JP2008016375A - 固体高分子形燃料電池の加湿タンク - Google Patents

Abstract

【課題】加湿タンクの天板内壁面に水滴が付着しても、バブリング中に泡が飛散しても、加湿した反応ガスに同伴されて流出部から外部に流出しないようにして安定発電を行えるように構成した固体高分子形燃料電池の加湿タンクの提供。
【解決手段】固体高分子電解質膜１３の両面に空気極１ｋおよび燃料極１ａを構成した燃料電池１に備えられた反応ガスを加湿するための加湿水３Ａ、４Ａの入った加湿タンク３、４であって、反応ガスのガス流入部３Ｇ、４Ｇと、反応ガスのガス流出部３Ｈ、４Ｈと、ガス流入部３Ｇ、４Ｇとガス流出部３Ｈ、４Ｈを区画する隔壁３Ｋ、４Ｋを備え、反応ガスをガス流入部から流入して加湿水３Ａ、４Ａ中にバブリングして加湿し、加湿した反応ガスを隔壁３Ｋ、４Ｋを越えてガス流出部３Ｈ、４Ｈから外部に流出させる流出経路にバブリングによる泡の飛散を防止するための泡飛散防止手段６および水滴同伴防止手段７を併設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば家庭用の小型電源として好適な固体高分子形燃料電池の加湿タンクに関するものである。

近年、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器と、このようにして得られた水素（改質ガス）と空気中の酸素などの酸化剤とを化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の電極部を冷却するとともにこれらの反応ガスを加湿するための、イオン交換樹脂などの水処理装置で処理された水（純水）を収納した加湿タンク（水タンク）などを備えた小型電源としての固体高分子形燃料電池発電装置が提案されている（例えば特許文献１、２、３参照）。

固体高分子形燃料電池発電装置で使用する固体高分子電解質膜は含水させることによりプロトン導電性電解質として機能するもので、固体高分子形燃料電池においては、空気などの酸化剤ガスや燃料ガスなどの反応ガスに水蒸気を飽和に含ませて電極部に供給して運転する方法が採られている。

燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に空気などの酸化剤ガスを供給すると、燃料極では、水素分子を水素イオンと電子に分解する燃料極反応、空気極では、酸素と水素イオンと電子から水を生成する電気化学反応がそれぞれ行われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側に水が生成される。

図４は、従来の燃料電池の１形態である固体高分子型燃料電池の単セルの基本構成を示す分解断面図である。
高分子イオン交換膜（例えば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）などの固体高分子電解質膜１３の両側の主面にそれぞれ貴金属（主として白金）を含む空気極側触媒層１４および燃料極側触媒層１５を接合してセルが構成される。空気極側触媒層１４および燃料極側触媒層１５と対向して、それぞれ空気極側ガス拡散層１６および燃料極側ガス拡散層１７が配置される。
これによりそれぞれ空気極１ｋおよび燃料極１ａが構成される。これらのガス拡散層１６および１７は、それぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスを通過させると同時に、電流を外部に伝える働きをする。
そして、セルに面して、反応ガス流通用のガス流路１８を備え、相対する主面に冷却水流通用の冷却水流路１９を備えた導電性でかつガス不透過性の材料（例えばカーボン）よりなる一組のセパレータ２０により挟持して単セル２１が構成される。
燃料電池１は多数の単セル２１を積層し、図示しない集電板、電気絶縁と熱絶縁を目的とする絶縁板ならびに荷重を加えて積層状態を保持するための締付板によって挟持し、ボルトとナットにより締め付けられて構成されている。

図５に従来の燃料電池（ＰＥＦＣ）（ポリマーエレクトロライトフューエルセル）に備えられた加湿水の入った加湿タンクの１例を模式的に説明する説明図である。

図５に示したように燃料電池１Ａは、空気を供給するためのポンプ２を備えたライン２Ａを経て供給部３Ｂから供給して過加湿するための加湿水３Ａの入った酸化剤加湿タンク３を備えるとともに、図示しない脱硫器、改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器を経て供給される燃料ガスを供給部４Ｂから供給して過加湿するための加湿水４Ａの入った燃料ガス加湿タンク４を備えている。
また、酸化剤加湿タンク３は加湿後の空気を流出部３Ｃから外部に流出して燃料電池１Ａの空気極１ｋへ供給する管路３Ｄを備えており、燃料ガス加湿タンク４は加湿後の燃料を流出部４Ｃから外部に流出して燃料電池１Ａの燃料極１ａへ供給する管路４Ｄを備えている。
酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４は加湿水３Ａおよび加湿水４Ａを必要に応じて必要量排水する管路３Ｎ、４Ｎを備えている。

加湿水３Ａ、４Ａは、例えばイオン交換樹脂により構成された図示しない水処理装置に市水を供給して純水としたものを必要に応じて必要量管路３Ｌおよび管路４Ｌを経てそれぞれ酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４へ供給して構成される。

また酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４は、内部にそれぞれ固定して設置した熱交換器３Ｅ、熱交換器４Ｅを備えている。
熱交換器３Ｅ、熱交換器４Ｅは燃料電池１Ａの冷却部１ｃへ冷却水を供給する管路５Ａを備えるとともに、冷却部１ｃからの冷却水を循環して送る管路５Ｂをを備えている。
熱交換器３Ｅ、熱交換器４Ｅにおいて前記冷却水と加湿水３Ａ、４Ａとを間接的に熱交換した後、前記冷却水を管路５Ａを経て燃料電池１Ａの冷却部１ｃに循環して送るようになっている。

３Ｆは酸化剤加湿タンク３の供給部３Ｂに接続して設置したバブリング用の多孔管であり、４Ｆは燃料ガス加湿タンク４の供給部４Ｂに接続して設置したバブリング用の多孔管である。

そして酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４にはそれぞれガス流入部３Ｇ、４Ｇとガス流出部３Ｈ、４Ｈを区画する隔壁３Ｋ、４Ｋが固定して備えられている。

前記反応ガスは、それぞれ供給部３Ｂ、４Ｂから酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４に流入して多孔管３Ｆ、４Ｆを経て加湿水３Ａ、４Ａ中にバブリングして加湿され、加湿した反応ガスをガス流入部３Ｇ、４Ｇから隔壁３Ｋ、４Ｋを越えてそれぞれガス流出部３Ｈ、４Ｈへ流入させ、それぞれの流出部３Ｃ、４Ｃから外部に流出させる。
特開２００３−２１７６２０号公報 特開２００３−２１７６２３号公報 特開２００４−１９９９９８０号公報

しかし、前記反応ガスを、それぞれ供給部３Ｂ、４Ｂから酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４に流入して多孔管３Ｆ、４Ｆを経て加湿水３Ａ、４Ａ中にバブリングすると、気泡が発生し、気泡が割れ、そして水面が不安定になり泡が飛散し、そして酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４の天板内壁３Ｊ、４Ｊ面に水滴が付着する。付着した水滴は徐々に大きくなり、大きくなった水滴は流出部３Ｃ、４Ｃ側にそれぞれ移動し、加湿した反応ガスに同伴されて外部に流出してしまう問題があり、また飛散した泡が加湿した反応ガスに直接同伴されて流出部３Ｃ、４Ｃから外部に流出してしまう問題があった。

このように水滴や泡が加湿した反応ガスに同伴されて流出部３Ｃ、４Ｃから外部に流出すると、燃料電池１Ａの空気極１ｋおよび燃料極１ａへ反応ガスを供給する管路３Ｄ、４Ｄの内壁に付着したり、反応ガス流通用の前記ガス流路１８の内壁に付着したりして、反応ガスの均一な流通を妨げたり、閉塞を起こしたり、また空気極１ｋおよび燃料極１ａの空気極側触媒層１４、燃料極側触媒層１５、空気極側ガス拡散層１６および燃料極側ガス拡散層１７に偏在して留まったり、部分的閉塞などが発生し、反応ガスの均一な流通が損なわれてしまい、その結果、均一な安定した電気化学反応が行われず、安定した発電ができないという問題があった。

本発明の目的は、酸化剤加湿タンクおよび燃料ガス加湿タンクの天板内壁面に水滴が付着して、徐々に大きくなっても、加湿した反応ガスに同伴されて流出部から外部に流出しないようにし、しかも飛散した泡が加湿した反応ガスに直接同伴されて流出部から外部に流出しないようにして、安定した電気化学反応を行うことができ、そして安定した発電を行うことができるように構成した固体高分子形燃料電池の加湿タンクを提供することである。

上記課題を解消するための本発明の請求項１記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクは、固体高分子電解質膜の両面に空気極および燃料極を構成するとともに、前記空気極および前記燃料極にそれぞれ反応ガスを供給して反応させて発電する燃料電池に備えられた前記反応ガスを加湿するための加湿水の入った加湿タンクであって、
前記反応ガスのガス流入部と、前記反応ガスのガス流出部と、前記ガス流入部と前記ガス流出部を区画する隔壁を備え、前記反応ガスを供給して前記加湿水中にバブリングして加湿し、加湿した前記反応ガスを前記隔壁を越えて前記ガス流出部から外部に流出させる流出経路に前記バブリングによる泡の飛散を防止するための泡飛散防止手段および、前記加湿タンクの天板内壁に付着した水滴が加湿した前記反応ガスに同伴して外部に流出するのを防止するための水滴同伴防止手段を併設した構成としたことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクは、請求項１記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクにおいて、
前記隔壁の先端部に前記加湿水側に所定の長さＬを有し、所定の角度θで傾斜する泡飛散防止板を固定して設置するとともに、前記加湿タンクの天板内壁に前記泡飛散防止板に対して所定の間隔Ｗをあけて平行に水滴同伴防止板を固定して設置し、前記泡飛散防止板と前記水滴同伴防止板との間に加湿した前記反応ガスの流路を形成した構成としたことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクは、請求項１あるいは請求項２記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクにおいて、
前記燃料電池を冷却する冷却水と前記加湿水とを間接的に熱交換する熱交換器を内部に固定して設置した構成としたことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクは、固体高分子電解質膜の両面に空気極および燃料極を構成するとともに、前記空気極および前記燃料極にそれぞれ反応ガスを供給して反応させて発電する燃料電池に備えられた前記反応ガスを加湿するための加湿水の入った加湿タンクであって、
前記反応ガスのガス流入部と、前記反応ガスのガス流出部と、前記ガス流入部と前記ガス流出部を区画する隔壁を備え、前記反応ガスを供給して前記加湿水中にバブリングして加湿し、加湿した前記反応ガスを前記隔壁を越えて前記ガス流出部から外部に流出させる流出経路に前記バブリングによる泡の飛散を防止するための泡飛散防止手段および、前記加湿タンクの天板内壁に付着した水滴が加湿した前記反応ガスに同伴して外部に流出するのを防止するための水滴同伴防止手段を併設した構成としたので、
酸化剤加湿タンクおよび燃料ガス加湿タンクの天板内壁面に水滴が付着して徐々に大きくなっても水滴同伴防止手段の作用により加湿した反応ガスに同伴されて外部に流出せず、また飛散した泡は泡飛散防止手段の作用により加湿した反応ガスに直接同伴されて外部に流出しないので、安定した電気化学反応を行え、安定した発電を行うことができるという顕著な効果を奏する。

本発明の請求項２記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクは、請求項１記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクにおいて、
前記隔壁の先端部に前記加湿水側に所定の長さＬを有し、所定の角度θで傾斜する泡飛散防止板を固定して設置するとともに、前記加湿タンクの天板内壁に前記泡飛散防止板に対して所定の間隔Ｗをあけて平行に水滴同伴防止板を固定して設置し、前記泡飛散防止板と前記水滴同伴防止板との間に加湿した前記反応ガスの流路を形成した構成としたので、
酸化剤加湿タンクおよび燃料ガス加湿タンクの天板内壁面に水滴が付着して徐々に大きくなっても、水滴同伴防止板の作用により水滴が加湿した反応ガスに同伴されて外部に流出しないとともに、水滴同伴防止板の作用により水滴はそれぞれの加湿タンク中の加湿水に戻される効果があり、また飛散した泡は泡飛散防止板の作用により加湿した反応ガスに直接同伴されて外部に流出しないとともに、泡飛散防止板の作用により泡は水滴となってそれぞれの加湿タンク中の加湿水に戻される効果があるので、より安定した電気化学反応を行え、より安定した発電を行うことができるというさらなる顕著な効果を奏する。

本発明の請求項３記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクは、請求項１あるいは請求項２記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンクにおいて、
前記燃料電池を冷却する冷却水と前記加湿水とを間接的に熱交換する熱交換器を内部に固定して設置した構成としたので、
酸化剤加湿タンクおよび燃料ガス加湿タンクの加湿水は適度な温度に制御されて、適度な温度に制御された加湿した反応ガスを空気極および燃料極にそれぞれ供給できるとともに、循環して使用される冷却水により燃料電池内の温度が発電に適した温度に保たれるように制御されるので、安定した電気化学反応を行え、より安定した発電を行うことができるというさらなる顕著な効果を奏する。

次に本発明を図を用いて実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の固体高分子形燃料電池の加湿タンクの１例を模式的に説明する説明図である。
図２は、図１に示した加湿タンクの要部を模式的に説明する説明図である。
図３は、本発明の固体高分子形燃料電池の加湿タンクの１実施例を説明する説明図である。
図１〜３において前記図５と同一符号の部分は同一機能をもつ部分である。

図１に示したように燃料電池１は、空気を供給するためのポンプ２を備えたライン２Ａを経て空気を供給部３Ｂから供給して過加湿するための加湿水３Ａの入った酸化剤加湿タンク３を備えるとともに、燃料ガスを供給部４Ｂから供給して過加湿するための加湿水４Ａの入った燃料ガス加湿タンク４を備えている。
また、酸化剤加湿タンク３は加湿後の空気を流出部３Ｃから外部に流出して燃料電池１の空気極１ｋへ供給する管路３Ｄを備えており、燃料ガス加湿タンク４は加湿後の燃料を流出部４Ｃから外部に流出して燃料電池１の燃料極１ａへ供給する管路４Ｄを備えている。
酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４は加湿水３Ａおよび加湿水４Ａを必要に応じて必要量排水する管路３Ｎ、４Ｎを備えている。

加湿水３Ａ、４Ａは、例えばイオン交換樹脂により構成された図示しない水処理装置に市水を供給して純水としたものを必要に応じて必要量管路３Ｌおよび管路４Ｌを経てそれぞれ酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４へ供給して構成される。

また酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４は、内部にそれぞれ固定して設置した熱交換器３Ｅ、熱交換器４Ｅを備えている。
熱交換器３Ｅ、熱交換器４Ｅは燃料電池１Ａの冷却部１ｃへ冷却水を供給する管路５Ａを備えるとともに、冷却部１ｃからの冷却水を循環して送る管路５Ｂをを備えている。
熱交換器３Ｅ、熱交換器４Ｅにおいて前記冷却水と加湿水３Ａ、４Ａとを間接的に熱交換した後、前記冷却水を管路５Ａを経て燃料電池１Ａの冷却部１ｃに循環して送るようになっている。

３Ｆは酸化剤加湿タンク３の供給部３Ｂに接続して設置したバブリング用の多孔管であり、４Ｆは燃料ガス加湿タンク４の供給部４Ｂに接続して設置したバブリング用の多孔管である。

そして酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４には、それぞれガス流入部３Ｇ、ガス流入部４Ｇとガス流出部３Ｈ、ガス流出部４Ｈを区画する隔壁３Ｋ、４Ｋが固定して備えられている。

前記反応ガスは、それぞれ供給部３Ｂ、４Ｂから酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４に流入して、多孔管３Ｆ、４Ｆを経て加湿水３Ａ、４Ａ中にバブリングして加湿され、加湿した反応ガスをガス流入部３Ｇ、４Ｇから隔壁３Ｋ、４Ｋを越えてそれぞれガス流出部３Ｈ、４Ｈへ流入し、それぞれの流出部３Ｃ、４Ｃから外部に流出する。

以下、燃料ガス加湿タンク４の構成および作用効果について説明するが、酸化剤加湿タンク３は燃料ガス加湿タンク４と同様になっているので、説明を省略する。

図２に示すように、本発明においては、加湿タンク４の隔壁４Ｋの先端部に加湿水４Ａ側に所定の長さＬを有し、所定の角度θで傾斜する泡飛散防止板６を固定して設置するとともに、加湿タンク４の天板内壁４Ｊに泡飛散防止板６に対して所定の間隔Ｗをあけて平行に水滴同伴防止板７を固定して設置することが好ましい。
すなわち、燃料ガス加湿タンク４は、隔壁４Ｋの先端部に加湿水４Ａ側に所定の長さＬを有し、所定の角度θで傾斜する泡飛散防止板６が固定して設置されているとともに、燃料ガス加湿タンク４の天板内壁４Ｊに泡飛散防止板６に対して所定の間隔Ｗをあけて平行に水滴同伴防止板７が固定して設置されており、泡飛散防止板６と水滴同伴防止板７との間に加湿した燃料ガスの流路８が形成されている。
６−１は隔壁４Ｋの先端部への泡飛散防止板６の固定部であり、７−１は天板内壁４Ｊへの水滴同伴防止板７の固定部である。

泡飛散防止板６の長さＬが長すぎると、加湿水４Ａの上方を大面積で覆うので泡飛散防止の効果は大きいが、泡飛散防止板６の先端部が天板内壁４Ｊに近づきすぎ、燃料ガスの流路８が狭くなり、燃料ガス供給圧力が高くなり、所定量の燃料ガスを燃料電池１Ａの燃料極１ａへ供給できなくなる恐れがある。
逆に泡飛散防止板６の長さＬが短すぎると、加湿水４Ａの上方を小面積でしか覆えないので泡飛散防止の効果が少なくなり、加湿した燃料ガスに泡や水滴が直接同伴されて外部に流出する恐れがあり、飛散した泡が泡飛散防止板６に付着して水滴となって燃料ガス加湿タンク４中の加湿水４Ａに戻され難くなる恐れがある。

一方、泡飛散防止板６と隔壁４Ｋの間の角度θが大きすぎると、飛散した泡が泡飛散防止板６に付着して水滴となって燃料ガス加湿タンク４中の加湿水に戻され易くなるが、泡飛散防止板６の先端部が天板内壁４Ｊに近づきすぎ、燃料ガスの流路８が狭くなり、燃料ガス供給圧力が高くなり、所定量の燃料ガスを燃料電池１Ａの燃料極１ａへ供給できなくなる恐れがあるとともに、加湿水４Ａを覆う面積が小さくなるので、泡飛散防止の効果が小さくなる恐れがある。
逆に泡飛散防止板６の角度θが小さすぎると、加湿水４Ａの上方を大面積で覆うので泡飛散防止の効果は大きいが、水滴同伴防止板７と泡飛散防止板６の間隔Ｗが大きくなるので、加湿した燃料ガスに泡や水滴が直接同伴されて外部に流出する恐れがあるとともに、泡飛散防止板６に付着した泡が水滴となって燃料ガス加湿タンク４中の加湿水４Ａに戻され難くなる恐れがある。

水滴同伴防止板７は、泡飛散防止板６に対して所定の間隔Ｗをあけて平行に天板内壁４Ｊへ固定して設置される。
間隔Ｗが狭すぎると、燃料ガス供給圧力が高くなり、所定量の燃料ガスを燃料電池１Ａの燃料極１ａへ供給できなくなるなどの恐れがあり、間隔Ｗが広すぎると、流路抵抗は小さくなるが、水滴や泡が加湿した燃料ガスに直接同伴されて外部に流出する恐れがある。

水滴同伴防止板７が泡飛散防止板６に対して平行でなく、水滴同伴防止板７の固定部７−１の反対側の先端部が泡飛散防止板６に近付きすぎると、燃料ガス供給圧力が高くなり、所定量の燃料ガスを燃料電池１Ａの燃料極１ａへ供給できなくなるなどの恐れがあり、逆に水滴同伴防止板７の固定部７−１の反対側の先端部が泡飛散防止板６から離れすぎると、流路抵抗は小さくなるが、水滴同伴防止板７に付着した水滴が燃料ガス加湿タンク４中の加湿水に戻され難くなる恐れがある。
水滴同伴防止板７の長さが前記Ｌより長くなりすぎると、水滴同伴防止板７の固定部７−１の反対側の先端部と燃料ガス加湿タンク４の側壁との距離ａが小さくなりすぎ、燃料ガス供給圧力が高くなり、所定量の燃料ガスを燃料電池１Ａの燃料極１ａへ供給できなくなる恐れがある。
水滴同伴防止板７の長さが前記Ｌより短すぎると、流路抵抗は小さくなるが、水滴や泡が加湿した燃料ガスに直接同伴されて外部に流出する恐れがある。

水滴同伴防止板７が泡飛散防止板６に対して平行でなく、泡飛散防止板６の固定部６−１の反対側の先端部が水滴同伴防止板７に近付きすぎると、燃料ガス供給圧力が高くなり、所定量の燃料ガスを燃料電池１Ａの燃料極１ａへ供給できなくなるなどの恐れがあり、逆に泡飛散防止板６の固定部６−１の反対側の先端部が水滴同伴防止板７から離れすぎると、流路抵抗は小さくなるが、加湿した燃料ガスに泡や水滴が直接同伴されて外部に流出する恐れがあるとともに、泡飛散防止板６に付着した水滴が燃料ガス加湿タンク４中の加湿水に戻され難くなる恐れがある。

水滴同伴防止板７と泡飛散防止板６の材質は特に限定されない。しかし、燃料ガス加湿タンク４、隔壁４Ｋ、天板内壁４Ｊと同じ材質で形成されれば接続部６−１および７−１において腐食が起こり難くなるので好ましい。

図２に示したように燃料ガス加湿タンク４の天板内壁４Ｊ面に水滴が付着して徐々に大きくなっても、水滴同伴防止板７の作用により水滴が加湿した燃料ガスに同伴されて外部に流出しないとともに、天板内壁４Ｊ面に付着して大きくなった水滴は加湿した燃料ガスにより徐々に水滴同伴防止板７側に移動させられ、水滴同伴防止板７に付着した水滴は、水滴同伴防止板７に沿って下方に流れて、燃料ガス加湿タンク４中の加湿水４Ａに戻る。
また、飛散した泡は泡飛散防止板６の作用により加湿した燃料ガスに直接同伴されて外部に流出しないとともに、泡飛散防止板６の作用により泡は泡飛散防止板６に付着し一部は水滴になり、泡飛散防止板６に沿って下方に流れて、燃料ガス加湿タンク４中の加湿水４Ａに戻る。
その結果、より安定した電気化学反応を行え、より安定した発電を行うことができる。

また、燃料ガス加湿タンク４は熱交換器４Ｅを備えた構成となっているので、燃料ガス加湿タンク４の加湿水４Ａは熱交換器４Ｅにおいて燃料電池１の冷却水と間接的に熱交換して適切な温度（例えば７３〜７６℃）に制御される。
加湿水４Ａ中にバブリングされた燃料ガスは適度な温度に制御された加湿された燃料ガスとなり、このようにして、燃料電池１における反応が適度に維持されるように水分を与えられた後の燃料ガスが燃料ガス加湿タンク４の流出部４Ｃから外部に流出して管路４Ｄを経て燃料電池１の燃料極１ａへ供給されるようになっているので、より安定した電気化学反応を行え、より安定した発電を行うことができる。

同様に酸化剤加湿タンク３は熱交換器３Ｅを備えた構成となっているので、酸化剤加湿タンク３の加湿水３Ａは熱交換器３Ｅにおいて燃料電池１の冷却水と間接的に熱交換して適切な温度（例えば７５〜７８℃）に制御される。
加湿水３Ａ中にバブリングされた酸化剤ガスは適度な温度に制御された加湿された酸化剤ガスとなり、このようにして、燃料電池１における反応が適度に維持されるように水分を与えられた後の酸化剤ガスが酸化剤加湿タンク３の流出部３Ｃから外部に流出して管路３Ｄを経て燃料電池１の空気極１ｋへ供給されるようになっているので、より安定した電気化学反応を行え、より安定した発電を行うことができる。

燃料電池１では、燃料極１ａに供給された改質ガス中の水素と、空気極１ｋへ供給された空気中の酸素との電気化学反応によって発電が行われる。
燃料電池１の冷却部１ｃは、この電気化学反応の反応熱などで燃料電池１が過熱しないようにするため冷却水を循環使用して燃料電池１内の温度が発電に適した温度（例えば７８〜８０℃程度）に保たれるように制御する。このようにして燃料電池１では所定の化学反応と発電が継続される。

そして適当な熱容量を有する酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４を用いて加湿することにより、負荷変動など外乱が生じても、反応ガスを酸化剤加湿タンク３および燃料ガス加湿タンク４の水温に相当する露点に維持することができ、燃料電池１の温度が例え変動した際も、それに連れて露点が変動するので安定した露点制御が可能になり、燃料電池１における反応が適度に維持されるように水分を与えられた後の反応ガスを燃料電池１に供給できる効果があるとともに、熱交換器３Ｅ、４Ｅにおいて燃料電池１の冷却水と間接的に熱交換して適切な温度に制御された各加湿水３Ａ、４Ａ中で空気などの酸化剤および燃料ガスを直接バブリングして加湿することで高い酸化剤露点および燃料ガス露点を確保できる。

なお、上記実施形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の固体高分子形燃料電池の加湿タンクは、酸化剤加湿タンクおよび燃料ガス加湿タンクの天板内壁面に水滴が付着して徐々に大きくなっても水滴同伴防止手段の作用により加湿した反応ガスに同伴されて外部に流出せず、また飛散した泡は泡飛散防止手段の作用により加湿した反応ガスに直接同伴されて外部に流出しないので、安定した電気化学反応を行え、安定した発電を行うことができるという顕著な効果を奏する上、
水滴同伴防止手段として水滴同伴防止板を使用し、泡飛散防止手段として泡飛散防止板を使用すれば、天板内壁面に水滴が付着して徐々に大きくなっても、水滴同伴防止板の作用により水滴が加湿した反応ガスに同伴されて外部に流出しないとともに、水滴同伴防止板の作用により水滴はそれぞれの加湿タンク中の加湿水に戻される効果があり、また飛散した泡は泡飛散防止板の作用により加湿した反応ガスに直接同伴されて外部に流出しないとともに、泡飛散防止板の作用により泡は水滴となってそれぞれの加湿タンク中の加湿水に戻される効果があるので、より安定した電気化学反応を行え、より安定した発電を行うことができるというさらなる顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。

本発明の固体高分子形燃料電池の加湿タンクの１例を模式的に説明する説明図である。 図１に示した加湿タンクの要部を模式的に説明する説明図である。 本発明の固体高分子形燃料電池の加湿タンクの１実施例を説明する説明図である。 従来の燃料電池の１形態である固体高分子型燃料電池の単セルの基本構成を示す分解断面図である。 従来の燃料電池（ＰＥＦＣ）に備えられた加湿水の入った加湿タンクの１例を模式的に説明する説明図である。

符号の説明

１、１Ａ 燃料電池
１ａ 燃料極
１ｋ 空気極
１ｃ 冷却部
２ ポンプ
３ 酸化剤加湿タンク
４ 燃料ガス加湿タンク
３Ａ、４Ａ 加湿水
３Ｂ、４Ｂ 供給部
３Ｃ、４Ｃ 流出部
３Ｄ、４Ｄ、３Ｎ、４Ｎ、３Ｌ、４Ｌ、５Ａ、５Ｂ、管路
３Ｅ、４Ｅ 熱交換器
３Ｆ、４Ｆ 多孔管
３Ｇ、４Ｇ ガス流入部
３Ｈ、４Ｈ ガス流出部
３Ｋ、４Ｋ 隔壁
１３ 固体高分子電解質膜
１８ ガス流路
１９ 冷却水流路
θ 角度
Ｌ 長さ
Ｗ 間隔
ａ 距離

Claims (3)

1. 固体高分子電解質膜の両面に空気極および燃料極を構成するとともに、前記空気極および前記燃料極にそれぞれ反応ガスを供給して反応させて発電する燃料電池に備えられた前記反応ガスを加湿するための加湿水の入った加湿タンクであって、
   前記反応ガスのガス流入部と、前記反応ガスのガス流出部と、前記ガス流入部と前記ガス流出部を区画する隔壁を備え、前記反応ガスを供給して前記加湿水中にバブリングして加湿し、加湿した前記反応ガスを前記隔壁を越えて前記ガス流出部から外部に流出させる流出経路に前記バブリングによる泡の飛散を防止するための泡飛散防止手段および、前記加湿タンクの天板内壁に付着した水滴が加湿した前記反応ガスに同伴して外部に流出するのを防止するための水滴同伴防止手段を併設した構成としたことを特徴とする固体高分子形燃料電池の加湿タンク。
2. 前記隔壁の先端部に前記加湿水側に所定の角度θで傾斜し所定の長さＬを有する泡飛散防止板を固定して設置するとともに、前記加湿タンクの天板内壁に前記泡飛散防止板に対して所定の間隔Ｗをあけて平行に水滴同伴防止板を固定して設置し、前記泡飛散防止板と前記水滴同伴防止板との間に加湿した前記反応ガスの流路を形成した構成としたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンク。
3. 前記燃料電池を冷却する冷却水と前記加湿水とを間接的に熱交換する熱交換器を内部に固定して設置した構成としたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の固体高分子形燃料電池の加湿タンク。

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