JP2006012615A - 反応ガス用加湿装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】シールの面圧を維持してシール性の向上を図るとともに、積層強度を確保することを可能にする。
【解決手段】加湿装置100は、水透過性膜50を挟んで配設される第1セパレータ52及び第2セパレータ54を備える。第1セパレータ52は、空気供給連通孔58a及び空気排出連通孔58bの近傍に第1シール部材66を配設し、第2セパレータ54は、オフガス供給連通孔60a及びオフガス排出連通孔60bの近傍に第3シール部材84を配設する。第1及び第2セパレータ52、54が積層された際、第3シール部材84は、第1直線状凸部89aに沿って配設される一方、第1シール部材66は、第2直線状凸部89bに沿って配設される。
【選択図】図4
【解決手段】加湿装置100は、水透過性膜50を挟んで配設される第1セパレータ52及び第2セパレータ54を備える。第1セパレータ52は、空気供給連通孔58a及び空気排出連通孔58bの近傍に第1シール部材66を配設し、第2セパレータ54は、オフガス供給連通孔60a及びオフガス排出連通孔60bの近傍に第3シール部材84を配設する。第1及び第2セパレータ52、54が積層された際、第3シール部材84は、第1直線状凸部89aに沿って配設される一方、第1シール部材66は、第2直線状凸部89bに沿って配設される。
【選択図】図4
Description
本発明は、水透過性膜の一方の面に被加湿用の反応ガスを導入するとともに、前記水透過性膜の他方の面に加湿流体を導入して前記反応ガスを加湿する反応ガス用加湿装置に関する。
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
この場合、上記の燃料電池では、有効な発電機能を発揮させるために、電解質膜を適度な湿潤状態に維持することが必要とされている。このため、燃料ガスや酸化剤ガスを、予め水を介して加湿する加湿装置を用意し、この加湿装置を燃料電池に連結することにより、前記加湿された燃料ガスや酸化剤ガスを燃料電池に供給するものが知られている。
例えば、特許文献1に開示されている燃料電池用加湿器は、図14に示すように、加湿膜1を挟んで一対の樹脂製の板部材2が配置され、これらが積層されてスタックを構成している。加湿膜1の一方の面と一方の板部材2との間には、燃料電池の空気極に供給される前の空気を通過させるための加湿往路3が設けられるとともに、前記加湿膜1の他方の面と他方の板部材2との間には、前記燃料電池の空気極から吐出された反応後のオフガスを通過させる加湿復路4が設けられている。
ところで、上記の加湿器では、複数の板部材2と加湿膜1とが積層されており、各加湿往路3に空気を供給する往路連通孔と、各加湿復路4にオフガスを供給する復路連通孔とを、積層方向に貫通して設ける構成が採用されている。その際、往路連通孔及び復路連通孔の周囲には、空気やオフガスの洩れを阻止するために、シール部材が配設されている。
ここで、加湿効率の向上を図るため、例えば、加湿往路3及び加湿復路4を蛇行する複数の流路溝等に構成する場合がある。このため、加湿膜1を挟んで2枚の板部材2が配設される際、互いの流路溝同士が交差する部分が発生し、例えば、シール部材が前記流路溝内に垂れ下がってしまう。これにより、所望のシール機能を維持することができず、しかも積層強度が低下するという問題がある。
本発明はこの種の問題を解決するものであり、シールの面圧を維持してシール性の向上を図るとともに、積層強度を確保することが可能な反応ガス用加湿装置を提供することを目的とする。
本発明は、固体高分子型燃料電池に供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するための反応ガス用加湿装置である。加湿装置は、水透過性膜の一方の面に配設され、前記一方の面側に反応ガスを供給する複数の第1流路溝を有する第1セパレータと、前記水透過性膜の他方の面に配設され、前記他方の面側に加湿流体を供給する複数の第2流路溝を有する第2セパレータとを備えている。
そして、第1及び第2セパレータには、第1流路溝に連通して積層方向に貫通する第1連通孔と、第2流路溝に連通して積層方向に貫通する第2連通孔とが形成されるとともに、少なくとも前記第1セパレータは、前記第1連通孔の近傍にシールを設けている。このシールは、第2セパレータの第2流路溝間に設けられる直線状凸部と積層方向に重なり合っている。
また、シールのシール幅寸法は、直線状凸部の幅寸法よりも小さく設定されることが好ましい。このため、剛体である第1及び第2セパレータ同士が接触することにより水透過性膜を確実に挟持することができ、積層強度の向上が図られる。しかも、水蒸気透過面ではない直線状凸部でシールするため、第1及び第2セパレータの面内で水蒸気透過有効面積を効率的に拡大させることが可能になる。
さらに、シールが設けられる第1流路溝の流れ方向は、直線状凸部間における第2流路溝の流れ方向と交差することが好ましい。さらにまた、シールは、第1流路溝の内側に設けられることが好ましい。従って、第1及び第2セパレータの面内で水蒸気透過有効面積を効率的に拡大させることができ、水蒸気透過性能の向上が容易に可能になる。
本発明では、第1セパレータのシールが、第2セパレータの直線状凸部と積層方向に重なり合うため、前記シールは、前記直線状凸部により確実に支持される。従って、簡単且つ経済的な構成で、シールの面圧を維持してシール性の向上を図るとともに、積層強度を確保することが可能になる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る加湿装置10を組み込む燃料電池システム12の概略構成説明図である。
燃料電池システム12は、例えば、自動車等の車両に搭載されており、燃料電池スタック14を備える。この燃料電池スタック14は、複数の発電セル16を矢印A方向に積層するとともに、積層方向両端にエンドプレート18a、18bが配置されており、前記エンドプレート18a、18bが図示しない締め付けボルトにより積層方向に締め付けられている。
発電セル16は、例えば、固体高分子電解質膜20aの両側にアノード側電極20bとカソード側電極20cとを配置した電解質膜・電極構造体20と、前記電解質膜・電極構造体20を挟持する一対のセパレータ22、24とを備える。アノード側電極20bには、燃料ガスとして、例えば、水素ガスが供給される一方、カソード側電極20cには、酸化剤ガスとして、例えば、酸素を含む空気が供給される。
エンドプレート18aには、発電セル16に水素ガスを供給するための水素供給口26aと、前記発電セル16から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを燃料電池スタック14から排出するための水素排出口26bとが設けられる。エンドプレート18bには、発電セル16に空気を供給するための空気供給口28aと、前記発電セル16から排出される空気(以下、オフガスともいう)を燃料電池スタック14から排出するための空気排出口28bとが設けられる。
燃料電池システム12は、燃料電池スタック14に水素ガスを供給する水素供給流路30と、前記燃料電池スタック14から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを、前記水素供給流路30の途上に戻して該燃料電池スタック14に供給するための水素循環流路32とを備える。
水素供給流路30には、高圧水素を貯留する水素タンク34と、前記水素タンク34から供給される水素ガスの圧力を減圧するレギュレータ36と、減圧された前記水素ガスを燃料電池スタック14に供給するとともに、水素循環流路32から排ガスを吸引して前記燃料電池スタック14に戻すためのエゼクタ38とが配設される。
燃料電池システム12は、燃料電池スタック14に空気を供給する空気供給流路40と、前記燃料電池スタック14から排出されるオフガスを、外部に排気するための空気排出流路42とを備える。空気供給流路40には、空気を圧縮して供給するためにスーパーチャージャ(又はポンプ)44が設けられる。
燃料電池スタック14には、エンドプレート18bに連結されて加湿装置10が装着される。図2及び図3に示すように、加湿装置10は、水透過性膜50の一方の面50aに配設される第1セパレータ52と、前記水透過性膜50の他方の面50bに配設される第2セパレータ54とを備える。第1及び第2セパレータ52、54は、水透過性膜50を介装して交互に矢印A方向に積層されて積層体56を構成する。
積層体56の矢印A方向両端には、エンドプレート57a、57bが配置され、前記エンドプレート57a、57b間は、複数の締め付けロッド59を介して締め付け保持される。第1及び第2セパレータ52、54は、金属製プレートを波形状に成形して構成される。なお、この第1及び第2セパレータ52、54は、例えば、カーボンプレートに削り加工等を施して構成してもよい。
図4に示すように、積層体56の矢印B方向の一端縁部には、互いに矢印A方向に貫通して、反応前の空気(一方の反応ガス)を供給する空気供給連通孔(第1連通孔)58aと、加湿された反応前の空気を排出する空気排出連通孔(第1連通孔)58bとが上下(矢印C方向)に設けられる。
積層体56の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、オフガスが供給されるオフガス供給連通孔(第2連通孔)60aと、反応前の空気を加湿した後のオフガスを排出するオフガス排出連通孔(第2連通孔)60bとが上下方向に配列されて設けられる。
図1に示すように、空気供給連通孔58aは、空気供給流路40に連通し、空気排出連通孔58bは、燃料電池スタック14の空気供給口28aに連通し、オフガス供給連通孔60aは、前記燃料電池スタック14の空気排出口28bに連通し、オフガス排出連通孔60bは、空気排出流路42に連通する。
図4に示すように、第1セパレータ52は、水透過性膜50の一方の面50aに向かう第1面52a側に、空気供給連通孔58aと空気排出連通孔58bとを連通し、略U字状に屈曲乃至湾曲する第1流路62を設ける。この第1流路62は、第1面52aに設けられた複数の溝部(第1流路溝)62aにより構成される。
第1セパレータ52の第1面52aとは反対の第2面52b側には、空気供給連通孔58aと空気排出連通孔58bとを連通し、略U字状の第2流路64が設けられる。この第2流路64は、第2面52bに設けられた複数の溝部64aにより構成されており、この溝部64aは、第1流路62を構成する各溝部62aと交互に形成され、全体として波形状を有している。
第1流路62の空気供給連通孔58aの近傍(入口近傍)及び空気排出連通孔58bの近傍(出口近傍)には、前記第1流路62を閉塞する第1シール部材(シール)66が配設されるとともに、第2流路64の前記空気供給連通孔58aの近傍及び前記空気排出連通孔58bの近傍には、前記第2流路64を閉塞する第2シール部材68が配設される。
図5に示すように、第1及び第2シール部材66、68は、弾性材料、例えば、ゴム材料で形成されており、シール部70a、70bと複数の膨出部72a、72bとを一体的に設ける。第1セパレータ52は、波形状の両側の山部に第1及び第2流路62、64の入口近傍から出口近傍にわたって矢印C方向に近在してそれぞれ凹部74a、74bが設けられる。凹部74bは、凹部74aの内方にオフセットしているが、前記凹部74a、74bは、セパレータ22の両側に対して同一位置に設けてもよい。
第1シール部材66は、シール部70aが凹部74aに挿入されるとともに、各膨出部72aが第1流路62を構成する各溝部62aに挿入される。第1シール部材66のシール部70aは、第1面52a側に突出する山部平面部分と同一平面上に配置される一方、各膨出部72aにより第1流路62が閉塞される。
第2シール部材68は、シール部70bが凹部74bに挿入されるとともに、各膨出部72bが第2流路64の各溝部64aに配置されて前記第2流路64を閉塞する。
図5及び図6に示すように、第1セパレータ52には、第1流路62と第2流路64とを仕切る壁部に、第1シール部材66と第2シール部材68との間に位置して、第1流路62と第2流路64とを連通する第1貫通孔76aが形成される。第1セパレータ52には、第2シール部材68の内方に位置して、第1流路62と第2流路64とを連通する第2貫通孔76bが形成される。
図4及び図7に示すように、第2セパレータ54は、水透過性膜50の他方の面50bに向かう第3面54a側にオフガス供給連通孔60aとオフガス排出連通孔60bとを連通する略U字状の第3流路80を設ける。第3流路80は、第3面54aに設けられた複数の溝部(第2流路溝)80aにより構成される。
第2セパレータ54は、第3面54aとは反対の第4面54b側に、オフガス供給連通孔60aとオフガス排出連通孔60bとを連通する略U字状の第4流路82を設ける。この第4流路82は、複数の溝部82aを有し、各溝部82aは、溝部80aと交互に配設される。
第3流路80の入口近傍から出口近傍にわたって矢印C方向に延在し、この第3流路80を閉塞する第3シール部材(シール)84が配設される一方、第4流路82の入口近傍から出口近傍にわたって矢印C方向に延在し、この第4流路82を閉塞し且つ前記第3シール部材84に対し矢印B方向にオフセットして第4シール部材86が配設される。なお、第3及び第4シール部材84、86は、第2セパレータ54の両側に対して同一位置に設けてもよい。
第3及び第4シール部材84、86は、第1及び第2シール部材66、68と同一に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
第2セパレータ54には、図7に示すように、第3流路80と第4流路82とを仕切る壁部に、前記第3流路80と前記第4流路82とを連通する第1貫通孔88aが第3シール部材84と第4シール部材86との間に設けられる。第2セパレータ54には、第4シール部材86の内方に、第3流路80と第4流路82とを連通する第2貫通孔88bが形成される。
図4及び図6に示すように、第1セパレータ52の第1面52aには、この第1セパレータ52が水透過性膜50を介装して第2セパレータ54と積層される際、前記第2セパレータ54の第3シール部材84と積層方向に重なり合う第1直線状凸部89aが設けられる。第1直線状凸部89aは、溝部62a間に設けられて矢印C方向に延在する。
図8に示すように、第1直線状凸部89aの平坦面幅寸法H1は、第3シール部材84のシール幅寸法H2よりも大きく設定されており、前記第1直線状凸部89aの幅方向両端は、前記第3シール部材84を跨いで第2セパレータ54の凸部に対向する。
図4及び図7に示すように、第1及び第2セパレータ52、54が、水透過性膜50を介装して積層された際、前記第2セパレータ54の第3面54aには、前記第1セパレータ52の第1シール部材66と積層方向に重なり合う第2直線状凸部89bが設けられる。第2直線状凸部89bは、上記の第1直線状凸部89aと同様に、溝部80a間の凸部が矢印C方向に延在する。
第1セパレータ52には、外周縁部を覆ってシール90が一体成形される。このシール90は、第1及び第2面52a、52bで、空気供給連通孔58a及び空気排出連通孔58bを第1流路62と第2流路64とに連通するとともに、前記第1及び第2流路62、64をオフガス供給連通孔60a及びオフガス排出連通孔60bからシールする。
第2セパレータ54には、その外周縁部を覆ってシール92が一体成形される。このシール92は、第3及び第4面54a、54bにおいて、それぞれオフガス供給連通孔60a及びオフガス排出連通孔60bを第3流路80及び第4流路82に連通する一方、前記第3及び第4流路80、82を空気供給連通孔58a及び空気排出連通孔58bからシールする。
このように構成される燃料電池システム12の動作について、加湿装置10との関連で以下に説明する。
図1に示すように、水素タンク34から水素供給流路30に供給される水素ガスは、レギュレータ36を介して所定の圧力に減圧され、エゼクタ38を通って燃料電池スタック14の水素供給口26aに供給される。水素供給口26aに供給された水素は、各発電セル16を構成するアノード側電極20bに沿って移動した後、未使用の水素を含む排ガスが、水素排出口26bから水素循環流路32に排出される。この排ガスは、エゼクタ38の吸引作用下に、水素供給流路30の途上に戻された後、再度、燃料電池スタック14内に燃料ガスとして供給される。
一方、スーパーチャージャ44を介して空気供給流路40に空気が供給される。この空気は、加湿装置10を構成するエンドプレート57bから積層体56の空気供給連通孔58aに供給される。
図5及び図9に示すように、第1セパレータ52では、空気供給連通孔58aに第1流路62及び第2流路64の入口端部が開放されるとともに、前記第1流路62の入口近傍が第1シール部材66によって閉塞されている。このため、空気供給連通孔58aに供給された空気は、第2流路64を構成する各溝部64aに導入された後、第2シール部材68の各膨出部72bによって前方への移動が阻止され、第1貫通孔76aを通って第1流路62を構成する溝部62aに移動する。
この空気は、各溝部62aに沿って移動するとともに、一部が第2貫通孔76bを介して溝部64aに分流され、前記空気が各溝部62a、62bに沿って移動する。従って、反応前の空気は、U字状の第1流路62及び第2流路64に沿って移動し、前記第1流路62を流れる空気は、水透過性膜50の一方の面50aに接触するとともに、第2流路64に沿って移動する空気は、他の水透過性膜50の他方の面50bに接触する(図3参照)。
加湿装置10では、燃料電池スタック14の発電に使用された反応済みの空気であるオフガスが、オフガス供給連通孔60aに供給される。このオフガスは、第2セパレータ54のオフガス供給連通孔60aに連通する第3流路80及び第4流路82に導入される。
図4及び図7に示すように、第3及び第4流路80、82には、第3及び第4シール部材84、86が配設されており、第1セパレータ52と同様に、オフガスは、先ず、第4流路82の溝部82aに一旦導入された後、第1貫通孔88aを通って第3流路80の各溝部80aに導入される。オフガスは、さらに第2貫通孔88bを通るとともに、一部が溝部82aに分流し、U字状の第3及び第4流路80、82に沿って移動する。
このため、第3流路80を移動するオフガスは、水透過性膜50の他方の面50bに接触する一方、第4流路82に沿って移動するオフガスは、また別の水透過性膜50の一方の面50aに接触する(図3参照)。
従って、第2セパレータ54の第3流路80に沿って移動するオフガス中の水分は、水透過性膜50を透過し第1流路62に沿って移動する反応前の空気に供給され、この空気が加湿される。さらに、第2流路64に沿って移動する反応前の空気は、第4流路82に沿って移動するオフガスにより加湿される。そして、加湿された空気は、空気排出連通孔58bから燃料電池スタック14の空気供給口28aに供給される。
この加湿された空気は、図1に示すように、各発電セル16のカソード側電極20cに供給され、未使用の空気を含むオフガスが、上記のように空気排出口28bから加湿装置10に排出される。これにより、各発電セル16では、アノード側電極20bに供給される水素と、カソード側電極20cに供給される空気中の酸素とが反応して発電が行われる。
この場合、第1の実施形態では、第1セパレータ52と第2セパレータ54とには、水透過性膜50を介装して互いに積層される際、第3シール部材84と積層方向に重なり合う第1直線状凸部89aと、第1シール部材66と積層方向に重なり合う第2直線状凸部89bとが設けられている(図6及び図7参照)。
このため、第1及び第2セパレータ52、54が水透過性膜50を介装して積層された積層体56では、積層方向に締め付け荷重が付与される際に、第1シール部材66が第2直線状凸部89bに支持されるとともに、第3シール部材84が第1直線状凸部89aに支持される。従って、簡単な構成で、第1及び第3シール部材66、84の面圧を維持することができ、シール性の向上を図るとともに、積層強度を確保することが可能になるという効果が得られる。
しかも、図8に示すように、第1直線状凸部89aの幅寸法H1は、第3シール部材84のシール幅寸法H2よりも大きく設定されており、前記第1直線状凸部89aの幅方向両端縁部は、水透過性膜50を介装して第2セパレータ54の凸部に重なり合っている。これにより、第1及び第2セパレータ52、54は、剛体である該第1及び第2セパレータ52、54自体の接触により支持されており、積層体56全体の積層強度が確実に向上する。
さらに、第1及び第3シール部材66、84は、第1及び第3流路62、80の内側に設けられている。従って、第1及び第2セパレータ52、54の面内で、水蒸気透過有効面積を効率的に拡大させることができ、水蒸気透過性能の向上が容易に可能になる。
なお、第1の実施形態では、一方の反応ガスである空気を加湿して燃料電池スタック14に供給するように構成しているが、これに限定されるものではなく、他方の反応ガスである燃料ガスを加湿する構造を採用してもよい。また、加湿流体として燃料電池スタック14から排出される空気であるオフガスを用いているが、これに限定されるものではなく、他の加湿ガス、例えば、専用の水蒸気ガスや純水又は液体等を用いてもよい。
さらに、第1の実施形態では、空気供給連通孔58a及びオフガス供給連通孔60aを空気排出連通孔58b及びオフガス排出連通孔60bの上方に配置しているが、これとは逆に、該空気排出連通孔58b及び該オフガス排出連通孔60bの下方に配置してもよい。
図10は、本発明の第2の実施形態に係る加湿装置100の要部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る加湿装置10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3及び第4の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
加湿装置100は、水透過性膜50の一方の面50aに配設される第1セパレータ102と、前記水透過性膜50の他方の面50bに配設される第2セパレータ104とを備える。加湿装置100では、空気供給連通孔58aと空気排出連通孔58bとが一方の対角位置に設けられるとともに、オフガス供給連通孔60aとオフガス排出連通孔60bとが他方の対角位置に設けられる。
第1セパレータ102は、水透過性膜50の一方の面50aに向かう第1面102a側に、空気供給連通孔58aと空気排出連通孔58bとを連通し、矢印B方向に1往復半のサーペンタイン形状の第1流路106を設けるとともに、前記第1面102aとは反対の第2面102b側に、前記空気供給連通孔58aと前記空気排出連通孔58bとを連通するサーペンタイン形状の第2流路108が設けられる。サーペンタイン形状に設定することにより、流路長を長くすることができ、加湿量の増加が図られる。
第1流路106を構成する複数の溝部106a(第1流路溝)と、第2流路108を構成する複数の溝部108aとは交互に設けられており、その両端が空気供給連通孔58aと空気排出連通孔58bとに、直接、開放される。
第1流路106には、空気供給連通孔58a及び空気排出連通孔58bの近傍に第1シール部材(シール)110a、110bが配設されるとともに、第2流路108には、前記第1シール部材110a、110bに対し内方にオフセットして第2シール部材112a、112bが配設される。
第2セパレータ104は、水透過性膜50の他方の面50bに向かう第3面104a側に、オフガス供給連通孔60aとオフガス排出連通孔60bとを連通し、矢印B方向に1往復半のサーペンタイン形状の第3流路114を設けるとともに、前記第3面104aとは反対の第4面104b側には、前記オフガス供給連通孔60aと前記オフガス排出連通孔60bとを連通するサーペンタイン形状の第4流路116が設けられる。
第3流路114を構成する複数の溝部(第2流路溝)114aと、第4流路116を構成する複数の溝部116aとは、交互に設けられる。第3流路114のオフガス供給連通孔60a及びオフガス排出連通孔60bの近傍に第3シール部材(シール)118a、118bが配設される一方、第4流路116の前記オフガス供給連通孔60a及びオフガス排出連通孔60bの近傍に前記第3シール部材118a、118bに対し内方にオフセットして第4シール部材120a、120bが配設される。
第1セパレータ102の第1面102aには、水透過性膜50を介装して第2セパレータ104と積層される際、第3シール部材118a、118bと積層方向に重なり合う第1直線状凸部122a、122bが設けられる。第1直線状凸部122a、122bは、矢印C方向に延在している。
第2セパレータ104の第3面104aには、第1及び第2セパレータ102、104が水透過性膜50を介装して積層される際、第1シール部材110a、110bと積層方向に重なり合う第2直線状凸部126a、126bが設けられる。第2直線状凸部126a、126bは、矢印C方向に延在している。
図11は、本発明の第3の実施形態に係る加湿装置130の要部分解斜視説明である。
加湿装置130は、水透過性膜50の一方の面50aに配設される第1セパレータ132と、前記水透過性膜50の他方の面50bに配設される第2セパレータ134とを備える。
第1セパレータ132の第1面132a側には、空気供給連通孔58aと空気排出連通孔58bとを連通し、矢印B方向に2往復するサーペンタイン形状の第1流路136が設けられるとともに、前記第1面132aとは反対の第2面132b側には、前記空気供給連通孔58aと前記空気排出連通孔58bとを連通するサーペンタイン形状の第2流路138が設けられる。
第1流路136の入口及び出口近傍には、第1シール部材(シール)140a、140bが配設されるとともに、第2流路138の入口及び出口近傍には、前記第1シール部材140a、140bに対し内方にオフセットして第2シール部材142a、142bが配設される。
第2セパレータ134の第3面134a側には、オフガス供給連通孔60aとオフガス排出連通孔60bとを連通し、矢印B方向に2往復するサーペンタイン形状の第3流路144が設けられるとともに、前記第3面134aとは反対の第4面134b側には、前記オフガス供給連通孔60aと前記オフガス排出連通孔60bとを連通するサーペンタイン形状の第4流路146が設けられる。
第3流路144の入口及び出口近傍には、第3シール部材(シール)148a、148bが配設される一方、第4流路146の入口及び出口近傍には、前記第3シール部材148a、148bに対し内方にオフセットして第4シール部材150a、150bが配設される。
第1セパレータ132には、第2セパレータ134の第3シール部材148a、148bと積層方向に重なり合う第1直線状凸部152a、152bが設けられる。第2セパレータ134の第3面134aには、第1セパレータ132の第1シール部材140a、140bと積層方向に重なり合う第2直線状凸部156a、156bが設けられる。
図12は、本発明の第4の実施形態に係る加湿装置190の要部分解斜視説明図である。
加湿装置190は、水透過性膜50の一方の面50aに配設される第1セパレータ192と、前記水透過性膜50の他方の面50bに配設される第2セパレータ193とを備える。加湿装置190の矢印B方向一端縁部に、オフガス供給連通孔60aとオフガス排出連通孔60bとが設けられるとともに、該一端縁部の上下には、空気供給連通孔58aと空気排出連通孔58bとが設けられる。
第1セパレータ192は、第1面192a側及び第2面192b側に、空気供給連通孔58aと空気排出連通孔58bとに連通してU字状に屈曲乃至湾曲する第1流路194及び第2流路196を設ける。第1流路194を構成する複数の溝部(第1流路溝)194aは、第2流路196を構成する複数の溝部196aと交互に設けられる。
第2セパレータ193は、第3面193a側及び第4面193b側に、第3流路198及び第4流路200を設ける。第3流路198及び第4流路200は、オフガス供給連通孔60aとオフガス排出連通孔60bとに連通して略U字状に構成されるとともに、溝部(第2流路溝)198a及び溝部200aが交互に設けられる。
第2セパレータ193の第3面193aには、第3流路198の入口及び出口近傍にシール部材(シール)202が配設されるとともに、第4面193bには、第4流路200の入口及び出口近傍に前記シール部材202に対し内方にオフセットしてシール部材204が配設される。
第1セパレータ192の第1面192aには、第2セパレータ193のシール部材202と積層方向に重なり合う直線状凸部206が矢印C方向に延在して設けられる。
上記のように構成される第2〜第4の実施形態では、上記の第1の実施形態に係る加湿装置10と同様の効果が得られる。
10、100、130、190…加湿装置
12…燃料電池システム 14…燃料電池スタック
16…発電セル 20…電解質膜・電極構造体
20a…固体高分子電解質膜 20b…アノード側電極
20c…カソード側電極
22、24、52、54、102、104、132、134、192、193…セパレータ
40…空気供給流路 42…空気排出流路
50…水透過性膜
50a、50b、52a、52b、54a、54b、102a、102b、104a、104b、132a、132b、134a、134b、192a、192b、193a、193b…面
56…積層体 58a…空気供給連通孔
58b…空気排出連通孔 60a…オフガス供給連通孔
60b…オフガス排出連通孔
62、64、80、82、106、108、114、116、134a、134b、136、138、144、146、194、196、198、200…流路
62a、62b、64a、80a、82a、106a、108a、114a、116a、194a、196a、198a、200a…溝部
66、68、84、86、110a、110b、112a、112b、118a、118b、120a、120b、140a、140b、142a、142b、148a、148b、150a、150b、202、204…シール部材
70a、70b…シール部 72a、72b…膨出部
74a、74b…凹部 76a、76b、88a、88b…貫通孔
89a、89b、122a、122b、126a、126b、152a、152b、156a、156b、206…直線状凸部
12…燃料電池システム 14…燃料電池スタック
16…発電セル 20…電解質膜・電極構造体
20a…固体高分子電解質膜 20b…アノード側電極
20c…カソード側電極
22、24、52、54、102、104、132、134、192、193…セパレータ
40…空気供給流路 42…空気排出流路
50…水透過性膜
50a、50b、52a、52b、54a、54b、102a、102b、104a、104b、132a、132b、134a、134b、192a、192b、193a、193b…面
56…積層体 58a…空気供給連通孔
58b…空気排出連通孔 60a…オフガス供給連通孔
60b…オフガス排出連通孔
62、64、80、82、106、108、114、116、134a、134b、136、138、144、146、194、196、198、200…流路
62a、62b、64a、80a、82a、106a、108a、114a、116a、194a、196a、198a、200a…溝部
66、68、84、86、110a、110b、112a、112b、118a、118b、120a、120b、140a、140b、142a、142b、148a、148b、150a、150b、202、204…シール部材
70a、70b…シール部 72a、72b…膨出部
74a、74b…凹部 76a、76b、88a、88b…貫通孔
89a、89b、122a、122b、126a、126b、152a、152b、156a、156b、206…直線状凸部
Claims (4)
- 固体高分子型燃料電池に供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するための反応ガス用加湿装置であって、
水透過性膜の一方の面に配設され、前記一方の面側に前記反応ガスを供給する複数の第1流路溝を有する第1セパレータと、
前記水透過性膜の他方の面に配設され、前記他方の面側に前記加湿流体を供給する複数の第2流路溝を有する第2セパレータと、
を備え、
前記第1及び第2セパレータには、前記第1流路溝に連通して積層方向に貫通する第1連通孔と、
前記第2流路溝に連通して積層方向に貫通する第2連通孔と、
が形成されるとともに、
少なくとも前記第1セパレータは、前記第1連通孔の近傍にシールを設け、
前記シールは、前記第2セパレータの前記第2流路溝間に設けられる直線状凸部と積層方向に重なり合うことを特徴とする反応ガス用加湿装置。 - 請求項1記載の反応ガス用加湿装置において、前記シールのシール幅寸法は、前記直線状凸部の幅寸法よりも小さく設定されることを特徴とする反応ガス用加湿装置。
- 請求項1又は2記載の反応ガス用加湿装置において、前記シールが設けられる前記第1流路溝の流れ方向は、前記直線状凸部間における前記第2流路溝の流れ方向と交差することを特徴とする反応ガス用加湿装置。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の反応ガス用加湿装置において、前記シールは、前記第1流路溝の内側に設けられることを特徴とする反応ガス用加湿装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004188566A JP2006012615A (ja) | 2004-06-25 | 2004-06-25 | 反応ガス用加湿装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004188566A JP2006012615A (ja) | 2004-06-25 | 2004-06-25 | 反応ガス用加湿装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006012615A true JP2006012615A (ja) | 2006-01-12 |
Family
ID=35779612
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004188566A Pending JP2006012615A (ja) | 2004-06-25 | 2004-06-25 | 反応ガス用加湿装置 |
Country Status (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008192619A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Samsung Sdi Co Ltd | 直接メタノール燃料電池用セパレータ |
JP2021026851A (ja) * | 2019-08-01 | 2021-02-22 | アイシン精機株式会社 | 加湿器 |
-
2004
- 2004-06-25 JP JP2004188566A patent/JP2006012615A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008192619A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Samsung Sdi Co Ltd | 直接メタノール燃料電池用セパレータ |
JP2021026851A (ja) * | 2019-08-01 | 2021-02-22 | アイシン精機株式会社 | 加湿器 |
JP7392314B2 (ja) | 2019-08-01 | 2023-12-06 | 株式会社アイシン | 加湿器 |
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