JP2005228648A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高温の湿潤ガスから透湿膜を介して伝達された水分と熱とにより低温の乾燥ガスが加熱加湿される温湿度交換器が備えられた燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell provided with a temperature / humidity exchanger in which a low-temperature dry gas is heated and humidified by moisture and heat transferred from a high-temperature wet gas through a moisture permeable membrane.
従来の温湿度交換器は、ポリプロピレン樹脂などのプラスチックから成形された複数の隔壁板が所定の間隔で平行に立設され、さらに各隔壁板の上端面側と下端面側とに透湿性を有する透湿膜が当接されて固着されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、別の温湿度交換器は、セルロース繊維に吸湿剤が成形向上材と合わせて塗布された隔壁板から構成されている(例えば、特許文献2参照。)。
In the conventional temperature and humidity exchanger, a plurality of partition plates formed of plastic such as polypropylene resin are erected in parallel at a predetermined interval, and further have moisture permeability on the upper end surface side and the lower end surface side of each partition plate. The moisture permeable membrane is abutted and fixed (for example, refer to Patent Document 1).
Another temperature / humidity exchanger is composed of a partition plate in which a hygroscopic agent is applied to cellulose fibers together with a molding improver (see, for example, Patent Document 2).
しかし、ポリプロピレン樹脂の隔壁板は、表面が疎水性になっているので、ガス流路のうち液膜が被覆される面が透湿膜に限られて、湿潤ガスが流される流路から乾燥ガスが流される流路への水分の伝達効率が低く、露点が上がらないという問題がある。
また、セルロース繊維を隔壁板として用いると、セルロース繊維が加水分解されることにより機械的強度の劣化が進んでしまう。すなわち、固体高分子電解質型燃料電池から排出される湿潤ガスの温度と露点がともに約70℃であり、このような高温高湿な雰囲気に暴露されたセルロース繊維は加水分解が進行してしまうという問題がある。
However, since the partition plate made of polypropylene resin has a hydrophobic surface, the surface on which the liquid film is coated in the gas flow path is limited to the moisture permeable film, and the dry gas flows from the flow path through which the wet gas flows. There is a problem that the efficiency of moisture transmission to the flow path through which the water flows is low and the dew point does not rise.
Moreover, when a cellulose fiber is used as a partition board, deterioration of mechanical strength will advance by a cellulose fiber being hydrolyzed. That is, the temperature and dew point of the wet gas discharged from the solid polymer electrolyte fuel cell are both about 70 ° C., and the cellulose fibers exposed to such a high temperature and high humidity atmosphere will be hydrolyzed. There's a problem.
この発明の目的は、露点の高いガスを出力することができるとともに耐久性に優れた安価な温湿度交換器が備えられた燃料電池を提供することである。 An object of the present invention is to provide a fuel cell that can output a gas having a high dew point and is equipped with an inexpensive temperature and humidity exchanger excellent in durability.
この発明に係わる燃料電池は、2種の気体流の流路間に温湿度交換膜が配設され、上記2種の気体流間で熱交換および水分交換が行われる温湿度交換器が備えられた燃料電池において、上記温湿度交換器の温湿度交換膜を支持する支持体は、親水性エラストマーが分散された樹脂により作製されている。 The fuel cell according to the present invention includes a temperature / humidity exchanger in which a temperature / humidity exchange membrane is disposed between the flow paths of the two types of gas flows, and heat exchange and moisture exchange are performed between the two types of gas flows. In the fuel cell, the support that supports the temperature / humidity exchange membrane of the temperature / humidity exchanger is made of a resin in which a hydrophilic elastomer is dispersed.
この発明に係わる燃料電池の効果は、ガス流路表面に液膜が被覆されやすくなるように親水性エラストマーが分散された樹脂により支持体が作られているので、液膜により被覆されたガス流路表面の面積が大きくなり、水分交換効率を向上させることができる。その結果として高い露点のガスを燃料電池に供給することができるので、燃料電池の出力特性が向上する。さらに、樹脂は、その基本単位の主鎖が耐加水分解性に優れる炭素のみのオレフィン系またはビニル系樹脂、または炭素以外の原子が1つだけ含まれ、その他は炭素からなるエーテル系またはチオエーテル系樹脂からなるので、温湿度交換器の高温高湿下での耐久性が向上する。 The effect of the fuel cell according to the present invention is that the support is made of a resin in which a hydrophilic elastomer is dispersed so that the liquid film is easily coated on the gas flow path surface. The area of the road surface is increased, and the water exchange efficiency can be improved. As a result, a high dew point gas can be supplied to the fuel cell, so that the output characteristics of the fuel cell are improved. Further, the resin is a carbon-only olefin-based or vinyl-based resin whose main unit main chain is excellent in hydrolysis resistance, or an ether-based or thioether-based resin containing only one atom other than carbon, and the others. Since it is made of resin, durability of the temperature / humidity exchanger under high temperature and high humidity is improved.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係わる燃料電池に備えられる温湿度交換器の斜視図である。
図1に示すように、この実施の形態1の温湿度交換器は、直方体からなり、2種の気体が流される流路1、2は、互いに直交するように構成されている。この流路1、2の間に温湿度交換膜3が配設されている。この2種の気体は、燃料電池に供給される酸化剤としての酸素を含む空気(以下、被加湿ガスと称す。)と、その空気が燃料電池内の反応に寄与した後に排出される空気(以下、湿潤ガスと称す。)とからなる。被加湿ガスは、温湿度交換器内を流される間に、湿潤ガスから温湿度交換膜3を介して伝達される熱と水分とにより加熱加湿され、燃料電池に供給される。湿潤ガスは、燃料電池内で起こるプロトンと酸素の反応に伴う熱と水とにより加熱、加湿されるので、高温高湿のガスである。
1 is a perspective view of a temperature / humidity exchanger provided in a fuel cell according to
As shown in FIG. 1, the temperature / humidity exchanger of the first embodiment is formed of a rectangular parallelepiped, and the
この温湿度交換膜3は、流路1、2内で所定の間隔を空けて立設された複数の支持体4により支持されている。支持体4は、外周に面する外側支持体5と、流路1、2をそれぞれ複数に分割する内部支持体6とからなる。流路1、2は、温湿度交換膜3と支持体4とが交互に複数積層されることにより、複数段設けられている。そして、下から奇数番目の流路1は、直方体の水平方向の1辺に平行にガスが流されるように形成され、下から偶数番目の流路は、下から奇数番目の流路のガスの流れと直交するように形成されている。被加湿ガスおよび湿潤ガスは、それぞれ奇数番目の流路1と偶数番目の流路2とに流されることにより温湿度交換が行われる。
なお、温湿度交換膜3は、縦、横10cm、厚さ50μmである。外側支持体5は、幅、高さとも5mm、奥行きが10cmの樹脂板である。内部支持体6は、幅が3mm、高さが5mm、奥行きが10cmの樹脂板である。
The temperature /
The temperature /
また、所定の間隔とは、使用される温湿度交換膜3の湿度の変化にともなう膨潤および温度の変化にともなう変形を十分に抑えることが可能な間隔のことを意味する。また、流路1、2内に立設される内部支持体6の数は、圧力損失や材料強度に支障が生じない範囲で、なるべく多い方が好ましい。それは、内部支持体6の表面積が大きくなることにより、液膜の面積が大きく、凝縮される水分量が多くなる。さらに、温湿度交換膜3と外側支持体5および内部支持体6により囲まれる流路の断面積が減少することにより、有効蒸発行程が減少し、水分の蒸発量が増加するから内部支持体6の数が多いほどよい。
Further, the predetermined interval means an interval that can sufficiently suppress the swelling accompanying the change in humidity of the temperature /
この発明に使用される温湿度交換膜3は、多孔質膜で厚さが50μm、空孔率が20%のセルロースシートである。また、温湿度交換膜3には、多孔質膜で厚さが50μm、空孔率が50%のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜ももちろん使用できる。さらに、温湿度交換機能を有する材料から形成されたものであればとくに制限されないが、該材料としては、例えば耐熱性の高いものが好ましく、例えばポリフェニレンサルファイド、ポリエステル、ビニロン(登録商標)、ポリプロピレン、アクリル樹脂、再生繊維、再生セルロースフィルム、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリイミド、ポリカーボネート等が挙げられる。
The temperature /
また、この発明の支持体に使用される樹脂は、樹脂の基本単位の主鎖(母体構造)が炭素だけから構成される高分子樹脂である。例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのオレフィン樹脂、ポリスチレンまたはポリブタジエンなどのビニル樹脂、アクリル酸エステルの重合体またはメタアクリル酸エステルの重合体などのアクリル樹脂が挙げられる。また、これらの共重合体であってもよい。
さらに、この発明の支持体に使用される樹脂は、樹脂の基本単位の主鎖(母体構造)が炭素以外の原子を1つ含むとともにその他は炭素から構成される高分子樹脂であってもよい。例えば、主鎖にエーテル結合を1つ有したポリプロピレンオキサイドまたはポリフェニレンエーテルなどのポリエーテル樹脂、主鎖にチオエーテル結合を1つ有したポリフェニレンサルファイドなどのポリサルファイド樹脂が挙げられる。
The resin used for the support of the present invention is a polymer resin in which the main chain (matrix structure) of the basic unit of the resin is composed only of carbon. For example, an olefin resin such as polyethylene or polypropylene, a vinyl resin such as polystyrene or polybutadiene, and an acrylic resin such as an acrylic ester polymer or a methacrylic ester polymer. Moreover, these copolymers may be sufficient.
Furthermore, the resin used for the support of the present invention may be a polymer resin in which the main chain (matrix structure) of the basic unit of the resin contains one atom other than carbon and the others are composed of carbon. . Examples thereof include a polyether resin such as polypropylene oxide or polyphenylene ether having one ether bond in the main chain, and a polysulfide resin such as polyphenylene sulfide having one thioether bond in the main chain.
なお、樹脂は、高分子樹脂を構成している最小反復単位としての基本単位で表すことができる。この基本単位は、隣接する基本単位に両端で繋がった原子列である主鎖と、その主鎖に繋がった側鎖から構成されている。主鎖は、例えば、オレフィン樹脂のポリエチレン、ビニル樹脂のポリスチレンにおいて炭素−炭素からなる。また、ポリエーテル樹脂のポリフェニレンオキサイドにおいて炭素からなっているベンゼン環と酸素に結合している炭素に酸素が2重結合で結合していないエーテル型となる。また、ポリサルファイド樹脂のポリフェニレンサルファイドにおいてベンゼン環と硫黄だけからなる。 In addition, resin can be represented by the basic unit as the minimum repeating unit which comprises polymer resin. This basic unit is composed of a main chain, which is an atomic sequence connected to an adjacent basic unit at both ends, and a side chain connected to the main chain. The main chain is made of carbon-carbon in, for example, polyethylene of olefin resin and polystyrene of vinyl resin. In addition, the polyphenylene oxide of the polyether resin is an ether type in which oxygen is not bonded to the benzene ring made of carbon and carbon bonded to oxygen by a double bond. In addition, the polyphenylene sulfide of the polysulfide resin consists only of a benzene ring and sulfur.
また、この発明の支持体に使用される親水性エラストマーは、ポリエチレングリコール系、ポリプロピレングリコール系、ポリアミド系またはテトラプロピルアンモニウムヒドロキシドあるいは塩化ベンジルトリメチルアンモニウムなどの第4級アンモニウム塩系が挙げられる。なお、この発明でいう親水性エラストマーは、例えば30度以下の固体表面に対する水の接触角を有するエラストマーである。 Examples of the hydrophilic elastomer used in the support of the present invention include polyethylene glycol-based, polypropylene glycol-based, polyamide-based, and quaternary ammonium salt systems such as tetrapropylammonium hydroxide or benzyltrimethylammonium chloride. In addition, the hydrophilic elastomer as used in this invention is an elastomer which has the contact angle of water with respect to the solid surface of 30 degrees or less, for example.
このような温湿度交換器は、親水性エラストマーが分散された樹脂により支持体4が作製されているため、支持体4の表面が親水性を有している。親水性を有する支持体4が用いられたときの、ガス流路内の様子を図2と図3とを参照しながら説明する。
図2は、親水性エラストマーが分散された樹脂により作製された支持体4により構成された流路中の液膜8の様子を表す模式図である。図3は、親水性エラストマーが分散されない樹脂だけで作製された支持体7により構成された流路内の液膜8の様子を表す模式図である。この図2、3は、図1のA−A断面で流路1、2を斜めに切ったときの断面図である。
図2に示されているように、親水性エラストマーが分散された樹脂により作製された支持体4の表面は親水性を有するため、湿潤ガスから水分がその表面上に凝縮し、液膜8により表面が被覆されている。このように、液膜8が温湿度交換膜3だけではなく支持体4の表面も被覆するので、凝縮される水分量が多くなる。ところで、水分の凝縮は、温湿度交換膜3および支持体4の温度が湿潤ガスの温度より低いために起こるので、液膜8の厚さが厚くなると液膜8に係わる熱抵抗が大きくなり、水分の凝縮が少なくなる。しかし、支持体4の表面も液膜8により被覆されているので、一定の水分が流路内に液膜8として付着しているときは、液膜8の面積が広いほど液膜8の厚さが薄くなり、水分の凝縮が進みやすい。一方、図3に示されるように、親水性エラストマーが分散されない樹脂から作製された支持体7の場合、支持体7の表面は親水性を有していないため、液膜8が温湿度交換膜3だけを被覆しているので、凝縮される水分量が少ないとともに、液膜8の厚さが厚くなるので、熱抵抗が大きくなり、水分の凝縮が進みにくい。
In such a temperature / humidity exchanger, since the
FIG. 2 is a schematic diagram showing the state of the
As shown in FIG. 2, since the surface of the
また、図2に示すように、親水性エラストマーが分散された樹脂により作製された支持体4の表面は親水性を有しているため、被加湿ガスが流される流路1内において、温湿度交換膜3を介して伝達された水分が、温湿度交換膜3および支持体4の表面に沿って液膜8として広がるので、液膜8からの有効蒸発行程は、支持体4と温湿度交換膜3とにより囲まれる流路1の水力直径の1/4に等しくなる。すなわち、水分の蒸発速度が、気液接触面積に比例するからである。一方、図3に示すように、親水性エラストマーが分散されない樹脂から作製された支持体7の場合、支持体7の表面は親水性を有しておらず疎水性を有しているので、温湿度交換膜3を介して伝達された水分が支持体7の表面には広がらず、温湿度交換膜3だけが液膜8により被覆されているので、液膜8にガスが触れる面積が小さくなっている。この場合の有効蒸発行程は、支持体4と温湿度交換膜3で囲まれる流路の水力直径の1/2に等しくなる。このように親水性エラストマーが分散された樹脂を用いることにより有効蒸発行程を半減することができる。なお、有効蒸発行程は、液膜から流路のガスに蒸発するときの距離を意味し、温湿度交換膜だけが濡れていれば、その距離は平均的に水力直径の1/2となり、全面が濡れていれば1/4となる。
Further, as shown in FIG. 2, since the surface of the
また、温湿度交換膜3と表面が親水性である支持体4とが交互に積層されていることにより、温湿度交換率が高まる。また、内部支持体6が、所定の間隔で流路1、2内に立設されているため、温湿度交換膜3の膨潤や変形を防ぐとともに、温湿度交換膜3表面上に凝縮した液膜8が表面張力により、親水性を有する支持体4にまで達する。これによって気液接触面積が増加し、蒸発速度がそれに比例して増加する。
Moreover, the temperature / humidity exchange rate is increased by alternately laminating the temperature /
以下、この発明の実施の形態1を実施例によりさらに説明する。なお、この実施例においては支持体4の作製に用いる親水性エラストマーが分散された樹脂が異なっており、その他は同様であるので同様な部分の説明は省略する。
実施例1.
この実施例1では、支持体4がビニル樹脂の持続制電性ABS樹脂(トヨラックパレル(登録商標)TP10、東レ製)を用いて作製された。射出成形機を用いて樹脂温度220℃、金型温度40℃の条件のもと射出成形して支持体4を作製した。また、比較例としてABS樹脂だけで支持体を作製した。
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be further described with reference to examples. In this embodiment, the resin in which the hydrophilic elastomer used for the production of the
Example 1.
In Example 1, the
次に、親水性エラストマーが分散されていないABS樹脂で作製された支持体7と親水性エラストマーが分散されたABS樹脂で作製された支持体4上に純水の液滴を滴下し、支持体表面と液滴との接触角を計測し、親水性を比較した。親水性エラストマーが分散されていないABS樹脂で成形された支持体7の液面接触角は60度であるのに対し、親水性エラストマーが分散されたABS樹脂で成形された支持体4の液面接触角が10度になっており、親水性エラストマーが分散された樹脂で成形された支持体4上は一様に親水性を示した。
Next, a droplet of pure water is dropped on the
次に、親水性エラストマーが分散されたABS樹脂により成形された試験片を、温水浸漬試験装置内に5000時間浸漬して、浸漬前後における引張強度を計測した。図4は、温水浸漬試験における浸漬時間に対する引張強度の変化の様子を示す。実施例1の結果を実線により示す。また、点線により示すように比較例としてポリカーボネート樹脂も同様に試験した。図4の結果から分かるように、温水に浸漬しても殆ど機械的強度が劣化していないので、樹脂の加水分解が殆ど起こっていないことを示している。一方、ポリカーボネート樹脂は1000時間を超えると引張強度が低下している。 Next, the test piece molded from the ABS resin in which the hydrophilic elastomer was dispersed was immersed in a hot water immersion test apparatus for 5000 hours, and the tensile strength before and after immersion was measured. FIG. 4 shows the change in tensile strength with respect to the immersion time in the hot water immersion test. The result of Example 1 is shown by a solid line. Further, as indicated by the dotted line, a polycarbonate resin was similarly tested as a comparative example. As can be seen from the results of FIG. 4, since the mechanical strength hardly deteriorates even when immersed in warm water, it indicates that hydrolysis of the resin hardly occurs. On the other hand, when the polycarbonate resin exceeds 1000 hours, the tensile strength decreases.
次に、図1に示すような燃料電池用の温湿度交換器を作製した。温湿度交換膜3としては、縦、横10cm、厚さ50μm、空孔率20%のセルロースシートを用いた。外側支持体5は、幅と高さとも5mm、奥行きが10cmである。また、内部支持体6は、幅が3mm、高さが5mm、奥行きが10cmである。そして、この実施例1では、温湿度交換膜3と支持体4を交互に複数積層し(温湿度交換膜3を9枚用いた)、流路1、2をそれぞれ5段設けた。そして、下から奇数番目の流路1は、直方体の水平方向の1辺に平行にガスが流されるように形成され、下から偶数番目の流路は、下から奇数番目の流路のガスの流れと直交するように形成されている。被加湿ガスおよび湿潤ガスを、それぞれ奇数番目の流路1と偶数番目の流路2とに流した。比較例の温湿度交換器は、支持体7の材質だけ異なっていて、その他は同様に作製した。
Next, a temperature / humidity exchanger for a fuel cell as shown in FIG. 1 was produced. As the temperature /
このように作製された実施例1と比較例の温湿度交換器を用いて、露点の異なる湿潤ガスを供給し、出力される被加湿ガスの到達露点を計測した。図5は、湿潤ガスの露点に対する被加湿ガスの到達露点のグラフを示す。実施例1の温湿度交換器の到達露点が、比較例の温湿度交換器の到達露点より大きくなっている。 Using the temperature / humidity exchangers of Example 1 and Comparative Example manufactured as described above, wet gases having different dew points were supplied, and the ultimate dew point of the output humidified gas was measured. FIG. 5 shows a graph of the reached dew point of the humidified gas against the dew point of the wet gas. The ultimate dew point of the temperature / humidity exchanger of Example 1 is larger than the ultimate dew point of the temperature / humidity exchanger of the comparative example.
また、実施例1と比較例の温湿度交換器に、供給される湿潤ガスのガス流量を変化させて、出力される被加湿ガスに含まれる水分量から水分の蒸発量を計測した。図6は、供給される湿潤ガスのガス流量に対する水分の蒸発量のグラフを示す。実線が実施例1、点線が比較例の結果を示す。比較例の温湿度交換器における水分の蒸発量は、ガス流量が20(リッタ/分)まではガス流量が増加するのに従い水分の蒸発量が増加するが、ガス流量が20(リッター/分)以上になるとガス流量を増加しても水分の蒸発量が増加しない飽和領域に達してしまう。一方、実施例1の温湿度交換器における水分の蒸発量は、全般として比較例の温湿度交換器の水分の蒸発量より大きくなっている。さらに、ガス流量を20(リッター/分)以上に増加すると、増加に従い水分の蒸発量が増加してガス流量が35(リッター/分)まで飽和しない。
このように親水性の支持体を用いた温湿度交換器は、水分の蒸発量が比較例に比べて大きいとともにガス流量を増加しても水分の蒸発量が飽和しないので、より多くの水分伝達を行うことができる。
Further, the amount of moisture evaporated was measured from the amount of moisture contained in the output humidified gas by changing the gas flow rate of the humid gas supplied to the temperature and humidity exchangers of Example 1 and Comparative Example. FIG. 6 shows a graph of the evaporation amount of water against the gas flow rate of the supplied wet gas. The solid line shows the result of Example 1, and the dotted line shows the result of the comparative example. The amount of water evaporation in the temperature / humidity exchanger of the comparative example increases as the gas flow rate increases until the gas flow rate reaches 20 (liter / minute), but the gas flow rate increases to 20 (liter / minute). If it becomes above, even if it increases a gas flow rate, it will reach the saturation area | region where the evaporation amount of a water | moisture content does not increase. On the other hand, the amount of water evaporation in the temperature / humidity exchanger of Example 1 is generally larger than the amount of water evaporation of the temperature / humidity exchanger of the comparative example. Furthermore, when the gas flow rate is increased to 20 (liters / minute) or more, the amount of water evaporation increases with the increase, and the gas flow rate does not saturate until 35 (liters / minute).
Thus, the temperature and humidity exchanger using a hydrophilic support has a larger amount of moisture evaporation than the comparative example, and even when the gas flow rate is increased, the amount of moisture evaporation is not saturated. It can be performed.
実施例2.
実施例2においては、支持体4の作製に用いる親水性エラストマーが分散された樹脂として、アクリル樹脂にポリエチレングリコール系エラストマーが分散された制電樹脂(バイヨン(登録商標)YM312、呉羽化学製)を用いた。射出成形機を用いて樹脂温度240℃、金型温度40℃の条件のもと射出成形して支持体4を作製した。実施例1と同様な温湿度交換器を作製して、被加湿ガスの露点を計測したが、同程度の露点を示した。また、試験片を温水に浸漬しても実施例1と同様に引っ張り強度の変化が見られなかった。このようにポリエチレングリコール系エラストマーをアクリル樹脂に分散した樹脂から支持体4を作製しても、耐久性に優れるとともに親水性を有している。
Example 2
In Example 2, an antistatic resin (Bayon (registered trademark) YM312 manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.) in which a polyethylene glycol-based elastomer is dispersed in an acrylic resin is used as the resin in which the hydrophilic elastomer used for the production of the
実施例3.
実施例3においては、支持体4の作製に用いる親水性エラストマーが分散された樹脂として、オレフィン系樹脂材料であるポリプロピレン樹脂ペレット(グランドポリプロ(登録商標)J105W、グランドポリマー製)にポリエチレングリコール系熱可塑性エラストマー(ペレスタット(登録商標)300、三洋化成工業製)を20wt%ドライブレンドし、樹脂温度220℃、金型温度40℃の条件のもと射出成形して支持体を作製した。実施例1と同様な温湿度交換器を作製して、被加湿ガスの露点を計測したが、同程度の露点を示した。また、試験片を温水に浸漬しても実施例1と同様に引っ張り強度の変化が見られなかった。このようにポリエチレングリコール系熱可塑性エラストマーがポリプロピレン樹脂に分散された樹脂から支持体4を作製しても、耐久性に優れるとともに親水性を有している。
Example 3
In Example 3, as the resin in which the hydrophilic elastomer used for the production of the
実施例4.
実施例4においては、支持体4の作製に用いる親水性エラストマーが分散された樹脂として、ビニル系樹脂材料であるポリスチレン樹脂ペレット(トーヨースチロール(登録商標)H400、東洋スチレン製)にポリエチレングリコール系熱可塑性エラストマー(ペレスタット(登録商標)6321、三洋化成工業製)を20wt%ドライブレンドし、樹脂温度240℃、金型温度40℃の条件のもと射出成形して支持体を作製した。実施例1と同様な温湿度交換器を作製して、被加湿ガスの露点を計測したが、同程度の露点を示した。また、試験片を温水に浸漬しても実施例1と同様に引っ張り強度の変化が見られなかった。このようにポリエチレングリコール系エラストマーがポリスチレン樹脂に分散された樹脂から支持体4を作製しても、耐久性に優れるとともに親水性を有している。
Example 4
In Example 4, as the resin in which the hydrophilic elastomer used for the production of the
実施例5.
実施例5においては、支持体4の作製に用いる親水性エラストマーが分散された樹脂として、ビニル系樹脂材料であるシンジオタクチックポリスチレン樹脂ペレット(ザレック(登録商標)S100、出光石油化学製)にポリエチレングリコール系熱可塑性エラストマー(ペレスタット6321、三洋化成工業製)を20wt%ドライブレンドし、樹脂温度290℃、金型温度40℃の条件のもと射出成形して支持体を作製した。実施例1と同様な温湿度交換器を作製して、被加湿ガスの露点を計測したが、同程度の露点を示した。また、試験片を温水に浸漬しても実施例1と同様に引っ張り強度の変化が見られなかった。
Embodiment 5 FIG.
In Example 5, as the resin in which the hydrophilic elastomer used for the production of the
実施例6.
実施例6においては、支持体4の作製に用いる親水性エラストマーが分散された樹脂として、エーテル系樹脂材料である変性ポリフェニレンエーテル樹脂ペレット(ユピエース(登録商標)AV40、三菱エンジニアリングプラスチック製)にポリエチレングリコール系熱可塑性エラストマー(ペレスタット6321、三洋化成工業製)を20wt%ドライブレンドし、樹脂温度260℃、金型温度70℃の条件のもと射出成形して支持体を作製した。実施例1と同様な温湿度交換器を作製して、被加湿ガスの露点を計測したが、同程度の露点を示した。また、試験片を温水に浸漬しても実施例1と同様に引っ張り強度の変化が見られなかった。
Example 6
In Example 6, as the resin in which the hydrophilic elastomer used for the production of the
このように、ポリフェニレンエーテル樹脂に親水性エラストマーを分散しても、耐久性に優れた高効率な温湿度交換器を得ることができる。なお、実施例6のポリフェニレンエーテル樹脂ペレットの替わりにポリフェニレンサルファイド樹脂を用いて支持体4を作製しても同様な効果が得られる。
Thus, even if a hydrophilic elastomer is dispersed in the polyphenylene ether resin, a highly efficient temperature and humidity exchanger excellent in durability can be obtained. It should be noted that the same effect can be obtained even when the
このような温湿度交換器は、高温高湿雰囲気下においても機械的強度の劣化が見られず、湿潤ガスから被加湿ガスに高効率に水分を伝達することができるので、高い露点を有するガスを燃料電池に供給できる。 Such a temperature / humidity exchanger does not show deterioration of mechanical strength even in a high-temperature and high-humidity atmosphere, and can transfer moisture from a humid gas to a humidified gas with high efficiency. Can be supplied to the fuel cell.
また、親水性エラストマーを樹脂に分散して支持体4を作製することにより、支持体4の表面が親水性を示す。さらに、親水性材料を樹脂の表面にコーティングしたときのように剥離、脱落することがなく、親水性の効果が長期に亘って持続する。
Moreover, the surface of the
また、これらの樹脂は、射出成形法で成形することが可能であるので、生産性に優れて安価な支持体4を得ることができる。
Moreover, since these resins can be molded by an injection molding method, it is possible to obtain an
実施の形態2.
図7は、この発明の実施の形態2に係わる燃料電池に備えられた温湿度交換器の支持体の拡大断面図である。図8は、実施の形態2の温湿度交換器における供給される湿潤ガスのガス流量に対する被加湿ガスに含まれる水分から求めた水分の蒸発量である。この実施の形態2に係わる温湿度交換器は、支持体11だけが実施の形態1の温湿度交換器と異なっていてその他は同様であるので同様な部分の説明は省略する。
図7に示すように、支持体11は側面に幅が0.2mm、深さが0.2mmの溝12がピッチ0.4mmで設けられている。この支持体11は、実施の形態1と同様に射出成形法により作製されている。このとき使用される射出成形用金型は、側面に該当する箇所に幅が0.2mm、深さが0.2mmの溝がピッチ0.4mmで設けられている。さらに、金型が支持体11の側面に沿って分割されるように構成されている。
次に、図8に示すように、一点破線で示された実施の形態2の水分の蒸発量は、実施例1と同様にガス流量全般に亘って比較例よりも大きい。さらに、実施例1ではガス流量が35(リッター/分)以上で水分の蒸発量が飽和する傾向を示しているが、実施の形態2に係わる温湿度交換器においては35(リッター/分)以上においても飽和する傾向を示していない。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a temperature / humidity exchanger support provided in a fuel cell according to
As shown in FIG. 7, the
Next, as shown in FIG. 8, the amount of water evaporation of the second embodiment indicated by the one-dot broken line is larger than that of the comparative example over the entire gas flow rate as in the first embodiment. Furthermore, in Example 1, the gas flow rate is 35 (liters / minute) or more, and the evaporation amount of water tends to be saturated. However, in the temperature and humidity exchanger according to the second embodiment, 35 (liters / minute) or more. Also shows no tendency to be saturated.
このような温湿度交換器は、支持体の表面に微細な凹凸が設けられることにより、支持体11の表面積が大きくなり、凝縮する水分量および蒸発する水分量がともに大きくなるので、より大きな水分の交換効率を示す。
なお、さらに容易に成形品を取り出せるように抜き勾配を設けてもかまわない。
In such a temperature / humidity exchanger, since the surface of the support is provided with fine irregularities, the surface area of the
A draft may be provided so that the molded product can be taken out more easily.
1、2 流路、3 温湿度交換膜、4、7、11 支持体、5 外側支持体、6 内部支持体、8 液膜、12 溝。 1, 2, flow path, 3 temperature / humidity exchange membrane, 4, 7, 11 support body, 5 outer support body, 6 internal support body, 8 liquid film, 12 groove.
Claims (6)
上記温湿度交換器の温湿度交換膜を支持する支持体は、親水性エラストマーが分散された樹脂により作製されることを特徴とする燃料電池。 In a fuel cell provided with a temperature / humidity exchanger that performs heat exchange and moisture exchange between the two gas flows by disposing a temperature / humidity exchange membrane between the flow paths of the two gas flows,
The fuel cell according to claim 1, wherein the support for supporting the temperature / humidity exchange membrane of the temperature / humidity exchanger is made of a resin in which a hydrophilic elastomer is dispersed.
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JP2004037349A JP2005228648A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Fuel cell |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007234286A (en) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Honda Motor Co Ltd | Humidifier for reaction gas |
JP2019537815A (en) * | 2017-09-20 | 2019-12-26 | 株式会社東芝 | Fuel cell system, hydrogen production system |
-
2004
- 2004-02-13 JP JP2004037349A patent/JP2005228648A/en not_active Withdrawn
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