JP2007095352A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体高分子型燃料電池と、前記固体高分子型燃料電池に供給される一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿する水透過性膜を設ける平膜型加湿器とが、積層方向にスタックされる燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell and a flat membrane humidifier provided with a water permeable membrane for humidifying one reaction gas supplied to the polymer electrolyte fuel cell with a humidified fluid. The present invention relates to a fuel cell system to be stacked.
通常、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。 In general, a polymer electrolyte fuel cell has a power generation cell in which an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are arranged on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. I have. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.
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構成が知られている。 In the fuel cell described above, it is necessary to maintain the electrolyte membrane in an appropriate wet state in order to exhibit an effective power generation function. For this reason, a humidifier that humidifies fuel gas and oxidant gas in advance through water is prepared, and the humidified fuel gas and oxidant gas are supplied to the fuel cell by connecting the humidifier to the fuel cell. The supply configuration is known.
例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックは、図18に示すように、発電ユニット1と加湿ユニット2とを積層方向に組み付けて構成されている。発電ユニット1は、複数のセル1aを積層する一方、加湿ユニット2は、水素ガスを加湿する水素ガス加湿器2aと、酸素含有ガス(空気)を加湿する酸素含有ガス加湿器2bとを有する。
For example, the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is configured by assembling a power generation unit 1 and a humidification unit 2 in the stacking direction, as shown in FIG. While the power generation unit 1 stacks a plurality of
水素ガス加湿器2aは、多孔質膜3aの両面に水素ガス流路4a及び水流路4bが形成されるとともに、酸素含有ガス加湿器2bは、多孔質膜3bの両側に酸素ガス流路4c及び水流路4dが形成されている。各セル1aの冷却水流路(図示せず)には、ポンプ5を介して水通路5aから冷却水が供給され、前記セル1aの冷却水出口側には、水通路5bが接続されている。この水通路5bは、加湿ユニット2の水流路4b、4dに連通している。
The hydrogen gas humidifier 2a has hydrogen
加湿ユニット2の水素ガス流路4aには、ブロア6を介して水素ガスが水素ガス通路6aから送られるとともに、前記水素ガス流路4aの出口側には、水素ガス通路6bを介して各セル1aの水素ガス流路(図示せず)が連通している。加湿ユニット2の酸素ガス流路4cには、ブロア7を介して空気が酸素ガス通路7aから送られる一方、前記酸素ガス流路4cの出口側には、酸素ガス通路7bを介して各セル1aの酸素ガス流路(図示せず)が連通している。
Hydrogen gas is sent from the hydrogen gas passage 6a through the blower 6 to the
ところで、上記の燃料電池スタックでは、水通路5a、5b、水素ガス通路6a、6b及び酸素ガス通路7a、7bをスタック外部に設けられた外部マニホールド型で燃料電池スタックを構成しようとすると、配管が煩雑になるとともに、屈曲する配管内で圧損が増加するという問題がある。
By the way, in the fuel cell stack described above, if the fuel cell stack is configured by an external manifold type in which the
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、配管を有効に簡素化するとともに、圧損の低減を図ることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of effectively simplifying piping and reducing pressure loss with a simple configuration.
本発明は、電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとを積層し、反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されるとともに、冷却媒体が供給される固体高分子型燃料電池と、前記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水透過性膜を設ける平膜型加湿器とが、積層方向にスタックされる燃料電池システムである。 In the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and a fuel gas and an oxidant gas which are reaction gases are supplied, and a solid to which a cooling medium is supplied A polymer type fuel cell and a flat membrane type humidifier provided with a water permeable membrane for humidifying at least one reaction gas supplied to the solid polymer type fuel cell with a humidified fluid are stacked in the stacking direction. It is a fuel cell system.
平膜型加湿器は、加湿された一方の反応ガスを固体高分子型燃料電池に供給する反応ガス出口連通孔を積層方向に貫通して設け、前記固体高分子型燃料電池は、加湿された前記一方の反応ガスが導入される反応ガス供給連通孔を前記積層方向に設けるとともに、前記反応ガス出口連通孔と前記反応ガス供給連通孔とは、前記積層方向に沿って同一直線上に配置されている。 The flat membrane type humidifier is provided with a reaction gas outlet communication hole for supplying one humidified reaction gas to the polymer electrolyte fuel cell in the stacking direction, and the polymer electrolyte fuel cell is humidified The reaction gas supply communication hole into which the one reaction gas is introduced is provided in the stacking direction, and the reaction gas outlet communication hole and the reaction gas supply communication hole are arranged on the same straight line along the stacking direction. ing.
また、本発明では、平膜型加湿器は、固体高分子型燃料電池から加湿流体であるオフガスが排出されるオフガス入口連通孔を積層方向に貫通して設け、前記固体高分子型燃料電池は、前記オフガスを排出するオフガス排出連通孔を前記積層方向に設けるとともに、前記オフガス入口連通孔と前記オフガス排出連通孔とは、前記積層方向に沿って同一直線上に配置されている。 In the present invention, the flat membrane type humidifier is provided with an off gas inlet communication hole through which the off gas, which is a humidified fluid, is discharged from the solid polymer fuel cell in the stacking direction, and the solid polymer fuel cell is The off-gas discharge communication holes for discharging the off-gas are provided in the stacking direction, and the off-gas inlet communication holes and the off-gas discharge communication holes are arranged on the same straight line along the stacking direction.
本発明では、平膜型加湿器の反応ガス出口連通孔と固体高分子型燃料電池の反応ガス供給連通孔とが、同一直線上に配置されるため、反応ガスの円滑な流れが遂行されて圧損を良好に低減させることができる。しかも、簡単な構成で、配管を有効に簡素化することが可能になる。 In the present invention, the reaction gas outlet communication hole of the flat membrane type humidifier and the reaction gas supply communication hole of the polymer electrolyte fuel cell are arranged on the same straight line, so that a smooth flow of the reaction gas is performed. The pressure loss can be reduced satisfactorily. Moreover, the piping can be effectively simplified with a simple configuration.
また、本発明では、固体高分子型燃料電池のオフガス排出連通孔と平膜型加湿器のオフガス入口連通孔とが、同一直線上に配置されるため、オフガスの円滑な流れが遂行されて圧損を良好に低減させることができる。しかも、簡単な構成で、配管を有効に簡素化することが可能になる。 Further, in the present invention, the off-gas discharge communication hole of the polymer electrolyte fuel cell and the off-gas inlet communication hole of the flat membrane humidifier are arranged on the same straight line, so that a smooth flow of off-gas is performed and pressure loss is achieved. Can be reduced satisfactorily. Moreover, the piping can be effectively simplified with a simple configuration.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システム10の概略構成説明図であり、図2は、前記燃料電池システム10の概略斜視図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a
燃料電池システム10は、例えば、自動車等の燃料電池車両に搭載されており、固体高分子型燃料電池12と、平膜型加湿器14とを積層方向(矢印A方向)にスタックして構成される。燃料電池12は、複数の発電セル16を矢印A方向に積層するとともに、積層方向両端にターミナルプレート17a、17b及び絶縁プレート19a、19bを介装して第1及び第2エンドプレート18a、18bが配置される。
The
第2エンドプレート18bには、加湿器14が直接積層される。加湿器14を構成する第3エンドプレート18cは、第1エンドプレート18aに対し、第2エンドプレート18bを介装して複数の締め付けボルト21により積層方向に締め付けられる(図2参照)。
The
図1及び図3に示すように、発電セル16は、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を挟持する一対の金属製又はカーボン製セパレータ22、24とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図3に示すように、発電セル16の長辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔(反応ガス供給連通孔)26a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔(オフガス排出連通孔)30bが設けられる。
As shown in FIG. 3, an oxidation for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the arrow A direction at one end edge in the long side direction (arrow B direction) of the
発電セル16の長辺方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔(反応ガス供給連通孔)30a、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔(オフガス排出連通孔)26bが設けられる。
A fuel gas supply communication hole (reactive gas supply communication hole) 30a for supplying fuel gas to each other in the direction of the arrow A and an oxidant gas are communicated with the other end edge of the
発電セル16の短手方向(矢印C方向)の一端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔28aが設けられるとともに、前記発電セル16の短手方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔28bが設けられる。
A cooling medium
セパレータ22の電解質膜・電極構造体20に向かう面には、燃料ガス供給連通孔30aと燃料ガス排出連通孔30bとを連通する燃料ガス流路32が形成される。セパレータ22の反対側の面には、冷却媒体供給連通孔28aと冷却媒体排出連通孔28bとを連通する冷却媒体流路34が形成される。
On the surface of the
セパレータ24の電解質膜・電極構造体20に向かう面には、酸化剤ガス供給連通孔26aと酸化剤ガス排出連通孔26bとに連通する酸化剤ガス流路36が設けられる。セパレータ24の反対側の面には、セパレータ22と重なり合って冷却媒体流路34が一体的に形成される。
An oxidant
図4及び図5に示すように、加湿器14は、水透過性膜40の一方の面40aに配設される第1セパレータ42と、前記水透過性膜40の他方の面40bに配設される第2セパレータ44とを備える。第1及び第2セパレータ42、44は、水透過性膜40を介装して交互に矢印A方向に積層されて積層体46を構成する。第1及び第2セパレータ42、44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42、44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。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図4に示すように、積層体46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)を導入する空気入口連通孔48aと、加湿された反応前の空気を燃料電池12に供給する空気出口連通孔(反応ガス出口連通孔)48bとが矢印C方向に配列して形成される。
As shown in FIG. 4, the air
図6に示すように、燃料電池12の酸化剤ガス供給連通孔26aと加湿器14の空気出口連通孔48bとは、積層方向(矢印A方向)に沿って同一直線上に配置される。同一直線上とは、酸化剤ガス供給連通孔26aの中心と空気出口連通孔48bの中心とが積層方向に一致していることをいう。また、酸化剤ガス供給連通孔26aと空気出口連通孔48bとは、同一の寸法に設定されることが好ましい。
As shown in FIG. 6, the oxidant gas
図4に示すように、積層体46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、空気オフガスが供給される空気オフガス入口連通孔50aと、反応前の空気を加湿した後の前記空気オフガスを排出する空気オフガス出口連通孔50bとが矢印C方向に配列して設けられる。図6に示すように、燃料電池12の酸化剤ガス排出連通孔26bと加湿器14の空気オフガス入口連通孔50aとは、積層方向(矢印A方向)に沿って同一直線上に配置される。
As shown in FIG. 4, the other end edge of the laminated
第1セパレータ42は、水透過性膜40の一方の面40aに向かう第1面42a側に、空気入口連通孔48aと空気出口連通孔48bとを連通し、略U字状に屈曲乃至湾曲する複数の溝部を有する第1流路52を設ける。
The
第1セパレータ42の第1面42aとは反対の第2面42b側には、空気入口連通孔48aと空気出口連通孔48bとを連通し、略U字状の複数の溝部を有する第2流路54が設けられる。この第2流路54は、第1流路52と交互に形成され、全体として波形状を有している(図5参照)。
On the
第2セパレータ44は、水透過性膜40の他方の面40bに向かう面44a側に空気オフガス入口連通孔50aと空気オフガス出口連通孔50bとを連通する略U字状の複数の溝部を有する第3流路56を設ける。
The
第2セパレータ44は、面44aとは反対の面44b側に、空気オフガス入口連通孔50aと空気オフガス出口連通孔50bとを連通する略U字状の複数の溝部を有する第4流路58を設ける。この第4流路58は、第3流路56と交互に配設される。
The
図1に示すように、燃料電池システム10は、加湿器14側に設けられる酸化剤ガス供給系70と、燃料電池12側に設けられる燃料ガス供給系72及び冷却媒体供給系74とを備える。
As shown in FIG. 1, the
酸化剤ガス供給系70は、第3エンドプレート18cに接続されて加湿器14の空気入口連通孔48aに空気を供給する空気供給流路76と、前記加湿器14の空気オフガス出口連通孔50bから排出される空気オフガスを、外部に排気するための空気排出流路78とを備える。空気供給流路76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)80が設けられる。
The oxidant
燃料ガス供給系72は、第1エンドプレート18aに接続されて燃料電池12の燃料ガス供給連通孔30aに水素ガスを供給するための水素供給流路82と、前記燃料電池12の燃料ガス排出連通孔30b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82の途上に戻して該燃料電池12に供給するための水素循環流路84とを備える。
The fuel
水素供給流路82には、高圧水素を貯留する水素タンク86と、前記水素タンク86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88と、減圧された前記水素ガスを燃料電池12に供給するとともに、水素循環流路84から排ガスを吸引して前記燃料電池12に戻すためのエゼクタ90とが配設される。
The
冷却媒体供給系74は、第1エンドプレート18aに接続されて燃料電池12の冷却媒体供給連通孔28aに冷却媒体を供給するための冷却媒体供給流路92と、前記燃料電池12の冷却媒体排出連通孔28bから排出される冷却媒体を冷却媒体タンク94に戻す冷却媒体循環流路96と、前記冷却媒体タンク94内の前記冷却媒体を循環させるポンプ98とを備える。
The cooling
このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
図1に示すように、水素タンク86から水素供給流路82に供給される水素ガスは、レギュレータ88を介して所定の圧力に減圧された後、エゼクタ90を通って燃料電池12の燃料ガス供給連通孔30aに供給される。
As shown in FIG. 1, the hydrogen gas supplied from the
図3に示すように、水素ガスは、各発電セル16を構成する燃料ガス流路32に沿って矢印B方向に移動し、アノード側電極20bに供給された後、未使用の水素を含む燃料オフガスが、燃料ガス排出連通孔30bに排出される。この燃料オフガスは、図1に示すように、水素循環流路84に排出されてエゼクタ90の吸引作用下に水素供給流路82に途上に戻された後、再度、燃料電池12に燃料ガスとして供給される。
As shown in FIG. 3, the hydrogen gas moves in the direction of arrow B along the fuel
一方、スーパーチャージャ80を介して、空気供給流路76に空気が供給される。この空気は、第3エンドプレート18cから加湿器14を構成する積層体46の空気入口連通孔48aに供給される。
On the other hand, air is supplied to the air supply channel 76 via the
図4に示すように、加湿器14では、第1セパレータ42の第1及び第2流路52、54が空気入口連通孔48aに連通している。この空気入口連通孔48aに導入された空気は、略U字状の第1及び第2流路52、54に沿って移動する。第1流路52を流れる空気は、水透過性膜40の一方の面40aに接触するとともに、第2流路54に沿って移動する空気は、他の水透過性膜40の他方の面40bに接触する(図5参照)。
As shown in FIG. 4, in the
加湿器14では、燃料電池12の発電に使用された反応済みの空気である空気オフガスが、空気オフガス入口連通孔50aに供給される。この空気オフガスは、第2セパレータ44の空気オフガス入口連通孔50aに連通する第3及び第4流路56、58に導入される。第3流路56を移動する空気オフガスは、水透過性膜40の他方の面40bに接触する一方、第4流路58に沿って移動する空気オフガスは、他の水透過性膜40の一方の面40aに接触する(図5参照)。
In the
従って、第2セパレータ44の第3流路56に沿って移動する空気オフガス中の水分は、水透過性膜40を透過し第1流路52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54に沿って移動する反応前の空気は、第4流路58に沿って移動する空気オフガス中の水分により加湿される。そして、加湿された空気は、第1及び第2流路52、54に連通する空気出口連通孔48bから燃料電池12の酸化剤ガス供給連通孔26aに供給される。
Therefore, the moisture in the air off-gas that moves along the
図3に示すように、加湿された空気は、各発電セル16のセパレータ24に形成される酸化剤ガス流路36を流れることによって、カソード側電極20cに供給される。未使用の空気を含む空気オフガスは、上記のように、加湿器14内で加湿処理に用いられた後、空気オフガス出口連通孔50b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。
As shown in FIG. 3, the humidified air is supplied to the cathode-
また、図1に示すように、冷却媒体供給系74では、ポンプ98の作用下に冷却媒体タンク94内の冷却媒体が、冷却媒体供給流路92から燃料電池12の冷却媒体供給連通孔28aに供給される。この冷却媒体は、図3に示すように、セパレータ22、24間に形成される冷却媒体流路34を通ることによって各発電セル16を冷却した後、冷却媒体排出連通孔28bから冷却媒体循環流路96に排出され、冷却媒体タンク94に戻される。
Further, as shown in FIG. 1, in the cooling
この場合、第1の実施形態では、図6に示すように、燃料電池12の酸化剤ガス供給連通孔26aと加湿器14の空気出口連通孔48bとは、積層方向に沿って同一直線上に配置されている。このため、加湿された空気が、空気出口連通孔48bから酸化剤ガス供給連通孔26aに円滑に流れて圧損を良好に低減させることができ、前記加湿された空気を燃料電池12に効率的に供給することが可能になる。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 6, the oxidant gas
さらに、燃料電池12の酸化剤ガス排出連通孔26bと加湿器14の空気オフガス入口連通孔50aとは、積層方向に沿って同一直線上に配置されている。従って、燃料電池12で反応に使用された空気である空気オフガスは、圧損等を惹起することがなく、空気オフガス入口連通孔50aに円滑に供給される。これにより、加湿器14における加湿処理が効率的且つ良好に遂行されるとともに、簡単な構成で、配管の簡略化を図ることができるという効果が得られる。
Further, the oxidant gas
図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システム100の概略斜視説明図である。
FIG. 7 is a schematic perspective explanatory view of a
なお、第1の実施形態に係る燃料電池システム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〜第5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。
The same components as those of the
燃料電池システム100は、固体高分子型燃料電池102と平膜型加湿器104とを備える。燃料電池102は、矢印A方向に積層される発電セル106を設けるとともに、前記発電セル106は、図8に示すように、電解質膜・電極構造体20を挟持するセパレータ108、110を備える。
The
発電セル106の長辺方向の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス排出連通孔30b及び酸化剤ガス供給連通孔26aが設けられる。発電セル106の長辺方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス供給連通孔30a及び酸化剤ガス排出連通孔26bが設けられる。
A fuel gas
セパレータ108の電解質膜・電極構造体20に向かう面には、矢印C方向上方に配置された燃料ガス供給連通孔30aと燃料ガス排出連通孔30bとを連通する燃料ガス流路32が形成される。セパレータ110の電解質膜・電極構造体20に向かう面には、矢印C方向下方に配置された酸化剤ガス供給連通孔26aと酸化剤ガス排出連通孔26bとに連通する酸化剤ガス流路36が設けられる。
On the surface of the
図9に示すように、加湿器104は、水透過性膜112の一方の面112aに配設される第1セパレータ114と、前記水透過性膜112の他方の面112bに配設される第2セパレータ116とを設ける。
As shown in FIG. 9, the
第1及び第2セパレータ114、116は、水透過性膜112を介装して交互に矢印A方向に積層されることにより積層体118を構成する。積層体118の矢印B方向の一端縁部には、空気オフガス出口連通孔50b及び空気出口連通孔48bが設けられる。積層体118の矢印B方向の他端縁部には、空気入口連通孔48a及び空気オフガス入口連通孔50aが設けられる。
The first and
第1セパレータ114の両面には、空気入口連通孔48aと空気出口連通孔48bとを連通し、矢印B方向に一往復半だけ折り返すサーペンタイン流路である第1及び第2流路120、122が設けられる。第2セパレータ116の両面には、空気オフガス入口連通孔50aと空気オフガス出口連通孔50bとを連通し、矢印B方向に一往復半だけ折り返すサーペンタイン流路である第3及び第4流路124、126が設けられる。
On both surfaces of the
発電セル106の酸化剤ガス供給連通孔26aと加湿器104の空気出口連通孔48b、及び前記発電セル106の酸化剤ガス排出連通孔26bと前記加湿器104の空気オフガス入口連通孔50aとは、それぞれ積層方向(矢印A方向)に沿って同一直線上に配置される。
The oxidant gas
このように構成される第2の実施形態では、反応前の空気が第1及び第2流路120、122を流れる一方、空気オフガスが第3及び第4流路124、126を流れることにより、前記反応前の空気が加湿される。加湿された空気は、空気出口連通孔48bから発電セル106の酸化剤ガス供給連通孔26aに供給されるとともに、前記発電セル106で反応後の空気オフガスは、酸化剤ガス排出連通孔26bから空気オフガス入口連通孔50aに排出される。
In the second embodiment configured as described above, the air before reaction flows through the first and
その際、酸化剤ガス供給連通孔26aと空気出口連通孔48b、及び酸化剤ガス排出連通孔26bと空気オフガス入口連通孔50aとは、それぞれ積層方向に沿って同一直線上に配置されている。従って、圧損の低減が容易に図られる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
At that time, the oxidant gas
図10は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システム130の概略斜視説明図である。
FIG. 10 is a schematic perspective explanatory view of a
燃料電池システム130は、固体高分子型燃料電池132と平膜型加湿器134とを備える。燃料電池132は、矢印A方向に積層される発電セル136を設けるとともに、前記発電セル136は、図11に示すように、電解質膜・電極構造体20を挟持するセパレータ138、140を備える。
The
発電セル136の長辺方向の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス供給連通孔30a及び酸化剤ガス排出連通孔26bが設けられる。発電セル136の長辺方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス排出連通孔30b及び酸化剤ガス供給連通孔26aが設けられる。
A fuel gas
図12に示すように、加湿器134は、水透過性膜142を挟んで第1及び第2セパレータ144、146が配設され、これらが積層されて積層体148が構成される。積層体148の矢印B方向の一端縁部には、空気入口連通孔48a及び空気オフガス入口連通孔50aが設けられる。積層体148の矢印B方向の他端縁部には、空気オフガス出口連通孔50b及び空気出口連通孔48bが設けられる。
As shown in FIG. 12, the
第1セパレータ144の両面には、サーペンタイン流路である第1及び第2流路150、152が設けられ、第2セパレータ146の両面には、サーペンタイン流路である第3及び第4流路154、156が設けられる。
First and
発電セル136の酸化剤ガス供給連通孔26aと加湿器134の空気出口連通孔48b、及び前記発電セル136の酸化剤ガス排出連通孔26bと前記加湿器134の空気オフガス入口連通孔50aとは、それぞれ積層方向(矢印A方向)に沿って同一直線上に配置される。
The oxidant gas
この第3の実施形態では、上記の第2の実施形態と同様に、空気及び空気オフガスの圧損を良好に低減することができる等の効果が得られる。 In the third embodiment, as in the second embodiment described above, effects such as the ability to favorably reduce the pressure loss of air and air off-gas can be obtained.
図13は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システム160の概略斜視説明図である。
FIG. 13 is a schematic perspective explanatory view of a
燃料電池システム160は、燃料電池12と平膜型加湿器162とを備える。図14に示すように、加湿器162は、水透過性膜164を挟んで第1及び第2セパレータ166、168が配設され、これらが積層されて積層体170が構成される。積層体170の矢印B方向の一端縁部には、空気出口連通孔48b及び空気入口連通孔48aが設けられる。積層体170の矢印B方向の他端縁部には、空気オフガス出口連通孔50b及び空気オフガス入口連通孔50aが設けられる。
The
第1セパレータ166の両面には、矢印B方向に二往復するサーペンタイン流路である第1及び第2流路172、174が設けられる。第2セパレータ168の両面には、矢印B方向に二往復するサーペンタイン流路である第3及び第4流路176、178が設けられる。
First and
燃料電池12の酸化剤ガス供給連通孔26aと加湿器162の空気出口連通孔48b、及び前記燃料電池12の酸化剤ガス排出連通孔26bと前記加湿器162の空気オフガス入口連通孔50aとは、それぞれ積層方向(矢印A方向)に沿って同一直線上に配置される。
The oxidant gas
このように構成される第4の実施形態では、上記の第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。 In the fourth embodiment configured as described above, the same effect as in the first to third embodiments can be obtained.
図15は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システム180の概略斜視説明図である。
FIG. 15 is a schematic perspective explanatory view of a
燃料電池システム180は、固体高分子型燃料電池182と平膜型加湿器184とを備える。燃料電池182は、矢印A方向に積層される発電セル186を設けるとともに、前記発電セル186は、図16に示すように、電解質膜・電極構造体20を挟持するセパレータ188、190を備える。
The
発電セル186の長辺方向の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔26a及び酸化剤ガス排出連通孔26bが設けられる。発電セル136の長辺方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス供給連通孔30a及び燃料ガス排出連通孔30bが設けられる。
An oxidant gas
セパレータ188の電解質膜・電極構造体20に向かう面には、燃料ガス供給連通孔30a及び燃料ガス排出連通孔30bに連通する略U字状の燃料ガス流路32aが形成される。セパレータ190の電解質膜・電極構造体20に向かう面には、酸化剤ガス供給連通孔26a及び酸化剤ガス排出連通孔26bに連通する略U字状の酸化剤ガス流路36aが形成される。
A substantially U-shaped fuel
図17に示すように、加湿器184は、水透過性膜192を挟んで第1及び第2セパレータ194、196が配設され、これらが積層されて積層体198が構成される。積層体198の矢印B方向の一端縁部には、空気出口連通孔48b及び空気オフガス入口連通孔50aが設けられる。積層体198の矢印B方向の他端縁部には、空気オフガス出口連通孔50b及び空気入口連通孔48aが設けられる。
As shown in FIG. 17, the
第2セパレータ196の両面には、反応前の空気を流すサーペンタイン流路である第1及び第2流路200、202が設けられる。第1セパレータ194の両面には、空気オフガスを流すサーペンタイン流路である第3及び第4流路204、206が設けられる。
On both surfaces of the
燃料電池182の酸化剤ガス供給連通孔26aと加湿器184の空気出口連通孔48b、及び前記燃料電池182の酸化剤ガス排出連通孔26bと前記加湿器184の空気オフガス入口連通孔50aとは、それぞれ積層方向(矢印A方向)に沿って同一直線上に配置される。
The oxidant gas
このように構成される第5の実施形態では、上記の第1〜第4の実施形態と同様の効果が得られる。 In the fifth embodiment configured as described above, the same effects as in the first to fourth embodiments can be obtained.
なお、第1〜第5の実施形態では、反応前の空気を空気オフガスで加湿する構成を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、反応前の空気を燃料オフガス(反応後の燃料ガス)で加湿する構成、反応前の燃料ガスを空気オフガスで加湿する構成、又は反応前の燃料ガスを燃料オフガスで加湿する構成等を採用してもよい。さらに、流路形状は、略U字状やサーペンタインに限定されず、種々の形状が採用可能である。 In addition, in the 1st-5th embodiment, although the structure which humidifies the air before reaction with an air off gas is employ | adopted, it is not limited to this. For example, a configuration in which air before reaction is humidified with fuel off gas (fuel gas after reaction), a configuration in which fuel gas before reaction is humidified with air off gas, or a configuration in which fuel gas before reaction is humidified with fuel off gas is adopted. May be. Furthermore, the shape of the flow path is not limited to a substantially U shape or serpentine, and various shapes can be employed.
10、100、130、160、180…燃料電池システム
12、102、132、182…燃料電池
14、104、134、162、184…加湿器
16、106、136、186…発電セル
18a〜18c…エンドプレート 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、42、44、108、110、114、116、144、146、166、168、188、190、194、196…セパレータ
26a…酸化剤ガス供給連通孔 26b…酸化剤ガス排出連通孔
28a…冷却媒体供給連通孔 28b…冷却媒体排出連通孔
30a…燃料ガス供給連通孔 30b…燃料ガス排出連通孔
32、32a…燃料ガス流路 34…冷却媒体流路
36、36a…酸化剤ガス流路
40、112、142、164、192…水透過性膜
46、118、148、170、198…積層体
48a…空気入口連通孔 48b…空気出口連通孔
50a…空気オフガス入口連通孔 50b…空気オフガス出口連通孔
52、54、56、58、120、122、124、126、150、152、154、156、172、174、176、178、200、202、204、206…流路
70…酸化剤ガス供給系 72…燃料ガス供給系
74…冷却媒体供給系
10, 100, 130, 160, 180 ...
Claims (2)
前記平膜型加湿器は、加湿された前記一方の反応ガスを前記固体高分子型燃料電池に供給する反応ガス出口連通孔を前記積層方向に貫通して設け、
前記固体高分子型燃料電池は、加湿された前記一方の反応ガスが導入される反応ガス供給連通孔を前記積層方向に設けるとともに、
前記反応ガス出口連通孔と前記反応ガス供給連通孔とは、前記積層方向に沿って同一直線上に配置されることを特徴とする燃料電池システム。 Solid polymer fuel in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and fuel gas and oxidant gas as reaction gases are supplied and a cooling medium is supplied A fuel cell system in which a battery and a flat membrane humidifier provided with a water permeable membrane for humidifying at least one reaction gas supplied to the polymer electrolyte fuel cell with a humidified fluid are stacked in the stacking direction. There,
The flat membrane type humidifier is provided with a reaction gas outlet communication hole that feeds the humidified reaction gas to the polymer electrolyte fuel cell in the stacking direction,
The polymer electrolyte fuel cell is provided with a reaction gas supply communication hole into which the one of the humidified reaction gases is introduced in the stacking direction,
The reaction gas outlet communication hole and the reaction gas supply communication hole are arranged on the same line along the stacking direction.
前記平膜型加湿器は、前記固体高分子型燃料電池から前記加湿流体であるオフガスが排出されるオフガス入口連通孔を前記積層方向に貫通して設け、
前記固体高分子型燃料電池は、前記オフガスを排出するオフガス排出連通孔を前記積層方向に設けるとともに、
前記オフガス入口連通孔と前記オフガス排出連通孔とは、前記積層方向に沿って同一直線上に配置されることを特徴とする燃料電池システム。 Solid polymer fuel in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and fuel gas and oxidant gas as reaction gases are supplied and a cooling medium is supplied A fuel cell system in which a battery and a flat membrane humidifier provided with a water permeable membrane for humidifying at least one reaction gas supplied to the polymer electrolyte fuel cell with a humidified fluid are stacked in the stacking direction. There,
The flat membrane humidifier is provided with an off-gas inlet communication hole through which the off-gas as the humidifying fluid is discharged from the solid polymer fuel cell in the stacking direction,
The polymer electrolyte fuel cell has an off-gas discharge communication hole for discharging the off-gas in the stacking direction,
The fuel cell system, wherein the off-gas inlet communication hole and the off-gas discharge communication hole are arranged on the same straight line along the stacking direction.
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2005
- 2005-09-27 JP JP2005279810A patent/JP2007095352A/en active Pending
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