JP2007109466A - Humidifying device for reaction gas - Google Patents
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Abstract
Description
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固体高分子型燃料電池において、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ための水透過性膜を設ける反応ガス用加湿装置に関する。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell in which 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 as reaction gases are supplied. The present invention relates to a humidifier for a reactive gas, which is provided with a water-permeable membrane for humidifying at least one reactive gas supplied to a solid polymer fuel cell with a humidifying fluid.
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に開示されている加温・加湿システム装置では、図7に示すように、高分子膜1の両側に、第1セパレータ2と第2セパレータ3とが配置されている。第1セパレータ2には、加温・加湿させたい気体(例えば、水素、酸素又は空気)を導く加温・加湿気体流路溝4が設けられている。第2セパレータ3には、温水となった冷却水を導く冷却水流路溝5が設けられている。
For example, in the heating / humidification system apparatus disclosed in
このような構成において、冷却水流路溝5に温水となった冷却水を導くことにより、この温水は、高分子膜1に吸水されている。そして、この吸水された水は、加温・加湿気体流路溝4に導かれた加温・加湿させたい気体(以下、単に気体という)中に蒸発して前記気体を加湿するとともに、前記温水の持つ熱によって前記気体を加温させることができる、としている。
In such a configuration, the hot water is absorbed into the
ところで、上記の加温・加湿システム装置では、所定数の第1セパレータ2、高分子膜1及び第2セパレータ3を、順次、積層して積層体スタックを構成する際には、気体、及び温水となった冷却水を、それぞれ積層方向に供給するための連通孔が設けられる場合がある。そして、連通孔に沿って積層方向に流れる気体や冷却水は、それぞれ高分子膜1の両面に形成されている加温・加湿気体流路溝4及び冷却水流路溝5に分流されることにより、上記の加温・加湿処理が遂行されることになる。
By the way, in the above heating / humidification system device, when a predetermined number of
しかしながら、連通孔と加温・加湿気体流路溝4及び冷却水流路溝5との連結部位では、気体及び冷却水の流れの方向が急激に変化するとともに、それぞれの流速の変化も相当に大きなものとなっている。これにより、前記の各連結部位における気体や冷却水の圧損が増大するという問題がある。
However, at the connection portion between the communication hole and the heating / humidifying gas
本発明はこの種の問題を解決するものであり、積層方向に延在する連通孔と水透過性膜に沿って延在する流路との連結流路部での圧損を良好に低減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。 The present invention solves this type of problem and satisfactorily reduces the pressure loss at the connecting flow path portion between the communication hole extending in the stacking direction and the flow path extending along the water permeable membrane. An object of the present invention is to provide a reaction gas humidifier capable of satisfying the requirements.
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固体高分子型燃料電池において、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ための水透過性膜を設ける反応ガス用加湿装置である。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell in which 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 as reaction gases are supplied. This is a reactive gas humidifier provided with a water permeable membrane for humidifying at least one reactive gas supplied to a polymer electrolyte fuel cell with a humidified fluid.
この反応ガス用加湿装置は、一方の反応ガスを積層方向に流す反応ガス入口連通孔と、加湿された前記一方の反応ガスを前記積層方向に流す反応ガス出口連通孔と、前記反応ガス入口連通孔と前記反応ガス出口連通孔とに連通し、水透過性膜に沿って前記一方の反応ガスを流して前記一方の反応ガスを加湿する反応ガス流路とを設けている。 The humidifying device for reactive gas includes a reactive gas inlet communication hole for flowing one reactive gas in the stacking direction, a reactive gas outlet communication hole for flowing the humidified one reactive gas in the stacking direction, and the reactive gas inlet communication. A reaction gas flow path is provided which communicates with the hole and the reaction gas outlet communication hole and flows the one reaction gas along the water permeable membrane to humidify the one reaction gas.
そして、反応ガス流路の開放端部には、少なくとも反応ガス入口連通孔又は反応ガス出口連通孔に連結される連結流路部が設けられるとともに、前記連結流路部の流路幅は、前記反応ガス流路の中央側の流路幅よりも幅広に設定されている。 The open end of the reaction gas channel is provided with a connection channel part connected to at least the reaction gas inlet communication hole or the reaction gas outlet communication hole, and the channel width of the connection channel part is It is set wider than the channel width on the center side of the reaction gas channel.
また、反応ガス用加湿装置は、加湿流体を積層方向に流す加湿流体入口連通孔と、一方の反応ガスを加湿した後の前記加湿流体を前記積層方向に流す加湿流体出口連通孔と、前記加湿流体入口連通孔と前記加湿流体出口連通孔とに連通し、水透過性膜に沿って前記加湿流体を流す加湿流体流路とを設け、前記加湿流体流路の開放端部には、少なくとも前記加湿流体入口連通孔又は前記加湿流体出口連通孔に連結される連結流路部が設けられるとともに、前記連結流路部の流路幅は、前記加湿流体流路の中央側の流路幅よりも幅広に設定されることが好ましい。 The reactive gas humidifier includes a humidified fluid inlet communication hole for flowing a humidified fluid in the stacking direction, a humidified fluid outlet communication hole for flowing the humidified fluid after humidifying one of the reactive gases in the stacked direction, and the humidifier. A humidifying fluid channel that communicates with the fluid inlet communicating hole and the humidified fluid outlet communicating hole and that flows the humidifying fluid along the water permeable membrane is provided, and at least an opening end of the humidifying fluid channel A connecting channel portion connected to the humidifying fluid inlet communicating hole or the humidifying fluid outlet communicating hole is provided, and the channel width of the connecting channel portion is larger than the channel width on the central side of the humidifying fluid channel. It is preferable that the width is set wide.
さらに、連結流路部の流路幅は、開放側に向かって連続的に幅広になるように構成されることが好ましい。さらにまた、加湿流体は、固体高分子型燃料電池から排出される使用済みの一方の反応ガスであることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the flow path width of the connection flow path portion is configured to be continuously wide toward the open side. Furthermore, it is preferable that the humidified fluid is one of the used reaction gases discharged from the polymer electrolyte fuel cell.
本発明では、反応ガス流路の開放端部に設けられる連結流路部の流路幅が、前記反応ガス流路の中央側の流路幅よりも幅広に設定されている。このため、反応ガス入口連通孔から前記連結流路部に加湿前の反応ガスが導入される際、及び/又は、前記連結流路部から反応ガス出口連通孔に加湿後の反応ガスが導入される際、前記反応ガスの圧損を良好に低減させることができる。これにより、反応ガス流路に沿って反応ガスを円滑且つ確実に流動させることが可能になり、所望の加湿処理が効率的に遂行される。 In the present invention, the channel width of the connecting channel provided at the open end of the reaction gas channel is set wider than the channel width on the center side of the reaction gas channel. For this reason, when the reaction gas before humidification is introduced from the reaction gas inlet communication hole to the connection channel portion and / or the reaction gas after humidification is introduced from the connection channel portion to the reaction gas outlet communication hole. In this case, the pressure loss of the reaction gas can be satisfactorily reduced. As a result, the reaction gas can flow smoothly and reliably along the reaction gas flow path, and a desired humidification process is efficiently performed.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る反応ガス用加湿装置を組み込む燃料電池システム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、平膜型加湿装置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、加湿装置14が直接積層される。加湿装置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 FIG. 1, the
燃料電池12内には、それぞれ矢印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(以下、空気ともいう)を供給するための酸化剤ガス供給連通孔26a、前記酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔26b、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔28a、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔28b、燃料ガス、例えば、水素含有ガス(以下、水素ともいう)を供給するための燃料ガス供給連通孔30a、及び前記燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔30bが設けられる。
In the
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3及び図4に示すように、加湿装置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. 3 and 4, the
図3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(反応ガス入口連通孔)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. 3, air inlet communication holes (reaction gases) through which air before one reaction (one reaction gas) is introduced through one end edge in the direction of arrow B of the laminated
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(加湿流体入口連通孔)50aと、反応前の空気を加湿した後の空気オフガスを排出する空気オフガス出口連通孔(加湿流体出口連通孔)50bとが矢印C方向に配列して設けられる。
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52aを有する第1反応ガス流路52を設ける。
The
第1セパレータ42の面42aとは反対の面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54aを有する第2反応ガス流路54が設けられる。この第2反応ガス流路54は、第1反応ガス流路52と交互に形成され、全体として波形状を有している(図4参照)。
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56aを有する第1加湿流体流路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58aを有する第2加湿流体流路58を設ける。この第2加湿流体流路58は、第1加湿流体流路56と交互に配設される。
The
図3に示すように、第1及び第2反応ガス流路52、54の両方の開放端部には、空気入口連通孔48aに連結される第1入口連結流路部60aと、空気出口連通孔48bに連結される第1出口連結流路部60bとが設けられる。同様に、第1及び第2加湿流体流路56、58の両方の開放端部には、空気オフガス入口連通孔50aに連結される第2入口連結流路部62aと、空気オフガス出口連通孔50bに連結される第2出口連結流路部62bとが設けられる。
As shown in FIG. 3, the first and second
図3及び図5に示すように、第1入口連結流路部60aは、空気入口連通孔48aに開放される複数の溝部52b、54bを有するとともに、前記溝部52b、54bの流路幅W1は、第1及び第2反応ガス流路52、54の中央側の溝部52a、54aの流路幅W2よりも幅広(W1>W2)に設定される。具体的には、各溝部52a、54aは、空気入口連通孔48a側の端面から所定の距離hだけ内方に離間した位置から徐々に(連続的に)幅寸法が拡大し、最大幅寸法の溝部52b、54bとなって前記空気入口連通孔48aに開放される。
As shown in FIGS. 3 and 5, the first
第1出口連結流路部60b、第2入口連結流路部62a及び第2出口連結流路部62bでは、少なくともいずれか1つが、上記の第1入口連結流路部60aと同様に流路幅を連続的に幅広に構成していればよい。
At least one of the first outlet connecting
図1に示すように、燃料電池システム10は、加湿装置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に接続されて加湿装置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、前記加湿装置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
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、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。
The hydrogen gas moves 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から加湿装置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3に示すように、加湿装置14では、第1セパレータ42の第1及び第2反応ガス流路52、54が空気入口連通孔48aに連通している。このため、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反応ガス流路52、54に沿って移動する。第1反応ガス流路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反応ガス流路54に沿って移動する空気は、他の水透過性膜40の一方の面40aに接触する(図4参照)。
As shown in FIG. 3, in the
加湿装置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1及び第2加湿流体流路56、58に導入される。第1加湿流体流路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に接触するとともに、第2加湿流体流路58に沿って移動する空気オフガスは、他の水透過性膜40の他方の面40bに接触する。
In the
従って、第2セパレータ44の第1加湿流体流路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反応ガス流路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反応ガス流路54に沿って移動する反応前の空気は、第2加湿流体流路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反応ガス流路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。
Accordingly, the moisture in the air off-gas that moves along the first humidified
図1に示すように、加湿された空気は、第2エンドプレート18bから各発電セル16に供給される。この加湿された空気は、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、酸化剤ガス排出連通孔26bに排出された後、上記のように、加湿装置14内で加湿処理に用いられて空気オフガス出口連通孔50bから空気排出流路78に排出される。
As shown in FIG. 1, the humidified air is supplied to each
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。
Thereby, in each
また、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、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。
In the cooling
この場合、第1の実施形態では、図5に示すように、第1及び第2反応ガス流路52、54の一方の開放端部に、空気入口連通孔48aに連結される第1入口連結流路部60aが設けられるとともに、この第1入口連結流路部60aを構成する溝部52b、54bの流路幅W1は、中央側の溝部52a、54aの流路幅W2に比べて幅広(W1>W2)に設定されている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, the first inlet connection connected to the air
このため、空気の流れ方向の変化及び流路断面積の変化が最も著しい部位である第1入口連結流路部60aの流路幅、すなわち、流路断面積が大きく設定されている。従って、空気入口連通孔48aに沿って矢印A方向に流れる空気が、第1及び第2反応ガス流路52、54に導入される際、前記空気の圧損を大幅に低減させることができる。
For this reason, the flow passage width of the first inlet connection
これにより、空気入口連通孔48aから第1及び第2反応ガス流路52、54に空気が円滑且つ確実に導入される。このため、空気は、第1及び第2反応ガス流路52、54に沿って良好に流れることができ、所望の加湿処理が効率的に遂行可能になるという効果が得られる。しかも、スーパーチャージャ80の消費電力を有効に削減することができる。
As a result, air is smoothly and reliably introduced into the first and second reaction
一方、図3に示すように、第1及び第2反応ガス流路52、54の他方の開放端部には、空気出口連通孔48bに連結される第1出口連結流路部60bが設けられるとともに、この第1出口連結流路部60bは、上記の第1入口連結流路部60aと同様に構成されている。従って、第1及び第2反応ガス流路52、54から空気出口連通孔48bに対し、加湿後の空気が円滑且つ良好に排出され、前記空気の圧損を良好に低減させることが可能になる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, a first outlet
さらにまた、第1及び第2加湿流体流路56、58の開放端部には、空気オフガス入口連通孔50a及び空気オフガス出口連通孔50bに連結される第2入口連結流路部62a及び第2出口連結流路部62bが設けられている。これにより、空気オフガスの流れ方向の変化及び流路断面積の変化が最も大きな部位である第2入口連結流路部62a及び第2出口連結流路部62bにおいて、流路断面積を大きく設定することができ、前記空気オフガスの圧損を良好に低減することが可能になるという効果がある。
Furthermore, the open ends of the first and second humidified
図6は、本発明の第2の実施形態に係る反応ガス用加湿装置である平膜型加湿装置100の一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14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。
FIG. 6 is a partially exploded perspective view of a
加湿装置100は、水透過性膜102の一方の面102aに配設される第1セパレータ104と、前記水透過性膜102の他方の面102bに配設される第2セパレータ106とを設ける。
The
第1及び第2セパレータ104、106は、水透過性膜102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108を構成する。積層体108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108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104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反応ガス流路110、112が設けられる。第2セパレータ106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1及び第2加湿流体流路114、116が設けられる。
First and second reaction
第1及び第2反応ガス流路110、112の開放端部には、少なくとも空気入口連通孔48aに、第2の実施形態では、前記空気入口連通孔48a及び空気出口連通孔48bに連結される第1入口連結流路部118a及び第1出口連結流路部118bが設けられる。第1入口連結流路部118a及び第1出口連結流路部118bの流路幅は、第1及び第2反応ガス流路110、112の中央側の流路幅よりも幅広に設定される。
The open ends of the first and second
同様に、第1及び第2加湿流体流路114、116の開放端部には、空気オフガス入口連通孔50a及び空気オフガス出口連通孔50bに連結される第2入口連結流路部120a及び第2出口連結流路部120bが設けられる。第2入口連結流路部120a及び第2出口連結流路部120bの流路幅は、第1及び第2加湿流体流路114、116の中央側の流路幅よりも幅広に設定される。
Similarly, the open ends of the first and second humidified fluid channels 114 and 116 are connected to the air off gas
このように、第2の実施形態では、流路幅が幅広に設定された第1及び第2入口連結流路部118a、120aと、第1及び第2出口連結流路部118b、120bとが設けられている。従って、空気及び空気オフガスの流れ方向の変化と流路断面積の変化とが最も大きな部位において、流路断面積を大きく設定することができ、圧損の低減を図ることが可能になる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
As described above, in the second embodiment, the first and second inlet connecting
なお、第1及び第2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、反応前の燃料ガスを燃料オフガスで加湿する構成、又は反応前の空気あるいは燃料ガスを純水である燃料電池冷却用冷却水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 and 2nd embodiment, although the structure which humidifies the air before reaction with 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, a configuration in which fuel gas before reaction is humidified with fuel off-gas, or before reaction Alternatively, a configuration in which the air or fuel gas is humidified with cooling water for cooling the fuel cell that is pure water may be employed. Furthermore, the shape of the flow path is not limited to a substantially U shape or serpentine, and various shapes can be employed.
10…燃料電池システム 12…燃料電池
14…加湿装置 16…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、104、106…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…燃料ガス流路 34…冷却媒体流路
36…酸化剤ガス流路 40、102…水透過性膜
46、108…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…反応ガス流路
52a、52b、54a、54b、56a、58a…溝部
56、58、114、116…加湿流体流路
60a、62a、118a、120a…入口連結流路部
60b、62b、118b、120b…出口連結流路部
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 110、112…反応ガス流路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記一方の反応ガスを積層方向に流す反応ガス入口連通孔と、
加湿された前記一方の反応ガスを前記積層方向に流す反応ガス出口連通孔と、
前記反応ガス入口連通孔と前記反応ガス出口連通孔とに連通し、前記水透過性膜に沿って前記一方の反応ガスを流して前記一方の反応ガスを加湿する反応ガス流路と、
を設け、
前記反応ガス流路の開放端部には、少なくとも前記反応ガス入口連通孔又は前記反応ガス出口連通孔に連結される連結流路部が設けられるとともに、前記連結流路部の流路幅は、前記反応ガス流路の中央側の流路幅よりも幅広に設定されることを特徴とする反応ガス用加湿装置。 In a polymer electrolyte fuel cell in which 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 as reaction gases are supplied, the solid polymer type A reaction gas humidification device provided with a water permeable membrane for humidifying at least one reaction gas supplied to a fuel cell with a humidifying fluid,
A reaction gas inlet communication hole for flowing the one reaction gas in the stacking direction;
A reaction gas outlet communication hole for flowing the humidified reaction gas in the stacking direction;
A reaction gas flow path that communicates with the reaction gas inlet communication hole and the reaction gas outlet communication hole, flows the one reaction gas along the water permeable membrane, and humidifies the one reaction gas;
Provided,
At the open end of the reaction gas channel, a connection channel part connected to at least the reaction gas inlet communication hole or the reaction gas outlet communication hole is provided, and the channel width of the connection channel part is: A humidifier for a reactive gas, wherein the reactive gas humidifier is set wider than a flow path width on a central side of the reactive gas flow path.
前記一方の反応ガスを加湿した後の前記加湿流体を前記積層方向に流す加湿流体出口連通孔と、
前記加湿流体入口連通孔と前記加湿流体出口連通孔とに連通し、前記水透過性膜に沿って前記加湿流体を流す加湿流体流路と、
を設け、
前記加湿流体流路の開放端部には、少なくとも前記加湿流体入口連通孔又は前記加湿流体出口連通孔に連結される連結流路部が設けられるとともに、前記連結流路部の流路幅は、前記加湿流体流路の中央側の流路幅よりも幅広に設定されることを特徴とする反応ガス用加湿装置。 The humidifying apparatus for reactive gas according to claim 1, wherein the humidifying fluid inlet communication hole for flowing the humidifying fluid in the stacking direction;
A humidified fluid outlet communication hole for flowing the humidified fluid in the stacking direction after humidifying the one reaction gas;
A humidifying fluid flow path that communicates with the humidifying fluid inlet communicating hole and the humidifying fluid outlet communicating hole and that allows the humidifying fluid to flow along the water permeable membrane;
Provided,
The open end of the humidified fluid channel is provided with a connection channel portion connected to at least the humidified fluid inlet communication hole or the humidified fluid outlet communication hole, and the channel width of the connection channel portion is: A humidifier for a reactive gas, wherein the humidifier is set to be wider than the channel width on the center side of the humidified fluid channel.
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