JP2005302442A - 燃料電池のカソードガス加湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カソードオフガスからカソードガスに供給される水蒸気量を増加させて発電効率を向上させるようにした燃料電池のカソードガス加湿装置を提供する。
【解決手段】カソードガスが通過すべき加湿器内カソードガス流路（２６ａ）と、カソードオフガスが通過すべき加湿器内カソードオフガス流路（２６ｂ）と、それらの間に介在させられる水蒸気透過膜（２６ｃ）からなる加湿器（２６）を、燃料電池に空気を供給するエアブロワ（２２）の空気取入口（２２ｂ）に取り付ける。これにより、エアブロワ（２２）に吸引された空気によって加湿器内カソードオフガス流路（２６ｂ）を冷却し、よってその内部を通過するカソードオフガスを冷却して相対湿度を上昇させる。
【選択図】図４

Description

この発明は、燃料電池のカソードガス加湿装置に関する。

燃料電池は、電解質膜の含水量が減少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カソードガス（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カソードガス加湿装置が数多く提案されている。

カソードガスの加湿には、燃料電池の発電によって生成された水蒸気（生成水）が広く利用されている。例えば、特許文献１に記載される技術にあっては、燃料電池から排出されたカソードオフガス（使用済みのカソードガス）に含まれる水蒸気を、水蒸気透過膜を介してカソードガスに供給して加湿するようにしている。
特開２０００−３０６５９５号公報

水蒸気透過膜を透過する水蒸気量は、一般に供給側の空気（上記した従来技術にあってはカソードオフガス）の相対湿度（以下単に「湿度」という）に依存する。具体的には、供給側空気の湿度が上昇するに従って透過する水蒸気量が増加する。このため、水蒸気透過膜を利用した従来の加湿装置にあっては、カソードオフガスの湿度が低下すると、カソードガスに供給される水蒸気量が減少してその湿度が低下し、発電効率が低下するという不具合があった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、カソードオフガスからカソードガスに供給される水蒸気量を増加させて発電効率を向上させるようにした燃料電池のカソードガス加湿装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、燃料電池に供給されるカソードガスを加湿する燃料電池のカソードガス加湿装置において、前記燃料電池に前記カソードガスを供給するエアブロワと、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気を前記カソードガスに供給して加湿する加湿器とを備えると共に、前記加湿器と前記エアブロワを近接配置するように構成した。

また、請求項２にあっては、前記加湿器が、前記カソードガスが通過するカソードガス流路と、前記カソードオフガスが通過するカソードオフガス流路と、および前記カソードガス流路と前記カソードオフガス流路の間に配置されて前記水蒸気を前記カソードオフガス流路から前記カソードガス流路に透過させる水蒸気透過膜とからなると共に、前記カソードオフガス流路が、前記カソードガス流路よりも熱伝導性の高い材料から構成されるようにした。

また、請求項３にあっては、さらに、前記エアブロワに吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアフィルタを備えると共に、前記エアフィルタが、前記カソードガス流路よりも熱伝導性の高い材料で前記カソードオフガス流路と一体的に構成されるようにした。

請求項１に係る燃料電池のカソードガス加湿装置にあっては、燃料電池にカソードガスを供給するエアブロワと、燃料電池から排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気をカソードガスに供給して加湿する加湿器とを備えると共に、前記加湿器と前記エアブロワを近接配置するように構成したので、エアブロワに吸引される空気によってカソードオフガスを冷却してその湿度を上昇させることができ、よってカソードオフガスからカソードガスに供給される水蒸気量を増加させて発電効率を向上させることができる。

また、請求項２に係る燃料電池のカソードガス加湿装置にあっては、加湿器が、カソードガスが通過するカソードガス流路と、カソードオフガスが通過するカソードオフガス流路と、カソードガス流路とカソードオフガス流路の間に配置されてカソードガスに含まれる水蒸気をカソードオフガス流路からカソードガス流路に透過させる水蒸気透過膜とからなると共に、カソードオフガス流路がカソードガス流路よりも熱伝導性の高い材料から構成されるようにしたので、カソードオフガス流路を通過するカソードオフガスを効率良く冷却することができるため、カソードガスに供給される水蒸気量をより増加させることができる。

また、請求項３に係る燃料電池のカソードガス加湿装置にあっては、さらに、エアブロワに吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアフィルタを備えると共に、エアフィルタがカソードガス流路よりも熱伝導性の高い材料でカソードオフガス流路と一体的に構成されるようにしたので、大量の空気が通過するエアフィルタをヒートシンクとして利用することができるため、カソードオフガスをより効率良く冷却することができ、カソードガスに供給される水蒸気量をより一層増加させることができる。さらに、加湿器やエアブロワ、エアフィルタが近接してコンパクトに配置されるため、装置の小型化と軽量化にも寄与することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る燃料電池のカソードガス加湿装置の最良の実施の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る燃料電池のカソードガス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。

図１において、符合１０は、第１実施例に係る燃料電池のカソードガス加湿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。

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、それを挟持するカソード電極（空気極）とアノード電極（燃料極）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。

燃料電池１２には、燃料電池１２にカソードガス（反応空気）と冷却ガス（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、空気を吸引して燃料電池１２に供給（送風）するエアブロワ２２と、燃料電池１２から排出された冷却ガス（使用済みの冷却ガス。以下「冷却オフガス」という）をカソードガスとして再度燃料電池１２に供給するためのカソードガス流路２４ａ１，２４ａ２と、燃料電池１２から排出されたカソードガス（使用済みのカソードガス。以下「カソードオフガス」という）が通過するカソードオフガス流路２４ｂ１，２４ｂ２と、エアブロワ２２に近接配置された加湿器２６などからなる。

エアブロワ２２は、燃料電池１２の冷却ガス流入口（図１で図示せず）に接続される。第１のカソードガス流路２４ａ１は、その上流側が冷却ガス排出口（図１で図示せず）に接続されると共に、下流側が加湿器２６に接続される。また、第２のカソードガス流路２４ａ２は、その上流側が加湿器２６に接続されると共に、下流側がカソードガス流入口（図１で図示せず）に接続される。

冷却ガス排出口には、さらに冷却オフガス排出路２４ｃの一端（上流側）が接続される。冷却オフガス排出路２４ｃは、他端（下流側）が大気に開放されると共に、途中にはリリーフバルブ２８が配置される。

第１のカソードオフガス流路２４ｂ１は、その上流側がカソードガス排出口（図１で図示せず）に接続されると共に、下流側が加湿器２６に接続される。また、第２のカソードオフガス流路２４ｂ２は、その上流側が加湿器２６に接続されると共に、下流側が大気に開放される。

また、燃料電池１２には、燃料電池１２にアノードガス（水素ガス）を供給するアノードガス供給系３０が接続される。アノードガス供給系３０は、アノードガスを高圧で封入したガスボンベ３２と、ガスボンベ３２を燃料電池１２に接続する流路３４ａ〜３４ｄ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。

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。

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の各アノード電極に接続される。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。

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に供給するパージガス供給系５０が接続される。パージガス供給系５０は、パージガスを高圧で封入したガスボンベ５２と、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。

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。

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。

尚、図１において、アノードガスやパージガスの流路となる各流路を太い実線で示し、空気の流路となる各流路を２重線で示した。

図１の説明を続けると、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。

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。

ガスボンベ３２に封入された高圧のアノードガスは、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、調圧されたアノードガスは、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のアノード電極に供給される。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の非運転時にアノードガスやパージ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。

燃料電池１２の各単電池１４では、アノード電極に供給されたアノードガスがカソード電極に存在するカソードガス（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、アノード電極に供給されたアノードガスのうち、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を介して再度アノード電極に供給される。

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。

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を介してアノードガスをアノード電極に供給すると共に、エアブロワ１６を動作させる。

エアブロワ１６で吸引された空気は、先ず、冷却ガスとして燃料電池１２内の冷却ガス通路（図示せず）に供給される。燃料電池１２から排出された冷却オフガスは、さらに、第１のカソードガス流路２４ａ１、加湿器２６および第２のカソードガス流路２４ａ２を介し、燃料電池１２のカソード電極にカソードガスとして供給される。尚、冷却オフガスの一部は、リリーフバルブ２８と冷却オフガス排出路２４ｃを介して大気中に排出される。即ち、燃料電池１２に供給されるカソードガスの量は、リリーフバルブ２８によって手動で調節される。

燃料電池１２から排出されたカソードオフガスは、第１のカソードオフガス流路２４ｂ１、加湿器２６および第２のカソードオフガス流路２４ｂ２を通過して大気中に排出される。また、燃料電池１２の発電に伴って生成された水蒸気（生成水）は、カソードオフガスと共に第１のカソードオフガス流路２４ｂ１を通過して加湿器２６に至り、そこでカソードガスへと供給される。

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。

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。

また、ＥＣＵ１１０は、図示しない電圧センサの出力に基づき、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。

これにより、アノードガスの供給が遮断される一方、ガスボンベ５２に封入された高圧のパージガスがボンベバルブ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のアノード電極に供給される。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。

アノード電極に供給されたパージガスは、アノード電極内に滞留した不反応ガスなどを燃料電池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を介して燃料電池１２の外部に排出される。

次いで、図２以降を参照して空気供給系２０の構成について詳説する。

図２および図３は、燃料電池１２とそれに接続される空気供給系２０の斜視図である。

図２に示すように、燃料電池１２の側面１２ａ（より具体的には、スタックが収容されるケースの側面）には、冷却ガス流入口２４ｄとカソードガス流入口２４ｅが設けられる。燃料電池１２の上部には前記したエアブロワ２２が配置され、その吐出口２２ａはマニホールド２４ｆを介して冷却ガス流入口２４ｄに接続される。

また、図３に示すように、燃料電池１２の側面１２ｂ（上記した側面１２ａと対向する側面）には、冷却ガス排出口２４ｇとカソードガス排出口２４ｈが設けられる。冷却ガス排出口２４ｇには、マニホールド２４ｉを介して前記した第１のカソードガス流路２４ａ１の上流側が接続される。第１のカソードガス流路２４ａ１の下流側は、加湿器２６を介して第２のカソードガス流路２４ａ２の上流側に接続され、第２のカソードガス流路２４ａ２の下流側は、図２に示す如くマニホールド２４ｊを介してカソードガス流入口２４ｅに接続される。冷却ガス排出口２４ｇには、さらにマニホールド２４ｉを介して冷却オフガス排出路２４ｃの一端（上流側）が接続される。冷却オフガス排出路２４ｃの他端（下流側）は、前記したように大気に開放されると共に、その途中にはリリーフバルブ２８が配置される。

また、カソードガス排出口２４ｈには、マニホールド２４ｋを介して第１のカソードオフガス流路２４ｂ１の上流側が接続される。第１のカソードオフガス流路２４ｂ１の下流側は、加湿器２６を介して第２のカソードオフガス流路２４ｂ２の上流側に接続され、第２のカソードオフガス流路２４ｂ２の下流側は大気に開放される。

図４は、加湿器２６の分解斜視図である。

図４に示すように、加湿器２６は、カソードガスが通過すべき流路２６ａ（以下「加湿器内カソードガス流路」という）と、カソードオフガスが通過すべき流路２６ｂ（以下「加湿器内カソードオフガス流路」という）と、それらの間に配置される水蒸気透過膜２６ｃなどからなり、エアブロワ２２の空気取入口２２ｂに取り付けられる。

エアブロワ２２は、ブロワケース２２ｃと、ブロワケース２２ｃに収容された遠心式のファン２２ｄと、ファン２２ｄを回転させる電動モータ２２ｅ（図２に示す）と、ブロワケース２２ｃに取り付けられるブロワカバー２２ｆとからなる。ブロワカバー２２ｆには、正面視円形の空気取入口２２ｂが形成される。

加湿器内カソードガス流路２６ａは、ブロワカバー２２ｆに一体的に形成される、具体的には、円形の空気取入口２２ｂの周囲を取り囲むように（逆）Ｕの字状に形成される。加湿器内カソードガス流路２６ａは、その一端（エアブロワ２２に向かって左側に位置する端部）に第１のカソードガス流路２４ａ１の下流側が接続されると共に、他端（エアブロワ２２に向かって右側に位置する端部）には第２のカソードガス流路２４ａ２の上流側が接続される。尚、ブロワカバー２２ｆおよび加湿器内カソードガス流路２６ａは、熱伝導性の低い樹脂材から構成される。

加湿器内カソードオフガス流路２６ｂも、加湿器内カソードガス流路２６ａと同様に円形の空気取入口２２ｂの周囲を取り囲むように（逆）Ｕの字状に形成され、その一端（エアブロワ２２に向かって左側に位置する端部）に第２のカソードオフガス流路２４ｂ２の上流側が接続されると共に、他端（エアブロワ２２に向かって右側に位置する端部）に第１のカソードオフガス流路２４ｂ１の下流側が接続される。即ち、加湿器内カソードガス流路２６ａと加湿器内カソードオフガス流路２６ｂとでは、その内部の気体の流れ方向が逆向きとされる。尚、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂは、加湿器内カソードガス流路２６ａよりも熱伝導性が高い材料、具体的にはアルミニウムから構成される。

加湿器内カソードオフガス流路２６ｂは、水蒸気透過膜２６ｃとシール２６ｄ，２６ｅを介して加湿器内カソードガス流路２６ａに取り付けられる。即ち、加湿器内カソードガス流路２６ａと加湿器内カソードオフガス流路２６ｂは、水蒸気透過膜２６ｃによって隔てられる。尚、水蒸気透過膜２６ｃは、公知の中空糸膜からなる。

加湿器内カソードオフガス流路２６ｂには、エアブロワ２２に吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアフィルタ２２ｇが一体的に取り付けられる。エアフィルタ２２ｇは、具体的にはアルミニウム製のメッシュフィルタであり、エアブロワの空気取入口２２ｂを覆うように加湿器内カソードオフガス流路２６ｂの壁面に溶接されて取り付けられる。

また、加湿器内カソードガス流路２６ａは、第１および第２のカソードガス流路２４ａ１，２４ａ２よりも径大とされる（断面積が大きく設定される）。加湿器内カソードオフガス流路２６ｂも同様に、第１および第２のカソードオフガス流路２４ｂ１，２４ｂ２よりも径大とされる。さらに、加湿器内カソードガス流路２６ａの壁面は、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂのそれよりも肉厚に形成される。これらの理由については後述する。

次いで、図２および図３を参照し、エアブロワ２２で吸引された空気の流れについて詳説する。

エアフィルタ２２ｇを介してエアブロワ２２に吸引された空気は、吐出口２２ａ、マニホールド２４ｆおよび冷却ガス流入口２４ｄを介し、冷却ガスとして燃料電池１２の冷却ガス通路に供給される。冷却ガス通路を通過した冷却ガスは、冷却ガス排出口２４ｇからマニホールド２４ｉに排出される。マニホールド２４ｉに排出された冷却オフガスは、リリーフバルブ２８の開度に応じた量が冷却オフガス排出路２４ｃから大気へと排出されると共に、残余が第１のカソードガス流路２４ａ１を通過して加湿器２６の加湿器内カソードガス流路２６ａに流入される。

加湿器内カソードガス流路２６ａを通過したカソードガスは、第２のカソードガス流路２４ａ２、マニホールド２４ｊおよびカソードガス流入口２４ｅを介し、燃料電池１２のカソード電極にカソードガスとして供給される。カソード電極を通過したカソードガスは、カソードガス排出口２４ｈからマニホールド２４ｋに排出された後、さらに第１のカソードオフガス流路２４ｂ１を介して加湿器２６の加湿器内カソードオフガス流路２６ｂに流入される。

加湿器内カソードオフガス流路２６ｂを通過したカソードオフガスは、第２のカソードオフガス流路２４ｂ２を介して大気へと排出される。

続いて、カソードガスの加湿動作について詳説する。

燃料電池１２の発電に伴って発生した水蒸気は、カソードオフガスと共に第１のカソードオフガス流路２４ｂ１を通過して加湿器２６の加湿器内カソードオフガス流路２６ｂに流入する。そして、水蒸気透過膜２６ｃを透過して加湿器内カソードガス流路２６ａを流れるカソードガスに供給され、よってカソードガスが加湿される。

ここで特徴的なことは、加湿器２６がエアブロワ２２に近接配置されていること、具体的には、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂがエアブロワの空気取入口２２ｂに近接配置されていることにある。これにより、エアブロワ２２に吸引された空気によって加湿器内カソードオフガス流路２６ｂが冷却されるため、その内部を通過するカソードオフガスも冷却されて湿度が上昇し、よってカソードオフガスからカソードガスに供給される水蒸気量を増加させて燃料電池１２の発電効率を向上させることができる。

また、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂを、加湿器内カソードガス流路２６ａよりも熱伝導性の高い材料、具体的にはアルミニウムから構成したので、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂの冷却を促進してカソードオフガスを効率良く冷却することができ、よってカソードガスに供給される水蒸気量をより増加させることができる。

さらに、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂを、空気取入口２２ｂの周囲を取り囲むように（逆）Ｕの字状に形成したことから、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂと空気取入口２２ｂの接触面積が増大され、カソードオフガスをより一層効率良く冷却することができ、よってカソードガスに供給される水蒸気量をより一層増加させることができる。

さらに、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂにエアフィルタ２２ｇを一体的に取り付けると共に、エアフィルタ２２ｇを、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂと同様に熱伝導性の高いアルミニウムから構成したので、大量の空気が通過するエアフィルタ２２ｇをヒートシンクとして利用することができるため、カソードオフガスをより一層効率良く冷却することができ、よってカソードガスに供給される水蒸気量をより一層増加させることができる。また、加湿器２６やエアブロワ２２、エアフィルタ２２ｇが近接してコンパクトに配置されるため、装置の小型化と軽量化にも寄与することができる。

一方、加湿器内カソードガス流路２６ａに関しては、熱伝導性の低い樹脂製とし、さらにはその壁面を加湿器内カソードオフガス流路２６ｂよりも肉厚に形成したことから、エアブロワ２２に吸引された空気による冷却が抑制される。前述したように、燃料電池１２にあっては、冷却オフガスをカソードガスとして使用するため、カソードガスは昇温された状態で加湿器２６に流入する。従って、加湿器内カソードガス流路２６ａの冷却を抑制することで、カソードガスを高温に維持する、換言すれば、カソードガスが取り込める水蒸気量の低下（飽和水蒸気量の低下）を防止することができ、よってカソードガスに供給される水蒸気量をより一層増加させることができる。

また、加湿器内カソードガス流路２６ａと加湿器内カソードオフガス流路２６ｂを、それぞれ第１および第２のカソードガス流路２４ａ１，２４ａ２と第１および第２のカソードオフガス流路２４ｂ１，２４ｂ２よりも径大としたので、各流路２６ａ，２６ｂを通過するカソードガスとカソードオフガスの流速を低下させることができる。これにより、カソードオフガスの冷却効率をより一層向上させることができると共に、単位流量当たりの水蒸気供給時間を増大することができ、よってカソードガスに供給される水蒸気量をより一層増加させることができる。

さらに、加湿器内カソードガス流路２６ａを通過するカソードガスの流れ方向と加湿器内カソードオフガス流路２６ｂを通過するカソードオフガスの流れ方向を逆向きとしたので、温度が低下する前（取り込める水蒸気量が最も多いとき）のカソードガスと温度が最も低下した（湿度が最も上昇した）ときのカソードオフガスの間で水蒸気の移動を行うことができ、よってカソードガスに供給される水蒸気量をより増加させることができる。

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）に供給されるカソードガスを加湿する燃料電池のカソードガス加湿装置において、前記燃料電池（１２）に前記カソードガスを供給するエアブロワ（２２）と、前記燃料電池（１２）から排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気を前記カソードガスに供給して加湿する加湿器（２６）とを備えると共に、前記加湿器（２６）と前記エアブロワ（２２）を近接配置するように構成した。

これにより、エアブロワ２２に吸引される空気によってカソードオフガスを冷却してその湿度を上昇させることができ、よってカソードオフガスからカソードガスに供給される水蒸気量を増加させて燃料電池１２の発電効率を向上させることができる。

また、前記加湿器（２６）が、前記カソードガスが通過するカソードガス流路（加湿器内カソードガス流路２６ａ）と、前記カソードオフガスが通過するカソードオフガス流路（加湿器内カソードオフガス流路２６ｂ）と、および前記カソードガス流路（２６ａ）と前記カソードオフガス流路（２６ｂ）の間に配置されて前記水蒸気を前記カソードオフガス流路（２６ｂ）から前記カソードガス流路（２６ａ）に透過させる水蒸気透過膜（２６ｃ）とからなると共に、前記カソードオフガス流路（２６ｂ）が、前記カソードガス流路（２６ａ）よりも熱伝導性の高い材料（具体的にはアルミニウム）から構成されるようにした。

これにより、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂを通過するカソードオフガスを効率良く冷却することができるため、カソードガスに供給される水蒸気量をより増加させることができる。

さらに、前記エアブロワ（２２）に吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアフィルタ（２２ｇ）を備えると共に、前記エアフィルタ（２２ｇ）が、前記カソードガス流路（２６ａ）よりも熱伝導性の高い材料（具体的にはアルミニウム）で前記カソードオフガス流路（２６ｂ）と一体的に構成されるようにした。

これにより、大量の空気が通過するエアフィルタ２２ｇをヒートシンクとして利用することができるため、カソードオフガスをより効率良く冷却することができ、カソードガスに供給される水蒸気量をより一層増加させることができる。さらに、加湿器２６やエアブロワ２２、エアフィルタ２２ｇが近接してコンパクトに配置されるため、装置の小型化と軽量化にも寄与することができる。

尚、上記において、加湿器内カソードオフガス流路２６ｂやエアフィルタ２２ｇの材料の具体例を挙げたが、それに限定されるものではない。

この発明の第１実施例に係る燃料電池のカソードガス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。 図１に示す燃料電池とそれに接続される空気供給系の斜視図である。 同様に、燃料電池とそれに接続される空気供給系の斜視図である。 図１に示す加湿器の分解斜視図である。

符号の説明

１２ 燃料電池
２２ エアブロワ
２２ｇ エアフィルタ
２６ 加湿器
２６ａ 加湿器内カソードガス流路（カソードガス流路）
２６ｂ 加湿器内カソードオフガス流路（カソードオフガス流路）
２６ｃ 水蒸気透過膜

Claims (3)

1. 燃料電池に供給されるカソードガスを加湿する燃料電池のカソードガス加湿装置において、前記燃料電池に前記カソードガスを供給するエアブロワと、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスに含まれる水蒸気を前記カソードガスに供給して加湿する加湿器とを備えると共に、前記加湿器と前記エアブロワを近接配置したことを特徴とする燃料電池のカソードガス加湿装置。
2. 前記加湿器が、前記カソードガスが通過するカソードガス流路と、前記カソードオフガスが通過するカソードオフガス流路と、および前記カソードガス流路と前記カソードオフガス流路の間に配置されて前記水蒸気を前記カソードオフガス流路から前記カソードガス流路に透過させる水蒸気透過膜とからなると共に、前記カソードオフガス流路が、前記カソードガス流路よりも熱伝導性の高い材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池のカソードガス加湿装置。
3. さらに、前記エアブロワに吸引される空気に含まれる粉塵を除去するエアフィルタを備えると共に、前記エアフィルタが、前記カソードガス流路よりも熱伝導性の高い材料で前記カソードオフガス流路と一体的に構成されることを特徴とする請求項２記載の燃料電池のカソードガス加湿装置。
   

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