JP2004303443A - Humidifier of solid polymer fuel cell - Google Patents

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Fumio Ito
文美男 伊藤
Osamu Akimoto
攻 秋元
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Chino Corp
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Chino Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a humidifier which can perform a stable high temperature humidifying treatment without any danger and obtain a target dew-point temperature gas. <P>SOLUTION: The humidifier 1A is applied for a solid polymer fuel cell in which a solid polymer film is used between a fuel electrode and an air electrode as electrolyte. The humidifier 1A mixes by a mixing means 6 the normal temperature gas having a flow rate controlled from a gas supply means 2 via a gas flow rate control means 4 with the steam having a flow rate controlled from a steam supply means 3 via a steam flow rate control means 5, thus heating the normal temperature gas by the steam. The heated gas is controlled to the target dew-point temperature by a temperature control means 7, and the gas becomes humidified having a vapor pressure corresponding to the gas temperature. Excessive moisture in the humid gas due to the humidified gas is removed by a separator 9. Moreover, unnecessary moisture in the humid gas is removed by a re-heating means 10, and the gas is supplied to the fuel cell as the gas in a dry vapor state. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池は、水素などの燃料と、空気などの酸化剤を電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置である。この種の燃料電池の中でも、電解質に高分子イオン交換膜を用いた固体高分子型燃料電池は、出力密度が高く、作動温度が約70℃〜90℃と低いこと、構造が単純で電解質を含めて燃料電池全体を固体で構成できること、高分子膜が差圧に強いことなどの特徴がある。そして、出力密度が高いことは、コンパクトで大きな出力が得られ、低温作動であることは、起動時などの取り扱いが容易になることを意味するので、上述した固体高分子型燃料電池は、例えば自動車用、家庭用、可搬用など様々な分野での利用が可能である。
【0003】
ところで、この種の燃料電池では、電解質に送り込まれるガスの加湿が重要な問題になる。特に、燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の場合、電解質の湿度によって出力が大きく変化するので、加湿が非常に重要な要素となる。
【0004】
そこで、従来、この種の燃料電池の電解質に送り込まれるガスの加湿には、加湿するガスを加湿器内でバブリングさせて温水温度付近の加湿ガスを生成するバブラー加湿方式を採用している。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−29591号公報
【0006】
図8は上記特許文献1に開示される固体高分子型燃料電池発電装置の概略構成を示す図である。図8に示す固体高分子型燃料電池発電装置51では、燃料電池52の燃料極と改質器53の改質部54との間にバブリング室55を設け、改質部54から得られる改質ガスをこのバブリング室55の水中を気泡として通過させている。これにより、高温の改質ガスとバブリング室55内の水との間で熱交換が効率的に行われ、バブリング室55内の水が加熱されて得られる水蒸気と100℃近くに下げられた改質ガスとが燃料極に供給される。そして、水蒸気が燃料極を介して燃料電池52の電解質を加湿する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、燃料電池の膜開発が種々の面から検討され、高温での加湿(例えば100℃以上の露点温度)の要望がある。また、負荷変動やシステム試験において、湿度を早く応答させる要望がある。
【0008】
しかしながら、上述した特許文献1の固体高分子型燃料電池発電装置51でも利用されているバブラー加湿方式では、加湿水温度でガスの露点温度が決まり、加湿水温度の応答性により目的の露点温度に達して安定するまでの時間も決まってくる。従って、バブラー加湿方式では、湿度を高速に可変したくても、温度変化がゆっくりであり、目的の露点温度に達して安定するまで数十分から数時間の時間を必要とし、目的の露点温度を得るのに時間がかかるという問題があった。具体的には、図9に示すように、バブラー加湿方式の場合、目的の露点温度を68℃とした場合、68℃に達するまでに2000secという時間を要していた。また、バブラー加湿方式により100℃以上の露点温度を得ようとした場合には、圧力開放時に内部水が突沸するため、危険を伴い使用できないという問題があった。
【0009】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、危険を伴うことなく高温加湿を行うことができる固体高分子型燃料電池の加湿装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置において、
所定流量のガスを供給するガス供給手段と、
所定流量の蒸気を供給する蒸気供給手段と、
前記ガス供給手段から供給されるガスと前記蒸気供給手段から供給される蒸気とを混合する混合手段と、
該混合手段で混合された蒸気を含むガスの温度を調整する温調手段と、
該温調手段から送り込まれるガスに含まれる余分な水分を除去するセパレータと、
該セパレータから送り込まれるガスを乾き蒸気の状態に再加熱する再加熱手段とを備えたことを特徴とする。
【0011】
請求項2の発明は、燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置において、
目的の露点温度に応じた所定流量のドライガスを供給するドライガス供給手段と、
目的の露点温度に応じた所定流量のウェットガスを供給するウェットガス供給手段と、
前記ドライガス供給手段から供給されるドライガスを予熱する予熱手段と、
前記ウェットガス供給手段から供給されるウェットガスを加湿する加湿手段と、
前記予熱手段で予熱されたドライガスと前記加湿手段で加湿されたウェットガスとを混合する混合手段とを備えたことを特徴とする。
【0012】
請求項3の発明は、請求項1記載の固体高分子型燃料電池の加湿装置において、前記再加熱手段から送り出される蒸気を含むガスの湿度に基づいて前記蒸気供給手段が前記混合手段に送り出す蒸気の流量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0014】
図1は本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の第1実施の形態を示す図、図2は蒸気流量制御手段の構成例を示す図、図3は同固体高分子型燃料電池の加湿装置の第2実施の形態を示す図、図4は同固体高分子型燃料電池の加湿装置の第3実施の形態を示す図である。
【0015】
まず、本発明に係る加湿装置の第1実施の形態について図1を参照しながら説明する。
【0016】
図1に示すように、第1実施の形態の加湿装置1(1A)は、ガス供給手段2、蒸気供給手段3、ガス流量制御手段4、蒸気流量制御手段5、混合手段6、温調手段7、温調制御手段8、セパレータ9、再加熱手段10、再加熱制御手段11、湿度検出手段12、流量制御手段13を備えて概略構成される。
【0017】
ガス供給手段2は、被加湿対象となる常温のガスをガス流量制御手段4に供給している。また、蒸気供給手段3は、蒸気を作り出し、この作り出された所定量の蒸気を蒸気流量制御手段5に供給している。
【0018】
ガス流量制御手段4は、ガス供給手段2から供給される常温のガスが所定量ずつ混合手段6に供給されるようにガスの流量を制御している。また、蒸気流量制御手段5は、蒸気供給手段3から供給される蒸気の流量を後述する流量制御手段13からの蒸気量の制御信号によって制御している。基本的に、蒸気流量制御手段5は、ガス流量制御手段4のガスの最大流量に合わせて蒸気の流量を制御すれば良いが、省エネの観点からガス流量に合わせて、加湿に不足しない適当な蒸気の流量に制御すれば良い。
【0019】
ここで、図2は蒸気流量制御手段5の構成の一例を示している。図2の蒸気流量制御手段5は、開閉弁(例えば電磁弁や自動弁など)5A1,5A2,5A3と流量制限手段(例えば異なる径のオリフィスやニードル弁など)5B1,5B2,5B3が対をなし、3組の開閉弁5A1,5A2,5A3と流量制限手段5B1,5B2,5B3とが蒸気供給手段3と混合手段6との間の流路に並列接続されている。この構成による蒸気流量制御手段5は、後述する流量制御手段13からの制御信号によって開閉弁5A1,5A2,5A3の開閉制御がなされる。
【0020】
図2の蒸気流量制御手段5では、開閉弁5A1が開状態であれば、この開閉弁5A1と対をなす流量制限手段5B1によって流量が決まる。すなわち、開状態にある開閉弁(5A1,5A2,5A3の何れか)と対をなす流量制限手段(5B1,5B2,5B3の何れか)によって流量が制御される。
【0021】
なお、図2において、流量制限手段5B1,5B2,5B3を省いた構成とすることもできる。この場合、複数組の開閉弁(図2では3組の開閉弁5A1,5A2,5A3)を後述する流量制御手段13からの制御信号によって開閉制御する。これにより、使用する開閉弁の能力に応じて流量を決定することができる。
【0022】
混合手段6は、ガス供給手段2からガス流量制御手段4を介して供給されるガスと、蒸気供給手段3から蒸気流量制御手段5を介して供給される蒸気とを混合し、この蒸気と混合されたガスを温調手段7に送り込んでいる。
【0023】
温調手段7は、温調制御手段8で温度制御された例えばヒータなどで混合手段6から送り込まれる蒸気を含むガスを加熱し、この加熱された湿ガスを目的の露点温度に温度調整してセパレータ9に送り込んでいる。
【0024】
セパレータ9は、温調手段7から送り込まれる湿ガスに含まれる余分な水分を除去し、この余分な水分が除去された湿ガスを再加熱手段10に送り込んでいる。
【0025】
再加熱手段10は、再加熱制御手段11で温度制御された例えばヒータなどでセパレータ9から送り込まれる湿ガスを再加熱して結露を防止し、乾き蒸気のガスにして不図示の燃料電池に送り出している。
【0026】
湿度検出手段12は、再加熱手段10から送り出される乾き蒸気のガスの湿度を検出し、その検出信号を流量制御手段13に出力している。
【0027】
流量制御手段13は、湿度検出手段12からの検出信号による湿度と、例えば予め設定入力された設定湿度(目標の露点温度)とを比較し、この比較結果に基づいて設定湿度を得るのに必要な蒸気量を算出し、この算出された蒸気量に応じた制御信号を蒸気流量制御手段5に出力している。
【0028】
上記構成による第1実施の形態の加湿装置1Aでは、ガス流量制御手段4により流量制御されたガス供給手段2からの常温のガスと、蒸気流量制御手段5により流量制御された蒸気供給手段3からの蒸気とを混合手段6で混合する。これにより、常温のガスが蒸気によって加熱され、ガス温度に対応する蒸気圧の加湿気体ができる。この加湿気体による湿ガスは、温調手段7により目的の湿度(露点温度)に温度調整されてセパレータ9に送り込まれ、セパレータ9によって結露した余剰水分が除去される。余剰水分が除去された湿ガスは、そのままの状態ではすぐに結露してしまう弱い飽和蒸気のため、再加熱手段10により再加熱される。これにより、さらに余分な水分が除去されて乾き蒸気のガスとなって不図示の燃料電池に送り出される。その際、湿度検出手段12により乾き蒸気のガスの湿度が検出され、この検出された湿度に基づいて流量制御手段13が設定湿度(目標の露点温度)を得るのに必要な蒸気量を算出する。そして、流量制御手段13は、算出した蒸気量の制御信号を蒸気流量制御手段5に出力する。蒸気流量制御手段5は、流量制御手段13からの制御信号によって蒸気供給手段3が供給する蒸気の流量を制御する。以上の動作を繰り返すことにより、再加熱手段10から送り出されるガスの湿度が設定湿度(目標の露点温度)に制御される。
【0029】
この第1実施の形態の加湿装置1Aによれば、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度(露点温度)まで早く変化させることができる。しかも、ガスに蒸気を混合する方式なので、バブラー加湿方式のような突沸現象による危険を伴うことなく、また不確定物性の排除ができ、安定した加湿を実現することができる。さらに、ガス予熱が不要で、ガスの流量に合わせて蒸気流量を設定しておけば、ガス加熱と加湿を同時に行うことができる。そして、このガスの温度を一定温度(目標の露点温度)に制御すれば、目標の露点温度を得ることができる。
【0030】
なお、上述した第1実施の形態の加湿装置1Aでは、湿度の検出に基づいて蒸気の流量が制御されるフィードバック方式を採用しているが、図1の一点鎖線で示す湿度検出手段7と流量制御手段8を省く構成としても良い。この場合、目的の露点温度に応じた固定流量の蒸気が混合手段6に送り込まれるべく、ユーザの設定操作により蒸気流量制御手段5が蒸気の流量を制御する。例えば図2の蒸気流量制御手段5を採用した場合には、ユーザの設定操作により開閉弁5A1,5A2,5A3の開閉を行う。この構成によれば、図1の構成に比べ、目標の湿度(露点温度)を得るまでにある程度の時間を要するが、構成の簡略化を図ってコストを低減することができる。
【0031】
次に、本発明に係る加湿装置の第2実施の形態について図3を参照しながら説明する。
【0032】
図3に示すように、第2実施の形態の加湿装置1(1B)は、ドライガス供給手段21、ウェットガス供給手段22、ドライガス流量制御手段23、ウェットガス流量制御手段24、予熱手段25、加湿手段26、混合手段27を備えて概略構成される。
【0033】
ドライガス供給手段21はドライガスを予熱手段23に供給している。また、ウェットガス供給手段22はウェットガスを加湿手段24に供給している。
【0034】
ドライガス流量制御手段23は、目的の湿度(露点温度)に応じたドライガスが予熱手段25に送り込まれるべく、ドライガス供給手段21から供給されるドライガスの流量をユーザの設定に基づく操作量により制御している。ウェットガス流量制御手段24は、目的の湿度(露点温度)に応じたウェットガスが加湿手段26に送り込まれるべく、ウェットガス供給手段22から供給されるウェットガスの流量をユーザの設定に基づく操作量により制御している。
【0035】
予熱手段25は、結露を防止するため、ドライガス供給手段21からドライガス流量制御手段23を介して供給されるドライガスを予熱して混合手段25に送り込んでいる。加湿手段26は、例えばバブラー加湿器を用いることができる。この加湿手段26では、ウェットガス供給手段22からウェットガス流量制御手段24を介して供給されるウェットガスをバブラー水温付近の露点温度に加湿して混合手段27に送り込んでいる。
【0036】
混合手段27は、予熱手段25で予熱されたドライガスと、加湿手段26で加湿されたウェットガスとを混合して不図示の燃料電池に送り出している。
【0037】
上記構成による第2実施の形態の加湿装置1Bでは、ドライガス流量制御手段23により目的の湿度(露点温度)に応じて流量制御されたドライガス供給手段21からのドライガスを予熱手段25で予熱して混合手段27に送り込む。また、同様にウェットガス流量制御手段24により目的の湿度(露点温度)に応じて流量制御されたウェットガス供給手段22からのウェットガスを加湿手段26で加湿して混合手段27に送り込む。混合手段27では、予熱手段25からのドライガスと、加湿手段26からのウェットガスを混合する。以上の動作により、混合手段27から送り出される混合ガスの湿度が設定温度(露点温度)に制御され、この混合されたガスが不図示の燃料電池に送り出される。
【0038】
この第2実施の形態の加湿装置1Bによれば、第1実施の形態と同様、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度(露点温度)まで早く変化させることができる。また、ドライガスとウェットガスの両方の流量をユーザの設定に基づく操作量によって制御するので、目的の湿度(露点温度)のガスを目的の量だけ作り出すことができる。
【0039】
次に、本発明に係る加湿装置の第3実施の形態について図4を参照しながら説明する。なお、図4において、第1実施の形態の加湿装置1Aと同一の構成要素には同一番号を付して説明する。
【0040】
図4に示すように、第3実施の形態の加湿装置1(1C)は、ガス供給手段2、蒸気供給手段3、ガス流量制御手段4、蒸気流量制御手段5、混合手段6、湿度検出手段12、流量制御手段13を備えて概略構成される。
【0041】
ガス供給手段2は、被加湿対象となる常温のガスをガス流量制御手段4に供給している。また、蒸気供給手段3は、蒸気を作り出し、この作り出された所定量の蒸気を蒸気流量制御手段5に供給している。
【0042】
ガス流量制御手段4は、ガス供給手段2から供給されるガスを、予め設定された流量で混合手段6に供給するようにガスの流量を制御している。また、蒸気流量制御手段5は、ガス流量制御手段4から送り出されるガスの流量に合わせ、蒸気供給手段3から供給される蒸気の流量を後述する流量制御手段13からの蒸気量の制御信号によって制御している。基本的に、蒸気流量制御手段5は、ガス流量制御手段4のガスの最大流量に合わせて蒸気の流量を制御すれば良いが、省エネの観点からガス流量に合わせて、加湿に不足しない適当な蒸気の流量に制御すれば良い。
【0043】
混合手段6は、ガス供給手段2からガス流量制御手段4を介して供給されるガスと、蒸気供給手段3から蒸気流量制御手段5を介して供給される蒸気とを混合し、この混合された蒸気を含むガスを不図示の燃料電池に送り出している。
【0044】
湿度検出手段12は、混合手段6から送り出されるガスの湿度を検出し、その検出信号を流量制御手段13に出力している。
【0045】
流量制御手段13は、湿度検出手段12からの検出信号による湿度と、例えば予め設定入力された設定湿度(目標の露点温度)とを比較し、この比較結果に基づいて設定湿度を得るのに必要な蒸気量を算出し、この算出された蒸気量に応じた制御信号を蒸気流量制御手段5に出力している。
【0046】
上記構成による第3実施の形態の加湿装置1Cでは、ガス流量制御手段4により流量制御されたガス供給手段2からのガスと、蒸気流量制御手段5により流量制御された蒸気供給手段3からの蒸気とを混合手段6で混合する。そして、この混合されたガスが不図示の燃料電池に送り出される。その際、湿度検出手段12によりガスの湿度が検出され、この検出された湿度に基づいて流量制御手段13が設定湿度(目標の露点温度)を得るのに必要な蒸気量を算出する。そして、流量制御手段13は、算出した蒸気量の制御信号を蒸気流量制御手段5に出力する。蒸気流量制御手段5は、流量制御手段13からの制御信号によって蒸気供給手段3が供給する蒸気の流量を制御する。以上の動作を繰り返すことにより、混合手段6から送り出されるガスの湿度が設定温度(露点温度)に制御される。
【0047】
この第3実施の形態の加湿装置1Cによれば、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度(露点温度)まで早く変化させることができる。しかも、ガスに蒸気を混合する方式なので、バブラー加湿方式のような突沸現象による危険を伴うことなく、また不確定物性の排除ができ、安定した加湿を実現することができる。
【0048】
なお、上述した第3実施の形態の加湿装置1Cでは、第1実施の形態の加湿装置1Aと同様に、湿度の検出に基づいて蒸気の流量が制御されるフィードバック方式を採用しているが、図4の一点鎖線で示す湿度検出手段12、流量制御手段13を省く構成としても良い。この場合、目的の露点温度に応じた固定流量の蒸気が混合手段6に送り込まれるべく、ユーザの設定操作により蒸気流量制御手段5が蒸気の流量を制御する。例えば図2の蒸気流量制御手段5を採用した場合には、ユーザの設定操作により開閉弁5A1,5A2,5A3の開閉を行う。この構成によれば、図4の構成に比べ、目標の湿度(露点温度)を得るまでにある程度の時間を要するが、構成の簡略化を図ってコストを低減することができる。
【0049】
このように、本例の加湿装置によれば、危険を伴うことなく安定した高温加湿が行え、100℃以上の露点温度を得ることができる。
【0050】
また、供給されるガスの量は、例えば数十ccから数千lと広範囲であるので、上述した第1乃至第3実施の形態の加湿装置1A〜1Cは、供給されるガスの流量やコストによって使い分けることができる。例えば供給されるガスの流量が多い場合には第2実施の形態の加湿装置1Bを用い、ガスの流量が比較的少ない場合には第1又は第3実施の形態の加湿装置1A,1Cを用いる。これにより、加湿されるガスの露点温度の可変範囲を広げることができる。
【0051】
ここで、図5乃至図7は本発明による湿度装置(ガスと蒸気を混合して湿ガスを得る方式のもの:第1又は第3実施の形態)を採用した場合の特性を示している。図5はガス流量一定で蒸気流量を増加した場合の経過時間に対する露点の変化を示す図、図6はガス流量一定で蒸気流量を減少した場合の経過時間に対する露点の変化を示す図、図7は露点の安定性を示す図である。
【0052】
図5を見ても明らかなように、露点上昇時には約15secで露点107℃に達し、その露点107℃を維持していることが判る。また、露点を110℃から98℃に下降させる場合においても、図6に示すように、約20secで目的の露点98℃に下降させることができる。このことから、本例の湿度装置によれば、安定して目的の露点まで変化させることができる。さらに、図7に示すように、本例の湿度装置によれば、目的の露点(約112℃)に変化させた場合、長時間にわたってその温度を維持することができることが判る。
【0053】
ところで、図2の加湿装置1Bに図1の加湿装置1A又は図3の加湿装置1Cを組み合わせた構成とすることもできる。この場合、図2の加湿装置1Bにおいて、ウエットガス供給手段22に供給されるウェットガスとして、図1の加湿装置1Aの再加熱手段10から送り出されるガス、又は図3の加湿装置1Cの混合手段6から送り出されるガスを供給する。
【0054】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、危険を伴うことなく100℃以上の安定した露点温度の高温加湿を行うことができる。
【0055】
請求項1の加湿装置によれば、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度(露点温度)まで早く変化させることができる。しかも、ガスに蒸気を混合する方式なので、バブラー加湿方式のような突沸現象による危険を伴うことなく、また不確定物性の排除ができ、安定した加湿を実現することができる。
【0056】
請求項2の加湿装置によれば、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度(露点温度)まで早く変化させることができる。また、ドライガスとウェットガスの両方の流量を制御することにより、目的の湿度(露点温度)のガスを目的の量だけ作り出すことができる。
【0057】
請求項3の加湿装置によれば、湿度検出によって蒸気量をフィードバック制御するので、より早く目標の湿度(露点温度)を得ることができる。
【0058】
そして、供給されるガスの流量やコストによって各請求項の湿度装置を使い分ければ、加湿されるガスの露点温度の可変範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の第1実施の形態を示す図である。
【図2】蒸気流量制御手段の構成の一例を示す図である。
【図3】本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の第3実施の形態を示す図である。
【図4】本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の第3実施の形態を示す図である。
【図5】本発明に係る固定高分子型燃料電池の加湿装置において、ガス流量一定で蒸気流量を増加した場合の経過時間に対する露点の変化を示す図である。
【図6】本発明に係る固定高分子型燃料電池の加湿装置において、ガス流量一定で蒸気流量を減少した場合の経過時間に対する露点の変化を示す図である。
【図7】本発明に係る固定高分子型燃料電池の加湿装置において、露点の安定性を示す図である。
【図8】従来の固体高分子型燃料電池の加湿装置の一例を示す図である。
【図9】バブラー加湿方式において、露点上昇時の経過時間に対する露点の変化を示す図である。
【符号の説明】
1(1A,1B,1C)…加湿装置、2…ガス供給手段、3…蒸気供給手段、4…ガス流量制御手段、5…蒸気流量制御手段、5A1,5A2,5A3…開閉弁、5B1,5B2,5B3…流量制限手段、6…混合手段、7…温調手段、8…温調制御手段、9…セパレータ、10…再加熱手段、11…再加熱制御手段、12…湿度検出手段、13…流量制御手段、21…ドライガス供給手段、22…ウェットガス供給手段、23…ドライガス流量制御手段、24…ウェットガス流量制御手段、25…予熱手段、26…加湿手段、27…混合手段。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane between a fuel electrode and an air electrode as an electrolyte.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell is a power generation device that converts a chemical energy of a fuel into an electric energy by electrochemically reacting a fuel such as hydrogen with an oxidant such as air. Among these types of fuel cells, a solid polymer type fuel cell using a polymer ion exchange membrane for the electrolyte has a high output density, a low operating temperature of about 70 ° C. to 90 ° C., a simple structure, and a simple electrolyte. It has the features that the entire fuel cell including the fuel cell can be made of a solid, and that the polymer membrane is resistant to a differential pressure. A high output density means that a large and compact output can be obtained, and a low-temperature operation means that handling at the time of startup and the like is easy. It can be used in various fields such as automobiles, homes, and portables.
[0003]
By the way, in this type of fuel cell, humidification of the gas fed into the electrolyte is an important problem. In particular, in the case of a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane between a fuel electrode and an air electrode as an electrolyte, humidification is a very important factor since the output greatly changes depending on the humidity of the electrolyte.
[0004]
Therefore, conventionally, a bubbler humidification method in which a gas to be humidified is bubbled in a humidifier to generate a humidified gas near a hot water temperature is used for humidifying a gas sent to the electrolyte of this type of fuel cell.
Prior art document information related to the invention of this application includes the following.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-29591
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a polymer electrolyte fuel cell power generator disclosed in Patent Document 1. In the polymer electrolyte fuel cell power generator 51 shown in FIG. 8, a bubbling chamber 55 is provided between the fuel electrode of the fuel cell 52 and the reforming unit 54 of the reformer 53, and the reforming obtained from the reforming unit 54 is performed. The gas is passed through the water in the bubbling chamber 55 as bubbles. Thereby, heat exchange is efficiently performed between the high-temperature reformed gas and the water in the bubbling chamber 55, and the steam obtained by heating the water in the bubbling chamber 55 and the steam reduced to near 100 ° C. The high quality gas is supplied to the fuel electrode. Then, the steam humidifies the electrolyte of the fuel cell 52 via the fuel electrode.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, membrane development of a fuel cell has been studied from various aspects, and there is a demand for humidification at a high temperature (for example, a dew point temperature of 100 ° C. or more). There is also a demand for quick response of humidity in load fluctuations and system tests.
[0008]
However, in the bubbler humidification method also used in the polymer electrolyte fuel cell power generation device 51 of Patent Document 1 described above, the dew point temperature of the gas is determined by the humidification water temperature, and the response of the humidification water temperature to the target dew point temperature. The time it takes to reach and stabilize is also determined. Therefore, in the bubbler humidification method, even if it is desired to change the humidity at high speed, the temperature changes slowly, and it takes several tens to several hours to reach the target dew point temperature and stabilize. There is a problem that it takes time to obtain Specifically, as shown in FIG. 9, in the case of the bubbler humidification method, when the target dew point temperature is 68 ° C., it takes 2000 seconds to reach 68 ° C. In addition, when an attempt is made to obtain a dew point temperature of 100 ° C. or more by a bubbler humidification method, there is a problem in that internal water is bumped when the pressure is released, so that it cannot be used with danger.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell that can perform high-temperature humidification without danger.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane as an electrolyte between a fuel electrode and an air electrode,
Gas supply means for supplying a predetermined flow rate of gas,
Steam supply means for supplying a predetermined flow rate of steam,
Mixing means for mixing gas supplied from the gas supply means and steam supplied from the steam supply means,
Temperature adjusting means for adjusting the temperature of the gas containing steam mixed by the mixing means,
A separator for removing excess moisture contained in the gas sent from the temperature control means,
Reheating means for reheating the gas sent from the separator to a dry vapor state.
[0011]
The invention according to claim 2 is a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane between a fuel electrode and an air electrode as an electrolyte,
Dry gas supply means for supplying a dry gas at a predetermined flow rate according to a target dew point temperature,
Wet gas supply means for supplying a predetermined amount of wet gas according to the target dew point temperature,
Preheating means for preheating the dry gas supplied from the dry gas supply means,
Humidifying means for humidifying the wet gas supplied from the wet gas supply means,
And a mixing unit for mixing the dry gas preheated by the preheating unit and the wet gas humidified by the humidification unit.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the humidifying apparatus for a polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect, the steam supplied by the steam supply unit to the mixing unit based on the humidity of the gas containing the steam sent from the reheating unit. And a control means for controlling the flow rate of the liquid.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a steam flow control means, and FIG. FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the humidifier of the present invention, and FIG. 4 is a view showing a third embodiment of the humidifier of the polymer electrolyte fuel cell.
[0015]
First, a first embodiment of a humidifier according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0016]
As shown in FIG. 1, the humidifier 1 (1A) of the first embodiment includes a gas supply unit 2, a steam supply unit 3, a gas flow control unit 4, a steam flow control unit 5, a mixing unit 6, a temperature control unit. 7, a temperature control unit 8, a separator 9, a reheating unit 10, a reheating control unit 11, a humidity detection unit 12, and a flow rate control unit 13.
[0017]
The gas supply unit 2 supplies a normal temperature gas to be humidified to the gas flow control unit 4. The steam supply means 3 produces steam, and supplies the produced predetermined amount of steam to the steam flow control means 5.
[0018]
The gas flow control means 4 controls the flow rate of the gas such that the normal temperature gas supplied from the gas supply means 2 is supplied to the mixing means 6 by a predetermined amount. Further, the steam flow control means 5 controls the flow rate of the steam supplied from the steam supply means 3 by the control signal of the steam amount from the flow rate control means 13 described later. Basically, the steam flow control means 5 only has to control the flow rate of the steam in accordance with the maximum gas flow rate of the gas flow control means 4. The flow rate of the steam may be controlled.
[0019]
Here, FIG. 2 shows an example of the configuration of the steam flow control means 5. The steam flow control means 5 shown in FIG. 2 includes an on-off valve (for example, an electromagnetic valve or an automatic valve) 5A1, 5A2, 5A3 and a flow restricting means (for example, an orifice or needle valve with a different diameter) 5B1, 5B2, 5B3. The three sets of on-off valves 5A1, 5A2, 5A3 and the flow restricting means 5B1, 5B2, 5B3 are connected in parallel to the flow path between the steam supply means 3 and the mixing means 6. The steam flow control means 5 having this configuration controls the opening and closing of the on-off valves 5A1, 5A2, and 5A3 according to a control signal from a flow control means 13 described later.
[0020]
In the steam flow control means 5 shown in FIG. 2, when the on-off valve 5A1 is in the open state, the flow rate is determined by the flow rate limiting means 5B1 paired with the on-off valve 5A1. That is, the flow rate is controlled by the flow restricting means (any of 5B1, 5B2, 5B3) paired with the open / close valve (any of 5A1, 5A2, 5A3).
[0021]
In FIG. 2, a configuration in which the flow rate limiting means 5B1, 5B2, and 5B3 are omitted may be employed. In this case, a plurality of sets of on-off valves (three sets of on-off valves 5A1, 5A2, 5A3 in FIG. 2) are controlled to open and close by a control signal from a flow control unit 13 described later. Thus, the flow rate can be determined according to the capacity of the on-off valve to be used.
[0022]
The mixing means 6 mixes the gas supplied from the gas supply means 2 via the gas flow rate control means 4 with the steam supplied from the steam supply means 3 via the steam flow rate control means 5, and mixes with the steam. The supplied gas is sent to the temperature control means 7.
[0023]
The temperature control means 7 heats the gas containing steam sent from the mixing means 6 by, for example, a heater or the like whose temperature is controlled by the temperature control control means 8, and adjusts the temperature of the heated wet gas to a target dew point temperature. It is sent to the separator 9.
[0024]
The separator 9 removes excess moisture contained in the wet gas sent from the temperature control means 7 and sends the wet gas from which the excess moisture has been removed to the reheating means 10.
[0025]
The reheating unit 10 reheats the wet gas sent from the separator 9 by, for example, a heater or the like whose temperature is controlled by the reheating control unit 11 to prevent dew condensation, and sends it out to a fuel cell (not shown) as a dry steam gas. ing.
[0026]
The humidity detecting unit 12 detects the humidity of the dry steam gas sent from the reheating unit 10 and outputs a detection signal to the flow control unit 13.
[0027]
The flow rate control means 13 compares the humidity based on the detection signal from the humidity detection means 12 with, for example, a preset set humidity (target dew point temperature) and obtains the set humidity based on the comparison result. The steam amount is calculated, and a control signal corresponding to the calculated steam amount is output to the steam flow control means 5.
[0028]
In the humidifier 1A according to the first embodiment having the above-described configuration, the normal temperature gas from the gas supply means 2 whose flow rate is controlled by the gas flow rate control means 4 and the steam supply means 3 whose flow rate is controlled by the steam flow rate control means 5 are used. Is mixed by the mixing means 6. Thereby, the normal temperature gas is heated by the steam, and a humidified gas having a steam pressure corresponding to the gas temperature is generated. The humidity of the humidified gas is adjusted to a target humidity (dew point temperature) by the temperature control means 7 and sent to the separator 9, where the excess moisture condensed is removed. The wet gas from which the excess water has been removed is weakly saturated vapor which is immediately condensed if left as it is, and is reheated by the reheating means 10. As a result, excess water is further removed and becomes a dry steam gas, which is sent to a fuel cell (not shown). At this time, the humidity of the dry steam gas is detected by the humidity detecting means 12, and based on the detected humidity, the flow rate controlling means 13 calculates the amount of steam required to obtain the set humidity (target dew point temperature). . Then, the flow control unit 13 outputs a control signal of the calculated steam amount to the steam flow control unit 5. The steam flow control means 5 controls the flow rate of steam supplied by the steam supply means 3 according to a control signal from the flow control means 13. By repeating the above operation, the humidity of the gas sent from the reheating means 10 is controlled to the set humidity (target dew point temperature).
[0029]
According to the humidifying apparatus 1A of the first embodiment, it is possible to change to the target humidity (dew point temperature) faster with a response time of several tens to several hundreds times as compared with the bubbler humidification method. In addition, since the gas is mixed with steam, the danger of bumping unlike the bubbler humidification method is not involved, and uncertain physical properties can be eliminated, and stable humidification can be realized. Further, gas preheating is unnecessary, and if the steam flow rate is set according to the gas flow rate, gas heating and humidification can be performed simultaneously. Then, by controlling the temperature of this gas to a constant temperature (target dew point temperature), a target dew point temperature can be obtained.
[0030]
The humidifier 1A according to the first embodiment employs a feedback method in which the flow rate of steam is controlled based on the detection of humidity. The control means 8 may be omitted. In this case, the steam flow control means 5 controls the flow rate of the steam by a user's setting operation so that the steam having a fixed flow rate according to the target dew point temperature is sent to the mixing means 6. For example, when the steam flow control means 5 of FIG. 2 is employed, the on-off valves 5A1, 5A2, and 5A3 are opened and closed by a user's setting operation. According to this configuration, it takes a certain amount of time to obtain the target humidity (dew point temperature) as compared with the configuration in FIG. 1, but the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
[0031]
Next, a second embodiment of the humidifier according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0032]
As shown in FIG. 3, the humidifier 1 (1B) of the second embodiment includes a dry gas supply unit 21, a wet gas supply unit 22, a dry gas flow control unit 23, a wet gas flow control unit 24, and a preheating unit 25. , A humidifying unit 26 and a mixing unit 27.
[0033]
The dry gas supply means 21 supplies the dry gas to the preheating means 23. Further, the wet gas supply unit 22 supplies the wet gas to the humidification unit 24.
[0034]
The dry gas flow control unit 23 controls the flow rate of the dry gas supplied from the dry gas supply unit 21 based on the user's setting so that the dry gas corresponding to the target humidity (dew point temperature) is sent to the preheating unit 25. Is controlled by The wet gas flow control unit 24 controls the flow rate of the wet gas supplied from the wet gas supply unit 22 based on the user's setting so that the wet gas corresponding to the target humidity (dew point temperature) is sent to the humidification unit 26. Is controlled by
[0035]
The preheating means 25 preheats the dry gas supplied from the dry gas supply means 21 via the dry gas flow control means 23 and sends it to the mixing means 25 in order to prevent dew condensation. As the humidifying unit 26, for example, a bubbler humidifier can be used. In the humidifying means 26, the wet gas supplied from the wet gas supply means 22 via the wet gas flow rate control means 24 is humidified to a dew point temperature near the bubbler water temperature and sent to the mixing means 27.
[0036]
The mixing means 27 mixes the dry gas preheated by the preheating means 25 and the wet gas humidified by the humidification means 26 and sends out the mixed gas to a fuel cell (not shown).
[0037]
In the humidifier 1B according to the second embodiment having the above configuration, the dry gas from the dry gas supply unit 21 whose flow rate is controlled by the dry gas flow control unit 23 in accordance with the target humidity (dew point temperature) is preheated by the preheating unit 25. And sent to the mixing means 27. Similarly, the wet gas from the wet gas supply unit 22 whose flow rate is controlled by the wet gas flow control unit 24 in accordance with the target humidity (dew point temperature) is humidified by the humidification unit 26 and sent to the mixing unit 27. In the mixing means 27, the dry gas from the preheating means 25 and the wet gas from the humidifying means 26 are mixed. By the above operation, the humidity of the mixed gas sent from the mixing means 27 is controlled to the set temperature (dew point temperature), and the mixed gas is sent to a fuel cell (not shown).
[0038]
According to the humidifier 1B of the second embodiment, as in the first embodiment, the response time is changed to the target humidity (dew point temperature) with a response time of several tens to several hundreds of times as compared with the bubbler humidification method. be able to. In addition, since the flow rates of both the dry gas and the wet gas are controlled by the manipulated variables based on the settings of the user, it is possible to produce a desired amount of gas having a desired humidity (dew point temperature).
[0039]
Next, a third embodiment of the humidifier according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the same components as those of the humidifier 1A according to the first embodiment will be described with the same reference numerals.
[0040]
As shown in FIG. 4, the humidifier 1 (1C) of the third embodiment includes a gas supply unit 2, a steam supply unit 3, a gas flow control unit 4, a steam flow control unit 5, a mixing unit 6, a humidity detection unit. 12 and a schematic configuration including a flow control means 13.
[0041]
The gas supply unit 2 supplies a normal temperature gas to be humidified to the gas flow control unit 4. The steam supply means 3 produces steam, and supplies the produced predetermined amount of steam to the steam flow control means 5.
[0042]
The gas flow control means 4 controls the gas flow rate so that the gas supplied from the gas supply means 2 is supplied to the mixing means 6 at a preset flow rate. Further, the steam flow control means 5 controls the flow rate of the steam supplied from the steam supply means 3 in accordance with the flow rate of the gas sent out from the gas flow control means 4 by a control signal of the steam amount from a flow rate control means 13 described later. are doing. Basically, the steam flow control means 5 only has to control the flow rate of the steam in accordance with the maximum gas flow rate of the gas flow control means 4. The flow rate of the steam may be controlled.
[0043]
The mixing means 6 mixes the gas supplied from the gas supply means 2 via the gas flow rate control means 4 with the steam supplied from the steam supply means 3 via the steam flow rate control means 5, and this mixed gas is mixed. Gas containing steam is sent to a fuel cell (not shown).
[0044]
The humidity detecting means 12 detects the humidity of the gas sent from the mixing means 6 and outputs a detection signal to the flow control means 13.
[0045]
The flow rate control means 13 compares the humidity based on the detection signal from the humidity detection means 12 with, for example, a preset set humidity (target dew point temperature) and obtains the set humidity based on the comparison result. The steam amount is calculated, and a control signal corresponding to the calculated steam amount is output to the steam flow control means 5.
[0046]
In the humidifier 1C according to the third embodiment having the above-described configuration, the gas from the gas supply means 2 whose flow rate is controlled by the gas flow rate control means 4 and the steam from the steam supply means 3 whose flow rate is controlled by the steam flow rate control means 5 Are mixed by the mixing means 6. Then, the mixed gas is sent to a fuel cell (not shown). At this time, the humidity of the gas is detected by the humidity detecting means 12, and based on the detected humidity, the flow rate controlling means 13 calculates the amount of steam required to obtain the set humidity (target dew point temperature). Then, the flow control unit 13 outputs a control signal of the calculated steam amount to the steam flow control unit 5. The steam flow control means 5 controls the flow rate of steam supplied by the steam supply means 3 according to a control signal from the flow control means 13. By repeating the above operation, the humidity of the gas sent from the mixing means 6 is controlled to the set temperature (dew point temperature).
[0047]
According to the humidifying device 1C of the third embodiment, it is possible to change the target humidity (dew point temperature) to a target humidity (dew point temperature) faster with a response time of several tens to several hundreds times as compared with the bubbler humidification method. In addition, since the gas is mixed with steam, the danger of bumping unlike the bubbler humidification method is not involved, and uncertain physical properties can be eliminated, and stable humidification can be realized.
[0048]
The humidifier 1C according to the third embodiment employs a feedback method in which the flow rate of steam is controlled based on the detection of humidity, as in the humidifier 1A according to the first embodiment. The configuration may be such that the humidity detecting means 12 and the flow rate controlling means 13 shown by the dashed line in FIG. 4 are omitted. In this case, the steam flow control means 5 controls the flow rate of the steam by a user's setting operation so that the steam having a fixed flow rate according to the target dew point temperature is sent to the mixing means 6. For example, when the steam flow control means 5 of FIG. 2 is employed, the on-off valves 5A1, 5A2, and 5A3 are opened and closed by a user's setting operation. According to this configuration, it takes some time to obtain the target humidity (dew point temperature) as compared with the configuration in FIG. 4, but the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
[0049]
Thus, according to the humidifier of this example, stable high-temperature humidification can be performed without danger, and a dew point temperature of 100 ° C. or more can be obtained.
[0050]
Further, since the amount of supplied gas is wide, for example, from several tens of cc to several thousands of liters, the humidifiers 1A to 1C of the above-described first to third embodiments require the supplied gas flow rate and cost. Can be used properly. For example, when the flow rate of the supplied gas is high, the humidifier 1B of the second embodiment is used, and when the flow rate of the gas is relatively low, the humidifiers 1A and 1C of the first or third embodiment are used. . Thereby, the variable range of the dew point temperature of the gas to be humidified can be expanded.
[0051]
Here, FIG. 5 to FIG. 7 show the characteristics when the humidity apparatus according to the present invention (the method of obtaining a wet gas by mixing gas and steam: the first or third embodiment) is used. FIG. 5 is a diagram showing a change in the dew point with respect to the elapsed time when the gas flow rate is increased at a constant gas flow rate, FIG. 6 is a diagram showing a change in the dew point with respect to the elapsed time when the steam flow rate is reduced at a constant gas flow rate, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing the stability of dew point.
[0052]
As is clear from FIG. 5, when the dew point rises, the dew point reaches 107 ° C. in about 15 seconds, and the dew point is maintained at 107 ° C. Also, when the dew point is lowered from 110 ° C. to 98 ° C., the target dew point can be lowered to 98 ° C. in about 20 seconds as shown in FIG. For this reason, according to the humidity apparatus of the present example, it is possible to stably change to the target dew point. Further, as shown in FIG. 7, according to the humidity apparatus of this example, when the target dew point is changed to a target dew point (about 112 ° C.), it can be seen that the temperature can be maintained for a long time.
[0053]
By the way, a configuration in which the humidifying device 1A of FIG. 1 or the humidifying device 1C of FIG. 3 is combined with the humidifying device 1B of FIG. 2 may be adopted. In this case, in the humidifier 1B of FIG. 2, the gas supplied from the reheating unit 10 of the humidifier 1A of FIG. 1 or the mixing unit of the humidifier 1C of FIG. The gas sent from 6 is supplied.
[0054]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, stable high-temperature humidification at a dew point of 100 ° C. or higher can be performed without danger.
[0055]
According to the humidifying device of the first aspect, it is possible to quickly change to the target humidity (dew point temperature) with a response time of several tens to several hundreds times as compared with the bubbler humidification method. In addition, since the gas is mixed with steam, the danger of bumping unlike the bubbler humidification method is not involved, and uncertain physical properties can be eliminated, and stable humidification can be realized.
[0056]
According to the humidifying device of the second aspect, it is possible to quickly change to the target humidity (dew point temperature) with a response time of several tens to several hundreds times as compared with the bubbler humidification method. Further, by controlling the flow rates of both the dry gas and the wet gas, it is possible to produce a gas having a target humidity (dew point temperature) in a target amount.
[0057]
According to the humidifier of the third aspect, since the steam amount is feedback-controlled by detecting the humidity, the target humidity (dew point temperature) can be obtained more quickly.
[0058]
If the humidity device of each claim is properly used according to the flow rate and cost of the supplied gas, the variable range of the dew point temperature of the humidified gas can be expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a steam flow control unit.
FIG. 3 is a view showing a third embodiment of the humidifier of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a change in dew point with respect to an elapsed time when a vapor flow rate is increased at a constant gas flow rate in the humidifier for a fixed polymer fuel cell according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a change in the dew point with respect to the elapsed time when the steam flow rate is reduced while the gas flow rate is constant in the humidifier of the fixed polymer fuel cell according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the stability of the dew point in the humidifier of the fixed polymer fuel cell according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a conventional humidifier for a polymer electrolyte fuel cell.
FIG. 9 is a diagram showing a change in the dew point with respect to the elapsed time when the dew point rises in the bubbler humidification method.
[Explanation of symbols]
1 (1A, 1B, 1C): Humidifier, 2: Gas supply unit, 3: Steam supply unit, 4: Gas flow control unit, 5: Steam flow control unit, 5A1, 5A2, 5A3: On-off valve, 5B1, 5B2 , 5B3 ... flow rate limiting means, 6 ... mixing means, 7 ... temperature control means, 8 ... temperature control means, 9 ... separator, 10 ... reheating means, 11 ... reheating control means, 12 ... humidity detection means, 13 ... Flow control means, 21: dry gas supply means, 22: wet gas supply means, 23: dry gas flow control means, 24: wet gas flow control means, 25: preheating means, 26: humidification means, 27: mixing means.

Claims (3)

燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置において、
所定流量のガスを供給するガス供給手段と、
所定流量の蒸気を供給する蒸気供給手段と、
前記ガス供給手段から供給されるガスと前記蒸気供給手段から供給される蒸気とを混合する混合手段と、
該混合手段で混合された蒸気を含むガスの温度を調整する温調手段と、
該温調手段から送り込まれるガスに含まれる余分な水分を除去するセパレータと、
該セパレータから送り込まれるガスを乾き蒸気の状態に再加熱する再加熱手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池の加湿装置。
In a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane as an electrolyte between a fuel electrode and an air electrode,
Gas supply means for supplying a predetermined flow rate of gas,
Steam supply means for supplying a predetermined flow rate of steam,
Mixing means for mixing gas supplied from the gas supply means and steam supplied from the steam supply means,
Temperature adjusting means for adjusting the temperature of the gas containing steam mixed by the mixing means,
A separator for removing excess moisture contained in the gas sent from the temperature control means,
A humidifier for a polymer electrolyte fuel cell, comprising: reheating means for reheating a gas fed from the separator to a dry vapor state.
燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置において、
目的の露点温度に応じた所定流量のドライガスを供給するドライガス供給手段と、
目的の露点温度に応じた所定流量のウェットガスを供給するウェットガス供給手段と、
前記ドライガス供給手段から供給されるドライガスを予熱する予熱手段と、
前記ウェットガス供給手段から供給されるウェットガスを加湿する加湿手段と、
前記予熱手段で予熱されたドライガスと前記加湿手段で加湿されたウェットガスとを混合する混合手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池の加湿装置。
In a humidifier for a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane as an electrolyte between a fuel electrode and an air electrode,
Dry gas supply means for supplying a dry gas at a predetermined flow rate according to a target dew point temperature,
Wet gas supply means for supplying a predetermined amount of wet gas according to the target dew point temperature,
Preheating means for preheating the dry gas supplied from the dry gas supply means,
Humidifying means for humidifying the wet gas supplied from the wet gas supply means,
A humidifier for a polymer electrolyte fuel cell, comprising: mixing means for mixing the dry gas preheated by the preheating means and the wet gas humidified by the humidifying means.
前記再加熱手段から送り出される蒸気を含むガスの湿度に基づいて前記蒸気供給手段が前記混合手段に送り出す蒸気の流量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の固体高分子型燃料電池の加湿装置。2. The solid polymer according to claim 1, further comprising control means for controlling a flow rate of the steam sent from said steam supply means to said mixing means based on a humidity of a gas containing steam sent from said reheating means. Humidifier for portable fuel cells.
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