JP2005353580A - Humidification device of fuel cell - Google Patents

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篤志 前田
Nagayuki Akashi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a humidification device of a fuel cell in which an exclusive heater for heating the gas after humidification is not required and temperature control of the gas after humidification can be stabilized compared with the case of direct heating of the gas. <P>SOLUTION: (1) The humidification device 1 of a fuel cell is equipped with a humidifying tank 2 for humidifying the gas to a humidity suitable for operating the fuel cell, gas piping 3 at the downstream of the humidifying tank which connects the humidifying tank and the fuel cell and of which at least a part is constructed of a duplex pipe having an inner pipe and an outer pipe, and a hot water circulation route 4 which circulates hot water between the inner pipe and the outer pipe of the duplex pipe. (2) The hot water circulation route 4 is composed of a humidifying water circulation route which circulates the humidifying water in the humidification tank between the inner pipe 3a and the outer pipe 3b of the duplex pipe at the downstream of the humidification tank. (3) The hot water circulation route 4 is composed of a fuel cell cooling water circulation route which circulates the cooling water of the fuel cell after cooling of the fuel cell between the inner pipe 3a and the outer pipe 3b of the duplex pipe at the downstream of the humidification tank. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池の加湿装置に関する。   The present invention relates to a humidifier for a fuel cell.

固体高分子電解質型燃料電池１０は、図４〜図６に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。積層方向は上下方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
セパレータ１８には、アノード１４、カソード１７に燃料ガス（たとえば、水素）および酸化ガス（たとえば、酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）と、その裏面に冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。また、セパレータ１８には、燃料ガス流路２７に燃料ガスを供給、排出するための燃料ガスマニホールド３０、酸化ガス流路２８に酸化ガスを供給、排出するための酸化ガスマニホールド３１、冷媒流路２６に冷媒を供給、排出するための冷媒マニホールド２９が形成されている。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねて単位燃料電池（「単セル」ともいう）１９を構成し、少なくとも１つのセルからモジュール（図２〜図４では１モジュールが１セルから構成される場合を示しており、セル１９とモジュールが等しいので、モジュールにも符号１９を付す）を構成し、モジュール１９を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、エンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５により固定し、セル積層体にセル積層方向の締め付け荷重を付与して、燃料電池スタック２３を構成する。 As shown in FIGS. 4 to 6, the solid polymer electrolyte fuel cell 10 is composed of a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator 18. The stacking direction is not limited to the vertical direction, and may be any direction.
The membrane-electrode assembly includes an electrolyte membrane 11 made of an ion exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode) 14 made of a catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a catalyst layer disposed on the other surface of the electrolyte membrane. It consists of electrodes (cathode, air electrode) 17. Between the membrane-electrode assembly and the separator 18, diffusion layers 13 and 16 are provided on the anode side and the cathode side, respectively.
The separator 18 is provided with reaction gas channels 27 and 28 (a fuel gas channel 27, an oxidation gas) for supplying a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidizing gas (for example, oxygen, usually air) to the anode 14 and the cathode 17. A gas flow path 28) and a refrigerant flow path 26 for flowing a refrigerant (usually cooling water) are formed on the back surface thereof. Further, the separator 18 has a fuel gas manifold 30 for supplying and discharging fuel gas to and from the fuel gas channel 27, an oxidizing gas manifold 31 for supplying and discharging oxidizing gas to the oxidizing gas channel 28, and a refrigerant channel. A refrigerant manifold 29 for supplying and discharging refrigerant is formed at 26.
A unit fuel cell (also referred to as a “single cell”) 19 is configured by stacking the membrane-electrode assembly and the separator 18, and a module is composed of at least one cell (in FIG. 2 to FIG. 4, one module is composed of one cell). Since the module is the same as the cell 19, the module is also denoted by reference numeral 19), and the module 19 is stacked to form a cell stack, and terminals 20 and insulators 21 are provided at both ends of the cell stack in the cell stacking direction. The end plate 22 is disposed, and the end plate 22 is fixed by a fastening member (for example, a tension plate 24) extending in the cell stacking direction outside the cell stack, bolts and nuts 25, and tightened to the cell stack in the cell stacking direction. The fuel cell stack 23 is configured by applying a load.

各セル１９の、アノード側１４では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
上記の発電が円滑に行われるには、電解質膜が適正な湿潤状態にあることが必要であり、そのために、反応ガス（たとえば、酸化ガス）は加湿装置で加湿された後に燃料電池に供給される。 An ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the anode side 14 of each cell 19, and the hydrogen ions move to the cathode side through the electrolyte membrane 11, and oxygen, hydrogen ions, and Reaction to generate water from electrons (electrons generated at the anode of the adjacent MEA come through the separator, or electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction come to the cathode of the other end cell through an external circuit) Thus, power generation is performed.
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
In order for the above power generation to be performed smoothly, the electrolyte membrane needs to be in a proper wet state. For this reason, the reaction gas (for example, oxidizing gas) is supplied to the fuel cell after being humidified by a humidifier. The

特開２０００−６７８９３号公報は、または図７は、外周にヒーターを巻き付けて加熱された加湿タンク２内にガス８を導入し、加湿タンク２内の加湿水９中に放出してバブリングさせることによりガスを加湿し、加湿ガスが溜まった加湿タンク２内の上部空間から加湿ガスを加湿ガス取出し管（加湿タンク下流ガス配管）３で取り出して燃料電池１０に供給する装置を開示している。また、加湿ガス取出し管３を通る時に加湿ガス中の蒸気が結露しないように、加湿ガス取出し管２には加湿タンク１とは別のヒーター４Ｈが巻き付けられている。これは、加湿後のガスが温度を露点以上の温度に維持しないと結露し、狙いの加湿量からずれたり、水滴が燃料電池内に入るとガスの供給が水滴で阻害され燃料電池運転に影響を与える場合があるので、それを避けるためである。図７中、ＭＦＣは流量制御バルブを示し、４０は燃料電池冷却水の循環ポンプ４０を示し、４１は燃料電池１０から出たガスの背圧弁を示す。
特開２０００−６７８９３号公報 In JP-A-2000-67893, or FIG. 7, a gas 8 is introduced into a humidified tank 2 that is heated by winding a heater around the outer periphery, and is released into the humidified water 9 in the humidified tank 2 for bubbling. Discloses a device for humidifying gas, extracting the humidified gas from the upper space in the humidifying tank 2 where the humidified gas is accumulated, and supplying the fuel cell 10 with the humidified gas extraction pipe (humidified tank downstream gas pipe) 3. Further, a heater 4H different from the humidification tank 1 is wound around the humidification gas extraction pipe 2 so that the vapor in the humidification gas does not condense when passing through the humidification gas extraction pipe 3. This is because if the gas after humidification does not maintain the temperature above the dew point, dew will form, deviating from the target humidification amount, or if water droplets enter the fuel cell, the gas supply will be blocked by water droplets and affect fuel cell operation. This is to avoid it. In FIG. 7, MFC indicates a flow control valve, 40 indicates a circulation pump 40 of the fuel cell cooling water, and 41 indicates a back pressure valve for the gas discharged from the fuel cell 10.
JP 2000-67893 A

しかし、従来の加湿装置には、つぎの課題がある。
（イ） 加湿後のガスを保温するために、加湿タンク下流配管に、加湿タンクとは別に、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーター４Ｈが必要であり、２セット以上のヒーター（加湿タンク加熱用とガス加熱専用ヒーター４Ｈ）が必要となる。
また、加湿水温に合わせて配管側ヒーターの出力の制御が必要な場合がある。
（ロ） ガスを直接ヒーター４Ｈで加熱して温度制御しており、ガスの熱容量が小さいため、水温制御を介してガスの温度制御をする場合に比べて、ガス温度が過敏に変化して安定性が悪く、オーバーシュート（温度が高くなり過ぎ）やアンダーシュート（温度が低くなり過ぎ）が生じやすくなる。 However, the conventional humidifier has the following problems.
(B) In order to keep the humidified gas warm, a dedicated heater 4H for heating the humidified gas is required separately from the humidifying tank in the downstream piping of the humidifying tank, and two or more sets of heaters (humidified) Tank heaters and gas heaters 4H) are required.
In some cases, it is necessary to control the output of the pipe heater in accordance with the humidified water temperature.
(B) The temperature is controlled by directly heating the gas with the heater 4H, and since the heat capacity of the gas is small, the gas temperature changes more sensitively and stable than when the gas temperature is controlled via the water temperature control. Inferior, overshoot (temperature becomes too high) and undershoot (temperature becomes too low) are likely to occur.

本発明の目的は、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーターが不要で、かつ、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができる燃料電池の加湿装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a humidifier for a fuel cell that does not require a dedicated heater for heating the gas after humidification and can stabilize the temperature control of the gas after humidification compared to the case of direct gas heating. Is to provide.

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
〔本発明の実施例１と実施例２に共通する事項〕
（１） ガスを燃料電池を運転するに適する湿度に加湿するための加湿タンクと、
加湿タンクと燃料電池とを接続し、少なくとも一部が内管と外管を有する二重管から構成された、加湿タンク下流のガス配管と、
温水を前記二重管の内管と外管との間に循環させる温水循環経路と、
を備えた燃料電池の加湿装置。

〔本発明の実施例１に特有な事項〕
（２） 前記温水循環経路が、前記加湿タンク内の加湿水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させる加湿水循環経路からなり、
前記加湿水循環経路上に設けられた、加湿水を加熱するヒーターを備えている（１）記載の燃料電池の加湿装置。
（３） 前記加湿タンクがガスを加湿水中を通過させて加湿する加湿タンクである（２）記載の燃料電池の加湿装置。
（４） 前記加湿水循環経路を循環する加湿水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間の流路から前記加湿タンク内に戻す（２）または（３）記載の燃料電池の加湿装置。
（５） 前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間の流路から前記加湿タンクの内部に循環された加湿水を前記加湿タンクの内面に沿わせて流す（２）または（３）記載の燃料電池の加湿装置。

〔本発明の実施例２に特有な事項〕
（６） 前記温水循環経路が、前記燃料電池冷却後の燃料電池冷却水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させる燃料電池冷却水循環経路からなる（１）記載の燃料電池の加湿装置。
（７） 前記燃料電池冷却水循環経路の燃料電池と前記加湿タンク下流の二重管との間に、燃料電池冷却水を加熱するヒーターを備えている（６）記載の燃料電池の加湿装置。 The present invention for achieving the above object is as follows.
[Matters common to the first and second embodiments of the present invention]
(1) a humidifying tank for humidifying the gas to a humidity suitable for operating the fuel cell;
A gas pipe downstream of the humidification tank, wherein the humidification tank and the fuel cell are connected, and at least a part of the pipe is composed of a double pipe having an inner pipe and an outer pipe;
A hot water circulation path for circulating hot water between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe;
A humidifier for a fuel cell.

[Matters Specific to Example 1 of the Present Invention]
(2) The warm water circulation path comprises a humidified water circulation path for circulating the humidified water in the humidified tank between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe downstream of the humidified tank,
The fuel cell humidifier according to (1), further comprising a heater provided on the humidified water circulation path for heating the humidified water.
(3) The humidifying device for a fuel cell according to (2), wherein the humidifying tank is a humidifying tank that humidifies gas through humidified water.
(4) The fuel according to (2) or (3), wherein the humidified water circulating in the humidified water circulation path is returned to the humidified tank from a flow path between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe downstream of the humidified tank. Battery humidifier.
(5) Flowing humidified water circulated inside the humidifying tank from the flow path between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe downstream of the humidifying tank along the inner surface of the humidifying tank (2) or (3) A humidifier for a fuel cell according to (3).

[Matters Specific to Example 2 of the Present Invention]
(6) The hot water circulation path comprises a fuel cell cooling water circulation path for circulating the fuel cell cooling water after cooling the fuel cell between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe downstream of the humidification tank (1). A fuel cell humidifier.
(7) The fuel cell humidifier according to (6), further comprising a heater for heating the fuel cell cooling water between the fuel cell in the fuel cell cooling water circulation path and the double pipe downstream of the humidification tank.

上記（１）の燃料電池の加湿装置によれば、少なくとも一部が内管と外管を有する二重管から構成されたガス配管にて加湿タンクと燃料電池とを接続し、二重管の内管と外管との間に温水（加湿タンクの加湿水、または燃料電池冷却水）を循環させるようにしたので、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーターが不要となり、かつ温水を介してガスを温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができ、オーバーシュート（温度が高くなり過ぎ）やアンダーシュート（温度が低くなり過ぎ）が生じにくくなる。
上記（２）の燃料電池の加湿装置によれば、加湿タンクの加湿水を加湿水加熱用のヒーターで加熱して加湿タンク下流のガス配管の二重管の内管と外管との間に循環させるので、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーターが不要となる。また、温水を介してガスを温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができる。加湿タンクにおけるガスの加湿は一つの方法に限定されるものではなく、バブリング法でも、加振法でも、霧化法でもよい。
上記（３）の燃料電池の加湿装置によれば、加湿はガスを加湿水中を通過させバブリングさせることにより行われる。
上記（４）の燃料電池の加湿装置によれば、加湿水循環経路を循環する加湿水を加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間から加湿タンク内に戻すので、加湿水は加湿タンク下流のガス配管まわりから加湿タンク内の順で流れ、加湿タンク下流のガス配管まわりの加湿水の温度が加湿タンク内の加湿水の温度より高くなる。その結果、加湿タンク下流のガス配管内で結露が生じない。
上記（５）の燃料電池の加湿装置によれば、加湿タンク下流の配管まわりから加湿タンクの内部に循環された加湿水を加湿タンクの内面に沿わせて流すので、加湿水は加湿タンクを加熱・保温し、加湿タンク内で、かつ、加湿タンクの下部の加湿水が溜まっている部分より上方で結露が生じることもない。
上記（６）の燃料電池の加湿装置によれば、燃料電池冷却後の燃料電池冷却水を加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させるので、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーターが不要となる。また、温水を介してガスを温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができる。
上記（７）の燃料電池の加湿装置によれば、燃料電池冷却水循環経路の燃料電池と加湿タンク下流の二重管との間に、燃料電池冷却水を加熱するヒーターを備えた場合は、温水制御を介してガス温度を制御することができ、ヒーターを備えない場合より一層、結露防止をはかることが容易になる。 According to the fuel cell humidifier of (1) above, the humidification tank and the fuel cell are connected by a gas pipe composed of a double pipe having at least a part of an inner pipe and an outer pipe. Since warm water (humidification tank humidification water or fuel cell cooling water) is circulated between the inner and outer pipes, a dedicated heater for heating the humidified gas is not required, and The temperature of the gas after humidification can be stabilized compared to the case of direct gas heating, and overshoot (temperature becomes too high) and undershoot (temperature becomes too low) ) Is less likely to occur.
According to the fuel cell humidifier of (2) above, the humidified water in the humidifying tank is heated with a heater for heating the humidified water, and between the inner pipe and the outer pipe of the gas pipe downstream of the humidifying tank. Since it is circulated, a dedicated heater for heating the humidified gas becomes unnecessary. In addition, since the gas is heated through the hot water, the temperature control of the gas after humidification can be stabilized as compared with the case of direct gas heating. The humidification of the gas in the humidification tank is not limited to one method, and may be a bubbling method, a vibration method, or an atomization method.
According to the fuel cell humidifier of (3) above, humidification is performed by bubbling gas through the humidified water.
According to the fuel cell humidifier of (4) above, the humidified water circulating in the humidified water circulation path is returned to the humidifying tank from between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe downstream of the humidifying tank. The gas flows in the order from the gas piping downstream of the humidification tank to the humidification tank, and the temperature of the humidification water around the gas piping downstream of the humidification tank becomes higher than the temperature of the humidification water in the humidification tank. As a result, no condensation occurs in the gas piping downstream of the humidification tank.
According to the fuel cell humidifier of (5) above, the humidified water circulates along the inner surface of the humidifying tank from around the piping downstream of the humidifying tank, so that the humidifying water heats the humidifying tank. -Keeping warm, no condensation occurs in the humidification tank and above the portion of the humidification tank where the humidified water is accumulated.
According to the fuel cell humidifier of the above (6), the fuel cell cooling water after cooling the fuel cell is circulated between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe downstream of the humidification tank. A dedicated heater for heating is not necessary. In addition, since the gas is heated through the hot water, the temperature control of the gas after humidification can be stabilized as compared with the case of direct gas heating.
According to the fuel cell humidifier of (7) above, when the heater for heating the fuel cell coolant is provided between the fuel cell in the fuel cell coolant circulation path and the double pipe downstream of the humidifier tank, The gas temperature can be controlled through the control, and it becomes easier to prevent condensation than when no heater is provided.

以下に、本発明の燃料電池の加湿装置を、図１〜図６を参照して説明する。図１は本発明の実施例１を示し、図２、図３は本発明の実施例２を示し、図４〜図６は、従来の技術の説明において前述したが、本発明の燃料電池の加湿装置が適用される燃料電池の一例を示すものとして、本発明の説明にも利用される。
本発明の実施例１と実施例２にわたって共通する部分には本発明の実施例１と実施例２にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の実施例１と実施例にわたって共通する部分を図１、図４〜図６を参照して説明する。
本発明の燃料電池の加湿装置は、実際の発電用燃料電池の反応ガス供給システムに用いられてもよいし、あるいは、燃料電池の発電評価設備の反応ガス供給システムに用いられてもよい。本発明の加湿装置が適用される燃料電池は、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池であるが、それに限るものではない。 Below, the humidification apparatus of the fuel cell of this invention is demonstrated with reference to FIGS. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 show a second embodiment of the present invention, and FIGS. 4 to 6 have been described in the description of the prior art. As an example of a fuel cell to which a humidifier is applied, it is also used in the description of the present invention.
Portions common to the first and second embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals throughout the first and second embodiments of the present invention.
First, parts common to the first embodiment and the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.
The humidifier for a fuel cell according to the present invention may be used in a reaction gas supply system of an actual power generation fuel cell, or may be used in a reaction gas supply system of a power generation evaluation facility of a fuel cell. The fuel cell to which the humidifier of the present invention is applied is, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell, but is not limited thereto.

本発明の燃料電池の加湿装置１は、燃料電池１０の燃料ガスの加湿と燃料電池１０の酸化ガスの加湿との少なくとも一方に利用される。燃料電池１０の燃料ガスの加湿と燃料電池１０の酸化ガスの加湿との両方に利用される場合は、燃料電池１０の燃料ガスの加湿に利用される加湿装置１と、燃料電池１０の酸化ガスの加湿に利用される加湿装置１とは、それぞれ別に設けられるので、２セット設けられることになる。加湿装置１で加湿された燃料ガスは燃料電池１０の燃料ガス流路に供給され、加湿装置１で加湿された酸化ガスは燃料電池１０の酸化ガス流路に供給される。燃料電池１０の燃料ガス流路から排出された燃料ガスの少なくとも一部は、再循環されて加湿装置１に循環されてもよい。   The fuel cell humidifier 1 of the present invention is used for at least one of humidification of the fuel gas of the fuel cell 10 and humidification of the oxidizing gas of the fuel cell 10. When used for both humidification of the fuel gas of the fuel cell 10 and humidification of the oxidizing gas of the fuel cell 10, the humidifier 1 used for humidifying the fuel gas of the fuel cell 10, and the oxidizing gas of the fuel cell 10 Since the humidifying apparatus 1 used for humidifying each is provided separately, two sets are provided. The fuel gas humidified by the humidifier 1 is supplied to the fuel gas flow path of the fuel cell 10, and the oxidizing gas humidified by the humidifier 1 is supplied to the oxidizing gas flow path of the fuel cell 10. At least a part of the fuel gas discharged from the fuel gas flow path of the fuel cell 10 may be recirculated and circulated to the humidifier 1.

本発明の燃料電池の加湿装置１は、ガス８（燃料ガスおよび／または酸化ガス）を燃料電池１０を運転するに適する湿度（たとえば、露点における飽和湿度）に加湿するための加湿タンク２と、加湿タンク２下流のガス配管３（加湿タンク２と燃料電池１０を結ぶガス配管）と、温水循環経路４とを備えている。
加湿タンク下流のガス配管３は、加湿タンク２と燃料電池１０とを接続し、（長さの）少なくとも一部が内管３ａと外管３ｂを有する二重管から構成されている。
温水循環経路４は、温水９を二重管の内管３ａと外管３ｂとの間に循環させてガス配管３（の内管３ａ）を加熱または温める経路部分４ｄを有する温水循環経路からなる。温水は、二重管の内管３ａ内を通る加湿されたガスの結露を防止するようにガス配管３の内管３ａを内管３ａのまわりから加熱および／または温める温度を有し、たとえば８０℃かそれより高い温度を有する。温水は、二重管の内管３ａを温めた後は二重管に入る前よりは若干温度が下がる（たとえば、７５℃以上で８０℃未満の温度となる）。 A humidifying device 1 for a fuel cell according to the present invention includes a humidifying tank 2 for humidifying a gas 8 (fuel gas and / or oxidizing gas) to a humidity suitable for operating the fuel cell 10 (for example, saturated humidity at the dew point), A gas pipe 3 (gas pipe connecting the humidification tank 2 and the fuel cell 10) downstream of the humidification tank 2 and a hot water circulation path 4 are provided.
The gas pipe 3 downstream of the humidification tank is connected to the humidification tank 2 and the fuel cell 10, and at least a part (of length) is composed of a double pipe having an inner pipe 3a and an outer pipe 3b.
The hot water circulation path 4 includes a hot water circulation path having a path portion 4d for circulating or warming the hot water 9 between the inner pipe 3a and the outer pipe 3b of the double pipe to heat or warm the gas pipe 3 (the inner pipe 3a). . The hot water has a temperature that heats and / or warms the inner pipe 3a of the gas pipe 3 from around the inner pipe 3a so as to prevent condensation of the humidified gas passing through the inner pipe 3a of the double pipe. Has a temperature of ℃ or higher. After warming the inner pipe 3a of the double pipe, the temperature of the warm water is slightly lower than before entering the double pipe (for example, the temperature is 75 ° C. or higher and lower than 80 ° C.).

温水９は、本発明の実施例１では加湿タンク２の加湿水である。したがって、本発明の実施例１では、温水循環経路４は加湿水循環経路である。本発明の実施例１では、加湿水と温水９が同じであるから加湿水の符号も９とし、温水循環経路４と加湿水循環経路が同じものであるから、加湿水循環経路の符号も４とする。
また、温水９は、本発明の実施例２では発電によって温度が上昇した燃料電池を冷却した後の自身は温まった燃料電池冷却水である。したがって、本発明の実施例２では、温水循環経路４は燃料電池冷却水循環経路である。本発明の実施例２では、燃料電池冷却後の燃料電池冷却水と温水９が同じであるから燃料電池冷却後の燃料電池冷却水の符号も９とし、温水循環経路４と燃料電池冷却水循環経路が同じものであるから、燃料電池冷却水循環経路の符号も４とする。 The hot water 9 is humidified water in the humidifying tank 2 in the first embodiment of the present invention. Therefore, in Example 1 of this invention, the warm water circulation path 4 is a humidification water circulation path. In the first embodiment of the present invention, since the humidified water and the hot water 9 are the same, the sign of the humidified water is also 9, and since the warm water circulation path 4 and the humidified water circulation path are the same, the sign of the humidified water circulation path is also 4. .
Further, the hot water 9 is the fuel cell cooling water that has been heated after cooling the fuel cell whose temperature has been increased by power generation in the second embodiment of the present invention. Therefore, in Example 2 of the present invention, the hot water circulation path 4 is a fuel cell cooling water circulation path. In the second embodiment of the present invention, since the fuel cell cooling water after cooling the fuel cell and the hot water 9 are the same, the fuel cell cooling water after the fuel cell cooling is also denoted by 9, and the hot water circulation path 4 and the fuel cell cooling water circulation path. Are the same, the fuel cell cooling water circulation path is also denoted by 4.

本発明の燃料電池の加湿装置１の、本発明の実施例１と実施例２に共通する部分の、作用・効果については、少なくとも一部が内管３ａと外管３ｂを有する二重管から構成されたガス配管３にて加湿タンク２と燃料電池１０とを接続し、二重管の内管３ａと外管３ｂとの間のスペースからなる温水循環経路部分４ｄに温水９（加湿タンクの加湿水、または燃料電池冷却後の燃料電池冷却水）を循環させるようにしたので、従来必要であった加湿後のガスを加熱するための専用のヒーター４Ｈ（図７に図示されたヒーター４Ｈ）が不要となり、かつ温水９を介してガス８を温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができ、ガス温度のオーバーシュート（温度が高くなり過ぎ）やアンダーシュート（温度が低くなり過ぎ）が生じにくくなる。専用のヒーター４Ｈが不要になることによって装置のコストダウンがはかられ、また、ガス温度の安定化によって、燃料電池の耐久性アップや、評価装置による評価の信頼性アップがはかられる。   Regarding the operation and effect of the portion common to the first and second embodiments of the fuel cell humidifier 1 of the present invention, at least a part thereof is a double tube having an inner tube 3a and an outer tube 3b. The humidification tank 2 and the fuel cell 10 are connected by the gas pipe 3 configured, and the warm water 9 (the humidification tank of the humidification tank) Since the humidified water or the fuel cell cooling water after cooling the fuel cell) is circulated, a dedicated heater 4H (heater 4H shown in FIG. 7) for heating the humidified gas, which has conventionally been required. Since the gas 8 is heated through the hot water 9, the temperature control of the gas after humidification can be stabilized compared to the case of direct gas heating, and the gas temperature overshoot (the temperature is increased). Too much) and unders Over door (the temperature is too low) it is less likely to occur. By eliminating the need for the dedicated heater 4H, the cost of the apparatus can be reduced, and by stabilizing the gas temperature, the durability of the fuel cell and the reliability of evaluation by the evaluation apparatus can be improved.

つぎに、本発明の各実施例に特有な構成、作用・効果を説明する。
〔本発明の実施例１〕−−−図１
本発明の実施例１では、図１に示すように、温水９が加湿タンク２の加湿水９からなり、温水循環経路４が加湿水循環経路４からなる。
本発明の実施例１の燃料電池の加湿装置１は、加湿タンク２と、加湿タンク下流のガス配管３と、加湿タンク２内の加湿水９を加湿タンク下流のガス配管３まわりに循環させる加湿水循環経路４と、加湿水循環経路４上に設けられ加湿水９を加熱するヒーター５と、を備えている。
燃料電池の加湿装置１は、さらに、加湿水循環経路４の途中に設けられた加湿水循環ポンプ６と、加湿前ガス８を加湿タンク２内の加湿水９内に供給する加湿タンク上流のガス配管７を有する。
ガス８（燃料ガスおよび／または酸化ガス）を燃料電池１０を運転するに適する湿度に加湿するための加湿する加湿タンク２は、たとえば、ガス８を加湿水中を通過させてバブリングさせて加湿する加湿タンク２からなる。ただし、加湿法は、バブリング法に限るものではなく、バブリング以外に、加振法や霧化法であってもよい。 Next, configurations, operations, and effects unique to each embodiment of the present invention will be described.
[Embodiment 1 of the present invention] FIG.
In Example 1 of this invention, as shown in FIG. 1, the warm water 9 consists of the humidification water 9 of the humidification tank 2, and the warm water circulation path | route 4 consists of the humidification water circulation path | route 4. As shown in FIG.
A humidifier 1 for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention is a humidifier that circulates a humidifying tank 2, a gas pipe 3 downstream of the humidifying tank, and a humidified water 9 in the humidifying tank 2 around the gas pipe 3 downstream of the humidifying tank. A water circulation path 4 and a heater 5 provided on the humidification water circulation path 4 for heating the humidification water 9 are provided.
The humidifying device 1 of the fuel cell further includes a humidifying water circulation pump 6 provided in the middle of the humidifying water circulation path 4 and a gas pipe 7 upstream of the humidifying tank for supplying the pre-humidified gas 8 into the humidified water 9 in the humidifying tank 2. Have
The humidifying tank 2 for humidifying the gas 8 (fuel gas and / or oxidizing gas) to a humidity suitable for operating the fuel cell 10 is, for example, humidified by bubbling the gas 8 through the humidified water to humidify the gas 8 (fuel gas and / or oxidizing gas). It consists of tank 2. However, the humidification method is not limited to the bubbling method, and may be a vibration method or an atomization method other than the bubbling method.

加湿タンク２は、加湿水９が溜まる加湿水溜まり部２ａと、加湿水溜まり部２ａの上方の空間部２ｂとを含む。
加湿タンク上流のガス配管７は、加湿水溜まり部２ａに連通しており、加湿タンク下流のガス配管３は、空間部２ｂに連通している。
加湿タンク下流のガス配管３は内管３ａと外管３ｂを有する二重管構造になっており、内管３ａ内は加湿タンク下流のガス配管３となっており、内管３ａと外管３ｂとの間は加湿水循環経路４の一部分４ｄとなっている。内管３ａと外管３ｂとの間の加湿水循環経路４の部分４ｄは、加湿タンク２の空間部２ｂに連通している。
加湿水循環経路４は、ヒーター５が設置され加湿水を加熱するヒーター設置部４ｂを有している。加湿水循環経路４は、加湿タンク２の加湿水溜まり部２ａとヒーター設置部４ｂとを連通する部分４ａと、ヒーター設置部４ｂと、加湿タンク下流のガス配管３まわりの加湿水循環経路４の一部４ｄを連通する部分４ｃと、加湿タンク下流のガス配管３まわりの加湿水循環経路４の部分４ｄと、を含む。
加湿水循環ポンプ６は、加湿タンク２の加湿水溜まり部２ａとヒーター設置部４ｂとを連通する部分４ａに設けられている。 The humidification tank 2 includes a humidified water reservoir 2a in which the humidified water 9 is accumulated, and a space 2b above the humidified water reservoir 2a.
The gas pipe 7 upstream of the humidification tank communicates with the humidified water reservoir 2a, and the gas pipe 3 downstream of the humidification tank communicates with the space 2b.
The gas pipe 3 downstream of the humidification tank has a double pipe structure having an inner pipe 3a and an outer pipe 3b. The inner pipe 3a is a gas pipe 3 downstream of the humidification tank, and the inner pipe 3a and the outer pipe 3b. Is a part 4d of the humidified water circulation path 4. A portion 4 d of the humidifying water circulation path 4 between the inner tube 3 a and the outer tube 3 b communicates with the space portion 2 b of the humidifying tank 2.
The humidification water circulation path 4 has a heater installation part 4b in which the heater 5 is installed and heats the humidification water. The humidification water circulation path 4 includes a portion 4a that connects the humidification water reservoir 2a and the heater installation section 4b of the humidification tank 2, a heater installation section 4b, and a portion 4d of the humidification water circulation path 4 around the gas pipe 3 downstream of the humidification tank. And a portion 4d of the humidified water circulation path 4 around the gas pipe 3 downstream of the humidifying tank.
The humidifying water circulation pump 6 is provided in a portion 4a that connects the humidifying water reservoir 2a of the humidifying tank 2 and the heater installation portion 4b.

加湿水循環経路４を循環する加湿水９は、加湿タンク下流のガス配管３まわりの加湿水循環経路４の部分４ｄから加湿タンク２内に戻される。加湿水循環経路４を循環する加湿水９の循環の方向は、加湿水循環経路４の部分４ｄから加湿タンク２内に向かう方向である。したがって、加湿水循環ポンプ６は、加湿水９を、加湿水循環経路４中を部分４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの順で流す。   The humidified water 9 circulating in the humidified water circulation path 4 is returned into the humidification tank 2 from the portion 4d of the humidified water circulation path 4 around the gas pipe 3 downstream of the humidification tank. The direction of circulation of the humidified water 9 that circulates in the humidified water circulation path 4 is a direction from the portion 4 d of the humidified water circulation path 4 toward the humidifying tank 2. Therefore, the humidified water circulation pump 6 flows the humidified water 9 through the humidified water circulation path 4 in the order of the parts 4a, 4b, 4c, and 4d.

加湿タンク下流の配管３まわり（加湿水循環経路４中を部分４ｄ）から加湿タンク２の空間部２ｂに循環された温水は、望ましくは、加湿タンク２の内面に沿わせて流される。そのために、加湿タンク下流のガス配管３は内管３ａは、加湿タンク２の空間部２ｂに突出し、先端で加湿タンク２の内面に沿って拡がっている。   The warm water circulated from the circumference of the pipe 3 downstream of the humidification tank (part 4d in the humidification water circulation path 4) to the space 2b of the humidification tank 2 is desirably flowed along the inner surface of the humidification tank 2. Therefore, in the gas pipe 3 downstream of the humidification tank, the inner pipe 3 a protrudes into the space 2 b of the humidification tank 2 and extends along the inner surface of the humidification tank 2 at the tip.

つぎに、本発明燃料電池の加湿装置１の作用・効果を説明する。
加湿水９は、加湿タンク２の加湿水部２ａから加湿水循環経路４中を流れ、途中でヒーター５で加熱されて加湿タンク２の空間部２ｂに戻る。加湿水循環経路４中では、部分４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの順で流れる。
一方、反応ガス８は、加湿タンク上流のガス配管７内の、加湿前ガスは乾燥ガスであり、加湿タンク２の加湿水部２ａ内で加湿水中に出されバブリングして空間部２ｂの浮上した時以後は、飽和蒸気かほぼ飽和蒸気状態になっており、空間部２ｂから加湿タンク下流のガス配管３の内管３ａ中を通って燃料電池１０に流れる。空間部２ｂから加湿タンク下流のガス配管３の内管３ａ中を通って燃料電池１０に流れるガス経路において、空間部２ｂより温度が下がれば、結露が生じてガスの加湿量が狙い値からずれるおそれがあるので、空間部２ｂから加湿タンク下流のガス配管３の内管３ａ中を通って燃料電池１０に流れるガス経路の温度は、空間部２ｂの温度以上であることが望ましい。 Next, the operation and effect of the humidifying device 1 of the fuel cell of the present invention will be described.
The humidified water 9 flows from the humidified water portion 2a of the humidified tank 2 through the humidified water circulation path 4, is heated by the heater 5 on the way, and returns to the space portion 2b of the humidified tank 2. In the humidification water circulation path 4, it flows in order of the parts 4a, 4b, 4c and 4d.
On the other hand, the reaction gas 8 is in the gas pipe 7 upstream of the humidification tank, and the pre-humidification gas is a dry gas. In the humidification water section 2a of the humidification tank 2, the reaction gas 8 is bubbled into the humidified water and bubbled to rise in the space 2b. After that time, the state is saturated or nearly saturated, and flows from the space 2b to the fuel cell 10 through the inner pipe 3a of the gas pipe 3 downstream of the humidification tank. In the gas path that flows from the space 2b through the inner pipe 3a of the gas pipe 3 downstream of the humidification tank to the fuel cell 10, if the temperature falls below the space 2b, condensation occurs and the amount of humidification of the gas deviates from the target value. Therefore, it is desirable that the temperature of the gas path flowing from the space 2b through the inner pipe 3a of the gas pipe 3 downstream of the humidification tank to the fuel cell 10 is equal to or higher than the temperature of the space 2b.

本発明の加湿装置１は、加湿タンク２内の加湿水９を加湿タンク下流のガス配管３まわり（内管３ａと外管３ｂの間の加湿水循環経路部分４ｄ）に循環させる加湿水循環経路４と、加湿水循環経路４上に設けられ加湿水を加熱するヒーター５を備えているので、加湿水９を熱媒として、加湿タンク２と加湿容器下流の配管３とを加湿水循環経路４上に設けられた単一のヒーター５で加熱できる。その場合、同一の熱源（ヒーター５）で加湿水を加湿・保温するので加湿タンク下流のガス配管３の温度は加湿タンク２内の温度以上の温度となり、その温度は結露を生じさせない温度であると共に加湿タンク２内温度に変動があってもそれと連動して変動するので、加湿タンク下流配管に別にヒーター（図７のヒーター４Ｈ）を設けて加湿タンク内温度に応じて配管側ヒーターを出力制御する必要はない。したがって、ヒーター５が一つで済むこと、また、配管側ヒーター（図７のヒーター４Ｈ）を設けてそれを出力制御する必要がなくなり、装置の単純化と、結露防止の信頼性向上がはかられる。   The humidifying device 1 of the present invention includes a humidifying water circulation path 4 for circulating the humidifying water 9 in the humidifying tank 2 around the gas pipe 3 downstream of the humidifying tank (the humidifying water circulation path portion 4d between the inner pipe 3a and the outer pipe 3b). Since the heater 5 is provided on the humidification water circulation path 4 and heats the humidification water, the humidification tank 2 and the pipe 3 downstream of the humidification container are provided on the humidification water circulation path 4 using the humidification water 9 as a heat medium. It can be heated with a single heater 5. In that case, since humidified water is humidified and kept by the same heat source (heater 5), the temperature of the gas pipe 3 downstream of the humidifying tank is equal to or higher than the temperature in the humidifying tank 2, and the temperature does not cause condensation. At the same time, even if the temperature in the humidification tank 2 fluctuates, it fluctuates in conjunction with it, so a separate heater (heater 4H in FIG. 7) is installed in the downstream piping of the humidification tank, and the pipe side heater is output controlled according to the temperature in the humidification tank. do not have to. Therefore, only one heater 5 is required, and there is no need to provide a pipe-side heater (heater 4H in FIG. 7) to control the output, thereby simplifying the apparatus and improving the reliability of preventing condensation. It is.

また、加湿水循環経路４を循環する加湿水９を加湿タンク下流のガス配管３まわりから加湿タンク２内に戻すので、加湿水９は加湿タンク下流のガス配管３まわりから加湿タンク２内の順で流れ、加湿タンク下流のガス配管３まわりの加湿水９（ヒーター５下流でヒーター５に近い側にある加湿水９）の温度が加湿タンク２内の加湿水９（ヒーター５下流でヒーター５に遠い側にある加湿水９）の温度より高くなる。その結果、加湿タンク下流のガス配管３内（内管３ａ）で結露が生じない。そのため、燃料電池１０に供給されるガスが結露により狙いの加湿量からずれたり、水滴が電池内に入ることが抑制される。   Further, since the humidified water 9 circulating in the humidified water circulation path 4 is returned from the circumference of the gas pipe 3 downstream of the humidified tank to the humidified tank 2, the humidified water 9 flows in the order from the circumference of the gas pipe 3 downstream of the humidified tank to the inside of the humidified tank 2. The temperature of the humidified water 9 around the gas pipe 3 downstream of the humidifying tank (the humidified water 9 on the side close to the heater 5 downstream of the heater 5) is far from the heater 5 in the humidifying tank 2 (downstream of the heater 5 downstream of the heater 5). It becomes higher than the temperature of the humidified water 9) on the side. As a result, no condensation occurs in the gas pipe 3 (inner pipe 3a) downstream of the humidification tank. Therefore, the gas supplied to the fuel cell 10 is prevented from deviating from the target humidification amount due to condensation, and water droplets are prevented from entering the cell.

また、加湿タンク下流の配管３まわりから加湿タンク２の内部に循環された加湿水９を加湿タンク２の内面に沿わせて流すので、加湿水９は加湿タンク２自体を加熱・保温し、かつ、濡らす。その結果、加湿タンク２内で、かつ、加湿タンク２の下部の加湿水が溜まっている部分２ａより上方（空間部２ｂのタンク壁内面）で結露が生じることもない。そのため、燃料電池１０に供給されるガスが結露により狙いの加湿量からずれたり、水滴が電池内に入ることが抑制される。   Further, since the humidified water 9 circulated along the inner surface of the humidifying tank 2 from around the pipe 3 downstream of the humidifying tank flows along the inner surface of the humidifying tank 2, the humidified water 9 heats and keeps the humidifying tank 2 itself, and ,wet. As a result, dew condensation does not occur in the humidifying tank 2 and above the portion 2a where the humidified water is accumulated in the lower portion of the humidifying tank 2 (the tank wall inner surface of the space portion 2b). Therefore, the gas supplied to the fuel cell 10 is prevented from deviating from the target humidification amount due to condensation, and water droplets are prevented from entering the cell.

〔本発明の実施例２〕−−−図２、図３
本発明の実施例２では、図２、図３に示すように、温水９が燃料電池１０冷却後の燃料電池冷却水９からなり、温水循環経路４が燃料電池１０冷却後の燃料電池冷却水循環経路４からなる。
本発明の実施例２の燃料電池の加湿装置１は、温水循環経路４を含み、温水循環経路４が、燃料電池冷却後の燃料電池冷却水９を加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の温水循環経路部分４ｄに循環させる燃料電池冷却水循環経路４からなる。
温水循環経路４は、（イ）燃料電池１０の燃料電池冷却水出口と、加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の温水循環経路部分４ｄの入口とを結ぶ燃料電池冷却水循環経路部分４ｅと、（ロ）加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の温水循環経路部分４ｄの出口と燃料電池冷却水循環ポンプ４０とを接続する燃料電池冷却水循環経路部分４ｆと、（ハ）燃料電池冷却水循環ポンプ４０と燃料電池１０の燃料電池冷却水入口とを接続する燃料電池冷却水循環経路部分４ｇとを有する。
また、図２に示すように、燃料電池側からの要求で必要ならば、（ロ）の燃料電池冷却水循環経路部分４ｆに熱交換器５Ｂを設けて循環する燃料電池冷却水の温度を下げてポンプ４０に送るようにしてもよい。また、図３中、４１は燃料電池出側ガス配管の背圧弁であり、ＭＦＣは燃料電池入側ガス配管の流量制御弁（車両搭載用燃料電池の場合は、このＭＦＣは設けられない）である。 [Embodiment 2 of the present invention] FIGS. 2 and 3
In the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3, the hot water 9 is composed of the fuel cell cooling water 9 after cooling the fuel cell 10, and the hot water circulation path 4 is the fuel cell cooling water circulation after cooling the fuel cell 10. It consists of path 4.
A fuel cell humidifier 1 according to a second embodiment of the present invention includes a hot water circulation path 4, and the hot water circulation path 4 supplies the fuel cell cooling water 9 after cooling of the fuel cell to the double pipe of the gas pipe 3 downstream of the humidification tank. The fuel cell cooling water circulation path 4 circulates in the hot water circulation path portion 4d between the inner pipe 3a and the outer pipe 3b.
The hot water circulation path 4 includes (a) an inlet of a hot water circulation path portion 4d between a fuel cell cooling water outlet of the fuel cell 10 and a double pipe inner pipe 3a and an outer pipe 3b of the gas pipe 3 downstream of the humidification tank. And (b) the outlet of the hot water circulation path portion 4d between the inner pipe 3a and the outer pipe 3b of the gas pipe 3 downstream of the humidification tank, and the fuel cell cooling water circulation. A fuel cell cooling water circulation path portion 4f that connects the pump 40; and (c) a fuel cell cooling water circulation path portion 4g that connects the fuel cell cooling water circulation pump 40 and the fuel cell cooling water inlet of the fuel cell 10.
Further, as shown in FIG. 2, if required by the request from the fuel cell side, the temperature of the circulating fuel cell coolant is lowered by providing a heat exchanger 5B in the fuel cell coolant circulation path portion 4f of (b). You may make it send to the pump 40. FIG. In FIG. 3, 41 is a back pressure valve for the fuel cell outlet side gas piping, and MFC is a flow rate control valve for the fuel cell inlet side gas piping (in the case of a fuel cell for vehicle mounting, this MFC is not provided). is there.

燃料電池冷却水循環経路４のうち、（イ）の燃料電池１０の燃料電池冷却水出口と加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の温水循環経路部分４ｄの入口とを結ぶ燃料電池冷却水循環経路部分４ｅには、燃料電池冷却水循環経路部分４ｅを通る燃料電池冷却水９を加熱するヒーター５Ａを設けて、温水循環経路部分４ｄに循環させる温水温度を制御するようにしてもよい。ただし、このヒーター５Ａは必須ではなく、設けなくてもよい。   Of the fuel cell cooling water circulation path 4, the hot water circulation path portion between the inner pipe 3a and the outer pipe 3b of the double pipe of the gas pipe 3 downstream of the humidification tank and the fuel cell cooling water outlet of the fuel cell 10 in (a). A heater 5A for heating the fuel cell cooling water 9 passing through the fuel cell cooling water circulation path portion 4e is provided in the fuel cell cooling water circulation path portion 4e connecting the inlet of 4d, and the hot water temperature to be circulated through the hot water circulation path portion 4d is set. You may make it control. However, this heater 5A is not essential and may not be provided.

本発明の実施例２の作用・効果については、燃料電池冷却１０後の、自身は温まっている燃料電池冷却水９を加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の燃料電池冷却水循環経路部分４ｄに循環させるようにしたので、従来必要であった、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーター（図７のヒーター４Ｈ）を設けることが不要となる。また、温水９を介してガス８を温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができる。   As for the operation and effect of the second embodiment of the present invention, after the fuel cell cooling 10, the fuel cell cooling water 9 that has been heated is used as the inner pipe 3 a and the outer pipe 3 b of the double pipe of the gas pipe 3 downstream of the humidification tank. Since it was made to circulate to the fuel cell cooling water circulation path portion 4d between the two, it is unnecessary to provide a dedicated heater (heater 4H in FIG. 7) for heating the gas after humidification, which was necessary in the past. Become. Further, since the gas 8 is heated through the hot water 9, the temperature control of the gas after humidification can be stabilized as compared with the case of direct gas heating.

また、燃料電池冷却水循環経路４の燃料電池１０と加湿タンク下流のガス配管３の二重管部分との間に、燃料電池冷却水を加熱するヒーター５Ａを設けた場合は、温水温度の制御を介して、ガス８の温度を制御することができ、ヒーター５Ａを備えない場合より一層、結露防止をはかることが容易になる。   Further, when the heater 5A for heating the fuel cell cooling water is provided between the fuel cell 10 in the fuel cell cooling water circulation path 4 and the double pipe portion of the gas pipe 3 downstream of the humidification tank, the hot water temperature is controlled. Therefore, the temperature of the gas 8 can be controlled, and it becomes easier to prevent condensation than when the heater 5A is not provided.

本発明の実施例１の燃料電池の加湿装置の断面図である。It is sectional drawing of the humidification apparatus of the fuel cell of Example 1 of this invention. 本発明の実施例２の燃料電池の加湿装置の系統図である。It is a systematic diagram of the humidifier of the fuel cell of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例２の燃料電池の加湿装置の系統図（燃料ガス、酸化ガスのガス配管を何れのガス配管１本で示した場合）である。It is a systematic diagram (when the gas piping of fuel gas and oxidizing gas is shown by any one gas piping) of the humidifier of the fuel cell of Example 2 of the present invention. 一般の（本発明にも適用される）燃料電池の側面図である。1 is a side view of a general fuel cell (also applied to the present invention). FIG. 図４の燃料電池の一部の拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a part of the fuel cell in FIG. 4. 図４の燃料電池のセルの正面図である。It is a front view of the cell of the fuel cell of FIG. 従来の燃料電池の加湿装置の系統図である。It is a systematic diagram of the humidification apparatus of the conventional fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

１ 加湿装置
２ 加湿タンク
２ａ 加湿水溜まり部
２ｂ 空間部
３ 加湿タンク下流のガス配管
３ａ 内管
３ｂ 外管
４ 加湿水循環経路
４ａ 加湿タンクの加湿水溜まり部とヒーター設置部とを連通する部分
４ｂ ヒーター設置部
４ｃ ヒーター設置部と加湿タンク下流のガス配管まわりの加湿水循環経路の一部分を連通する部分
４ｄ 加湿タンク下流のガス配管まわりの加湿水循環経路の部分（内管と外管の間の部分）
５ ヒーター
５Ａ ヒーター
５Ｂ 熱交換器
６ 加湿水循環ポンプ
７ 加湿タンク上流のガス配管
８ ガス
９ 温水（加湿水または燃料電池冷却後の燃料電池冷却水）
１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１４ 電極（アノード、燃料極）
１７ 電極（カソード、空気極）
１８ セパレータ
１９ セルまたはモジュール
２０ ターミナル
２１ インシュレータ
２２ エンドプレート
２３ スタック
２４ 外側部材または締結部材（テンションプレート）
２５ ボルト
２６ 冷媒流路
２７ 燃料ガス流路
２８ 酸化ガス流路
２９ 冷媒マニホールド
３０ 燃料ガスマニホールド
３１ 酸化ガスマニホールド
４０ 燃料電池冷却水循環ポンプ
４１ 背圧弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Humidification apparatus 2 Humidification tank 2a Humidification water reservoir part 2b Space part 3 Gas piping 3a Inner pipe 3b Outer pipe 4 Humidification water circulation path 4a Part which connects the humidification water reservoir part and heater installation part of a humidification tank 4b Heater installation part 4c A part where the heater installation part and a part of the humidification water circulation path around the gas pipe downstream of the humidification tank communicate with each other 4d A part of the humidification water circulation path around the gas pipe downstream of the humidification tank (the part between the inner pipe and the outer pipe)
5 Heater 5A Heater 5B Heat exchanger 6 Humidification water circulation pump 7 Gas pipe upstream of the humidification tank 8 Gas 9 Hot water (humidified water or fuel cell cooling water after cooling the fuel cell)
10 (solid polymer electrolyte type) fuel cell 11 electrolyte membrane 14 electrode (anode, fuel electrode)
17 electrodes (cathode, air electrode)
18 Separator 19 Cell or module 20 Terminal 21 Insulator 22 End plate 23 Stack 24 Outer member or fastening member (tension plate)
25 Bolt 26 Refrigerant channel 27 Fuel gas channel 28 Oxidizing gas channel 29 Refrigerant manifold 30 Fuel gas manifold 31 Oxidizing gas manifold 40 Fuel cell cooling water circulation pump 41 Back pressure valve

Claims (7)

ガスを燃料電池を運転するに適する湿度に加湿するための加湿タンクと、
加湿タンクと燃料電池とを接続し、少なくとも一部が内管と外管を有する二重管から構成された、加湿タンク下流のガス配管と、
温水を前記二重管の内管と外管との間に循環させる温水循環経路と、
を備えた燃料電池の加湿装置。 A humidifying tank for humidifying the gas to a humidity suitable for operating the fuel cell;
A gas pipe downstream of the humidification tank, wherein the humidification tank and the fuel cell are connected, and at least a part of the pipe is composed of a double pipe having an inner pipe and an outer pipe;
A hot water circulation path for circulating hot water between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe;
A humidifier for a fuel cell. 前記温水循環経路が、前記加湿タンク内の加湿水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させる加湿水循環経路からなり、
前記加湿水循環経路上に設けられた、加湿水を加熱するヒーターを備えている請求項１記載の燃料電池の加湿装置。 The warm water circulation path comprises a humidification water circulation path for circulating the humidified water in the humidification tank between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe downstream of the humidification tank;
The humidifier of a fuel cell according to claim 1, further comprising a heater provided on the humidified water circulation path for heating the humidified water. 前記加湿タンクがガスを加湿水中を通過させて加湿する加湿タンクである請求項２記載の燃料電池の加湿装置。   The humidifying device for a fuel cell according to claim 2, wherein the humidifying tank is a humidifying tank that humidifies gas through humidified water. 前記加湿水循環経路を循環する加湿水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間の流路から前記加湿タンク内に戻す請求項２または請求項３記載の燃料電池の加湿装置。   The humidification of the fuel cell according to claim 2 or 3, wherein the humidification water circulating in the humidification water circulation path is returned into the humidification tank from a flow path between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe downstream of the humidification tank. apparatus. 前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間の流路から前記加湿タンクの内部に循環された加湿水を前記加湿タンクの内面に沿わせて流す請求項２または請求項３記載の燃料電池の加湿装置。   4. The humidified water circulated from the flow path between the inner pipe and the outer pipe of the double pipe downstream of the humidifying tank to the inside of the humidifying tank flows along the inner surface of the humidifying tank. A fuel cell humidifier. 前記温水循環経路が、前記燃料電池冷却後の燃料電池冷却水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させる燃料電池冷却水循環経路からなる請求項１記載の燃料電池の加湿装置。   2. The fuel according to claim 1, wherein the hot water circulation path comprises a fuel cell cooling water circulation path for circulating the fuel cell cooling water after cooling the fuel cell between an inner pipe and an outer pipe of a double pipe downstream of the humidification tank. Battery humidifier. 前記燃料電池冷却水循環経路の燃料電池と前記加湿タンク下流の二重管との間に、燃料電池冷却水を加熱するヒーターを備えている請求項６記載の燃料電池の加湿装置。   The fuel cell humidifier according to claim 6, further comprising a heater for heating the fuel cell cooling water between the fuel cell in the fuel cell cooling water circulation path and the double pipe downstream of the humidifying tank.
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