JP2005093357A - Fuel cell humidifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池加湿装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell humidifier.
一般に、固体高分子型の燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)においては、燃料電池本体のアノードへ供給される燃料ガス、並びに燃料電池本体のカソードへ供給される空気等の酸化剤ガスを加湿する必要があるが、これは、仮にそれらの加湿を行わないと、燃料電池本体に使用されている高分子膜が乾燥してしまい、内部抵抗や反応抵抗が増大し性能の低下を招く一方、乾燥の程度が甚大な場合には、高分子膜が熱を持ち燃えて孔があき、電池として作動しなくなる虞があるためである。 In general, in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a fuel gas supplied to the anode of the fuel cell body and an oxidant gas such as air supplied to the cathode of the fuel cell body are humidified. Although it is necessary to do this, if they are not humidified, the polymer membrane used in the fuel cell body will be dried, while internal resistance and reaction resistance will increase, leading to performance degradation, This is because if the degree of drying is excessive, the polymer film may have heat and burn and have pores, which may prevent the battery from operating.
従来の場合、燃料電池の加湿装置としては、バブラー方式或いは膜方式のものが用いられている。 Conventionally, a bubbler system or a membrane system is used as a fuel cell humidifier.
バブラー方式の加湿装置は、燃料電池の冷却水中に燃料ガス或いは酸化剤ガスを供給しバブリングさせることにより、燃料ガス或いは酸化剤ガスを加湿するようにしたものである。 The bubbler type humidifier is configured to humidify the fuel gas or the oxidant gas by supplying the fuel gas or the oxidant gas into the cooling water of the fuel cell and bubbling.
又、膜方式の加湿装置は、イオン交換膜等の水分を透過する膜を介して燃料電池の冷却水と燃料ガス或いは酸化剤ガスとを流通させることにより、燃料ガス或いは酸化剤ガスを加湿するようにしたものである。 Further, the membrane type humidifier humidifies the fuel gas or the oxidant gas by circulating the cooling water of the fuel cell and the fuel gas or the oxidant gas through a water-permeable membrane such as an ion exchange membrane. It is what I did.
尚、固体高分子型燃料電池の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。
しかしながら、前述の如きバブラー方式の加湿装置では、バブリング中の泡と冷却水の接触面積を増やすために、その容積を大きくする必要があり、コンパクト化を阻む要因となり、又、燃料ガスや酸化剤ガスが加湿のための冷却水中を通過するには数百[mmH2O](≒数百×9.8[Pa])のガスの圧力損失が生じるため、ガスを送り込むブロア等の必要動力が大きくなり、更に又、加湿装置によるガス圧力損失が発生すると、その分だけガスの圧力を高める必要があり、水位差で水封を行おうとした場合、冷却水を貯留する冷却水タンクの高さをかなり高くしなければならなくなり、実現することが困難となって、結果的に水位計等の水位を調節する機構が必要となり、コストアップにつながるという欠点を有していた。 However, in the bubbler-type humidifier as described above, it is necessary to increase the volume in order to increase the contact area of bubbles during bubbling and cooling water, which is a factor that hinders downsizing, as well as fuel gas and oxidant. In order for the gas to pass through the cooling water for humidification, a pressure loss of several hundred [mmH 2 O] (≈several hundred × 9.8 [Pa]) occurs, so that the necessary power of a blower or the like for feeding the gas is required. If the gas pressure loss due to the humidifier occurs, it is necessary to increase the gas pressure by that amount. If you try to seal the water due to the difference in water level, the height of the cooling water tank that stores the cooling water Therefore, it has become difficult to realize this, and as a result, a mechanism for adjusting the water level such as a water level gauge is required, leading to a cost increase.
又、膜方式の加湿装置では、単位面積当りの透過率が低いために、接触面積を増やす必要があり、燃料電池と同じような流路板を用いた積層構造とし且つ流路を長くしなければならず、ガスの圧力損失が高くなると共に、高価な膜を使用することに加え構造が複雑化することから、コストアップは避けられなかった。 In addition, since the membrane type humidifier has a low transmittance per unit area, it is necessary to increase the contact area, and a laminated structure using a flow path plate similar to a fuel cell and a long flow path must be used. In addition, the pressure loss of the gas is increased, and the structure is complicated in addition to the use of an expensive membrane, so that an increase in cost is inevitable.
本発明は、斯かる実情に鑑み、ガスの圧力損失を低く抑え、ブロア等の必要動力を大幅に削減し得、水位計等の水位を調節する機構や高価な膜等が不要で、コストダウンを図り得る燃料電池加湿装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention can reduce the pressure loss of the gas, greatly reduce the required power of the blower, etc., eliminate the need for a mechanism for adjusting the water level such as a water level gauge, an expensive membrane, etc. It is an object of the present invention to provide a fuel cell humidifier capable of achieving the above.
本発明は、加湿容器内に、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水を噴霧すると共に、燃料電池本体へ供給されるガスを導入することにより、該ガスを加湿するよう構成したことを特徴とする燃料電池加湿装置にかかるものである。 The present invention is configured to spray the cooling water whose temperature has been increased by cooling the fuel cell body into the humidification container and to humidify the gas by introducing the gas supplied to the fuel cell body. The present invention relates to a fuel cell humidifier.
このように構成すると、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水が噴霧される加湿容器内をガスが通過することにより、ガスの加湿が行われるため、加湿装置によるガス圧力損失がほとんど発生せず、ガスを送り込むブロア等の必要動力が削減され、発電システムの効率を下げなくて済み、低コスト化につながる一方、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水を用いているため、特別に高い熱源が必要とならず、温度制御も不要となる。又、加湿容器内に噴霧される冷却水は霧状の水滴となってガスと触れるため、単位容積当りの接触面積が大きくなり、加湿容器のコンパクト化も可能となる。 With this configuration, the gas is humidified by passing the gas through the humidification container in which the cooling water whose temperature has been increased by cooling the fuel cell main body is sprayed, so that almost no gas pressure loss occurs due to the humidifier. However, the required power of the blower that sends gas is reduced, and it is not necessary to lower the efficiency of the power generation system, leading to lower costs, while using cooling water whose temperature has risen by cooling the fuel cell body, There is no need for a particularly high heat source, and no temperature control is required. Further, since the cooling water sprayed in the humidifying container is in the form of mist-like water droplets and comes into contact with the gas, the contact area per unit volume is increased, and the humidifying container can be made compact.
前記燃料電池加湿装置においては、加湿容器底部と、冷却水が貯留される冷却水タンク底部とを、加湿容器内に供給された冷却水を冷却水タンクへ戻す冷却水戻しラインによって接続し、水位差によりガスの漏洩を防止する水封構造を形成することができ、このようにすると、冷却水タンクの高さを高くすることなく且つ水位計等の水位を調節する機構を設けることなく、水位差で水封を行うことが可能となり、更なる低コスト化が図れることとなる。 In the fuel cell humidifier, the bottom of the humidifying container and the bottom of the cooling water tank in which the cooling water is stored are connected by a cooling water return line that returns the cooling water supplied in the humidifying container to the cooling water tank. A water seal structure that prevents gas leakage due to the difference can be formed, and in this way, the water level can be increased without increasing the height of the cooling water tank and without providing a mechanism for adjusting the water level such as a water level gauge. It becomes possible to perform water sealing with the difference, and further cost reduction can be achieved.
又、前記燃料電池加湿装置においては、加湿容器の底部に、ガスを加湿した冷却水が貯留されるタンク部を一体に形成することができ、このようにすると、冷却水タンクを別置きするのに比べ、発電システム内での機器占有面積が減り、全体としてスペース的な制約を受けにくくすることが可能となる。 Further, in the fuel cell humidifier, a tank portion in which the cooling water in which the gas is humidified is stored can be integrally formed at the bottom of the humidifying container. In this way, the cooling water tank is separately provided. Compared with the above, the area occupied by the equipment in the power generation system is reduced, and it is possible to make it difficult to receive space restrictions as a whole.
更に又、前記燃料電池加湿装置においては、冷却水を燃料電池本体へ圧送する冷却水循環ポンプにより、該冷却水の加湿容器への供給を行うようにすることができ、このようにすると、冷却水を加湿容器内へ噴霧するための特別なポンプが不要となり、必要動力を削減する上でより有効となる。 Furthermore, in the fuel cell humidifier, the cooling water can be supplied to the humidification container by a cooling water circulation pump that pumps the cooling water to the fuel cell body. This eliminates the need for a special pump for spraying the liquid into the humidifying container, and is more effective in reducing the required power.
前記燃料電池加湿装置においては、ガスを燃料電池本体のカソードへ供給される酸化剤ガスとすることができる。 In the fuel cell humidifier, the gas may be oxidant gas supplied to the cathode of the fuel cell body.
又、前記加湿容器内に、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水を噴霧すると共に、燃料電池本体へ供給されるガスを導入することにより、該ガスを加湿するよう構成した燃料電池加湿装置、或いは該燃料電池加湿装置において、加湿容器底部と、冷却水が貯留される冷却水タンク底部とを、加湿容器内に供給された冷却水を冷却水タンクへ戻す冷却水戻しラインによって接続し、水位差によりガスの漏洩を防止する水封構造を形成するようにしたものの場合、ガスを燃料電池本体のアノードへ供給される燃料ガスとすることができる。 Further, the fuel cell humidifier is configured to spray the cooling water whose temperature has been increased by cooling the fuel cell body into the humidifying container and to introduce the gas supplied to the fuel cell body so as to humidify the gas. In the apparatus or the fuel cell humidifier, the bottom of the humidifying container and the bottom of the cooling water tank in which the cooling water is stored are connected by a cooling water return line that returns the cooling water supplied in the humidifying container to the cooling water tank. In the case of forming a water-sealed structure that prevents gas leakage due to a difference in water level, the gas can be used as fuel gas supplied to the anode of the fuel cell body.
一方、本発明は、加湿容器内に充填材が充填された充填材層を形成し、該充填材層に、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水を供給すると共に、燃料電池本体へ供給されるガスを通過させることにより、該ガスを加湿するよう構成したことを特徴とする燃料電池加湿装置にかかるものである。 On the other hand, according to the present invention, a filler layer filled with a filler is formed in a humidified container, and cooling water whose temperature has been increased by cooling the fuel cell body is supplied to the filler layer, and to the fuel cell body. The present invention is directed to a fuel cell humidifier that is configured to humidify a gas that is supplied by passing the gas.
このように構成すると、充填材層が形成され且つ燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水が供給される加湿容器内をガスが通過することにより、ガスの加湿が行われるため、加湿装置によるガス圧力損失がほとんど発生せず、ガスを送り込むブロア等の必要動力が削減され、発電システムの効率を下げなくて済み、低コスト化につながる一方、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水を用いているため、特別に高い熱源が必要とならず、温度制御も不要となる。又、加湿容器内に供給される冷却水は充填材の表面を伝わりつつガスと触れるため、単位容積当りの接触面積が大きくなり、加湿容器のコンパクト化も可能となる。 With this configuration, the gas is humidified by passing the gas through the humidification container in which the filler layer is formed and the cooling water whose temperature is increased by cooling the fuel cell body is supplied. Gas pressure loss due to the generation of air is reduced, and the required power of the blower that feeds in gas is reduced, reducing the efficiency of the power generation system, leading to lower costs, while cooling the fuel cell body to raise the temperature Since water is used, a particularly high heat source is not required, and temperature control is also unnecessary. Further, since the cooling water supplied into the humidifying container is in contact with the gas while being transmitted along the surface of the filler, the contact area per unit volume is increased, and the humidifying container can be made compact.
前記充填材層が形成された燃料電池加湿装置においては、加湿容器底部と、冷却水が貯留される冷却水タンク底部とを、加湿容器内に供給された冷却水を冷却水タンクへ戻す冷却水戻しラインによって接続し、水位差によりガスの漏洩を防止する水封構造を形成することができ、このようにすると、冷却水タンクの高さを高くすることなく且つ水位計等の水位を調節する機構を設けることなく、水位差で水封を行うことが可能となり、更なる低コスト化が図れることとなる。 In the fuel cell humidifier in which the filler layer is formed, the cooling water that returns the cooling water supplied to the humidifying container to the cooling water tank is provided between the bottom of the humidifying container and the bottom of the cooling water tank in which the cooling water is stored. It can be connected by a return line to form a water-sealed structure that prevents gas leakage due to water level difference. In this way, the water level of the water level gauge and the like can be adjusted without increasing the height of the cooling water tank. Without providing a mechanism, it becomes possible to perform water sealing with a difference in water level, and further cost reduction can be achieved.
又、前記充填材層が形成された燃料電池加湿装置においては、加湿容器の底部に、ガスを加湿した冷却水が貯留されるタンク部を一体に形成することができ、このようにすると、冷却水タンクを別置きするのに比べ、発電システム内での機器占有面積が減り、全体としてスペース的な制約を受けにくくすることが可能となる。 Further, in the fuel cell humidifier in which the filler layer is formed, a tank portion in which cooling water humidified with gas is stored can be integrally formed at the bottom of the humidifying container. Compared with a separate water tank, the area occupied by the equipment in the power generation system is reduced, and the overall space can be made less susceptible to space constraints.
更に又、前記充填材層が形成された燃料電池加湿装置においては、冷却水を燃料電池本体へ圧送する冷却水循環ポンプにより、該冷却水の加湿容器への供給を行うようにすることができ、このようにすると、冷却水を加湿容器内へ供給するための特別なポンプが不要となり、必要動力を削減する上でより有効となる。 Furthermore, in the fuel cell humidifier in which the filler layer is formed, the cooling water can be supplied to the humidification container by a cooling water circulation pump that pumps the cooling water to the fuel cell main body. If it does in this way, the special pump for supplying cooling water in a humidification container will become unnecessary, and it will become more effective in reducing required power.
前記充填材層が形成された燃料電池加湿装置においては、ガスを燃料電池本体のカソードへ供給される酸化剤ガスとすることができる。 In the fuel cell humidifier in which the filler layer is formed, the gas can be oxidant gas supplied to the cathode of the fuel cell body.
又、前記充填材層が形成された燃料電池加湿装置においては、充填材をセラミックス製の小径短管状部材とすることができる。 Moreover, in the fuel cell humidifier in which the filler layer is formed, the filler can be a ceramic small-diameter short tubular member.
更に又、前記充填材層が形成された燃料電池加湿装置においては、充填材を金属製の小径短管状部材とすることができる。 Furthermore, in the fuel cell humidifier in which the filler layer is formed, the filler can be a metal small-diameter short tubular member.
本発明の燃料電池加湿装置によれば、下記の如き優れた効果を奏し得る。 According to the fuel cell humidifier of the present invention, the following excellent effects can be obtained.
加湿容器内に、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水を噴霧すると共に、燃料電池本体へ供給されるガスを導入することにより、該ガスを加湿するよう構成すれば、加湿装置によるガス圧力損失をほとんど発生させず、ガスを送り込むブロア等の必要動力を大幅に削減し得、発電システムの効率低下を防止し得、コストダウンを図り得る一方、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水を用いたことにより、特別に高い熱源を必要とせず、温度制御も不要とし得、又、加湿容器内に噴霧される冷却水は霧状の水滴となってガスと触れるため、単位容積当りの接触面積を大きくでき、加湿容器のコンパクト化を図ることができる。 If the fuel cell body is cooled and sprayed with cooling water whose temperature has risen and the gas supplied to the fuel cell body is introduced to humidify the gas, the gas generated by the humidifier Almost no pressure loss is generated, and the power required for blowers that send in gas can be greatly reduced, the efficiency of the power generation system can be prevented from lowering, and costs can be reduced. By using the cooling water, a special high heat source is not required, temperature control may be unnecessary, and the cooling water sprayed in the humidifying container is in the form of mist-like water droplets that come into contact with the gas. The contact area per contact can be increased, and the humidification container can be made compact.
前記冷却水を噴霧するようにした燃料電池加湿装置において、加湿容器底部と、冷却水が貯留される冷却水タンク底部とを、加湿容器内に供給された冷却水を冷却水タンクへ戻す冷却水戻しラインによって接続し、水位差によりガスの漏洩を防止する水封構造を形成すれば、冷却水タンクの高さを高くすることなく且つ水位計等の水位を調節する機構を設けることなく、水位差で水封を行うことができ、更なる低コスト化を図り得る。 In the fuel cell humidifier configured to spray the cooling water, the cooling water for returning the cooling water supplied in the humidification container to the cooling water tank is provided between the bottom of the humidification container and the cooling water tank in which the cooling water is stored. If the water seal structure that prevents gas leakage due to the water level difference is formed by connecting with the return line, the water level can be increased without increasing the height of the cooling water tank and without providing a mechanism for adjusting the water level such as a water level gauge. Water sealing can be performed by the difference, and further cost reduction can be achieved.
又、前記冷却水を噴霧するようにした燃料電池加湿装置において、加湿容器の底部に、ガスを加湿した冷却水が貯留されるタンク部を一体に形成すれば、冷却水タンクを別置きするのに比べ、発電システム内での機器占有面積を削減し得、全体としてスペース的な制約を受けにくくすることができる。 Further, in the fuel cell humidifier configured to spray the cooling water, if the tank portion in which the cooling water in which the gas is humidified is integrally formed at the bottom of the humidifying container, the cooling water tank is separately provided. Compared to the above, it is possible to reduce the area occupied by the equipment in the power generation system and to make it difficult to receive space restrictions as a whole.
更に又、前記冷却水を噴霧するようにした燃料電池加湿装置において、冷却水を燃料電池本体へ圧送する冷却水循環ポンプにより、該冷却水の加湿容器への供給を行うようにすれば、冷却水を加湿容器内へ噴霧するための特別なポンプを不要とし得、必要動力を更に削減することができる。 Furthermore, in the fuel cell humidifier configured to spray the cooling water, if the cooling water is supplied to the humidifying container by a cooling water circulation pump that pumps the cooling water to the fuel cell main body, the cooling water is supplied. A special pump for spraying the liquid into the humidifying container can be eliminated, and the required power can be further reduced.
一方、加湿容器内に充填材が充填された充填材層を形成し、該充填材層に、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水を供給すると共に、燃料電池本体へ供給されるガスを通過させることにより、該ガスを加湿するよう構成すれば、加湿装置によるガス圧力損失をほとんど発生させず、ガスを送り込むブロア等の必要動力を削減し得、発電システムの効率低下を防止し得、コストダウンを図り得る一方、燃料電池本体を冷却して温度上昇した冷却水を用いたことにより、特別に高い熱源を必要とせず、温度制御も不要とし得、又、加湿容器内に供給される冷却水は充填材の表面を伝わりつつガスと触れるため、単位容積当りの接触面積を大きくでき、加湿容器のコンパクト化を図ることができる。 On the other hand, a filler layer filled with a filler is formed in the humidifying container, and cooling water whose temperature has been increased by cooling the fuel cell body is supplied to the filler layer, and gas supplied to the fuel cell body If the gas is configured to be humidified by passing the gas, almost no gas pressure loss is generated by the humidifier, the required power such as a blower for feeding the gas can be reduced, and a decrease in efficiency of the power generation system can be prevented. While the cost can be reduced, the use of cooling water whose temperature has been increased by cooling the fuel cell main body does not require a particularly high heat source, can eliminate the need for temperature control, and is supplied to the humidifying container. Since the cooling water is in contact with the gas while traveling along the surface of the filler, the contact area per unit volume can be increased, and the humidification container can be made compact.
前記充填材層が形成された燃料電池加湿装置において、加湿容器底部と、冷却水が貯留される冷却水タンク底部とを、加湿容器内に供給された冷却水を冷却水タンクへ戻す冷却水戻しラインによって接続し、水位差によりガスの漏洩を防止する水封構造を形成すれば、冷却水タンクの高さを高くすることなく且つ水位計等の水位を調節する機構を設けることなく、水位差で水封を行うことができ、更なる低コスト化を図り得る。 In the fuel cell humidifying device in which the filler layer is formed, a cooling water return for returning the cooling water supplied in the humidifying container to the cooling water tank is provided between the bottom of the humidifying container and the bottom of the cooling water tank in which the cooling water is stored. If the water seal structure that prevents gas leakage due to the water level difference is formed by connecting with the line, the water level difference can be achieved without increasing the height of the cooling water tank and without providing a mechanism for adjusting the water level such as a water level gauge. Can be sealed with water, which can further reduce the cost.
又、前記充填材層が形成された燃料電池加湿装置において、加湿容器の底部に、ガスを加湿した冷却水が貯留されるタンク部を一体に形成すれば、冷却水タンクを別置きするのに比べ、発電システム内での機器占有面積を削減し得、全体としてスペース的な制約を受けにくくすることができる。 In addition, in the fuel cell humidifier with the filler layer formed, if a tank part for storing the cooling water in which the gas is humidified is integrally formed at the bottom of the humidifying container, the cooling water tank can be separately provided. In comparison, the area occupied by equipment in the power generation system can be reduced, and the overall space can be made less susceptible to space constraints.
更に又、前記充填材層が形成された燃料電池加湿装置において、冷却水を燃料電池本体へ圧送する冷却水循環ポンプにより、該冷却水の加湿容器への供給を行うようにすれば、冷却水を加湿容器内へ噴霧するための特別なポンプを不要とし得、必要動力を更に削減することができる。 Furthermore, in the fuel cell humidifier in which the filler layer is formed, if the cooling water is supplied to the humidification vessel by a cooling water circulation pump that pumps the cooling water to the fuel cell main body, the cooling water is supplied. A special pump for spraying into the humidification container can be dispensed with, and the required power can be further reduced.
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明を実施する形態の一例であって、1はカソード1aとアノード1bを有する燃料電池本体、2は燃料電池本体1用の冷却水が貯留される冷却水タンク、3は冷却水タンク2に貯留された冷却水を圧送する冷却水循環ポンプ、4は空気等の酸化剤ガスを加湿するカソード加湿器、5は燃料ガスを加湿するアノード加湿器であり、前記カソード加湿器4は、加湿容器4a内に、燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水を加湿水供給ポンプ6によって昇圧し噴霧ノズル4bから噴霧すると共に、ブロア7によって燃料電池本体1のカソード1aへ供給される酸化剤ガスを導入することにより、該酸化剤ガスを加湿するよう構成し、又、前記アノード加湿器5は、加湿容器5a内に、燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水を加湿水供給ポンプ6によって昇圧し噴霧ノズル5bから噴霧すると共に、燃料電池本体1のアノード1bへ供給される燃料ガスを導入することにより、該燃料ガスを加湿するよう構成してある。
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. 1 is a fuel cell main body having a
本図示例の場合、前記カソード加湿器4及びアノード加湿器5それぞれの加湿容器4a,5a底部と、冷却水が貯留される冷却水タンク2底部とを、加湿容器4a,5a内に供給された冷却水を冷却水タンク2へ戻す冷却水戻しライン8によって接続し、水位差によりガスの漏洩を防止する水封構造を形成するようにしてある。
In the case of this illustrated example, the
尚、前記冷却水戻しライン8途中には、カソード加湿器4において酸化剤ガスを加湿した後の冷却水から酸化剤ガスを分離し該酸化剤ガスを酸化剤ガス戻しライン9を介して加湿容器4aへ戻し且つ酸化剤ガスを分離した冷却水を冷却水タンク2へ戻す気液分離器10と、アノード加湿器5において燃料ガスを加湿した後の冷却水から燃料ガスを分離し該燃料ガスを燃料ガス戻しライン11を介して加湿容器5aへ戻し且つ燃料ガスを分離した冷却水を冷却水タンク2へ戻す気液分離器12とを設けてある。
In the middle of the cooling
又、燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水の一部は、加湿水供給ポンプ6を迂回して冷却水戻しライン8へつながるバイパスライン13を経由し、冷却水タンク2に戻すようにしてある。
Further, a part of the cooling water whose temperature has risen by cooling the fuel cell main body 1 is returned to the cooling
次に、上記図示例の作用を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.
前述の如く構成すると、燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水が噴霧されるカソード加湿器4及びアノード加湿器5それぞれの加湿容器4a,5a内を酸化剤ガスと燃料ガスが通過することにより、該酸化剤ガスと燃料ガスの加湿が行われるため、加湿装置によるガス圧力損失がほとんど発生せず、酸化剤ガスを送り込むブロア7等の必要動力が削減され、発電システムの効率を下げなくて済み、低コスト化につながる一方、燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水を用いているため、特別に高い熱源が必要とならず、温度制御も不要となる。又、前記加湿容器4a,5a内に噴霧される冷却水は霧状の水滴となってガスと触れるため、単位容積当りの接触面積が大きくなり、加湿容器4a,5aのコンパクト化も可能となる。
When configured as described above, the oxidant gas and the fuel gas pass through the
本図示例においては、前記加湿容器4a,5a底部と、冷却水が貯留される冷却水タンク2底部とを、加湿容器4a,5a内に供給された冷却水を冷却水タンク2へ戻す冷却水戻しライン8によって接続し、水位差によりガスの漏洩を防止する水封構造を形成してあるため、冷却水タンク2の高さを高くすることなく且つ水位計等の水位を調節する機構を設けることなく、水位差で水封を行うことが可能となり、更なる低コスト化が図れることとなる。
In this example of illustration, the cooling water which returns the cooling water supplied in the
こうして、酸化剤ガスと燃料ガスの圧力損失を低く抑え、ブロア7等の必要動力を大幅に削減し得、水位計等の水位を調節する機構や高価な膜等が不要で、コストダウンを図り得る。 In this way, the pressure loss of the oxidant gas and fuel gas can be kept low, the required power of the blower 7 and the like can be greatly reduced, and a mechanism for adjusting the water level such as a water level gauge, an expensive membrane, etc. are unnecessary, and cost reduction is achieved. obtain.
図2は本発明を実施する形態の他の例であって、図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、カソード加湿器4の加湿容器4aの底部に、酸化剤ガスを加湿した冷却水が貯留されるタンク部4cを一体に形成すると共に、冷却水を燃料電池本体1へ圧送する冷却水循環ポンプ3により、該冷却水の加湿容器4aへの供給を行うようにしたものである。
FIG. 2 shows another example of the embodiment of the present invention. In the drawing, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts, and at the bottom of the
尚、図2の例では、図1に示すアノード加湿器5の代りに、内部に充填材が充填され且つ燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水と燃料電池本体1のアノード1bへ供給される燃料ガスが導入されるクエンチャー5’を設け、燃料電池本体1の運転初期には燃料ガスを冷却して湿分を落とす一方、定格運転時には燃料ガスの加湿を行うようにしてある。又、前記クエンチャー5’内に供給された冷却水は、冷却水戻しライン8’を介して前記カソード加湿器4の加湿容器4aと一体のタンク部4cへ戻すと共に、燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水の一部は、バイパスライン13’と冷却水戻しライン8’とを介して前記タンク部4cに戻すようにしてある。
In the example of FIG. 2, instead of the
図2に示す例のように、カソード加湿器4の加湿容器4aの底部に、酸化剤ガスを加湿した冷却水が貯留されるタンク部4cを一体に形成すると、図1に示されるような冷却水タンク2を別置きするのに比べ、発電システム内での機器占有面積が減り、全体としてスペース的な制約を受けにくくすることが可能となる。
As shown in FIG. 2, when the
又、図2に示す例のように、冷却水を燃料電池本体1へ圧送する冷却水循環ポンプ3により、該冷却水の加湿容器4aへの供給を行うようにすると、冷却水を加湿容器4a内へ噴霧するための特別なポンプが不要となり、必要動力を削減する上でより有効となる。
Further, as shown in FIG. 2, when the cooling water is supplied to the
ここで、発電システム側の要求が、酸化剤ガスとしての空気310[l(normal)/min]を55[℃]飽和にし、且つその際のガス圧力損失が100[mmH2O]以下、である場合に、図2に示すようなカソード加湿器4により加湿性能試験を実施したところ、空気350[l(standard)/min](326[l(normal)/min])を供給圧0.5[kgf/cm2](≒0.5×9.8[N/cm2])で59[℃]飽和に加湿することができ、且つその際のガス圧力損失が10〜30[mmH2O]程度に抑えられることが確認されており、これは、冷却水を燃料電池本体1へ圧送する冷却水循環ポンプ3のみで充分な加湿性能が得られ、発電システム側の要求が満足されることを示している。
Here, the power generation system side demands that air 310 [l (normal) / min] as the oxidant gas is saturated at 55 [° C.] and the gas pressure loss at that time is 100 [mmH 2 O] or less. In some cases, when the humidification performance test was performed with the
こうして、図2に示す例の場合にも、ガスの圧力損失を低く抑え、ブロア7等の必要動力を大幅に削減し得、水位計等の水位を調節する機構や高価な膜等が不要で、コストダウンを図り得る。 Thus, even in the example shown in FIG. 2, the pressure loss of the gas can be kept low, the required power of the blower 7 and the like can be greatly reduced, and a mechanism for adjusting the water level such as a water level gauge or an expensive membrane is not required. Cost can be reduced.
図3は本発明を実施する形態の更に他の例であって、図中、図2と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、カソード加湿器4の加湿容器4a内に、図2に示す噴霧ノズル4bを設ける代りに、充填材14が充填された充填材層15を形成し、該充填材層15に、燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水を供給すると共に、燃料電池本体1のカソード1aへ供給される酸化剤ガスを通過させることにより、該酸化剤ガスを加湿するよう構成したものである。
FIG. 3 shows still another example of the embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same parts, and the
前記充填材14としては、例えば、図4に示すような、セラミックス製或いは金属性の小径短管状部材を用いることができる。尚、セラミックス製の小径短管状部材を充填材14として用いる場合、サイズが1/4[吋]、空間率がおよそ62[%]、表面積がおよそ712[m2/m3]、入数がおよそ3150000[個/m3]、質量がおよそ913[kg/m3]となるようなものを採用することができる。
As the
図3に示す例のように構成すると、充填材層15が形成され且つ燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水が供給される加湿容器4a内を酸化剤ガスが通過することにより、酸化剤ガスの加湿が行われるため、加湿装置によるガス圧力損失がほとんど発生せず、酸化剤ガスを送り込むブロア7等の必要動力が削減され、発電システムの効率を下げなくて済み、低コスト化につながる一方、燃料電池本体1を冷却して温度上昇した冷却水を用いているため、特別に高い熱源が必要とならず、温度制御も不要となる。又、加湿容器4a内に供給される冷却水は充填材14の表面を伝わりつつガスと触れるため、単位容積当りの接触面積が大きくなり、加湿容器4aのコンパクト化も可能となる。
When configured as in the example shown in FIG. 3, the oxidant gas passes through the
又、図3に示す例においても、図2に示す例と同様に、カソード加湿器4の加湿容器4aの底部に、酸化剤ガスを加湿した冷却水が貯留されるタンク部4cを一体に形成してあるため、図1に示されるような冷却水タンク2を別置きするのに比べ、発電システム内での機器占有面積が減り、全体としてスペース的な制約を受けにくくすることが可能となる。
In the example shown in FIG. 3, similarly to the example shown in FIG. 2, a
更に又、図3に示す例においても、図2に示す例と同様に、冷却水を燃料電池本体1へ圧送する冷却水循環ポンプ3により、該冷却水の加湿容器4aへの供給を行うようにしてあるため、冷却水を加湿容器4a内へ噴霧するための特別なポンプが不要となり、必要動力を削減する上でより有効となる。
Further, in the example shown in FIG. 3, similarly to the example shown in FIG. 2, the cooling water is supplied to the
ここで、前述と同様、発電システム側の要求が、酸化剤ガスとしての空気310[l(normal)/min]を55[℃]飽和にし、且つその際のガス圧力損失が100[mmH2O]以下、である場合に、図3に示すようなカソード加湿器4により加湿性能試験を実施したところ、空気350[l(standard)/min](326[l(normal)/min])を供給水量5[l/min]で66[℃]飽和に加湿することができ、且つその際のガス圧力損失が24[mmH2O]程度に抑えられることが確認されており、これもまた、冷却水を燃料電池本体1へ圧送する冷却水循環ポンプ3のみで充分な加湿性能が得られ、発電システム側の要求が満足されることを示している。
Here, as described above, the requirement on the power generation system side is that the air 310 [l (normal) / min] as the oxidant gas is saturated at 55 [° C.], and the gas pressure loss at that time is 100 [mmH 2 O. In the following, when the humidification performance test was performed with the
こうして、図3に示す例の場合にも、ガスの圧力損失を低く抑え、ブロア等の必要動力を大幅に削減し得、水位計等の水位を調節する機構や高価な膜等が不要で、コストダウンを図り得る。 Thus, even in the case of the example shown in FIG. 3, the pressure loss of the gas can be kept low, the required power such as a blower can be greatly reduced, and a mechanism for adjusting the water level such as a water level gauge or an expensive membrane is unnecessary. Cost can be reduced.
尚、本発明の燃料電池加湿装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、図2或いは図3に示す例において、カソード加湿器4の加湿容器4aの底部にタンク部4cを一体に形成せずに、図1に示す例の如く、冷却水タンク2として別に設け、水位差によりガスの漏洩を防止する水封構造を形成するようにしても良いこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
The fuel cell humidifier of the present invention is not limited to the illustrated example described above. In the example shown in FIG. 2 or 3, the
1 燃料電池本体
1a カソード
1b アノード
2 冷却水タンク
3 冷却水循環ポンプ
4 カソード加湿器
4a 加湿容器
4b 噴霧ノズル
4c タンク部
5 アノード加湿器
5a 加湿容器
5b 噴霧ノズル
6 加湿水供給ポンプ
7 ブロア
8 冷却水戻しライン
14 充填材
15 充填材層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell
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