JP2003217623A - Solid polymer electrolyte fuel cell generator - Google Patents
Solid polymer electrolyte fuel cell generatorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば家庭用の小
型電源として好適な固体高分子形燃料電池発電装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell power generator suitable as a small-sized power source for home use, for example.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、天然ガス、都市ガス、メタノー
ル、LPG、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを水素に
改質する改質器と、一酸化炭素を変成するCO変成器
と、一酸化炭素を除去するCO除去器と、このようにし
て得られた水素(改質ガス)と空気中の酸素などの酸化
剤とを化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の
電極部を冷却する冷却装置と、前記改質器、燃料電池な
どの排ガスの熱を回収して温水とする熱交換器と、この
温水を蓄える貯湯タンクなどを備えた小型電源としての
固体高分子形燃料電池発電装置が提案されている。2. Description of the Related Art Recently, a reformer for reforming hydrocarbon fuel gas such as natural gas, city gas, methanol, LPG, butane to hydrogen, a CO shifter for transforming carbon monoxide, and a carbon monoxide. For removing CO, a fuel cell for generating electric power by chemically reacting the hydrogen (reformed gas) thus obtained with an oxidizing agent such as oxygen in the air, and cooling the electrode section of the fuel cell A polymer electrolyte fuel cell power generator as a small power source including a cooling device, a heat exchanger that recovers the heat of exhaust gas from the reformer, the fuel cell, and the like into hot water, and a hot water storage tank that stores the hot water Is proposed.
【0003】固体高分子形燃料電池発電装置で使用する
固体高分子電解質膜は含水させることによりプロトン導
電性電解質として機能するもので、固体高分子形燃料電
池においては、反応空気や燃料ガスなどの反応ガスに水
蒸気を飽和に含ませて電極部に供給して運転する方法が
採られている。A solid polymer electrolyte membrane used in a solid polymer fuel cell power generator functions as a proton conductive electrolyte by containing water. In the solid polymer fuel cell, reaction air, fuel gas, etc. A method is employed in which the reaction gas is saturated with water vapor and supplied to the electrode portion to operate.
【0004】燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に空
気を供給すると、燃料極では、水素分子を水素イオンと
電子に分解する燃料極反応、空気極では、酸素と水素イ
オンと電子から水を生成する電気化学反応がそれぞれ行
われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する
電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側
に水が生成される。When a fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel electrode and air is supplied to the air electrode, a fuel electrode reaction is carried out to decompose hydrogen molecules into hydrogen ions and electrons in the fuel electrode, and water is generated from oxygen, hydrogen ions and electrons in the air electrode. Each of the electrochemical reactions to generate the electric current is performed, and the electric power is supplied to the load by the electrons moving in the external circuit from the fuel electrode toward the air electrode, and the water is generated on the air electrode side.
【0005】図3は、従来の固体高分子形燃料電池発電
装置(PEFC装置GS)の説明図である。燃料電池1
を用いたPEFC装置GSは、例えば、燃料電池1の他
に熱回収装置RDを含んでいる。この熱回収装置RD
は、図示しない貯湯タンク、熱交換器2、10、ポンプ
5を備えた温水の循環路などを備えている。FIG. 3 is an explanatory view of a conventional polymer electrolyte fuel cell power generator (PEFC device GS). Fuel cell 1
The PEFC apparatus GS that uses is including, for example, the heat recovery apparatus RD in addition to the fuel cell 1. This heat recovery device RD
Is provided with a hot water storage tank (not shown), heat exchangers 2 and 10, a hot water circulation path including a pump 5, and the like.
【0006】燃料電池1は、図示しない脱硫器、改質
器、CO変成器、CO除去器、燃料ガス加湿タンク6な
どからなる改質ガス供給装置および、ポンプ15、酸化
剤加湿タンク7などからなる反応空気供給装置ならびに
燃料極1a、空気極1kなどの電極および管路20、2
1、ポンプ18、電磁弁14、冷却部1cなどからなる
燃料電池1の冷却装置CDを備えている。The fuel cell 1 comprises a reformed gas supply device including a desulfurizer, a reformer, a CO shifter, a CO remover, a fuel gas humidification tank 6 and the like, a pump 15 and an oxidizer humidification tank 7 which are not shown. Reaction air supply device and electrodes such as the fuel electrode 1a and the air electrode 1k and the conduits 20, 2
1, a cooling device CD for the fuel cell 1 including a pump 18, a solenoid valve 14, a cooling unit 1c, and the like.
【0007】燃料電池1で発電された電力は図示しない
DC/DCコンバータで昇圧され、図示しない配電系統
連系インバータを介して商用電源に接続される、一方、
ここから家庭や事務所などの照明や空調機などの他の電
気機器用の電力として供給される。The electric power generated by the fuel cell 1 is boosted by a DC / DC converter (not shown) and connected to a commercial power source through an inverter (not shown) connected to a distribution system.
From here, it is supplied as electric power for other electric devices such as lighting and air conditioners in homes and offices.
【0008】このような燃料電池1を用いたPEFC装
置GSでは、発電と同時に、例えば燃料電池1による発
電時に発生する熱を利用して市水から温水を生成し、こ
の温水を図示しない貯湯タンクに蓄えて、風呂や台所な
どに供給するなど、燃料電池1に使用される燃料がもつ
エネルギーの有効利用を図っている。In the PEFC device GS using such a fuel cell 1, hot water is generated from city water by utilizing heat generated at the time of power generation by the fuel cell 1, and the hot water is stored in a hot water storage tank (not shown). In order to effectively use the energy of the fuel used in the fuel cell 1, such as storing it in a bath or supplying it to a kitchen.
【0009】上記のPEFC装置GSの燃料ガス供給装
置では、天然ガス、都市ガス、メタノール、LPG、ブ
タンなどの炭化水素系の原燃料が脱硫器に供給され、こ
こで原燃料から硫黄成分が除去される。脱硫器を経た原
燃料は、昇圧ポンプで昇圧されて改質器に供給される際
に、水蒸気と合流して、供給される。改質器では、水
素、二酸化炭素、および一酸化炭素を含む改質ガスが生
成される。この改質器を経たガスは、CO変成器に供給
され、ここでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化
炭素に変成される。このCO変成器を経たガスは、CO
除去器に供給され、ここではCO変成器を経たガス中の
未変成の一酸化炭素が例えば10ppm以下に低減さ
れ、水素濃度の高い水性ガス(改質ガス)が燃料ガス加
湿タンク6に供給され燃料ガス加湿タンク6内の温水
(例えば75〜78℃)中に泡立てつつ気相部に送出す
ることによって加湿が行われる。このようにして、燃料
電池1における反応が適度に維持されるように水分を与
えられた後の改質ガスが管路22を通って燃料電池1の
燃料極1aに供給される。11はバブリング用の多孔板
である。In the fuel gas supply device of the PEFC device GS described above, a hydrocarbon-based raw fuel such as natural gas, city gas, methanol, LPG, butane is supplied to a desulfurizer, where a sulfur component is removed from the raw fuel. To be done. When the raw fuel that has passed through the desulfurizer is boosted by a booster pump and supplied to the reformer, it joins steam and is supplied. In the reformer, reformed gas containing hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide is generated. The gas that has passed through this reformer is supplied to a CO shift converter, where carbon monoxide contained in the reformed gas is transformed into carbon dioxide. The gas that has passed through this CO transformer is CO
The unconverted carbon monoxide in the gas passed through the CO shift converter is reduced to, for example, 10 ppm or less, and the water gas (reformed gas) having a high hydrogen concentration is supplied to the fuel gas humidification tank 6. Humidification is performed by bubbling the fuel gas into the hot water (for example, 75 to 78 ° C.) in the fuel gas humidifying tank 6 and sending it to the gas phase portion. In this way, the reformed gas that has been moistened so that the reaction in the fuel cell 1 is appropriately maintained is supplied to the fuel electrode 1a of the fuel cell 1 through the conduit 22. 11 is a perforated plate for bubbling.
【0010】反応空気供給装置では、酸化剤加湿タンク
7に空気などの酸化剤がポンプ15により供給され酸化
剤加湿タンク7内の温水(例えば60〜65℃)中に泡
立てつつ気相部に送出することによって加湿が行われ
る。このようにして、燃料電池1における反応が適度に
維持されるように水分を与えられた後の反応空気が管路
23を通って燃料電池1の空気極1kに供給される。1
2はバブリング用の多孔板である。In the reaction air supply device, an oxidizing agent such as air is supplied to the oxidizing agent humidifying tank 7 by a pump 15 and is bubbled into hot water (for example, 60 to 65 ° C.) in the oxidizing agent humidifying tank 7 and sent to the gas phase portion. Humidification is performed by doing. In this way, the reaction air that has been moistened so that the reaction in the fuel cell 1 is appropriately maintained is supplied to the air electrode 1k of the fuel cell 1 through the conduit 23. 1
2 is a perforated plate for bubbling.
【0011】燃料電池1では、燃料極1aに供給された
改質ガス中の水素と、空気極1kへ供給された空気中の
酸素との電気化学反応によって発電が行われる。燃料電
池1の冷却装置CDは、この電気化学反応の反応熱など
で燃料電池1が過熱しないようにするため、燃料電池1
の電極1a、1kに並置された冷却装置であり、冷却部
1cに燃料ガス加湿タンク6の温水をポンプ18で冷却
水として管路20を通して循環させ、この冷却水で燃料
電池1内の温度が発電に適した温度(例えば78〜80
℃程度)に保たれるように制御している。このようにし
て燃料電池1では所定の化学反応と発電が継続される。In the fuel cell 1, electricity is generated by an electrochemical reaction between hydrogen in the reformed gas supplied to the fuel electrode 1a and oxygen in the air supplied to the air electrode 1k. The cooling device CD of the fuel cell 1 is designed to prevent the fuel cell 1 from overheating due to the reaction heat of this electrochemical reaction.
Is a cooling device juxtaposed with the electrodes 1a, 1k of the fuel gas humidifying tank 6 in the cooling unit 1c is circulated through the pipe 20 as cooling water by the pump 18, and the temperature in the fuel cell 1 is increased by this cooling water. Suitable temperature for power generation (eg 78-80)
The temperature is controlled so that it is maintained at about (° C). In this way, in the fuel cell 1, a predetermined chemical reaction and power generation are continued.
【0012】13は冷却水循環経路の冷却部1cの出口
に設置した温度センサ(設定値:例えば78〜80℃)
であり、温度センサ13で検出した温度が設定値を越え
た場合は図示しない制御装置から信号を電磁弁14に送
り、電磁弁14を開けて燃料ガス加湿タンク6の温水を
管路21を通して適量酸化剤加湿タンク7へ送り酸化剤
加湿タンク7の温水と熱交換した温水を管路20中の温
水に加えて冷却水として燃料電池1に循環して送り、燃
料電池1内の温度を発電に適した温度に制御するように
なっている。16は冷却水循環経路の燃料ガス加湿タン
ク6内の上部気相部に設置したシャワー用の多孔板であ
り、燃料ガスの加湿を補助する。Reference numeral 13 is a temperature sensor (set value: for example, 78 to 80 ° C.) installed at the outlet of the cooling section 1c of the cooling water circulation path.
When the temperature detected by the temperature sensor 13 exceeds the set value, a signal is sent from the control device (not shown) to the solenoid valve 14, the solenoid valve 14 is opened, and the hot water in the fuel gas humidification tank 6 is passed through the pipe 21 to an appropriate amount. The hot water that has been sent to the oxidant humidifying tank 7 and that has exchanged heat with the hot water in the oxidant humidifying tank 7 is added to the hot water in the pipeline 20 and circulated as cooling water to the fuel cell 1 to be sent, and the temperature in the fuel cell 1 is used for power generation. It is designed to control to a suitable temperature. Reference numeral 16 is a perforated plate for a shower installed in the upper gas phase portion in the fuel gas humidification tank 6 of the cooling water circulation path, and assists humidification of the fuel gas.
【0013】一方、酸化剤加湿タンク7の温水をポンプ
5で熱交換器10へ導き空気極1kの排ガスと熱交換し
て循環させ、酸化剤加湿タンク7の温水を所定の温度に
維持するようになっている。19は温度制御装置であり
酸化剤加湿タンク7の温水の温度を所定の温度に維持す
るように信号をポンプ5へ送りポンプ5を作動させて制
御する。また、熱交換器10へ市水を送って空気極1k
の排ガスと熱交換して加熱した後、熱交換器2へ導き燃
料極1aの排ガスと熱交換してさらに加熱した後、図示
しない貯湯タンクに送って貯湯し、必要に応じて外部に
給湯する。On the other hand, the hot water in the oxidant humidifying tank 7 is introduced into the heat exchanger 10 by the pump 5 and exchanges heat with the exhaust gas from the air electrode 1k to circulate the hot water in the oxidant humidifying tank 7 to maintain a predetermined temperature. It has become. Reference numeral 19 denotes a temperature control device which sends a signal to the pump 5 to operate the pump 5 so as to maintain the temperature of the hot water in the oxidizer humidification tank 7 at a predetermined temperature. In addition, the city water is sent to the heat exchanger 10 and the air electrode is 1k.
After heating by exchanging heat with the exhaust gas of the above, it is guided to the heat exchanger 2 and exchanges heat with the exhaust gas of the fuel electrode 1a to be further heated, and then sent to a hot water storage tank (not shown) to store hot water and, if necessary, supply hot water to the outside. .
【0014】以上のような構成のPEFC装置GSは、
発電と熱利用のコジェネレーションシステムの形態をと
るので、燃料電池の発電効率が図られるばかりでなく、
このシステムで使用される水の有効な再利用が図られる
効果がある。The PEFC device GS having the above structure is
Since it takes the form of a cogeneration system of power generation and heat utilization, not only is the power generation efficiency of the fuel cell improved,
This has the effect of effectively reusing the water used in this system.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかし、加湿された改
質ガスが管路22を通って燃料電池1の燃料極1aに供
給される際、特に起動時など管路22の温度が低い場合
には、管内に水が凝縮して管路22を閉塞したり、凝縮
した水が燃料極1aに供給され、燃料極1aへの改質ガ
スの供給が不安定になったり、供給が停止されて、安定
して高い燃料電池性能を発揮できないという問題があっ
た。そこで従来は管路22にヒータを巻き付けて管路2
2を加熱していたため装置全体の効率が低下する原因の
一つとなっていた。本発明の目的は、従来の上記問題を
解決し、装置全体の効率を低下することなく管路22内
に水が凝縮するのを防止して、安定して高い燃料電池性
能を発揮できる固体高分子形燃料電池発電装置を提供す
ることである。However, when the humidified reformed gas is supplied to the fuel electrode 1a of the fuel cell 1 through the conduit 22, especially when the temperature of the conduit 22 is low at the time of starting. Means that water condenses in the pipe to block the conduit 22, or the condensed water is supplied to the fuel electrode 1a, and the supply of the reformed gas to the fuel electrode 1a becomes unstable, or the supply is stopped. However, there is a problem that stable and high fuel cell performance cannot be exhibited. Therefore, conventionally, a heater is wound around the conduit 22 so that the conduit 2
Since 2 was heated, this was one of the causes of the decrease in the efficiency of the entire apparatus. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the related art, prevent water from condensing in the conduit 22 without lowering the efficiency of the entire device, and achieve a stable high fuel cell performance. A molecular fuel cell power generator is provided.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項1の固体高分子形燃料電池発電装置は、燃料ガス加湿
タンクを経て加湿された水素と空気などの酸化剤加湿タ
ンクを経て加湿された空気などの酸化剤によって発電す
る燃料電池と、前記燃料ガス加湿タンクの温水あるいは
この温水を前記酸化剤加湿タンクの温水と熱交換した温
水を加えた温水を冷却水として燃料電池に循環して送る
冷却装置とを備えた固体高分子形燃料電池発電装置であ
って、前記加湿された水素を燃料電池へ供給する管路の
少なくとも一部を二重管型熱交換器とし、加湿された水
素をこの二重管型熱交換器の内側管を通すとともに二重
管型熱交換器の外側管に燃料電池から排出される冷却水
を通すことにより前記管路を加熱して管内に水が凝縮す
るのを防止することを特徴とする。That is, the polymer electrolyte fuel cell power generator of claim 1 of the present invention is humidified through a fuel gas humidification tank and an oxidant humidification tank such as hydrogen and air. A fuel cell that generates electricity using an oxidant such as air and hot water in the fuel gas humidification tank or hot water obtained by exchanging heat with the hot water in the oxidizer humidification tank is circulated to the fuel cell as cooling water. A polymer electrolyte fuel cell power generator having a cooling device for feeding, wherein at least a part of a conduit for supplying the humidified hydrogen to the fuel cell is a double tube heat exchanger, and the humidified hydrogen is used. Through the inner tube of this double-tube heat exchanger and the cooling water discharged from the fuel cell through the outer tube of the double-tube heat exchanger, thereby heating the above-mentioned pipeline and condensing water in the tube. To prevent The features.
【0017】本発明の請求項2の固体高分子形燃料電池
発電装置は、請求項1記載の固体高分子形燃料電池発電
装置において、前記加湿された水素を燃料電池から排出
される冷却水と対向するように流すことを特徴とする。The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 2 of the present invention is the polymer electrolyte fuel cell generator according to claim 1, wherein the humidified hydrogen is used as cooling water discharged from the fuel cell. It is characterized by flowing so as to face each other.
【0018】本発明の固体高分子形燃料電池発電装置
は、前記加湿された水素を燃料電池へ供給する管路の少
なくとも一部を二重管型熱交換器とし、加湿された水素
をこの二重管型熱交換器の内側管を通すとともに二重管
型熱交換器の外側管に燃料電池から排出される冷却水を
通すことにより前記管路を加熱して管内に水が凝縮する
のを防止するようにしたので、ヒータなどが不要となり
装置全体の効率を低下することなく、起動時などであっ
ても前記管路の管内に水が凝縮しないので起動時間を短
縮でき、安定して高い燃料電池性能を発揮できる。前記
加湿された水素を燃料電池から排出される冷却水と対向
するように流す(向流)ことにより前記管路をより効率
よく加熱でき、管内に水が凝縮するのを防止できる。In the polymer electrolyte fuel cell power generator of the present invention, at least a part of the conduit for supplying the humidified hydrogen to the fuel cell is a double tube heat exchanger, and the humidified hydrogen is Passing the inner tube of the heavy-tube heat exchanger and the cooling water discharged from the fuel cell through the outer tube of the double-tube heat exchanger, heats the conduit to condense water in the tube. Since it is prevented, a heater or the like is not required and the efficiency of the entire apparatus is not lowered, and water does not condense in the pipe of the pipe line even at the time of start-up, so that the start-up time can be shortened and stable and high. Fuel cell performance can be demonstrated. By flowing the humidified hydrogen so as to face the cooling water discharged from the fuel cell (countercurrent flow), the pipe line can be heated more efficiently, and the water can be prevented from condensing.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。図1は本発明の固体高分子形
燃料電池発電装置の一実施形態を説明する説明図であ
る。図2は二重管型熱交換器の断面の一実施形態を模式
的に説明する断面説明図である。図1において、図3に
示した構成部分と同じ構成部分には同一参照符号を付す
ことにより、重複した説明を省略する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view for explaining an embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generator of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view schematically illustrating one embodiment of the cross section of the double-tube heat exchanger. In FIG. 1, the same components as those shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted.
【0020】図1に示した本発明の固体高分子形燃料電
池発電装置(PEFC装置GS1)は、燃料ガス加湿タ
ンク6で加湿された水素(改質ガス)を燃料電池1の燃
料極1aへ供給する管路22の一部を二重管型熱交換器
24とし、加湿された水素をこの二重管型熱交換器24
の内側管24aに通すとともに二重管型熱交換器24の
外側管24bに燃料電池1の冷却部1cから排出される
冷却水を通すことにより管路22を加熱するようにした
以外は、図3に示した従来の固体高分子形燃料電池発電
装置(PEFC装置GS)と同様になっている。In the polymer electrolyte fuel cell power generator (PEFC device GS1) of the present invention shown in FIG. 1, hydrogen (reformed gas) humidified in the fuel gas humidifying tank 6 is supplied to the fuel electrode 1a of the fuel cell 1. A part of the pipe line 22 to be supplied is used as a double tube heat exchanger 24, and humidified hydrogen is supplied to the double tube heat exchanger 24.
Except that the pipe 22 is heated by passing the cooling water discharged from the cooling unit 1c of the fuel cell 1 through the inner pipe 24a of the fuel cell 1 and the outer pipe 24b of the double-tube heat exchanger 24. It is the same as the conventional polymer electrolyte fuel cell power generator (PEFC device GS) shown in FIG.
【0021】図1および図2に示すように、本発明のP
EFC装置GS1においては、燃料ガス加湿タンク6で
加湿された改質ガスを二重管型熱交換器24の内側管2
4aを通し、二重管型熱交換器24の外側管24bに燃
料電池1の冷却部1cから排出される冷却水(温水)を
前記改質ガスの流れと対向(向流)するように通すこと
により管路22を加熱する。As shown in FIG. 1 and FIG.
In the EFC device GS1, the reformed gas humidified in the fuel gas humidifying tank 6 is supplied to the inner pipe 2 of the double pipe heat exchanger 24.
4a, and the cooling water (warm water) discharged from the cooling unit 1c of the fuel cell 1 is passed through the outer pipe 24b of the double-tube heat exchanger 24 so as to face (counterflow) with the flow of the reformed gas. This heats the conduit 22.
【0022】管路22の全体を二重管型熱交換器24と
しても、その一部を二重管型熱交換器24としても、加
湿された改質ガスを管路22を通した際に管内に水が凝
縮しないようにすればよく、その構造、材質、寸法など
は特に限定されるものではない。図1および図2に示し
た二重管型熱交換器24は別に作成したものを管路22
に装着した例を示し、二重管型熱交換器24や管路22
の材質の例としては例えばSUS316を挙げることが
できる。Whether the entire pipe 22 is the double pipe heat exchanger 24 or a part thereof is the double pipe heat exchanger 24, when the humidified reformed gas is passed through the pipe 22, It suffices to prevent water from condensing in the tube, and its structure, material, dimensions, etc. are not particularly limited. The double tube heat exchanger 24 shown in FIGS.
The double tube heat exchanger 24 and the pipe 22 are shown in FIG.
As an example of the material of SUS316, SUS316 can be cited.
【0023】本発明のPEFC装置GS1は、以上のよ
うに構成することにより加湿された改質ガスを管路22
を通して燃料電池1の燃料極1aに供給する際に管内に
水が凝縮しない。The PEFC apparatus GS1 of the present invention is configured as described above, and uses the humidified reformed gas in the conduit 22.
Water does not condense in the pipe when it is supplied to the fuel electrode 1a of the fuel cell 1 through the pipe.
【0024】本発明のPEFC装置GS1の起動時など
において管路22の温度が低い場合においても、加湿さ
れた改質ガスを管路22を通して燃料電池1の燃料極1
aに供給する前に、予め、燃料ガス加湿タンク6内の温
水あるいはこの温水の一部を管路21を通して酸化剤加
湿タンク7内の温水と熱交換した温水を加えた温水を管
路20を経て燃料電池1の冷却部1cへ供給し、例え
ば、燃料電池1を予熱して燃料電池1内の温度を発電に
適した温度にするとともに、燃料電池1の冷却部1cか
ら排出される温水を二重管型熱交換器24の外側管24
bに通すことにより管路22を加熱すれば、管路22に
加湿された改質ガスを通しても管内に水が凝縮しない状
態にすることができる。このようにした後、加湿された
改質ガスを管路22を通して燃料電池1の燃料極1aに
供給し、加湿された反応空気を管路23を通して燃料電
池1の空気極1kに供給するようにすれば、起動時間を
短縮できる。そして燃料極1aに供給された改質ガス中
の水素と、空気極1kへ供給された空気中の酸素との電
気化学反応によって発電が行われる。Even when the temperature of the conduit 22 is low at the time of starting the PEFC apparatus GS1 of the present invention, the humidified reformed gas is passed through the conduit 22 and the fuel electrode 1 of the fuel cell 1 is supplied.
Before being supplied to a, hot water in the fuel gas humidifying tank 6 or hot water obtained by exchanging a part of the hot water with the hot water in the oxidizer humidifying tank 7 through the pipe 21 is previously supplied to the pipe 20. After that, the fuel cell 1 is supplied to the cooling unit 1c, and, for example, the fuel cell 1 is preheated to bring the temperature inside the fuel cell 1 to a temperature suitable for power generation, and hot water discharged from the cooling unit 1c of the fuel cell 1 is supplied. Outer tube 24 of double tube heat exchanger 24
By heating the conduit 22 by passing it through b, it is possible to prevent water from condensing in the conduit even when the humidified reformed gas is passed through the conduit 22. After this, the humidified reformed gas is supplied to the fuel electrode 1a of the fuel cell 1 through the conduit 22, and the humidified reaction air is supplied to the air electrode 1k of the fuel cell 1 through the conduit 23. By doing so, the startup time can be shortened. Then, electricity is generated by an electrochemical reaction between hydrogen in the reformed gas supplied to the fuel electrode 1a and oxygen in the air supplied to the air electrode 1k.
【0025】上記実施形態の説明は、管路22の少なく
とも一部を二重管型熱交換器24とした例を示したが、
同様にして加湿された反応空気を燃料電池1の空気極1
kに供給する管路23の全体あるいはその一部を図1や
図2に示したような二重管型熱交換器とすることも可能
であり、加湿された反応空気を管路23を通した際に管
内に水が凝縮するのを防止できる。In the above description of the embodiment, the example in which at least a part of the pipe line 22 is the double pipe heat exchanger 24 is shown.
Similarly, the humidified reaction air is supplied to the air electrode 1 of the fuel cell 1.
It is also possible to use the double-pipe heat exchanger as shown in FIG. 1 or FIG. When doing so, it is possible to prevent water from condensing in the pipe.
【0026】なお、上記実施形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本
発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範
囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。The above description of the embodiments is for explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims or reduce the scope thereof. Further, the configuration of each part of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the technical scope described in the claims.
【0027】[0027]
【発明の効果】本発明の請求項1記載の固体高分子形燃
料電池発電装置は、燃料ガス加湿タンクを経て加湿され
た水素と空気などの酸化剤加湿タンクを経て加湿された
空気などの酸化剤によって発電する燃料電池と、前記燃
料ガス加湿タンクの温水あるいはこの温水を前記酸化剤
加湿タンクの温水と熱交換した温水を加えた温水を冷却
水として燃料電池に循環して送る冷却装置とを備えた固
体高分子形燃料電池発電装置であって、前記加湿された
水素を燃料電池へ供給する管路の少なくとも一部を二重
管型熱交換器とし、加湿された水素をこの二重管型熱交
換器の内側管を通すとともに二重管型熱交換器の外側管
に燃料電池から排出される冷却水を通すことにより前記
管路を加熱して管内に水が凝縮するのを防止するように
したので、従来前記管路に施していたヒータなどが不要
となり装置全体の効率を低下することなく、起動時など
の前記管路内の水の凝縮を防止でき、そして起動時間を
短縮でき、安定して高い燃料電池性能を発揮できるとい
う顕著な効果を奏する。According to the first aspect of the present invention, there is provided a polymer electrolyte fuel cell power generation apparatus which oxidizes hydrogen and air that have been humidified through a fuel gas humidifying tank and an oxidant humidifying tank that has humidified hydrogen and air. And a cooling device for circulating hot water in the fuel gas humidifying tank or hot water obtained by adding hot water that has exchanged heat with the hot water in the oxidizer humidifying tank to the fuel cell as cooling water. A solid polymer electrolyte fuel cell power generator having the double-tube heat exchanger, wherein at least a part of the conduit for supplying the humidified hydrogen to the fuel cell is a double-tube heat exchanger. The cooling water discharged from the fuel cell through the inner pipe of the heat exchanger and the outer pipe of the double heat exchanger to heat the pipe and prevent water from condensing in the pipe. Because it was done before A heater provided in the pipeline is not necessary and the efficiency of the entire device is not reduced. It is possible to prevent water from condensing in the pipeline at the time of start-up, and to shorten the start-up time. It has a remarkable effect that it can exhibit its performance.
【0028】本発明の請求項2記載の固体高分子形燃料
電池発電装置は、請求項1記載の固体高分子形燃料電池
発電装置において、前記加湿された水素を燃料電池から
排出される冷却水と対向するように流すので、前記管路
をより効率よく加熱でき、管内に水が凝縮するのを防止
できるというさらなる顕著な効果を奏する。The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 2 of the present invention is the polymer electrolyte fuel cell generator according to claim 1, wherein the humidified hydrogen is discharged from the fuel cell as cooling water. Since it flows so as to face each other, it is possible to heat the pipe line more efficiently and to prevent water from condensing in the pipe.
【図1】本発明による固体高分子形燃料電池発電装置の
一実施形態を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a polymer electrolyte fuel cell power generator according to the present invention.
【図2】二重管型熱交換器の断面の一実施形態を模式的
に説明する断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory diagram schematically illustrating one embodiment of a cross section of a double-tube heat exchanger.
【図3】従来の固体高分子形燃料電池発電装置の説明図
である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a conventional polymer electrolyte fuel cell power generator.
1 燃料電池 1a 燃料極 1k 空気極 1c 冷却部 2、10 熱交換器 5、15、18 ポンプ 6 燃料ガス加湿タンク 7 酸化剤加湿タンク 14 電磁弁 17 枠 20、21、22、23 管路 24 二重管型熱交換器 24a 内側管 24b 外側管 GS、GS1 固体高分子形燃料電池発電装置 RD 熱回収装置 CD 冷却装置 1 fuel cell 1a Fuel pole 1k air pole 1c Cooling unit 2, 10 heat exchanger 5, 15, 18 pumps 6 Fuel gas humidification tank 7 Oxidizer humidification tank 14 Solenoid valve 17 frames 20, 21, 22, 23 pipelines 24 Double tube heat exchanger 24a inner tube 24b outer tube GS, GS1 polymer electrolyte fuel cell power generator RD heat recovery device CD cooling device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 晶一 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 黄木 丈俊 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 CC06 DD06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor, Seiichi Yoshida 2-5-3 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture Within Yo Denki Co., Ltd. (72) Inventor Taketoshi Koki 2-5-3 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture Within Yo Denki Co., Ltd. F-term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 CC06 DD06
Claims (2)
素と空気などの酸化剤加湿タンクを経て加湿された空気
などの酸化剤によって発電する燃料電池と、前記燃料ガ
ス加湿タンクの温水あるいはこの温水を前記酸化剤加湿
タンクの温水と熱交換した温水を加えた温水を冷却水と
して燃料電池に循環して送る冷却装置とを備えた固体高
分子形燃料電池発電装置であって、 前記加湿された水素を燃料電池へ供給する管路の少なく
とも一部を二重管型熱交換器とし、加湿された水素をこ
の二重管型熱交換器の内側管を通すとともに二重管型熱
交換器の外側管に燃料電池から排出される冷却水を通す
ことにより前記管路を加熱して管内に水が凝縮するのを
防止することを特徴とする固体高分子形燃料電池発電装
置。1. A fuel cell for generating power by an oxidant such as air humidified through a fuel gas humidification tank and hydrogen and an oxidant humidification tank such as air, and hot water in the fuel gas humidification tank or hot water thereof. A polymer electrolyte fuel cell power generator comprising: a cooling device that circulates and sends hot water to the fuel cell as cooling water by adding hot water that has undergone heat exchange with the hot water of the oxidizer humidifying tank, wherein the humidified At least a part of the conduit for supplying hydrogen to the fuel cell is a double-tube heat exchanger, and the humidified hydrogen is passed through the inner tube of this double-tube heat exchanger and the double-tube heat exchanger A polymer electrolyte fuel cell power generation device, characterized in that cooling water discharged from a fuel cell is passed through an outer pipe to heat the pipe to prevent water from condensing in the pipe.
される冷却水と対向するように流すことを特徴とする請
求項1記載の固体高分子形燃料電池発電装置。2. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1, wherein the humidified hydrogen is caused to flow so as to face cooling water discharged from the fuel cell.
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006156251A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell system |
JP2006244786A (en) * | 2005-03-01 | 2006-09-14 | Kawamura Electric Inc | Fuel cell |
WO2006098467A1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat-retention and heating of reaction gas in fuel cell system |
JP2008016375A (en) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Humidifier tank for solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2008016376A (en) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Humidifier tank for solid polymer electrolyte fuel cell |
KR101338840B1 (en) * | 2011-01-19 | 2013-12-06 | 현대하이스코 주식회사 | Improved fuel cell system including compact reformer for fuel cell |
JP2014524638A (en) * | 2011-08-05 | 2014-09-22 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | Fuel cell system |
US8951696B2 (en) | 2008-03-28 | 2015-02-10 | Jx Nippon Oil & Energy Corporation | Fuel electrode catalyst for fuel cell, electrode/membrane assembly, and fuel cell and fuel cell system provided with the electrode/membrane assembly |
JP2021077552A (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 豊田合成株式会社 | Pipe module for ejector |
-
2002
- 2002-01-18 JP JP2002010590A patent/JP2003217623A/en active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006156251A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell system |
JP4601406B2 (en) * | 2004-11-30 | 2010-12-22 | 三洋電機株式会社 | Fuel cell system |
JP2006244786A (en) * | 2005-03-01 | 2006-09-14 | Kawamura Electric Inc | Fuel cell |
WO2006098467A1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat-retention and heating of reaction gas in fuel cell system |
JP2008016375A (en) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Humidifier tank for solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2008016376A (en) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Humidifier tank for solid polymer electrolyte fuel cell |
US8951696B2 (en) | 2008-03-28 | 2015-02-10 | Jx Nippon Oil & Energy Corporation | Fuel electrode catalyst for fuel cell, electrode/membrane assembly, and fuel cell and fuel cell system provided with the electrode/membrane assembly |
KR101338840B1 (en) * | 2011-01-19 | 2013-12-06 | 현대하이스코 주식회사 | Improved fuel cell system including compact reformer for fuel cell |
JP2014524638A (en) * | 2011-08-05 | 2014-09-22 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | Fuel cell system |
JP2021077552A (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 豊田合成株式会社 | Pipe module for ejector |
JP7255455B2 (en) | 2019-11-12 | 2023-04-11 | 豊田合成株式会社 | Pipe module for ejector |
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