JP2005071730A - Air humidification device for fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air humidification device for a fuel cell for making use of generated water which is generated by power generation of the fuel cell for humidifying reaction air, for suppressing the enlargement of the device and an increase in its weight by maintaining the constitution to humidify the reaction air simple, and for saving the consumption of power by making electrical equipment such as a valve or a pump unnecessary. <P>SOLUTION: There are provided an air filter 22a eliminating dust in the reaction air, and a water guiding pipe 84 in which while one end 84a connected to the fuel cell 12 (specifically, installed below a reaction air exhausting opening 80a of the fuel cell 12) and another end 84b is installed above the air filter 22a. At the same time, an air filter 22a is moisturized by having the generated water generated by the power generation of the fuel cell 12 dropped onto it through the water guiding pipe 84. Therefore, the reaction air fed to an air pole of the fuel cell 12 through the air filter 22a is humidified. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、燃料電池の空気加湿装置に関する。   The present invention relates to an air humidifier for a fuel cell.

固体高分子型の燃料電池は、電解質膜の含水量が低下すると発電効率が低下する。そこで、従来、燃料電池の空気極に供給される反応空気を加湿し、電解質膜の含水量を増加させて発電効率を向上させるようにした技術が数多く提案されている。   In the polymer electrolyte fuel cell, the power generation efficiency decreases when the water content of the electrolyte membrane decreases. Thus, many techniques have been proposed in which the reaction air supplied to the air electrode of the fuel cell is humidified to increase the water content of the electrolyte membrane and improve the power generation efficiency.

前記反応空気の加湿には、燃料電池の発電によって生成された生成水が広く利用されている。かかる技術にあっては、一般に、生成水を貯水槽に貯留すると共に、前記貯留した生成水をポンプやバルブを介して加湿器に供給し、よって前記加湿器を通過する反応空気を加湿するように構成している(例えば特許文献1参照)。
特開平8−195209号公報
For the humidification of the reaction air, generated water generated by power generation of a fuel cell is widely used. In such a technique, generally, the generated water is stored in a water storage tank, and the stored generated water is supplied to a humidifier via a pump or a valve, so that the reaction air passing through the humidifier is humidified. (For example, refer to Patent Document 1).
JP-A-8-195209

しかしながら、上記した従来技術にあっては、生成水を加湿器に供給するためのポンプやバルブが必要とされることから、構成が複雑となって装置の大型化や重量の増加を招くという不具合があった。また、ポンプやバルブを駆動するための電力が必要になるという不具合があった。   However, in the above-described conventional technology, since a pump and a valve for supplying the generated water to the humidifier are required, the configuration is complicated, leading to an increase in the size and weight of the device. was there. In addition, there is a problem that electric power is required to drive the pump and the valve.

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、燃料電池の発電によって生成された生成水を反応空気の加湿に利用しつつ、前記反応空気を加湿するための構成を簡素にして装置の大型化および重量の増加を抑制すると共に、バルブやポンプといった電気機器を不要として電力を消費しないようにした燃料電池の空気加湿装置を提供することにある。   Accordingly, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, simplify the configuration for humidifying the reaction air while using the generated water generated by the power generation of the fuel cell for humidification of the reaction air, and increase the size of the apparatus. An object of the present invention is to provide an air humidifier for a fuel cell that suppresses the increase in weight and weight, and eliminates the need for electric devices such as valves and pumps so that power is not consumed.

上記の目的を解決するために、請求項1にあっては、燃料電池の空気極に供給される反応空気を加湿する燃料電池の空気加湿装置において、前記反応空気の粉塵を除去するエアフィルタと、一端が前記燃料電池に接続される一方、他端が前記エアフィルタの上方に配置される導水管とを備えると共に、前記燃料電池の発電によって生成された生成水を前記導水管を介して前記エアフィルタに滴下して含水させ、よって前記エアフィルタを通過して前記燃料電池の空気極に供給される反応空気を加湿するように構成した。   In order to solve the above-mentioned object, according to claim 1, in an air humidifier of a fuel cell for humidifying reaction air supplied to an air electrode of the fuel cell, an air filter for removing dust from the reaction air; A water guide pipe having one end connected to the fuel cell and the other end arranged above the air filter, and the generated water generated by the power generation of the fuel cell through the water pipe The reaction air dropped into the air filter was allowed to contain water, and thus the reaction air supplied to the air electrode of the fuel cell through the air filter was humidified.

また、請求項2にあっては、さらに、前記エアフィルタの下方に貯水槽を配置し、前記エアフィルタに吸収されなかった生成水を前記貯水槽に貯留すると共に、前記貯水槽に前記エアフィルタの一部を収容し、よって前記エアフィルタの一部を前記貯留された生成水に浸漬させるように構成した。   Further, according to claim 2, a water storage tank is further disposed below the air filter, and generated water that is not absorbed by the air filter is stored in the water storage tank, and the air filter is stored in the water storage tank. A part of the air filter was accommodated, and thus a part of the air filter was immersed in the stored generated water.

また、請求項3にあっては、前記貯水槽の所定の高さに位置する部位に排水口を設け、よって前記エアフィルタの一部を前記所定の高さまで貯留された生成水に浸漬させるように構成した。   Further, in claim 3, a drain outlet is provided in a portion located at a predetermined height of the water storage tank so that a part of the air filter is immersed in the generated water stored up to the predetermined height. Configured.

また、請求項4にあっては、前記エアフィルタが、吸湿性を有する材質から製作されるように構成した。   According to a fourth aspect of the present invention, the air filter is made of a hygroscopic material.

請求項1にあっては、反応空気の粉塵を除去するエアフィルタと、一端が燃料電池に接続される一方、他端が前記エアフィルタの上方に配置される導水管とを備えると共に、前記燃料電池の発電によって生成された生成水を前記導水管を介して前記エアフィルタに滴下して含水させ、よって前記エアフィルタを通過して前記燃料電池の空気極に供給される反応空気を加湿するように構成したので、生成水を反応空気の加湿に利用しつつ、前記反応空気を加湿するための構成を簡素化することができ、よって装置の大型化および重量の増加を抑制することができる。また、バルブやポンプといった電気機器を必要としないことから、電力を消費することもない。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an air filter that removes dust from the reaction air, a water conduit that has one end connected to the fuel cell and the other end disposed above the air filter, and the fuel. The generated water generated by the power generation of the battery is dropped into the air filter via the water conduit and allowed to contain water, so that the reaction air supplied to the air electrode of the fuel cell through the air filter is humidified. Therefore, it is possible to simplify the configuration for humidifying the reaction air while using the generated water for humidification of the reaction air, thereby suppressing an increase in size and weight of the apparatus. Further, since no electrical equipment such as a valve or a pump is required, power is not consumed.

また、請求項2にあっては、さらに、前記エアフィルタの下方に貯水槽を配置し、前記エアフィルタに吸収されなかった生成水を前記貯水槽に貯留すると共に、前記貯水槽に前記エアフィルタの一部を収容し、よって前記エアフィルタの一部を前記貯留された生成水に浸漬させるように構成したので、請求項1で述べた効果に加え、燃料電池から生成水が排出(生成)されないときであっても、貯水槽に貯留された生成水をエアフィルタに吸収させて含水させることができ、よって前記エアフィルタを通過して燃料電池の空気極に供給される反応空気を加湿することができる。   Further, according to claim 2, a water storage tank is further disposed below the air filter, and generated water that is not absorbed by the air filter is stored in the water storage tank, and the air filter is stored in the water storage tank. In addition to the effect described in claim 1, the generated water is discharged (generated) from the fuel cell because a part of the air filter is accommodated, and thus a part of the air filter is immersed in the stored generated water. Even when it is not, the generated water stored in the water storage tank can be absorbed by the air filter so that it can be hydrated, so that the reaction air that passes through the air filter and is supplied to the air electrode of the fuel cell is humidified. be able to.

また、請求項3にあっては、前記貯水槽の所定の高さに位置する部位に排水口を設け、よって前記エアフィルタの一部を前記所定の高さまで貯留された生成水に浸漬させるように構成した、即ち、貯留された生成水に浸漬されるエアフィルタの表面積を所定の値以下に設定するように構成したので、請求項2で述べた効果に加え、貯留した生成水にエアフィルタを浸漬させた場合であっても、エアフィルタを通過する反応空気の流量を十分に確保することができ、よって空気極への反応空気の供給を妨げることがない。   Further, in claim 3, a drain outlet is provided in a portion located at a predetermined height of the water storage tank so that a part of the air filter is immersed in the generated water stored up to the predetermined height. In other words, since the surface area of the air filter immersed in the stored product water is set to a predetermined value or less, the air filter is added to the stored product water. Even if it is immersed, the flow rate of the reaction air passing through the air filter can be sufficiently ensured, so that supply of the reaction air to the air electrode is not hindered.

また、請求項4にあっては、前記エアフィルタが、吸湿性を有する材質から製作されるように構成したので、従前の請求項で述べた効果に加え、エアフィルタの含水量および含水速度を向上させることができ、よって前記エアフィルタを通過して燃料電池の空気極に供給される反応空気をより効果的に加湿することができる。   Further, in claim 4, since the air filter is made of a material having hygroscopicity, in addition to the effects described in the previous claims, the water content and the water content speed of the air filter are set. Therefore, the reaction air that passes through the air filter and is supplied to the air electrode of the fuel cell can be humidified more effectively.

以下、添付図面に即してこの発明に係る燃料電池の空気加湿装置を実施するための最良の形態について説明する。   The best mode for carrying out an air humidifier for a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、この発明の第1実施例に係る燃料電池の空気加湿装置を燃料電池ユニットの一部として示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell air humidifier according to a first embodiment of the present invention as a part of a fuel cell unit.

図1において、符合10は、第1実施例に係る燃料電池の空気供給装置を備えた発電ユニットを示す。発電ユニット10は、燃料電池12や配管類など、発電に必要な要素が携帯自在な大きさにパッケージ化されてなる。   In FIG. 1, reference numeral 10 indicates a power generation unit including an air supply device for a fuel cell according to the first embodiment. The power generation unit 10 is formed by packaging elements necessary for power generation such as the fuel cell 12 and piping into a portable size.

燃料電池12(具体的には積層体(セルスタック))は、単電池14(セル)を複数個、具体的には70個積層して形成され、定格出力1.05kwを発生する。尚、単電池14は、電解質膜(固体高分子膜)と、それを挟持する空気極(カソード電極)と燃料極(アノード電極)と、各電極の外側に配置されるセパレータとからなる公知の固体高分子型燃料電池であり、詳しい説明は省略する。   The fuel cell 12 (specifically, a stacked body (cell stack)) is formed by stacking a plurality of unit cells 14 (cells), specifically 70, and generates a rated output of 1.05 kW. The unit cell 14 is a known unit comprising an electrolyte membrane (solid polymer membrane), an air electrode (cathode electrode) and a fuel electrode (anode electrode) sandwiching the membrane, and a separator disposed outside each electrode. Since this is a polymer electrolyte fuel cell, detailed description is omitted.

燃料電池12には、燃料電池12に反応空気と冷却空気を供給する空気供給系20が接続される。空気供給系20は、空気を吸引するエアブロワ22と、エアブロワ22を燃料電池12の空気極(図示せず)に接続する反応空気供給路24aと、エアブロワ22を燃料電池12の冷却空気流路(図示せず)に接続する冷却空気供給路24bとからなる。エアブロワ22は、吸引された空気(反応空気および冷却空気)の粉塵を除去するエアフィルタ22aと、エアフィルタ22aの下方(重力方向において下方)に配置された貯水槽22bとを備える。   An air supply system 20 that supplies reaction air and cooling air to the fuel cell 12 is connected to the fuel cell 12. The air supply system 20 includes an air blower 22 that sucks air, a reaction air supply path 24 a that connects the air blower 22 to an air electrode (not shown) of the fuel cell 12, and a cooling air flow path ( And a cooling air supply path 24b connected to a not-shown). The air blower 22 includes an air filter 22a that removes dust from the sucked air (reaction air and cooling air), and a water storage tank 22b that is disposed below the air filter 22a (downward in the direction of gravity).

燃料電池12には、さらに燃料電池12に水素ガスを供給する水素ガス供給系30が接続される。水素ガス供給系30は、水素を高圧で封入した水素ガスボンベ32と、水素ガスボンベ32を燃料電池12に接続する流路34a〜34d(燃料供給路)と、それらの途中に配置された後述する各要素とからなる。   A hydrogen gas supply system 30 that supplies hydrogen gas to the fuel cell 12 is further connected to the fuel cell 12. The hydrogen gas supply system 30 includes a hydrogen gas cylinder 32 filled with hydrogen at a high pressure, flow paths 34 a to 34 d (fuel supply paths) connecting the hydrogen gas cylinder 32 to the fuel cell 12, and each of which will be described later disposed in the middle thereof. It consists of elements.

水素ガスボンベ32は、手動のボンベバルブ36を介してレギュレータ38に接続され、レギュレータ38は、第1の流路34aを介してエジェクタ40に接続される。第1の流路34aの途中には、メインバルブ42(手動弁)が配置されると共に、メインバルブ42をバイパスする第2の流路34bが接続される。第2の流路34bの途中には、第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46が配置される。   The hydrogen gas cylinder 32 is connected to a regulator 38 via a manual cylinder valve 36, and the regulator 38 is connected to an ejector 40 via a first flow path 34a. In the middle of the first flow path 34a, a main valve 42 (manual valve) is disposed, and a second flow path 34b that bypasses the main valve 42 is connected. A first electromagnetic valve 44 and a second electromagnetic valve 46 are disposed in the middle of the second flow path 34b.

エジェクタ40は、第3の流路34cおよび第4の流路34dを介して燃料電池12の各燃料極に接続される。尚、第3の流路34cが供給側の流路であり、第4の流路34dが排出側の流路である。   The ejector 40 is connected to each fuel electrode of the fuel cell 12 through the third flow path 34c and the fourth flow path 34d. The third flow path 34c is a supply-side flow path, and the fourth flow path 34d is a discharge-side flow path.

また、第1の流路34aにおいてメインバルブ42の下流には、パージガス(不活性ガス。例えば窒素ガス)を燃料電池12に供給する窒素ガス供給系50が接続される。窒素ガス供給系50は、窒素を高圧で封入した窒素ガスボンベ52と、窒素ガスボンベ52を第1の流路34aに接続する第5の流路54と、それらの途中に配置された後述する各要素とからなる。   Further, a nitrogen gas supply system 50 for supplying a purge gas (inert gas, for example, nitrogen gas) to the fuel cell 12 is connected downstream of the main valve 42 in the first flow path 34a. The nitrogen gas supply system 50 includes a nitrogen gas cylinder 52 filled with nitrogen at a high pressure, a fifth flow path 54 that connects the nitrogen gas cylinder 52 to the first flow path 34a, and each element that will be described later disposed in the middle of them. It consists of.

窒素ガスボンベ52は、手動のボンベバルブ56を介してレギュレータ58に接続され、レギュレータ58は、第5の流路54を介して第1の流路34aに接続される。また、第5の流路54の途中には、第3の電磁バルブ60が配置される。   The nitrogen gas cylinder 52 is connected to a regulator 58 via a manual cylinder valve 56, and the regulator 58 is connected to the first flow path 34 a via a fifth flow path 54. A third electromagnetic valve 60 is disposed in the middle of the fifth flow path 54.

また、前記したエジェクタ40には、パージガス排出系70が接続される。パージガス排出系70は、エジェクタ40に接続されたパージガス排出路72と、パージガス排出路72の途中に配置された第4の電磁バルブ74とからなる。   A purge gas discharge system 70 is connected to the ejector 40 described above. The purge gas discharge system 70 includes a purge gas discharge path 72 connected to the ejector 40 and a fourth electromagnetic valve 74 arranged in the middle of the purge gas discharge path 72.

また、燃料電池12は、空気極の排出側に接続された反応空気排出口80aと、冷却空気流路の排出側に接続された冷却空気排出口80bとを備える。反応空気排出口80aの下方(重力方向において下方)には、燃料電池12から反応空気排出口80aを介して排出される生成水を受けるための受け部82が配置される。受け部82の底面には、導水管84の一端84aが接続される。また、導水管84の他端84bは、前記したエアフィルタ22aの上方(重力方向において上方)に配置される。   The fuel cell 12 includes a reaction air discharge port 80a connected to the discharge side of the air electrode and a cooling air discharge port 80b connected to the discharge side of the cooling air flow path. A receiving portion 82 for receiving the generated water discharged from the fuel cell 12 through the reaction air discharge port 80a is disposed below the reaction air discharge port 80a (downward in the direction of gravity). One end 84 a of the water conduit 84 is connected to the bottom surface of the receiving portion 82. Further, the other end 84b of the water conduit 84 is disposed above the air filter 22a (upward in the direction of gravity).

燃料電池12の出力端子には、出力回路100が接続される。出力回路100は、第1のDC−DCコンバータ102およびリレー104を介して図示しない外部機器に接続されると共に、第2のDC−DCコンバータ106を介してECU110(電子制御ユニット)に接続される。ECU110には、外部からオン・オフ自在な運転スイッチ112が接続されると共に、前記したリレー104が接続される。   An output circuit 100 is connected to the output terminal of the fuel cell 12. The output circuit 100 is connected to an external device (not shown) via the first DC-DC converter 102 and the relay 104, and is connected to the ECU 110 (electronic control unit) via the second DC-DC converter 106. . The ECU 110 is connected to an operation switch 112 that can be turned on and off from the outside and the relay 104 described above.

次いで、上記した構成を前提に燃料電池12の発電動作について説明する。   Next, the power generation operation of the fuel cell 12 will be described based on the above configuration.

水素ガスボンベ32に封入された高圧の水素は、ボンベバルブ36が手動で開弁されることによってレギュレータ38に供給される。レギュレータ38で減圧、調圧された水素ガスは、メインバルブ42が手動で操作(開弁)されることによって第1の流路34aを介してエジェクタ40に供給され、さらに第3の流路34cを介して燃料電池12の燃料極に供給される。尚、図1に示す第1から第4の電磁バルブ44,46,60,74は、燃料電池12の非運転時に水素ガスや窒素ガスが外部に流出するのを防止するため、燃料電池12の運転終了時に全て閉弁されているものとする。換言すれば、第1から第4の電磁バルブ44,46,60,74は、いずれもノーマル・クローズ型の電磁バルブ(非通電時に閉弁し、通電時に開弁する電磁バルブ)である。   The high-pressure hydrogen sealed in the hydrogen gas cylinder 32 is supplied to the regulator 38 when the cylinder valve 36 is manually opened. The hydrogen gas depressurized and regulated by the regulator 38 is supplied to the ejector 40 via the first flow path 34a when the main valve 42 is manually operated (opened), and further the third flow path 34c. To the fuel electrode of the fuel cell 12. The first to fourth electromagnetic valves 44, 46, 60, 74 shown in FIG. 1 prevent the hydrogen gas or nitrogen gas from flowing out when the fuel cell 12 is not in operation. It is assumed that all valves are closed at the end of operation. In other words, the first to fourth electromagnetic valves 44, 46, 60, and 74 are all normal / close type electromagnetic valves (electromagnetic valves that close when not energized and open when energized).

燃料電池12の各単電池14では、燃料極に供給された水素ガスが空気極に存在する反応空気(酸素)と電気化学反応を生じることにより、発電が開始される。尚、燃料極に供給された水素ガスのうち、空気との電気化学反応に供されなかった未反応ガスは、第4の流路34dを介してエジェクタ40に還流され、第3の流路34cを介して再度燃料極に供給される。   In each unit cell 14 of the fuel cell 12, the hydrogen gas supplied to the fuel electrode causes an electrochemical reaction with the reaction air (oxygen) present in the air electrode, thereby starting power generation. Of the hydrogen gas supplied to the fuel electrode, unreacted gas that has not been subjected to an electrochemical reaction with air is recirculated to the ejector 40 via the fourth channel 34d, and the third channel 34c. Then, it is supplied again to the fuel electrode.

燃料電池12の発電が開始されると、その電力は出力回路100に設けられた第2のDC−DCコンバータ106で適宜な大きさの直流電圧に変換された後、ECU110に動作電源として供給される。   When power generation of the fuel cell 12 is started, the electric power is converted into a DC voltage of an appropriate magnitude by the second DC-DC converter 106 provided in the output circuit 100, and then supplied to the ECU 110 as an operating power source. The

電力の供給を受けて起動させられたECU110は、第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46を開弁し、第2の流路34bを介して水素ガスを燃料極に供給する。また、エアブロワ22を動作させて冷却空気を冷却空気流路に供給すると共に、反応空気を空気極に供給する。   The ECU 110 activated upon receiving the supply of electric power opens the first electromagnetic valve 44 and the second electromagnetic valve 46, and supplies hydrogen gas to the fuel electrode via the second flow path 34b. Further, the air blower 22 is operated to supply cooling air to the cooling air flow path, and supply reaction air to the air electrode.

空気極を通過した反応空気、および各単電池14の冷却に使用された冷却空気は、それぞれ反応空気排出口80aと冷却空気排出口80bを介して燃料電池12の内部から排出される。   The reaction air that has passed through the air electrode and the cooling air that has been used for cooling each cell 14 are discharged from the inside of the fuel cell 12 through the reaction air discharge port 80a and the cooling air discharge port 80b, respectively.

尚、ECU110が起動して第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46が開弁されると、メインバルブ42を手動で操作する必要がなくなる。このため、ECU110は、燃料電池12の発電が開始されてECU110が起動したこと、換言すれば、外部機器への電力供給の準備が整ったことを、音声や表示などの適宜な報知手段(図示せず)を介して操作者に報知する。   When the ECU 110 is activated and the first electromagnetic valve 44 and the second electromagnetic valve 46 are opened, there is no need to manually operate the main valve 42. For this reason, the ECU 110 appropriately notifies means (such as a voice or a display) that the ECU 110 is started after power generation of the fuel cell 12 is started, in other words, that the power supply to the external device is ready. (Not shown) to inform the operator.

そして、外部機器への電力供給の準備が整ったことを知った操作者によって運転スイッチ112が手動で操作(オン)されると、ECU110は、出力回路100に設けられたリレー104を動作させて第1のDC−DCコンバータ102と外部機器を導通させる。これにより、燃料電池12で発電された電力は、第1のDC−DCコンバータ102で適宜な大きさの直流電圧に変換された後、リレー104を介して外部機器へと供給される。   When the operation switch 112 is manually operated (turned on) by an operator who knows that the power supply to the external device is ready, the ECU 110 operates the relay 104 provided in the output circuit 100. The first DC-DC converter 102 is electrically connected to an external device. As a result, the electric power generated by the fuel cell 12 is converted into a direct current voltage having an appropriate magnitude by the first DC-DC converter 102 and then supplied to an external device via the relay 104.

また、ECU110は、図示しない電圧センサの出力などに基づき、各電磁バルブを動作させて燃料電池12のパージを実行する。具体的には、電圧センサの検出値が所定値以下に低下したとき、第2の流路34bに配置された第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46を閉弁すると共に、第5の流路54に配置された第3の電磁バルブ60とパージガス排出路72に配置された第4の電磁バルブ74を開弁する。   The ECU 110 also purges the fuel cell 12 by operating each electromagnetic valve based on the output of a voltage sensor (not shown). Specifically, when the detection value of the voltage sensor falls below a predetermined value, the first electromagnetic valve 44 and the second electromagnetic valve 46 arranged in the second flow path 34b are closed, and the fifth The third electromagnetic valve 60 arranged in the flow path 54 and the fourth electromagnetic valve 74 arranged in the purge gas discharge path 72 are opened.

これにより、水素ガスの供給が遮断される一方、窒素ガスボンベ52に封入された高圧の窒素がボンベバルブ56を介してレギュレータ58に供給され、そこで減圧、調圧された後に第5の流路54、エジェクタ40および第3の流路34cを介して燃料電池12の燃料極に供給される。尚、ボンベバルブ56は、燃料電池12の運転開始時に操作者によって予め開弁されるものとする。   As a result, the supply of hydrogen gas is cut off, while the high-pressure nitrogen sealed in the nitrogen gas cylinder 52 is supplied to the regulator 58 through the cylinder valve 56, where it is depressurized and regulated, and then the fifth flow path 54. Then, it is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 12 through the ejector 40 and the third flow path 34c. The cylinder valve 56 is assumed to be opened in advance by the operator when the operation of the fuel cell 12 is started.

燃料極に供給された窒素ガスは、燃料極内に滞留した不反応ガスや生成水を燃料電池12内から押し出しつつ、第4の流路34d、エジェクタ40、パージガス排出路72を介して外部に排出される。   The nitrogen gas supplied to the fuel electrode is pushed out to the outside through the fourth flow path 34d, the ejector 40, and the purge gas discharge path 72 while pushing out the unreacted gas and generated water staying in the fuel electrode from the fuel cell 12. Discharged.

また、燃料電池12が発電することによって空気極に生成された生成水は、反応空気排出口80aを介して空気極から排出され、受け部82に滴下される。受け部82に滴下された生成水は、導水管84を介してエアフィルタ22aおよび貯水槽22bに滴下される。   Further, the generated water generated in the air electrode by the power generation by the fuel cell 12 is discharged from the air electrode through the reaction air discharge port 80a and dropped onto the receiving portion 82. The generated water dropped on the receiving portion 82 is dropped on the air filter 22a and the water storage tank 22b via the water conduit 84.

図2は、エアブロワ22の斜視図である。また、図3は、エアブロワ22の側面図である。尚、図3で、貯水槽22bを断面で示す。以下、図2および図3を参照してエアブロワ22について詳説する。   FIG. 2 is a perspective view of the air blower 22. FIG. 3 is a side view of the air blower 22. In FIG. 3, the water storage tank 22b is shown in cross section. Hereinafter, the air blower 22 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

図2および図3に示すように、エアブロワ22は、吸引した空気(反応空気および冷却空気)を吐出する吐出口22cを備える。吐出口22cは、前記した反応空気供給路24aおよび冷却空気供給路24bに接続される。また、エアブロワ22は電動モータ22dを備え、その出力軸にはブロワケース22eの内部に収容されたファン(図示せず)が固定される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the air blower 22 includes a discharge port 22 c that discharges sucked air (reaction air and cooling air). The discharge port 22c is connected to the reaction air supply path 24a and the cooling air supply path 24b described above. The air blower 22 includes an electric motor 22d, and a fan (not shown) accommodated in the blower case 22e is fixed to the output shaft thereof.

エアブロワ22の吸気口には、エアフィルタ22aが取り付けられる。エアフィルタ22aは、ろ紙などの吸湿性を有する材質から製作される。また、エアフィルタ22aより重力方向において上方には、前述した如く、導水管84の他端84bが配置される一方、エアフィルタ22aより重量方向において下方には、貯水槽22bが配置される。尚、貯水槽22bの上面は開口され、そこからエアフィルタ22aの一部(下部)が前記貯水槽22bの内部に収容される。   An air filter 22 a is attached to the air inlet of the air blower 22. The air filter 22a is manufactured from a hygroscopic material such as filter paper. Further, as described above, the other end 84b of the water guide tube 84 is disposed above the air filter 22a in the gravity direction, while the water storage tank 22b is disposed below the air filter 22a in the weight direction. The upper surface of the water storage tank 22b is opened, and a part (lower part) of the air filter 22a is accommodated in the water storage tank 22b.

また、貯水槽22bの側面には、排水口22b1が形成される。排水口22b1は、具体的には、貯水槽22bの底面から所定の高さhに位置する部位に形成される。   Further, a drain port 22b1 is formed on the side surface of the water storage tank 22b. Specifically, the drain port 22b1 is formed at a position located at a predetermined height h from the bottom surface of the water storage tank 22b.

次いで、図4を参照して反応空気の加湿動作について説明する。図4は、その動作を示す模式図である。   Next, the humidification operation of the reaction air will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the operation.

図4に示すように、この実施例にあっては、重力方向(図に矢印gで示す)において上方から順に、燃料電池12、受け部82、導水管84の一端84a、他端84b、エアフィルタ22a、貯水槽22bの順序で配置される。   As shown in FIG. 4, in this embodiment, the fuel cell 12, the receiving portion 82, one end 84 a and the other end 84 b of the water conduit 84, air, in the direction of gravity (indicated by an arrow g in the figure) from the top. The filter 22a and the water tank 22b are arranged in this order.

従って、燃料電池12が発電することによって空気極で生成された生成水は、反応空気排出口80aから排出された後、受け部82に滴下され、さらに導水管84を介してエアフィルタ22aに滴下される。   Therefore, the generated water generated at the air electrode by the power generation of the fuel cell 12 is discharged from the reaction air discharge port 80a, then dropped onto the receiving portion 82, and further dropped onto the air filter 22a via the water conduit 84. Is done.

エアフィルタ22aに滴下された生成水は、エアフィルタ22aに吸収され、よってエアフィルタ22aが含水させられる。これにより、エアブロワ22で吸引された空気は、エアフィルタ22aに含水された水分(生成水)によって加湿された後、反応空気供給路24aを介して燃料電池12の空気極に反応空気として供給される。   The generated water dropped on the air filter 22a is absorbed by the air filter 22a, and thus the air filter 22a is water-containing. As a result, the air sucked by the air blower 22 is humidified by the water (product water) contained in the air filter 22a, and then supplied as reaction air to the air electrode of the fuel cell 12 via the reaction air supply path 24a. The

このように、この発明の第1実施例に係る燃料電池の空気加湿装置にあっては、反応空気の粉塵を除去するエアフィルタ22aと、一端84aが燃料電池12に接続される(具体的には、燃料電池12の反応空気排出口80aの下方に配置される)一方、他端84bがエアフィルタ22aの上方に配置される導水管84とを備えると共に、燃料電池12の発電によって生成された生成水を導水管84を介してエアフィルタ22aに滴下して含水させ、よってエアフィルタ22aを通過して燃料電池12の空気極に供給される反応空気を加湿するように構成したので、生成水で反応空気を加湿する際、専用のバルブやポンプを使用する必要がないことから、反応空気を加湿するための構成を簡素化することができ、よって装置の大型化および重量の増加を抑制することができる。また、バルブやポンプといった電気機器を必要としないことから、電力を消費することもない。   Thus, in the air humidifier of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention, the air filter 22a for removing the dust of the reaction air and the one end 84a are connected to the fuel cell 12 (specifically, Is disposed below the reaction air outlet 80a of the fuel cell 12), while the other end 84b includes a water conduit 84 disposed above the air filter 22a, and is generated by power generation of the fuel cell 12. Since the generated water is dripped into the air filter 22a via the water conduit 84 to contain water, the reaction air supplied to the air electrode of the fuel cell 12 through the air filter 22a is humidified. When the reaction air is humidified, it is not necessary to use a dedicated valve or pump. Therefore, the configuration for humidifying the reaction air can be simplified, and thus the size and weight of the apparatus can be increased. It is possible to suppress the increase of the. Further, since no electrical equipment such as a valve or a pump is required, power is not consumed.

また、エアフィルタ22aを、吸湿性を有する材質から製作するように構成したので、エアフィルタ22aの含水量および含水速度を向上させることができ、よって反応空気をより効果的に加湿して燃料電池12の発電効率を一層向上させることができる。   Further, since the air filter 22a is made of a material having a hygroscopic property, the water content and the water content speed of the air filter 22a can be improved, so that the reaction air can be humidified more effectively and the fuel cell. The power generation efficiency of 12 can be further improved.

図4の説明を続けると、エアフィルタ22aに含水されなかった(エアフィルタ22aで吸収しきれなかった)生成水は、エアフィルタ22aの下方に配置された貯水槽22bに貯留される。   If the explanation of FIG. 4 is continued, the generated water that is not contained in the air filter 22a (it cannot be absorbed by the air filter 22a) is stored in a water storage tank 22b disposed below the air filter 22a.

ここで、エアフィルタ22aの一部(下部)は貯水槽22bの内部に収容されることから、前記エアフィルタの一部は貯留された生成水に浸漬されることになる。従って、燃料電池12から生成水が排出(生成)されないときであっても、貯水槽22bに貯留された生成水をエアフィルタ22aに吸収させて含水させることができ、よってエアフィルタ22aを通過する反応空気を加湿して燃料電池12の発電効率を向上させることができる。   Here, since a part (lower part) of the air filter 22a is accommodated in the water storage tank 22b, a part of the air filter is immersed in the stored generated water. Therefore, even when the generated water is not discharged (generated) from the fuel cell 12, the generated water stored in the water storage tank 22b can be absorbed by the air filter 22a so that the water can be contained therein, and thus pass through the air filter 22a. The power generation efficiency of the fuel cell 12 can be improved by humidifying the reaction air.

また、貯水槽22bの側面には、上記した排出口22b1が形成されるため、生成水の水位は所定の高さh以上にはならない。換言すれば、生成水に浸漬されるエアフィルタ22aの表面積を、所定の値以下に設定することができる。このため、貯留した生成水にエアフィルタ22aを浸漬させた場合であっても、エアフィルタ22aを通過する反応空気の流量を十分に確保することができ、空気極への反応空気の供給を妨げることがない。尚、この実施例にあっては、エアフィルタ22aの表面積の1/2以上が常に水面上から出ている(生成水に浸漬されない)ように、前記所定の高さhを設定するようにした。   Moreover, since the above-mentioned discharge port 22b1 is formed in the side surface of the water tank 22b, the water level of generated water does not become more than the predetermined height h. In other words, the surface area of the air filter 22a immersed in the generated water can be set to a predetermined value or less. For this reason, even when the air filter 22a is immersed in the stored product water, the flow rate of the reaction air passing through the air filter 22a can be sufficiently secured, and the supply of the reaction air to the air electrode is hindered. There is nothing. In this embodiment, the predetermined height h is set so that 1/2 or more of the surface area of the air filter 22a always comes out of the surface of the water (not immersed in the generated water). .

また、燃料電池12の運転を開始するとき(生成水が生成されておらず、かつ貯水槽22bにも貯留されていないとき)は、外部からエアフィルタ22aに水を掛けて(または受け部82に水を供給して、あるいは貯水槽22bに水を供給して)含水させておくことにより、運転初期から反応空気を加湿することができ、よって運転開始直後の発電効率を容易に向上させることができる。   When the operation of the fuel cell 12 is started (when generated water is not generated and is not stored in the water storage tank 22b), water is applied to the air filter 22a from the outside (or the receiving portion 82). By supplying water to the water tank or by supplying water to the water storage tank 22b), the reaction air can be humidified from the initial stage of operation, so that the power generation efficiency immediately after the start of operation can be easily improved. Can do.

以上の如く、この発明の第1実施例にあっては、燃料電池(12)の空気極に供給される反応空気を加湿する燃料電池の空気加湿装置において、前記反応空気の粉塵を除去するエアフィルタ(22a)と、一端(84a)が前記燃料電池(12)に接続される一方、他端(84b)が前記エアフィルタ(22a)の上方に配置される導水管(84)とを備えると共に、前記燃料電池(12)の発電によって生成された生成水を前記導水管(84)を介して前記エアフィルタ(22a)に滴下して含水させ、よって前記エアフィルタ(22a)を通過して前記燃料電池(12)の空気極に供給される反応空気を加湿するように構成した。   As described above, in the first embodiment of the present invention, in the air humidifier of the fuel cell for humidifying the reaction air supplied to the air electrode of the fuel cell (12), the air for removing the dust of the reaction air is removed. A filter (22a) and a water conduit (84) having one end (84a) connected to the fuel cell (12) and the other end (84b) disposed above the air filter (22a) The generated water generated by the power generation of the fuel cell (12) is dropped into the air filter (22a) through the water conduit (84) to contain water, thereby passing through the air filter (22a) and The reaction air supplied to the air electrode of the fuel cell (12) was configured to be humidified.

さらに、前記エアフィルタの下方に貯水槽(22b)を配置し、前記エアフィルタ(22a)に吸収されなかった生成水を前記貯水槽(22b)に貯留すると共に、前記貯水槽(22b)に前記エアフィルタ(22a)の一部を収容し、よって前記エアフィルタ(22a)の一部を前記貯留された生成水に浸漬させるように構成した。   Furthermore, a water storage tank (22b) is disposed below the air filter, and the generated water that has not been absorbed by the air filter (22a) is stored in the water storage tank (22b), and the water storage tank (22b) has the A part of the air filter (22a) was accommodated, and thus a part of the air filter (22a) was soaked in the stored generated water.

また、前記貯水槽(22b)の所定の高さ(h)に位置する部位に排水口(22b1)を設け、よって前記エアフィルタ(22a)の一部を前記所定の高さ(h)まで貯留された生成水に浸漬させるように構成した。   Further, a drain port (22b1) is provided at a portion of the water storage tank (22b) located at a predetermined height (h), so that a part of the air filter (22a) is stored up to the predetermined height (h). It was comprised so that it might be immersed in the produced | generated water.

また、前記エアフィルタ(22a)が、吸湿性を有する材質(例えばろ紙)から製作されるように構成した。   Further, the air filter (22a) is made of a hygroscopic material (for example, filter paper).

この発明の第1実施例に係る燃料電池の空気加湿装置を燃料電池ユニットの一部として示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a fuel cell air humidifier according to a first embodiment of the present invention as part of a fuel cell unit; FIG. 図1に示すエアブロワの斜視図である。It is a perspective view of the air blower shown in FIG. 図1に示すエアブロワの側面図である。It is a side view of the air blower shown in FIG. 図1に示す装置における反応空気の加湿動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the humidification operation | movement of the reaction air in the apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

12 燃料電池
22a エアフィルタ
22b 貯水槽
22b1 排水口
84 導水管
84a 導水管の一端
84b 導水管の他端
12 Fuel Cell 22a Air Filter 22b Water Reservoir 22b1 Drainage Port 84 Water Transfer Tube 84a One End of the Water Transfer Tube 84b Other End of the Water Transfer Tube

Claims (4)

燃料電池の空気極に供給される反応空気を加湿する燃料電池の空気加湿装置において、前記反応空気の粉塵を除去するエアフィルタと、一端が前記燃料電池に接続される一方、他端が前記エアフィルタの上方に配置される導水管とを備えると共に、前記燃料電池の発電によって生成された生成水を前記導水管を介して前記エアフィルタに滴下して含水させ、よって前記エアフィルタを通過して前記燃料電池の空気極に供給される反応空気を加湿するように構成したことを特徴とする燃料電池の空気加湿装置。   In an air humidifier for a fuel cell that humidifies reaction air supplied to an air electrode of the fuel cell, an air filter that removes dust from the reaction air and one end connected to the fuel cell, while the other end is the air A water conduit disposed above the filter, and water generated by the power generation of the fuel cell is dripped into the air filter via the water conduit, thereby passing through the air filter and passing through the air filter. An air humidifier for a fuel cell configured to humidify reaction air supplied to an air electrode of the fuel cell. さらに、前記エアフィルタの下方に貯水槽を配置し、前記エアフィルタに吸収されなかった生成水を前記貯水槽に貯留すると共に、前記貯水槽に前記エアフィルタの一部を収容し、よって前記エアフィルタの一部を前記貯留された生成水に浸漬させるように構成したことを特徴とする請求項1記載の燃料電池の空気加湿装置。   Furthermore, a water storage tank is disposed below the air filter, and the generated water that has not been absorbed by the air filter is stored in the water storage tank, and a part of the air filter is accommodated in the water storage tank. 2. The fuel cell air humidifier according to claim 1, wherein a part of the filter is soaked in the stored product water. 前記貯水槽の所定の高さに位置する部位に排水口を設け、よって前記エアフィルタの一部を前記所定の高さまで貯留された生成水に浸漬させるように構成したことを特徴とする請求項2記載の燃料電池の空気加湿装置。   The drainage port is provided in a portion located at a predetermined height of the water tank, and thus a part of the air filter is configured to be immersed in the generated water stored up to the predetermined height. 3. An air humidifier for a fuel cell according to 2. 前記エアフィルタが、吸湿性を有する材質から製作されるように構成したことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池の空気加湿装置。   The fuel cell air humidifier according to any one of claims 1 to 3, wherein the air filter is made of a hygroscopic material.
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