、その結果、水素オフガスは除湿さ
れ、第2水素ガスバイパス流路15を流れる水素ガスは
加湿される。したがって、この後で水素オフガスがエゼ
クタ11において加圧され圧縮されても、凝縮水が生じ
ることがない。また、アノード除湿器21によって加湿
された水素ガスは、第2水素ガスバイパス流路15を通
って、エゼクタ11とアノード加湿器12の間に位置す
る水素ガス供給流路10に送り込まれる。そして、エゼ
クタ11を通ってきた水素ガスと、アノード除湿器21
によって加湿された水素オフガスと、アノード除湿器2
1によって加湿された水素ガスが、アノード加湿器12
の上流で混合され、混合後の水素ガスがアノード除湿器
21を通る際にさらに加湿されて、燃料電池1のアノー
ドに供給される。
In the fuel cell system according to the fourth embodiment configured as described above, when the flow control valve 16 is open, a part of the hydrogen gas flows to the ejector 11, and the rest flows to the anode dehumidifier 21. . Anode dehumidifier 21
In the case, since the low-humidity hydrogen gas and the high-humidity hydrogen off-gas flow with the permeable membrane sandwiched between them, the moisture in the hydrogen off-gas is deprived of by the hydrogen gas, and as a result, the hydrogen off-gas is dehumidified and the second hydrogen gas bypass. The hydrogen gas flowing through the flow path 15 is humidified. Therefore, even if the hydrogen off gas is pressurized and compressed in the ejector 11 after this, condensed water does not occur. Further, the hydrogen gas humidified by the anode dehumidifier 21 is sent through the second hydrogen gas bypass passage 15 to the hydrogen gas supply passage 10 located between the ejector 11 and the anode humidifier 12. Then, the hydrogen gas that has passed through the ejector 11 and the anode dehumidifier 21
Hydrogen off gas humidified by the anode dehumidifier 2
The hydrogen gas humidified by 1 is used as the anode humidifier 12
The mixed hydrogen gas is further humidified when passing through the anode dehumidifier 21, and is supplied to the anode of the fuel cell 1.

【0034】図5は、この第4の実施の形態の燃料電池
システムにおいて、水素ガス供給流路10および水素オ
フガス循環流路20を流れるガスの相対湿度の変化を示
す一実験結果であり、測定点A〜Gは以下の通りであ
る。 A:燃料電池1の水素オフガス出口 B:アノード除湿器21の水素オフガス入口 C:アノード除湿器21の水素オフガス出口 D:エゼクタ11の出口 E:水素ガス供給流路10と水素オフガス循環流路20
の合流点 F:アノード加湿器12の入口 G:アノード加湿器12の出口
FIG. 5 is a result of an experiment showing changes in relative humidity of gas flowing through the hydrogen gas supply passage 10 and the hydrogen off-gas circulation passage 20 in the fuel cell system according to the fourth embodiment. Points A to G are as follows. A: Hydrogen off gas outlet of the fuel cell 1 B: Hydrogen off gas inlet of the anode dehumidifier 21 C: Hydrogen off gas outlet of the anode dehumidifier 21 D: Exit of the ejector 11 E: Hydrogen gas supply passage 10 and hydrogen off gas circulation passage 20
Confluence point F: inlet of the anode humidifier 12 G: outlet of the anode humidifier 12

【0035】アノード除湿器21における水素オフガス
に対する除湿の度合い、換言すれば、アノード除湿器2
1における水素ガスに対する加湿の度合いは、流量制御
弁16による水素ガスの流量制御によって調整すること
ができる。また、第3の実施の形態において説明したよ
うに、アノード除湿器21の下流の水素オフガスの露点
から燃料電池1内の水分量の過不足を予測することがで
きるので、水素オフガス循環流路20に設けた露点計2
2の検出値に基づいて流量制御弁16を制御し、アノー
ド除湿器21に供給される水素ガスの流量を制御するこ
とにより、燃料電池1に供給される混合後の水素ガスの
水分量を適正に制御することができる。
The degree of dehumidification of the hydrogen degas in the anode dehumidifier 21, in other words, the anode dehumidifier 2
The degree of humidification of the hydrogen gas in 1 can be adjusted by controlling the flow rate of the hydrogen gas by the flow control valve 16. In addition, as described in the third embodiment, it is possible to predict the excess or deficiency of the amount of water in the fuel cell 1 from the dew point of the hydrogen off gas downstream of the anode dehumidifier 21, so that the hydrogen off gas circulation flow path 20 Dew point meter 2 installed in
By controlling the flow rate control valve 16 based on the detected value of 2 and controlling the flow rate of the hydrogen gas supplied to the anode dehumidifier 21, the water content of the mixed hydrogen gas supplied to the fuel cell 1 is made appropriate. Can be controlled.

【0036】なお、流量制御弁16が全閉にされた時に
は、アノード除湿器21には水素ガスが流れなくなるの
で、アノード除湿器21は除湿器として機能しなくな
り、水素オフガスは除湿されることなくアノード除湿器
21を素通りすることとなる。したがって、水素オフガ
スは高湿度のままエゼクタ11を介して水素ガス供給流
路10に戻される。そして、エゼクタ11から送出され
た混合後の水素ガスは、アノード加湿器12によってさ
らに加湿され、燃料電池1のアノードに供給されること
となる。これは、例えば、燃料電池1の始動時や負荷急
増時など、迅速に多量の水分を燃料電池1に供給したい
ときに、有利である。
When the flow control valve 16 is fully closed, hydrogen gas does not flow to the anode dehumidifier 21, so the anode dehumidifier 21 does not function as a dehumidifier and the hydrogen off gas is not dehumidified. It passes through the anode dehumidifier 21. Therefore, the hydrogen off-gas is returned to the hydrogen gas supply passage 10 through the ejector 11 while keeping the high humidity. Then, the mixed hydrogen gas delivered from the ejector 11 is further humidified by the anode humidifier 12 and supplied to the anode of the fuel cell 1. This is advantageous when it is desired to quickly supply a large amount of water to the fuel cell 1, such as when the fuel cell 1 is started or when the load is suddenly increased.

【0037】このように、この第4の実施の形態におけ
る燃料電池システムによれば、燃料電池1に水分を過不
足なく供給することができるので、燃料電池1内におけ
るフラッディングの発生を防止することができ、燃料電
池1の固体高分子電解質膜を適正な水分状態に保持し
て、燃料電池1の発電状態を安定させることができる。
また、アノード加湿器12の負荷を減らすことができ、
アノード加湿器12の小型化を図ることができる。
As described above, according to the fuel cell system of the fourth embodiment, water can be supplied to the fuel cell 1 without excess or deficiency, so that the occurrence of flooding in the fuel cell 1 can be prevented. Therefore, the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell 1 can be maintained in an appropriate moisture state, and the power generation state of the fuel cell 1 can be stabilized.
In addition, the load on the anode humidifier 12 can be reduced,
The size of the anode humidifier 12 can be reduced.

【0038】なお、この第4の実施の形態においても、
第3の実施の形態の場合と同様に、露点計22に代え
て、燃料電池1の各セル電圧を検出するセル電圧検出装
置5の検出値に基づいて流量制御弁16を制御すること
が可能である。この第4の実施の形態の場合には、アノ
ード除湿器21の下流の第2水素ガスバイパス流路15
を、アノード加湿器12よりも下流の水素ガス供給流路
10に接続しても、前述と同じ作用を得ることができ
る。
Incidentally, also in the fourth embodiment,
As in the case of the third embodiment, the flow control valve 16 can be controlled based on the detection value of the cell voltage detection device 5 that detects each cell voltage of the fuel cell 1, instead of the dew point meter 22. Is. In the case of the fourth embodiment, the second hydrogen gas bypass passage 15 downstream of the anode dehumidifier 21 is used.
Can be connected to the hydrogen gas supply passage 10 downstream of the anode humidifier 12, the same effect as described above can be obtained.

【0039】〔第5の実施の形態〕次に、この発明に係
る燃料電池システムの第5の実施の形態を図6のシステ
ム構成図を参照して説明する。第5の実施の形態におけ
る燃料電池システムが第1の実施の形態のものと相違す
る点は以下の通りである。第5の実施の形態におけるア
ノード除湿器21は、ガスの透過を阻止し水蒸気の透過
だけを許可する非多孔質な透過膜(イオン水和型透過膜
あるいは溶解拡散型透過膜など)を介して該透過膜の両
面に接する流体間で水分の授受を行う膜除湿装置で構成
されている。
[Fifth Embodiment] Next, a fifth embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the system configuration diagram of FIG. The fuel cell system according to the fifth embodiment is different from that according to the first embodiment in the following points. The anode dehumidifier 21 in the fifth embodiment is provided with a non-porous permeable membrane (such as an ion hydration type permeable membrane or a dissolution diffusion type permeable membrane) that blocks gas permeation and permits only water vapor permeation. It is composed of a membrane dehumidifier that exchanges moisture between fluids in contact with both surfaces of the permeable membrane.

【0040】また、コンプレッサ2とカソード加湿器3
とを接続する空気供給流路6は空気バイパス流路7を備
えており、アノード除湿器21は、この空気バイパス流
路7と水素オフガス循環流路20とに跨って配置されて
いて、アノード除湿器21内では透過膜を境にして一方
の側に空気が流れ、他方の側に水素オフガスが流れるよ
うになっている。ここで、燃料電池1から排出される水
素オフガスは、空気バイパス流路7を流れる空気に比較
して極めて湿度が高いので、アノード除湿器21の内部
では、水素オフガス中の水分が透過膜を透過して空気へ
と移動する。すなわち、第5の実施の形態におけるアノ
ード除湿器21では、水素オフガスから水分を奪う流体
は酸化剤ガスとしての空気であり、水素オフガスから奪
った水分が空気に与えられて、空気は加湿される。
Further, the compressor 2 and the cathode humidifier 3
The air supply flow path 6 connecting with the air bypass flow path 7 is provided, and the anode dehumidifier 21 is disposed across the air bypass flow path 7 and the hydrogen off-gas circulation flow path 20, and the anode dehumidifier is dehumidified. In the vessel 21, the air flows to one side and the hydrogen off gas flows to the other side with the permeable membrane as a boundary. Here, since the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 1 has extremely high humidity as compared with the air flowing through the air bypass flow path 7, inside the anode dehumidifier 21, the water in the hydrogen off-gas permeates through the permeable membrane. And move to the air. That is, in the anode dehumidifier 21 of the fifth embodiment, the fluid that removes water from the hydrogen off gas is air as the oxidant gas, and the water taken from the hydrogen off gas is given to the air to humidify the air. .

【0041】また、空気バイパス流路7においてアノー
ド除湿器21の上流には、アノード除湿器21に流れる
空気(すなわち、水素オフガスから水分を奪う流体)の
流量を制御する流量制御弁(流量制御手段)8が設けら
れている。この流量制御弁8を制御しアノード除湿器2
1に流れる空気の流量を制御することにより、アノード
除湿器21による水素オフガスに対する除湿の度合いを
調整することができるようになっている。
Further, in the air bypass passage 7, upstream of the anode dehumidifier 21, a flow rate control valve (flow rate control means) for controlling the flow rate of the air (that is, a fluid for removing water from hydrogen off gas) flowing through the anode dehumidifier 21. ) 8 is provided. The flow rate control valve 8 is controlled to control the anode dehumidifier 2
By controlling the flow rate of the air flowing through No. 1, the degree of dehumidification of the hydrogen off gas by the anode dehumidifier 21 can be adjusted.

【0042】さらに、アノード除湿器21の下流におけ
る水素オフガス循環流路20には、前述した第3および
第4の実施の形態の場合と同様に、アノード除湿器21
から送出される水素オフガスの露点を検出する露点計2
2が設けられている。そして、この露点計22の検出値
に基づいて流量制御弁8が制御されるようになってい
る。その他の構成については第1の実施の形態のものと
同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説明
を省略する。
Further, in the hydrogen off-gas circulation channel 20 downstream of the anode dehumidifier 21, the anode dehumidifier 21 is provided as in the case of the third and fourth embodiments described above.
Dew point meter to detect the dew point of hydrogen off gas sent from
Two are provided. The flow control valve 8 is controlled based on the detection value of the dew point meter 22. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same aspect parts and the description thereof will be omitted.

【0043】このように構成された第5の実施の形態に
おける燃料電池システムでは、流量制御弁8が開いてい
る時には、空気供給流路6を流れる空気の一部が空気バ
イパス流路7を通ってアノード除湿器21に流れる。ア
ノード除湿器21では、透過膜を間に挟んで湿度の低い
空気と湿度の高い水素オフガスが流れるので、水素オフ
ガス中の水分が空気に奪われ、その結果、水素オフガス
は除湿され、空気バイパス流路7を流れる空気は加湿さ
れる。したがって、この後で水素オフガスがエゼクタ1
1において加圧され圧縮されても、凝縮水が生じること
がない。また、アノード除湿器21によって加湿された
空気は、カソード加湿器3の上流において空気供給流路
6を流れる空気と混合され、混合された空気はカソード
加湿器3でさらに加湿されて、燃料電池1のカソードに
供給される。したがって、この第5の実施の形態におけ
る燃料電池システムでは、カソード加湿器3の負荷を減
らすことができ、カソード加湿器3の小型化を図ること
ができる。
In the fuel cell system according to the fifth embodiment having such a configuration, when the flow control valve 8 is open, a part of the air flowing through the air supply passage 6 passes through the air bypass passage 7. Flow to the anode dehumidifier 21. In the anode dehumidifier 21, low-humidity air and high-humidity hydrogen offgas flow with a permeable membrane sandwiched between them, so that water in the hydrogen offgas is deprived of the air, and as a result, the hydrogen offgas is dehumidified and the air bypass flow is passed. The air flowing through the passage 7 is humidified. Therefore, after this, the hydrogen off gas is ejected by the ejector 1.
Condensed water does not occur even if it is pressurized and compressed in 1. Further, the air humidified by the anode dehumidifier 21 is mixed with the air flowing through the air supply flow path 6 upstream of the cathode humidifier 3, and the mixed air is further humidified by the cathode humidifier 3, and the fuel cell 1 Is supplied to the cathode. Therefore, in the fuel cell system according to the fifth embodiment, the load on the cathode humidifier 3 can be reduced and the cathode humidifier 3 can be downsized.

【0044】アノード除湿器21における水素オフガス
に対する除湿の度合い、換言すれば、アノード除湿器2
1における空気に対する加湿の度合いは、流量制御弁8
による空気の流量制御によって調整することができる。
また、第3の実施の形態において説明したように、アノ
ード除湿器21の下流の水素オフガスの露点から燃料電
池1内の水分量の過不足を予測することができるので、
水素オフガス循環流路20に設けた露点計22の検出値
に基づいて流量制御弁8を制御し、アノード除湿器21
に供給される空気の流量を制御することにより、燃料電
池1に供給される混合後の水素ガスの水分量を適正に制
御することができるとともに、燃料電池1に供給される
空気の水分量を適正に制御することができる。
Dehumidification degree of the hydrogen off gas in the anode dehumidifier 21, in other words, the anode dehumidifier 2
The degree of humidification with respect to air in 1 is determined by the flow control valve 8
It can be adjusted by controlling the flow rate of air.
Further, as described in the third embodiment, it is possible to predict the excess or deficiency of the amount of water in the fuel cell 1 from the dew point of the hydrogen off gas downstream of the anode dehumidifier 21.
The flow rate control valve 8 is controlled based on the detection value of the dew point meter 22 provided in the hydrogen off-gas circulation channel 20, and the anode dehumidifier 21 is controlled.
By controlling the flow rate of the air supplied to the fuel cell 1, the water content of the mixed hydrogen gas supplied to the fuel cell 1 can be appropriately controlled, and the water content of the air supplied to the fuel cell 1 can be controlled. It can be controlled properly.

【0045】なお、流量制御弁8が全閉にされた時に
は、アノード除湿器21には空気が流れなくなるので、
アノード除湿器21は除湿器として機能しなくなり、水
素オフガスは除湿されることなくアノード除湿器21を
素通りすることとなる。したがって、水素オフガスは高
湿度のままエゼクタ11を介して水素ガス供給流路10
に戻される。そして、エゼクタ11から送出された混合
後の水素ガスは、アノード加湿器12によってさらに加
湿され、燃料電池1のアノードに供給されることとな
る。これは、例えば、燃料電池1の始動時や負荷急増時
など、迅速に多量の水分を燃料電池1に供給したいとき
に、有利である。
When the flow control valve 8 is fully closed, no air will flow to the anode dehumidifier 21,
The anode dehumidifier 21 no longer functions as a dehumidifier, and the hydrogen off gas passes through the anode dehumidifier 21 without being dehumidified. Therefore, the hydrogen off-gas remains high in humidity while passing through the ejector 11 to supply the hydrogen gas supply flow path 10
Returned to. Then, the mixed hydrogen gas delivered from the ejector 11 is further humidified by the anode humidifier 12 and supplied to the anode of the fuel cell 1. This is advantageous when it is desired to quickly supply a large amount of water to the fuel cell 1, such as when the fuel cell 1 is started or when the load is suddenly increased.

【0046】このように、この第5の実施の形態におけ
る燃料電池システムによれば、燃料電池1に水分を過不
足なく供給することができるので、燃料電池1内におけ
るフラッディングの発生を防止することができ、燃料電
池1の固体高分子電解質膜を適正な水分状態に保持し
て、燃料電池1の発電状態を安定させることができる。
As described above, according to the fuel cell system of the fifth embodiment, water can be supplied to the fuel cell 1 without excess or deficiency, so that the occurrence of flooding in the fuel cell 1 can be prevented. Therefore, the solid polymer electrolyte membrane of the fuel cell 1 can be maintained in an appropriate moisture state, and the power generation state of the fuel cell 1 can be stabilized.

【0047】なお、この第5の実施の形態においても、
露点計22に代えて、燃料電池1の各セル電圧を検出す
るセル電圧検出装置5の検出値に基づいて流量制御弁8
を制御することが可能である。また、第5の実施の形態
の場合、アノード除湿器21において透過膜を挟んで空
気と水素オフガスが流通するので、アノード除湿器21
の透過膜に多孔質性の透過膜を利用すると、空気中の酸
素が透過膜を透過し、この酸素が燃料電池1のアノード
において触媒作用により水素ガスと反応して燃料電池1
の固体高分子電解質膜を損傷させる虞があり、好ましく
ない。したがって、第5の実施の形態では、アノード除
湿器21の透過膜にはガスを透過させない非多孔質な透
過膜が好ましい。
Incidentally, also in the fifth embodiment,
Instead of the dew point meter 22, the flow rate control valve 8 is based on the detection value of the cell voltage detection device 5 that detects each cell voltage of the fuel cell 1.
It is possible to control Further, in the case of the fifth embodiment, since the air and the hydrogen off gas flow through the anode dehumidifier 21 with the permeable membrane interposed therebetween, the anode dehumidifier 21
When a porous permeable membrane is used as the permeable membrane of the fuel cell 1, oxygen in the air permeates the permeable membrane, and this oxygen reacts with hydrogen gas by the catalytic action at the anode of the fuel cell 1
This is not preferable because it may damage the solid polymer electrolyte membrane. Therefore, in the fifth embodiment, the permeable membrane of the anode dehumidifier 21 is preferably a non-porous permeable membrane that does not allow gas to permeate.

【0048】〔他の実施の形態〕尚、この発明は前述し
た実施の形態に限られるものではない。例えば、前述し
た各実施の形態では、燃料オフガスを加圧する加圧装置
としてエゼクタを用いているが、これに代えて、回転や
摺動などの可動部により吸い込み送り出すポンプを用い
ることも可能であり、さらに、両方を併用することによ
りポンプで加圧した燃料オフガスをエゼクタでさらに加
圧するようにしてもよい。
[Other Embodiments] The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in each of the above-described embodiments, the ejector is used as the pressurizing device for pressurizing the fuel off gas, but instead of this, it is also possible to use a pump that sucks and sends out by a movable part such as rotation and sliding. Further, the fuel off-gas pressurized by the pump may be further pressurized by the ejector by using both of them together.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明するように、請求項1に記載し
た発明によれば、燃料オフガスを加圧装置で加圧する前
に、燃料オフガス中に気相で存在する水分(蒸気)を除
湿装置によって除去することができ、この後、燃料オフ
ガスを加圧しても凝縮水が発生することがなく、その結
果、燃料電池への水分の過剰供給を防止することがで
き、燃料電池の発電状態を安定させることができるとい
う優れた効果が奏される。また、加湿装置と別に除湿装
置を設けているので、燃料ガスに対する加湿度合いと燃
料オフガスに対する除湿度合いをそれぞれ所望に制御す
ることができるという優れた効果が奏される。
As described above, according to the invention described in claim 1, before the fuel off-gas is pressurized by the pressurizing device, the moisture (vapor) existing in the gas phase in the fuel off-gas is dehumidifying device. After that, condensed water will not be generated even after pressurizing the fuel off gas, and as a result, excessive supply of water to the fuel cell can be prevented, and the power generation state of the fuel cell can be prevented. The excellent effect that it can be stabilized is exhibited. Further, since the dehumidifying device is provided separately from the humidifying device, the excellent effect that the humidifying condition for the fuel gas and the dehumidifying condition for the fuel off-gas can be respectively controlled as desired is exhibited.

【0050】請求項2に記載した発明によれば、燃料オ
フガスから奪った水分を燃料ガスに与えて燃料ガスを加
湿することが可能になるので、加湿装置の負荷を減らす
ことができ、加湿装置の小型化を図ることができるとい
う効果がある。請求項3に記載した発明によれば、除湿
装置における燃料オフガスに対する除湿性能を大きくす
ることができ、換言すれば、除湿装置における燃料ガス
に対する加湿性能を大きくすることができるという効果
がある。
According to the second aspect of the present invention, since it is possible to humidify the fuel gas by supplying the moisture taken from the fuel off gas to the fuel gas, it is possible to reduce the load on the humidifier and to humidify the humidifier. There is an effect that the miniaturization can be achieved. According to the invention described in claim 3, there is an effect that the dehumidifying performance for the fuel off gas in the dehumidifying device can be enhanced, in other words, the humidifying performance for the fuel gas in the dehumidifying device can be enhanced.

【0051】請求項4に記載した発明によれば、前記供
給量を制御することにより燃料オフガスに対する除湿の
度合いを調整することが可能になるとともに、燃料電池
に供給される燃料ガスの水分量を調整することが可能に
なるので、燃料電池における水分量を適正に保持するこ
とができ、燃料電池の発電状態をより安定させることが
できるという優れた効果が奏される。
According to the invention described in claim 4, by controlling the supply amount, it is possible to adjust the degree of dehumidification with respect to the fuel off-gas, and at the same time, the moisture content of the fuel gas supplied to the fuel cell is adjusted. Since it can be adjusted, the amount of water in the fuel cell can be appropriately maintained, and the excellent effect that the power generation state of the fuel cell can be further stabilized is exhibited.

【0052】請求項5に記載した発明によれば、一部の
燃料ガスに燃料オフガスから奪った水分を与えることが
でき、この燃料ガスと除湿装置に供給されなかった燃料
ガスを加圧装置の下流で合流させて、燃料電池に供給す
ることが可能になるので、加湿装置の負荷を減らすこと
ができ、加湿装置の小型化を図ることができるという効
果がある。
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to supply a part of the fuel gas with the moisture taken from the fuel off-gas, and the fuel gas and the fuel gas not supplied to the dehumidifying device are supplied to the pressurizing device. Since it is possible to join the fuel cells downstream and supply the fuel cells to the fuel cell, it is possible to reduce the load on the humidifying device and to reduce the size of the humidifying device.

【0053】請求項6に記載した発明によれば、燃料オ
フガスから奪った水分を酸化剤ガスに与えて酸化剤ガス
を加湿することができる。請求項7に記載した発明によ
れば、前記供給量を制御することにより燃料オフガスに
対する除湿の度合いを調整することが可能になるととも
に、燃料電池に供給される燃料ガスの水分量を調整する
ことが可能になるので、燃料電池における水分量を適正
に保持することができ、燃料電池の発電状態をより安定
させることができるという優れた効果が奏される。請求
項8あるいは請求項9に記載した発明によれば、燃料オ
フガスに対する除湿の度合いを適正に調整することがで
きるという効果がある。
According to the invention described in claim 6, it is possible to humidify the oxidant gas by supplying the water taken from the fuel off gas to the oxidant gas. According to the invention described in claim 7, by controlling the supply amount, it is possible to adjust the degree of dehumidification with respect to the fuel off gas, and adjust the water content of the fuel gas supplied to the fuel cell. Therefore, it is possible to maintain an appropriate amount of water in the fuel cell and to stabilize the power generation state of the fuel cell, which is an excellent effect. According to the invention described in claim 8 or claim 9, there is an effect that the degree of dehumidification for the fuel off gas can be appropriately adjusted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明に係る燃料電池システムの第1の実
施の形態における概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明に係る燃料電池システムの第2の実
施の形態における概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram in a second embodiment of a fuel cell system according to the present invention.

【図3】 この発明に係る燃料電池システムの第3の実
施の形態における概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the invention.

【図4】 この発明に係る燃料電池システムの第4の実
施の形態における概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】 前記第4の実施の形態においてガスの相対湿
度の変化を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining changes in relative humidity of gas in the fourth embodiment.

【図6】 この発明に係る燃料電池システムの第5の実
施の形態における概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】 従来の一般的な燃料電池システムの概略構成
図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a conventional general fuel cell system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池 5 セル電圧検出装置 8 流量制御弁(流量制御手段) 10 水素ガス供給流路(燃料ガス供給流路) 11 エゼクタ(加圧装置) 12 アノード加湿器(加湿装置) 13 第1水素ガスバイパス流路(燃料ガスバイパス流
路) 14 三方弁(流量制御手段) 16 流量制御弁(流量制御手段) 20 水素オフガス循環流路(燃料オフガス循環流路) 21 アノード除湿器(除湿装置) 22 露点計
1 Fuel Cell 5 Cell Voltage Detector 8 Flow Control Valve (Flow Control Means) 10 Hydrogen Gas Supply Channel (Fuel Gas Supply Channel) 11 Ejector (Pressurizer) 12 Anode Humidifier (Humidifier) 13 First Hydrogen Gas Bypass flow path (fuel gas bypass flow path) 14 Three-way valve (flow rate control means) 16 Flow rate control valve (flow rate control means) 20 Hydrogen off gas circulation flow path (fuel off gas circulation flow path) 21 Anode dehumidifier (dehumidifier) 22 Dew point Total

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料ガスと酸化剤ガスとを供給されて発
電を行う燃料電池と、 前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給流
路と、 前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記燃料ガ
ス供給流路に戻す燃料オフガス循環流路と、 前記燃料オフガスを加圧する加圧装置と、 前記燃料ガス供給流路を流れるガスに水分を与える加湿
装置と、 前記加湿装置とは別に設けられ、前記燃料オフガス循環
流路を流れる燃料オフガスから水分を奪う除湿装置と、 を備えることを特徴とする燃料電池システム。
1. A fuel cell for supplying electric power by supplying a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas supply passage for supplying the fuel gas to the fuel cell, and a fuel off gas discharged from the fuel cell. A fuel off-gas circulation channel that returns to the fuel gas supply channel, a pressurizing device that pressurizes the fuel off gas, a humidifying device that moisturizes the gas flowing through the fuel gas supply channel, and a humidifying device that is provided separately. And a dehumidifying device that removes water from the fuel off-gas flowing through the fuel off-gas circulation flow path.
【請求項2】 前記除湿装置は、透過膜を介して該透過
膜の両面に接する流体間で水分の授受を行う膜除湿装置
であり、前記除湿装置において前記燃料オフガスから水
分を奪う流体は、前記加圧装置の下流を流れる燃料ガス
であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池シス
テム。
2. The dehumidifying device is a membrane dehumidifying device that exchanges moisture between fluids in contact with both surfaces of the permeable membrane via a permeable membrane, and the fluid that removes moisture from the fuel off gas in the dehumidifying device is The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel gas is a fuel gas flowing downstream of the pressurizing device.
【請求項3】 前記加湿装置は前記除湿装置の下流に配
されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池
システム。
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the humidifying device is arranged downstream of the dehumidifying device.
【請求項4】 前記加湿装置は前記除湿装置をバイパス
する燃料ガスバイパス流路に設けられており、前記燃料
オフガスから水分を奪う流体の前記除湿装置への供給量
を制御可能にする流量制御手段を備えることを特徴とす
る請求項2に記載の燃料電池システム。
4. The flow rate control means, wherein the humidifying device is provided in a fuel gas bypass flow path that bypasses the dehumidifying device, and makes it possible to control a supply amount of a fluid that removes water from the fuel off-gas to the dehumidifying device. The fuel cell system according to claim 2, further comprising:
【請求項5】 前記除湿装置は透過膜を介して該透過膜
の両面に接する流体間で水分の授受を行う膜除湿装置で
あり、前記除湿装置において前記燃料オフガスから水分
を奪う流体は、前記燃料オフガスと合流する前の燃料ガ
スであり、該燃料ガスは除湿装置を通った後、前記加圧
手段の下流に送られることを特徴とする請求項1に記載
の燃料電池システム。
5. The dehumidifying device is a membrane dehumidifying device that exchanges moisture between fluids in contact with both sides of the permeable membrane via a permeable membrane, and the fluid that removes moisture from the fuel off gas in the dehumidifying device is The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel gas is a fuel gas before joining with the fuel off-gas, and the fuel gas is sent to a downstream side of the pressurizing means after passing through the dehumidifying device.
【請求項6】 前記除湿装置は透過膜を介して該透過膜
の両面に接する流体間で水分の授受を行う膜除湿装置で
あり、前記除湿装置において前記燃料オフガスから水分
を奪う流体は、前記燃料電池に供給される酸化剤ガスで
あることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システ
ム。
6. The dehumidifying device is a membrane dehumidifying device that exchanges moisture between fluids in contact with both sides of the permeable membrane through a permeable membrane, and the fluid that removes moisture from the fuel off-gas in the dehumidifying device is The fuel cell system according to claim 1, which is an oxidant gas supplied to the fuel cell.
【請求項7】 前記燃料オフガスから水分を奪う流体の
前記除湿装置への供給量を制御可能にする流量制御手段
を備えることを特徴とする請求項5または請求項6に記
載の燃料電池システム。
7. The fuel cell system according to claim 5, further comprising a flow rate control means capable of controlling a supply amount of a fluid that removes water from the fuel off-gas to the dehumidifying device.
【請求項8】 前記除湿装置で水分を除去された燃料オ
フガスの露点を検出する露点計を備え、この露点計の検
出値に基づいて前記流量制御手段が制御されることを特
徴とする請求項4または請求項7に記載の燃料電池シス
テム。
8. A dew point meter for detecting the dew point of the fuel off-gas from which water has been removed by the dehumidifying device, and the flow rate control means is controlled based on the detection value of the dew point meter. The fuel cell system according to claim 4 or claim 7.
【請求項9】 前記燃料電池のセル電圧を検出するセル
電圧検出装置を備え、このセル電圧検出装置の検出値に
基づいて前記流量制御手段が制御されることを特徴とす
る請求項4または請求項7に記載の燃料電池システム。
9. A cell voltage detecting device for detecting a cell voltage of the fuel cell is provided, and the flow rate control means is controlled based on a detection value of the cell voltage detecting device. Item 7. The fuel cell system according to Item 7.
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