JP2007214062A - Fuel gas humidifying device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに利用される加湿装置に関し、より詳しくは、燃料ガス(以下、代表して「水素」ともいう)を加湿する加湿装置に関する。 The present invention relates to a humidifier used in a fuel cell system, and more particularly to a humidifier that humidifies fuel gas (hereinafter also referred to as “hydrogen”).
近年、燃料電池自動車などに搭載される燃料電池システムに関して、研究や開発が盛んに行われている。燃料電池システムでは、その主要部である燃料電池において、水素と酸化剤ガス(空気中の酸素など:以下、代表して「空気」ともいう)の電気化学反応による発電が行われる。そして、特に、固体高分子型の燃料電池などでは、その特性上、燃料電池に供給する気体を加湿する装置が必要となる。 In recent years, research and development have been actively conducted on fuel cell systems mounted on fuel cell vehicles and the like. In a fuel cell system, in a fuel cell that is a main part of the fuel cell system, power generation is performed by an electrochemical reaction between hydrogen and an oxidant gas (oxygen in the air; hereinafter, also representatively referred to as “air”). In particular, in a polymer electrolyte fuel cell or the like, a device for humidifying the gas supplied to the fuel cell is required due to its characteristics.
そのため、従来から、酸化剤ガスを加湿する加湿装置が多く用いられてきたが、最近の燃料電池のさらなる高温化により、それに加えて、燃料ガスを加湿する加湿装置も必要になってきている。 For this reason, many humidifiers that humidify the oxidant gas have been used in the past. However, with the recent increase in the temperature of fuel cells, a humidifier that humidifies the fuel gas has become necessary.
たとえば、特許文献1では、燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出された直後の水素(排出水素)の水分を利用して、燃料電池に供給する水素を加湿する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1の技術では、燃料電池内で生成された凝縮水が、循環経路を通過して再び燃料電池内に流入してしまうという問題があった。
また、加湿装置内の中空糸膜内に水分が溜まりにくく、排出水素とともに水分が加湿装置外にすぐに排出されてしまい、効率よく加湿を行うことができないという問題もあった。
However, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that the condensed water generated in the fuel cell passes through the circulation path and flows into the fuel cell again.
In addition, moisture hardly accumulates in the hollow fiber membrane in the humidifying device, and moisture is immediately discharged out of the humidifying device together with the discharged hydrogen, which makes it impossible to efficiently humidify.
そこで、本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池内への凝縮水の流入を防止し、かつ、燃料ガスを効率よく加湿することができる燃料ガス加湿装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a fuel gas humidifier that can prevent the inflow of condensed water into the fuel cell and efficiently humidify the fuel gas. For the purpose.
前記課題を解決するために、請求項1に係る本発明の燃料ガス加湿装置は、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料タンクと、燃料電池から排出された排出燃料ガスを燃料電池の上流側に循環させる経路である循環経路と、燃料タンクから供給された燃料ガスを排出燃料ガスと混合し、循環経路で循環させる燃料ガス混合循環手段と、を備えた燃料電池システムにおける燃料ガス加湿装置である。そして、燃料ガス加湿装置は、循環経路内部に多孔質材を備え、その多孔質材が循環経路内の凝縮水を保持し、その凝縮水によって、その多孔質材を通過する燃料ガスを加湿する。 In order to solve the above-mentioned problems, a fuel gas humidifier according to the present invention according to claim 1 is a fuel cell that generates power by a reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a fuel tank that supplies fuel gas to the fuel cell, a fuel A circulation path that is a path for circulating the exhaust fuel gas discharged from the battery upstream of the fuel cell, and a fuel gas mixing and circulation means that mixes the fuel gas supplied from the fuel tank with the exhaust fuel gas and circulates in the circulation path And a fuel gas humidifier in a fuel cell system. The fuel gas humidifier includes a porous material inside the circulation path, the porous material holds the condensed water in the circulation path, and humidifies the fuel gas passing through the porous material with the condensed water. .
請求項1に係る本発明の燃料ガス加湿装置によれば、多孔質材が循環経路内の凝縮水を捕捉(および保持。以下同様)するため、燃料電池内への凝縮水の流入を防止することができ、燃料電池の発電安定性や耐久性が向上する。
また、多孔質材に凝縮水を保持させることにより、燃料ガスと水分(凝縮水)の接触面積が増大し、燃料ガスを効率よく加湿することができる。
According to the fuel gas humidifier of the present invention according to claim 1, since the porous material captures (and holds the condensed water in the circulation path), the inflow of the condensed water into the fuel cell is prevented. This improves the power generation stability and durability of the fuel cell.
Further, by holding condensed water in the porous material, the contact area between the fuel gas and moisture (condensed water) increases, and the fuel gas can be humidified efficiently.
請求項2に係る本発明の燃料ガス加湿装置では、多孔質材が、水分透過性の中空糸膜を複数備えた中空糸膜束であり、それぞれの中空糸膜は、Uの字に湾曲され、そのUの字の湾曲部分を燃料ガスの流れの下流側に向けて配置されている。 In the fuel gas humidifier of the present invention according to claim 2, the porous material is a hollow fiber membrane bundle including a plurality of moisture permeable hollow fiber membranes, and each hollow fiber membrane is curved in a U-shape. The U-shaped curved portion is arranged toward the downstream side of the fuel gas flow.
請求項2に係る本発明の燃料ガス加湿装置によれば、それぞれの中空糸膜におけるUの字の湾曲部分で凝縮水を捕捉するため、より確実に凝縮水を捕捉することができる。 According to the fuel gas humidifier of the present invention according to claim 2, the condensed water is captured at the curved portion of the U-shape in each hollow fiber membrane, so that the condensed water can be captured more reliably.
請求項3に係る本発明の燃料ガス加湿装置は、燃料ガス混合循環手段から燃料電池に供給される燃料ガスが通過する供給用配管の途中に配置されている。 The fuel gas humidifier of the present invention according to claim 3 is disposed in the middle of the supply pipe through which the fuel gas supplied from the fuel gas mixing and circulation means to the fuel cell passes.
請求項3に係る本発明の燃料ガス加湿装置によれば、燃料ガスが燃料電池に入る直前の部分で凝縮水を捕捉することができるため、燃料電池内に凝縮水が流入する可能性をより軽減することができ、燃料電池の発電安定性や耐久性がより向上する。
また、燃料ガス加湿装置をその位置に配置することによって、燃料タンクから供給された燃料ガスと混合されたことによって湿度が低下している燃料ガスの湿度を上げることができ、燃料ガスを効率よく加湿することができる。
According to the fuel gas humidifier of the present invention according to claim 3, the condensed water can be captured at the portion immediately before the fuel gas enters the fuel cell, so that the possibility of the condensed water flowing into the fuel cell is further increased. This can reduce the power generation stability and durability of the fuel cell.
In addition, by disposing the fuel gas humidifier at that position, the humidity of the fuel gas whose humidity has been reduced by being mixed with the fuel gas supplied from the fuel tank can be increased, and the fuel gas can be efficiently removed. Can be humidified.
請求項4に係る本発明の燃料ガス加湿装置は、加湿される燃料ガスの温度を上げる加熱装置をさらに備えている。 The fuel gas humidifier of the present invention according to claim 4 further includes a heating device for raising the temperature of the humidified fuel gas.
請求項4に係る本発明の燃料ガス加湿装置によれば、多孔質材に捕捉された凝縮水の気化(蒸発)にともなう潜熱(気化熱)による燃料ガスの温度低下を抑制し、燃料電池の発電安定性を向上することができる。
また、燃料ガスを加熱することにより、燃料ガスの飽和水蒸気量を上げることができ、それによって、燃料電池に供給される水蒸気量が増えるので、燃料電池の発電安定性をさらに向上することができる。
According to the fuel gas humidifier of the present invention according to claim 4, the temperature reduction of the fuel gas due to latent heat (heat of vaporization) accompanying the vaporization (evaporation) of the condensed water trapped in the porous material is suppressed, and the fuel cell Power generation stability can be improved.
In addition, by heating the fuel gas, the saturated water vapor amount of the fuel gas can be increased, thereby increasing the amount of water vapor supplied to the fuel cell, so that the power generation stability of the fuel cell can be further improved. .
本発明の燃料ガス加湿装置によれば、燃料電池内への凝縮水の流入を防止し、かつ、燃料ガスを効率よく加湿することができる。 According to the fuel gas humidifier of the present invention, the inflow of condensed water into the fuel cell can be prevented, and the fuel gas can be humidified efficiently.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。図1は、本実施形態の燃料電池システムSの全体構成図である。この燃料電池システムSは、たとえば、燃料電池自動車などに搭載されるものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system S of the present embodiment. The fuel cell system S is mounted on, for example, a fuel cell vehicle.
図1に示すように、燃料電池システムSは、水素タンク1(燃料タンク)、エゼクタ2(燃料ガス混合循環手段)、加湿装置3(燃料ガス加湿装置)、パージ弁4、加熱装置5、温度センサTおよび燃料電池FCを備えて構成される。
なお、実際には、パージ弁4以外にも配管の適所に開閉弁が設けられ、また、それらの開閉弁やエゼクタ2などはECU(Electronic Control Unit)により制御されるが、それらは図示を省略している。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system S includes a hydrogen tank 1 (fuel tank), an ejector 2 (fuel gas mixing and circulation means), a humidifier 3 (fuel gas humidifier), a purge valve 4, a
Actually, in addition to the purge valve 4, an on-off valve is provided at an appropriate position of the piping, and the on-off valve and the ejector 2 are controlled by an ECU (Electronic Control Unit), but these are not shown in the figure. is doing.
水素タンク1は、高純度の水素を高圧(たとえば35MPa程度)で充填しており、配管を経由して、エゼクタ2に対して燃料ガスとしての水素を供給する。
エゼクタ2は、水素タンク1から供給される水素を循環用配管13(循環経路)から循環されてくる水素と混合し、供給用配管11(循環経路)に排出する。
The hydrogen tank 1 is filled with high-purity hydrogen at a high pressure (for example, about 35 MPa), and supplies hydrogen as a fuel gas to the ejector 2 via a pipe.
The ejector 2 mixes the hydrogen supplied from the hydrogen tank 1 with the hydrogen circulated from the circulation pipe 13 (circulation path) and discharges it to the supply pipe 11 (circulation path).
加湿装置3は、供給用配管11から供給される水素を加湿し、供給用配管12(循環経路)に排出する装置であり、詳細は、図2〜図5を用いて後記する。
加熱装置5は、加湿装置3を通過する水素を加熱するための装置であり、その詳細は、図2〜図4を用いて後記する。
温度センサTは、供給用配管12に設けられ、供給用配管12を通過する水素の温度を計測する。なお、温度センサTは、供給用配管12ではなく、加湿装置3の内部に設けられていてもよい。
The humidifier 3 is a device that humidifies the hydrogen supplied from the
The
The temperature sensor T is provided in the
そして、たとえば、ECU(不図示)が温度センサTから得た水素の温度に基づいて加熱装置5を制御することにより、供給用配管12を通過してアノードAに流入する水素の温度を、定常作動温度に適した温度に維持することができる。
For example, the ECU (not shown) controls the
燃料電池FCは、陽イオン交換型の固体高分子電解質膜(以下、「電解質膜」という)Pを、アノードAとカソードCで挟んだ構成となっている。なお、図1では、燃料電池FCは、単セルの構成として示しているが、実際にはこの単セルを直列に複数接続した構成となっている。 The fuel cell FC has a configuration in which a cation exchange type solid polymer electrolyte membrane (hereinafter referred to as “electrolyte membrane”) P is sandwiched between an anode A and a cathode C. In FIG. 1, the fuel cell FC is shown as a single cell configuration, but in practice, the fuel cell FC has a configuration in which a plurality of single cells are connected in series.
そして、燃料電池FCでは、カソードCに酸化剤ガスとしての空気(酸素)が供給され、アノードAに燃料ガスとしての水素が供給され、それらの水素と酸素との電気化学反応により発電が行われる。 In the fuel cell FC, air (oxygen) as the oxidant gas is supplied to the cathode C, hydrogen as the fuel gas is supplied to the anode A, and power generation is performed by an electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen. .
燃料電池FCのアノードAから排出された排出水素(排出燃料ガス)は、循環用配管13を経由し、エゼクタ2によって吸引される。エゼクタ2は、水素タンク1から適宜供給される水素をその排出水素と混合し、その混合水素を供給用配管11に排出する。
パージ弁4は、ECU(不図示)よって制御され、適宜開弁することで、循環用配管13の水素を外部にパージ(排出)する。
Exhaust hydrogen (exhaust fuel gas) discharged from the anode A of the fuel cell FC is sucked by the ejector 2 through the circulation pipe 13. The ejector 2 mixes hydrogen appropriately supplied from the hydrogen tank 1 with the discharged hydrogen, and discharges the mixed hydrogen to the
The purge valve 4 is controlled by an ECU (not shown) and appropriately opens to purge (discharge) hydrogen in the circulation pipe 13 to the outside.
次に、図2を参照しながら、加湿装置および加熱装置について説明する(適宜図1参照)。図2(a)は、加湿装置および加熱装置の構造を示した図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A断面図である。なお、図1と同じ構成については同じ符号を付し、重複説明を適宜省略する。 Next, a humidifier and a heating device will be described with reference to FIG. 2 (see FIG. 1 as appropriate). Fig.2 (a) is the figure which showed the structure of the humidifier and the heating apparatus, and FIG.2 (b) is AA sectional drawing of Fig.2 (a). In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure as FIG. 1, and duplication description is abbreviate | omitted suitably.
図2(a)に示すように、加湿装置3は、空間部31、中空糸膜束32および固定部33を備えて構成される。
空間部31は、供給用配管12との接続部分、および、固定部33における開口部分以外は、密閉された空間となっている。
As shown in FIG. 2A, the humidifying device 3 includes a space portion 31, a hollow fiber membrane bundle 32, and a fixing portion 33.
The space part 31 is a sealed space except for the connection part with the
中空糸膜束32は、多数の孔を有する多孔質材であり、ここでは、複数の中空糸膜HF(Hollow Fiber)から構成されている。中空糸膜HFとは、たとえば、ポリイミドなどの高分子材料から形成された糸状の膜であり、その周壁に水分や水素を透過する直径数〜数十ナノメートルの微細孔を多数有している。 The hollow fiber membrane bundle 32 is a porous material having a large number of holes, and here, is constituted by a plurality of hollow fiber membranes HF (Hollow Fiber). The hollow fiber membrane HF is, for example, a thread-like membrane formed of a polymer material such as polyimide, and has a large number of micropores with a diameter of several to several tens of nanometers that allow moisture and hydrogen to pass through the peripheral wall. .
それぞれの中空糸膜HFはUの字に湾曲され、その両端は固定部33において略同一面上で固定されている。また、それぞれの中空糸膜におけるUの字の湾曲部分は、水素の流れの下流側(図2(a)の左側)に向けて配置されている。 Each hollow fiber membrane HF is curved in a U-shape, and both ends thereof are fixed on substantially the same surface by fixing portions 33. The U-shaped curved portion of each hollow fiber membrane is arranged toward the downstream side of the hydrogen flow (left side in FIG. 2A).
そして、図2(b)に示すように、固定部33における供給用配管11の内側部分では、中空糸膜HFが中空を開放した状態となっており、また、当該開放部分以外は気体、液体ともに通過不能状態となっている。
As shown in FIG. 2 (b), the hollow fiber membrane HF is in a state where the hollow is opened in the inner portion of the
図2(a)に戻って、加熱装置5は、供給用配管11に巻き付けられており、供給用配管11を通過する水素や凝縮水を加熱する。加熱装置5は、具体的には、たとえば、チューブ状になっていて、その中に燃料電池FCのカソードCのオフガスや、燃料電池FCの温度を下げるための冷却水など、温度の高い気体や液体を流すことによって加熱を行うものであればよい。また、加熱装置5は、それ以外にも、通常の電熱線を用いたものであってもよい。
Returning to FIG. 2A, the
そして、前記したように、ECU(不図示)が、温度センサTからの温度情報を使用して加熱装置5を制御するようにしてもよい。そうすれば、供給用配管12を通過する加湿水素を、燃料電池FCにとって都合のいい所定の温度(たとえば70℃〜80℃程度)にすることができる。
As described above, the ECU (not shown) may control the
次に、水素と凝縮水の挙動について説明する。まず、供給用配管11を通過する水素と凝縮水は、加熱装置5によって加熱される。次に、水素と凝縮水は、固定部33に固定されているそれぞれの中空糸膜HFの内部に入り込む。
Next, the behavior of hydrogen and condensed water will be described. First, hydrogen and condensed water passing through the
そして、それぞれの中空糸膜HFがUの字になっていることで、凝縮水はそのUの字の先端部分(中空糸膜HFの内部および外部のいずれも可)に捕捉(および保持。以下同様)され、水滴として溜まる。
中空糸膜HFの内部に入った水素は、中空糸膜HFの微細孔から中空糸膜HFの外部に抜け出るが、中空糸膜HFのUの字に溜まっている水滴により加湿され、加湿水素として供給用配管12から流出する。
Since each hollow fiber membrane HF has a U shape, the condensed water is captured (and held at the tip of the U shape (both inside and outside the hollow fiber membrane HF). The same) and collect as water droplets.
The hydrogen that has entered the hollow fiber membrane HF escapes from the micropores of the hollow fiber membrane HF to the outside of the hollow fiber membrane HF, but is humidified by water droplets accumulated in the U-shape of the hollow fiber membrane HF, and becomes humidified hydrogen. It flows out from the
このように、本実施形態の加湿装置3によれば、燃料電池FC内への凝縮水の流入を防止し、かつ、燃料ガスを効率よく加湿することができる。
すなわち、より具体的には、本実施形態の加湿装置3によれば、多孔質材である中空糸膜束32が循環経路である供給用配管11から流入してきた凝縮水を捕捉するため、燃料電池FC内に凝縮水が流入するのを防止することができ、燃料電池FCの発電安定性や耐久性を向上させることができる。
Thus, according to the humidifier 3 of this embodiment, the inflow of condensed water into the fuel cell FC can be prevented, and the fuel gas can be efficiently humidified.
That is, more specifically, according to the humidifying device 3 of the present embodiment, the hollow fiber membrane bundle 32, which is a porous material, captures the condensed water flowing in from the
また、多孔質材である中空糸膜束32に凝縮水を保持させることにより、水素と水分の接触面積が増大し、水素を効率よく加湿することができる。
さらに、中空糸膜束32において、それぞれの中空糸膜HFをUの字に湾曲させて、そのUの字の湾曲部分を水素の流れの下流側に向けていることで、より確実に凝縮水を捕捉することができる。
Further, by holding condensed water in the hollow fiber membrane bundle 32 which is a porous material, the contact area between hydrogen and moisture increases, and hydrogen can be efficiently humidified.
Furthermore, in the hollow fiber membrane bundle 32, each hollow fiber membrane HF is curved into a U shape, and the curved portion of the U shape is directed to the downstream side of the flow of hydrogen, so that the condensed water can be more reliably obtained. Can be captured.
また、加湿装置3を、水素が燃料電池FCに入る直前の部分に配置したことで、燃料電池FC内に凝縮水が流入する可能性をより軽減することができる。
さらに、加湿装置3をその位置に配置したことによって、水素タンク1から供給された水素と混合されたことによって湿度が低下している供給用配管11における水素の湿度を上げることができ、燃料電池FCに流入する水素を効率よく加湿することができる。
Moreover, the possibility of the condensed water flowing into the fuel cell FC can be further reduced by arranging the humidifier 3 in the portion immediately before hydrogen enters the fuel cell FC.
Furthermore, by arranging the humidifier 3 at that position, it is possible to increase the humidity of hydrogen in the
また、加湿装置3の近傍に加熱装置5を設けたことによって、中空糸膜束32に捕捉された凝縮水の気化(蒸発)にともなう潜熱(気化熱)による水素の温度低下を抑制し、燃料電池FCの発電安定性を向上させることができる。
さらに、水素を加熱することにより、水素の飽和水蒸気量を上げることができ、それによって、燃料電池FCに供給される水蒸気量が増えるので、燃料電池FCの発電安定性をさらに向上させることができる。
Further, by providing the
Furthermore, by heating hydrogen, the amount of saturated water vapor of hydrogen can be increased, thereby increasing the amount of water vapor supplied to the fuel cell FC, so that the power generation stability of the fuel cell FC can be further improved. .
なお、図2にかかる実施形態では、多孔質材として、中空糸膜を例に挙げて説明したが、中空糸膜でなくても、内部に水素と凝縮水を通過させて、その凝縮水を捕捉できるものであれば、イオン交換膜などの他の物質でもよい。 In the embodiment according to FIG. 2, a hollow fiber membrane has been described as an example of the porous material. However, even if it is not a hollow fiber membrane, hydrogen and condensed water are allowed to pass therethrough, Other substances such as an ion exchange membrane may be used as long as they can be captured.
次に、図3を参照しながら、加湿装置および加熱装置の第1変形例について説明する(適宜図1、図2参照)。図3(a)は、第1変形例の加湿装置および加熱装置の構造を示した図であり、図3(b)は、図3(a)のB−B断面図である。なお、図2(図2(a)および図2(b):以下同様)と同じ構成については同じ符号を付し、重複説明を適宜省略する。 Next, a first modification of the humidifying device and the heating device will be described with reference to FIG. 3 (see FIGS. 1 and 2 as appropriate). Fig.3 (a) is the figure which showed the structure of the humidification apparatus and heating apparatus of a 1st modification, and FIG.3 (b) is BB sectional drawing of Fig.3 (a). In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure as FIG. 2 (FIG. 2 (a) and FIG.2 (b): similarly), and duplication description is abbreviate | omitted suitably.
図3(a)に示すように、加湿装置3aは、空間部31、繊維束41および固定部33aを備えて構成される。また、加湿装置3aの外周には加熱装置5aが巻き付けられている。
繊維束41は、多孔質材で水分を捕捉できるものであればよく、中空糸膜でなくてもかまわない。また、繊維束41におけるそれぞれの繊維は、図2(a)の中空糸膜HFのようにUの字状になっていなくてもよく、水分を捕捉できるようにある程度密な状態になっていればよい。繊維束41は、固定部33aに固定されている。
As shown to Fig.3 (a), the humidification apparatus 3a is provided with the space part 31, the fiber bundle 41, and the fixing | fixed part 33a. A heating device 5a is wound around the outer periphery of the humidifying device 3a.
The fiber bundle 41 need only be a porous material that can capture moisture, and may not be a hollow fiber membrane. Further, each fiber in the fiber bundle 41 does not have to be U-shaped like the hollow fiber membrane HF in FIG. 2A, and is in a somewhat dense state so that moisture can be captured. That's fine. The fiber bundle 41 is fixed to the fixing portion 33a.
加熱装置5aは、図2(a)の加熱装置5と同様、カソードCのオフガス、冷却水、電熱線を利用したものなど、加湿装置3aに対する加熱を行うことができるものであれば何でもよい。
また、図3(b)に示すように、固定部33aにおける供給用配管11の内側部分には、水素や凝縮水を通過させるための流入口42が設けられ、その流入口42以外は気体、液体ともに通過不能状態となっている。なお、流入口42の配置場所は、供給用配管11の中央部分でなくても、その下側部分などの別の箇所であってもよい。また、流入口42は、1つでなくても、2つ以上であってもよい。
The heating device 5a may be anything as long as it can heat the humidifying device 3a, such as the one using the off-gas of the cathode C, cooling water, or heating wire, like the
Further, as shown in FIG. 3B, an inlet 42 for allowing hydrogen or condensed water to pass therethrough is provided in an inner portion of the
次に、水素と凝縮水の挙動について説明する。まず、供給用配管11を通過した水素と凝縮水は、固定部33aの流入口42を経由し、繊維束41内に入り込む。
そして、凝縮水は、繊維束41に捕捉され、水滴として繊維束41の内部に溜まる。繊維束41を通過する水素は、繊維束41に溜まっている水滴により加湿され、また、加熱装置5aによって加熱され、加湿水素として供給用配管12から流出する。
Next, the behavior of hydrogen and condensed water will be described. First, the hydrogen and condensed water that have passed through the
Then, the condensed water is captured by the fiber bundle 41 and accumulates inside the fiber bundle 41 as water droplets. The hydrogen passing through the fiber bundle 41 is humidified by the water droplets accumulated in the fiber bundle 41, heated by the heating device 5a, and flows out from the
このように、第1変形例の加湿装置3aによれば、燃料電池FC内への凝縮水の流入を防止し、かつ、燃料ガスを効率よく加湿することができる。
すなわち、より具体的には、第1変形例の加湿装置3aによれば、多孔質材である繊維束41が循環経路である供給用配管11から流入してきた凝縮水を捕捉するため、燃料電池FC内に凝縮水が流入するのを防止することができ、燃料電池FCの発電安定性や耐久性を向上させることができる。
Thus, according to the humidification device 3a of the first modification, the inflow of condensed water into the fuel cell FC can be prevented, and the fuel gas can be efficiently humidified.
That is, more specifically, according to the humidifying device 3a of the first modified example, the fiber bundle 41, which is a porous material, captures the condensed water flowing in from the
また、多孔質材である繊維束41に凝縮水を保持させることにより、水素と水分の接触面積が増大し、水素を効率よく加湿することができる。
さらに、加湿装置3aの外周に加熱装置5を設けたことによって、繊維束41に捕捉された凝縮水の蒸発にともなう気化熱による水素の温度低下をより直接的に抑制し、燃料電池FCの発電安定性を向上させることができる。
Further, by holding condensed water in the fiber bundle 41 which is a porous material, the contact area between hydrogen and moisture increases, and hydrogen can be efficiently humidified.
Further, by providing the
なお、図3にかかる実施形態では、多孔質材として、繊維を例に挙げて説明したが、繊維でなくても、凝縮水を捕捉できるものであれば、多孔を有する各種樹脂などの他の物質でもよい。 In the embodiment according to FIG. 3, the fiber is described as an example of the porous material, but other materials such as various resins having porosity may be used as long as they can capture condensed water even if not a fiber. It may be a substance.
次に、図4を参照しながら、加湿装置および加熱装置の第2変形例について説明する(適宜図1、図2参照)。図4は、第2変形例の加湿装置および加熱装置の構造を示した図である。なお、図2と同じ構成については同じ符号を付し、重複説明を適宜省略する。 Next, a second modification of the humidifying device and the heating device will be described with reference to FIG. 4 (see FIGS. 1 and 2 as appropriate). FIG. 4 is a diagram illustrating the structure of a humidifying device and a heating device according to a second modification. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure as FIG. 2, and duplication description is abbreviate | omitted suitably.
図4に示すように、加湿装置3bは、空間部31a、繊維束41a、固定部33bおよび加熱装置5bを備えて構成される。なお、加熱装置5bは、加湿装置3bの内部に設けられているが、繊維束41aと直接接触していても、直接接触していなくてもいずれでもよい。
As shown in FIG. 4, the humidifying device 3b includes a space portion 31a, a
繊維束41aは、多孔質材で水分を捕捉できるものであればよく、中空糸膜でなくてもかまわない。また、繊維束41aにおけるそれぞれの繊維は、図2(a)の中空糸膜HFのようにUの字状になっていなくてもよく、水分を捕捉できるようにある程度密な状態になっていればよい。繊維束41aは、固定部33bに固定されている。
The
また、加湿装置3bは、下部(鉛直下方向の部分)において供給用配管11と接続され、上部(鉛直上方向の部分)において供給用配管12と接続されている。この構成により、供給用配管11から加湿装置3bに流入した凝縮水が供給用配管12に流入する可能性を低減することはできるが、凝縮水の飛沫が供給用配管12に流入する可能性はある。そこで、その可能性をさらに減らすべく、繊維束41aが備えられている。
Further, the humidifier 3b is connected to the
加熱装置5bは、図2(a)の加熱装置5と同様、カソードCのオフガス、冷却水、電熱線を利用したものなど、加湿装置3bに対する加熱を行うことができるものであれば何でもよい。
The heating device 5b may be anything as long as it can heat the humidifying device 3b, such as the one using the off-gas of the cathode C, cooling water, or heating wire, like the
次に、水素と凝縮水の挙動について説明する。まず、供給用配管11を通過した水素と凝縮水は、固定部33bに固定された繊維束41aの内部に入り込む。
そして、凝縮水は繊維束41aに捕捉され、水滴として繊維束41の内部に溜まる。繊維束41aを通過する水素は、繊維束41aに溜まっている水滴により加湿され、また、加熱装置5bによって加熱され、加湿水素として供給用配管12から流出する。
Next, the behavior of hydrogen and condensed water will be described. First, the hydrogen and condensed water that have passed through the
Then, the condensed water is captured by the
このように、第2変形例の加湿装置3bによれば、燃料電池FC内への凝縮水の流入を防止し、かつ、燃料ガスを効率よく加湿することができる。
すなわち、より具体的には、第2変形例の加湿装置3bによれば、元々、燃料電池FC内に凝縮水が流入しにくい構成の上に、さらに、多孔質材である繊維束41aが循環経路である供給用配管11から流入してきた凝縮水を捕捉するため、燃料電池FC内への凝縮水の流入の可能性をより低減することができ、燃料電池FCの発電安定性や耐久性を向上させることができる。
Thus, according to the humidifying device 3b of the second modified example, the inflow of condensed water into the fuel cell FC can be prevented and the fuel gas can be efficiently humidified.
That is, more specifically, according to the humidifying device 3b of the second modified example, the
また、加湿装置3bの内部に加熱装置5bを設けたことによって、繊維束41aに捕捉された凝縮水の蒸発にともなう気化熱による水素の温度低下をより直接的に抑制し、燃料電池FCの発電安定性を向上させることができる。
Further, by providing the heating device 5b inside the humidifying device 3b, the temperature drop of hydrogen due to the heat of vaporization due to the evaporation of the condensed water trapped in the
なお、図2〜図4に示した加湿装置3,3a,3bは、さらに種々の変形が可能である。たとえば、図2(a)に示した加湿装置3の固定部33の断面は、図2(b)に示したもの以外に、たとえば、図5に示したようになっていてもよい。図5は、図2(a)に示した加湿装置3の固定部33の変形例を示すA−A断面図である。 The humidifiers 3, 3a, 3b shown in FIGS. 2 to 4 can be further modified in various ways. For example, the cross section of the fixing portion 33 of the humidifying device 3 illustrated in FIG. 2A may be, for example, as illustrated in FIG. 5 other than that illustrated in FIG. FIG. 5 is an AA cross-sectional view showing a modification of the fixing portion 33 of the humidifying device 3 shown in FIG.
図5に示すように、固定部33の変形例である固定部33bにおける供給用配管11の内側部分では、中空糸膜HFが中空を開放した状態となっているほかに、水素や凝縮水を通過させるための流入口61が設けられている。なお、流入口61の配置場所は、供給用配管11の中央部分でなくても、その下側部分などの別の箇所であってもよい。また、流入口42は、1つでなくても、2つ以上であってもよい。
このように、流入口61を設けることによって、固定部33bを通過する水素による圧力損失を小さくすることができ、エゼクタ2(図1参照)の負担を軽減することができる。
As shown in FIG. 5, in the inner portion of the
Thus, by providing the inflow port 61, the pressure loss due to hydrogen passing through the fixed portion 33b can be reduced, and the burden on the ejector 2 (see FIG. 1) can be reduced.
次に、図6を参照しながら、燃料電池システムの変形例について説明する。図6は、変形例の燃料電池システムの全体構成図である。なお、図6の燃料電池システムS1が図1の燃料電池システムSと異なっている点は、加熱装置5と温度センサTが設けられていないことである。なお、図1の燃料電池システムSと同じ構成については同じ符号を付し、重複説明を適宜省略する。
Next, a modification of the fuel cell system will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an overall configuration diagram of a fuel cell system according to a modification. The fuel cell system S1 in FIG. 6 is different from the fuel cell system S in FIG. 1 in that the
図6に示す燃料電池システムS1では、加湿装置3を通過する水素に対して、加熱を行わない。これは、たとえば、図2(a)に示されている構成から加熱装置5を取り去ることで実現できる。また、図3(a)および図4に関しても同様である。
つまり、燃料電池システムS1の全体的な構造的特徴などから、加熱装置5がなくても供給用配管12からアノードAに供給される水素の温度が適切に高ければ、このように加熱装置5(および温度センサT)を省略することができる。そして、その場合でも、加湿装置3により、燃料電池FC内への凝縮水の流入を防止し、かつ、アノードAに供給される水素ガスの湿度と温度を適切に維持することができる。
In the fuel cell system S1 shown in FIG. 6, the hydrogen passing through the humidifying device 3 is not heated. This can be realized, for example, by removing the
That is, if the temperature of hydrogen supplied from the
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。たとえば、循環用配管13(図1参照)に、凝縮水を収集するためのキャッチタンクを設けて、ある程度の量の凝縮水をそのキャッチタンクで収集して外部に排出するようにしてもよい。 This is the end of the description of the embodiments, but the aspects of the present invention are not limited to these. For example, a catch tank for collecting condensed water may be provided in the circulation pipe 13 (see FIG. 1), and a certain amount of condensed water may be collected by the catch tank and discharged to the outside.
また、図2〜図4におけるそれぞれの加湿装置と加熱装置は、この組合せに限定されるものでなく、その他の種々の組合せが可能である。さらに、燃料ガスは、水素でなくてもメタンガスなど他の気体であってもよい。 Moreover, each humidification apparatus and heating apparatus in FIGS. 2-4 are not limited to this combination, Various other combinations are possible. Further, the fuel gas may not be hydrogen but may be other gas such as methane gas.
また、図1および図6の燃料電池システムS,S1において、加湿装置3は、エゼクタ2の下流かつアノードAの上流の位置に配置されているが、循環用配管13に配置されていてもよい。
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
Further, in the fuel cell systems S and S1 of FIGS. 1 and 6, the humidifier 3 is arranged at a position downstream of the ejector 2 and upstream of the anode A, but may be arranged in the circulation pipe 13. .
In addition, about a concrete structure, it can change suitably in the range which does not deviate from the main point of this invention.
FC 燃料電池
HF 中空糸膜
1 水素タンク
2 エゼクタ
3,3a,3b 加湿装置
4 パージ弁
5,5a,5b 加熱装置
11,12 供給用配管
13 循環用配管
32 中空糸膜束
33,33a,33b 固定部
41,41a 繊維束
FC fuel cell HF hollow fiber membrane 1 hydrogen tank 2 ejector 3, 3a, 3b humidifier 4
Claims (4)
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料タンクと、
前記燃料電池から排出された排出燃料ガスを前記燃料電池の上流側に循環させる経路である循環経路と、
前記燃料タンクから供給された前記燃料ガスを前記排出燃料ガスと混合し、前記循環経路で循環させる燃料ガス混合循環手段と、を備えた燃料電池システムにおける燃料ガス加湿装置であって、
前記循環経路内部に、多孔質材を備え、
その多孔質材が前記循環経路内の凝縮水を保持し、その凝縮水によって、その多孔質材を通過する前記燃料ガスを加湿する
ことを特徴とする燃料ガス加湿装置。 A fuel cell that generates electricity by a reaction between the fuel gas and the oxidant gas;
A fuel tank for supplying the fuel gas to the fuel cell;
A circulation path that is a path for circulating the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell upstream of the fuel cell;
A fuel gas humidifying device in a fuel cell system comprising: a fuel gas mixing and circulating means for mixing the fuel gas supplied from the fuel tank with the exhausted fuel gas and circulating the fuel gas through the circulation path;
A porous material is provided inside the circulation path,
The porous gas retains condensed water in the circulation path, and humidifies the fuel gas passing through the porous material with the condensed water.
それぞれの前記中空糸膜は、Uの字に湾曲され、そのUの字の湾曲部分を前記燃料ガスの流れの下流側に向けて配置されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料ガス加湿装置。 The porous material is a hollow fiber membrane bundle including a plurality of moisture permeable hollow fiber membranes,
2. The fuel according to claim 1, wherein each of the hollow fiber membranes is curved into a U-shape, and the curved portion of the U-shape is disposed toward the downstream side of the flow of the fuel gas. Gas humidifier.
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JP2006034642A JP2007214062A (en) | 2006-02-13 | 2006-02-13 | Fuel gas humidifying device |
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JP2008210657A (en) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Humidifier and fuel cell power generation system using this |
JP2010282904A (en) * | 2009-06-08 | 2010-12-16 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2014508910A (en) * | 2011-03-25 | 2014-04-10 | ゾルテッヒ アーゲー | Method and apparatus for performing an alternating evaporation and condensation process of a working medium |
JP2021154193A (en) * | 2020-03-25 | 2021-10-07 | 東京瓦斯株式会社 | Dehumidifier and fuel cell unit |
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---|---|---|---|---|
JP2008210657A (en) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Humidifier and fuel cell power generation system using this |
JP2010282904A (en) * | 2009-06-08 | 2010-12-16 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2014508910A (en) * | 2011-03-25 | 2014-04-10 | ゾルテッヒ アーゲー | Method and apparatus for performing an alternating evaporation and condensation process of a working medium |
JP2021154193A (en) * | 2020-03-25 | 2021-10-07 | 東京瓦斯株式会社 | Dehumidifier and fuel cell unit |
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