JP2008243417A - Humidifier for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料流体と酸化剤流体とを用いて発電を行う固体高分子型燃料電池に適用される燃料電池用加湿器に関する。 The present invention relates to a fuel cell humidifier applied to a polymer electrolyte fuel cell that generates power using a fuel fluid and an oxidant fluid.
燃料電池システムでは、燃料電池において水素を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスとを反応させることにより、発電と発熱が行われることが知られている。前記燃料電池により発生した熱は、冷却水を循環させることにより搬送され、燃料電池の温度を発電に適した所定の温度範囲内に保持し、さらに冷却水の熱を給湯器等で利用することにより、燃料電池システムのエネルギー効率が向上する。また、燃料電池システムでは、必要な電力量に応じて、発電量を変化させるために、燃料ガス流量,酸化剤ガス流量、および冷却水流量などを調整して運転状態を変化させる。 In a fuel cell system, it is known that power generation and heat generation are performed by reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen in the fuel cell. The heat generated by the fuel cell is conveyed by circulating cooling water, the temperature of the fuel cell is maintained within a predetermined temperature range suitable for power generation, and the heat of the cooling water is used in a water heater or the like. As a result, the energy efficiency of the fuel cell system is improved. Further, in the fuel cell system, in order to change the power generation amount according to the required power amount, the operating state is changed by adjusting the fuel gas flow rate, the oxidant gas flow rate, the cooling water flow rate, and the like.
固体高分子型燃料電池では、電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いるが、この固体高分子電解質膜は、湿潤状態である必要があり、乾燥状態または湿潤不足状態ではプロトン伝導性が悪化して発電性能が低下するため、燃料ガスと酸化剤ガスとの少なくとも一方を、加湿手段により加湿して、燃料電池に供給する構成としている。 In a polymer electrolyte fuel cell, a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity is used as an electrolyte. This solid polymer electrolyte membrane needs to be in a wet state, and in a dry state or a damp state, the proton conductivity Since the power generation performance is deteriorated due to the deterioration, at least one of the fuel gas and the oxidant gas is humidified by the humidifying means and supplied to the fuel cell.
固体高分子電解質を用いた燃料電池は、加湿温調された水素を含有する燃料ガスと、加湿温調された空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させるものである。一般的には、加湿温調された燃料ガスや酸化剤ガスを供給するために、水蒸気透過膜とシール材とが一体で形成された枠体と、いずれか一方に加湿ガス(流体)を供給排出する流路を有し、他方に被加湿ガスを供給排出する流路を有する一対のセパレータからなる単加湿器を複数個積層して構成される燃料電池用加湿器が用いられる。ここでいう加湿流体は、スタックからのオフガスでも冷却水であってもよい。 A fuel cell using a solid polymer electrolyte has an electric power generated by electrochemically reacting a humidified and temperature-controlled hydrogen-containing fuel gas with an oxygen-containing oxidant gas such as humidified and temperature-controlled air. And heat are generated simultaneously. In general, in order to supply fuel gas and oxidant gas that are humidified and temperature-controlled, a humidified gas (fluid) is supplied to either one of the frame that is integrally formed with a water vapor permeable membrane and a sealing material. A fuel cell humidifier configured by stacking a plurality of single humidifiers including a pair of separators having a flow path for discharging and a flow path for supplying and discharging humidified gas on the other side is used. The humidified fluid here may be off-gas from the stack or cooling water.
供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスが外部にリークしたり、2種のガスが互いに混合したりしないように、水蒸気透過膜を挟んでガスシール材やガスケットが配置される。水蒸気透過膜の外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接する水蒸気透過膜同士を互いに直列に接続するためのセパレータが配置される。セパレータの水蒸気透過膜と接触する部分には、被加湿側に反応ガスを供給するための空間や流路が形成される。空間や流路はセパレータの表面に溝を設けて形成するのが一般的である。さらに、水蒸気透過膜とシール材が一体で形成された枠体とを、一対のセパレータから構成される単加湿器を複数個積層して水蒸気透過膜同士を互いに直列に接続することにより、実用可能な程度にまで加湿能力を高めることが一般的である。 A gas seal material and a gasket are arranged with a water vapor permeable membrane interposed so that the supplied fuel gas and oxidant gas do not leak to the outside and the two gases are not mixed with each other. A separator for mechanically fixing the water vapor permeable membrane and connecting adjacent water vapor permeable membranes to each other in series is disposed outside the water vapor permeable membrane. In the portion of the separator that comes into contact with the water vapor permeable membrane, a space and a flow path for supplying the reaction gas to the humidified side are formed. In general, the space and the flow path are formed by providing grooves on the surface of the separator. Furthermore, it is practical by stacking a plurality of single humidifiers composed of a pair of separators and connecting the water vapor permeable membranes in series to each other, with a water vapor permeable membrane and a frame body integrally formed with a sealing material. It is common to increase the humidifying ability to a certain extent.
各単加湿器はマニホールド穴を有し、これらのマニホールド穴が積層することによってマニホールドが形成される。供給配管から供給された流体が入り口マニホールドを通じて各々の単加湿器に分配供給され、各単加湿器から排出された流体が出口マニホールドを通じて排出配管から排出される。 Each single humidifier has manifold holes, and a manifold is formed by stacking these manifold holes. The fluid supplied from the supply pipe is distributed and supplied to each single humidifier through the inlet manifold, and the fluid discharged from each single humidifier is discharged from the discharge pipe through the outlet manifold.
図8は従来の燃料電池用加湿器の分解斜視図であり、1は水蒸気透過膜2が一体に形成されたシール、11は被加湿側セパレータ、12は加湿側セパレータ、21は排出配管を具備する端部モジュールであって、各部にマニホールド5,7,8,10が設けられており、シール1と被加湿側セパレータ11と加湿側セパレータ12とからなる単加湿器と、端部モジュール21とが締結用ボルトおよびナット20,22,23などにて連結されてユニット化されている。
FIG. 8 is an exploded perspective view of a conventional fuel cell humidifier. 1 is a seal in which a water vapor
しかし、加湿器は温水によって加熱するため、マニホールドの流体がその影響を受け、積層方向に温度分布が生じるという問題がある。つまり、単加湿器の積層方向の端部では端面からの放熱の割合が多く比較的低温になりやすく、積層方向の中央では放熱の割合が小さく比較的高温になりやすい。つまり単加湿器ごとに加湿性能にバラツキが発生しやすい。 However, since the humidifier is heated by warm water, there is a problem that the fluid in the manifold is affected and temperature distribution occurs in the stacking direction. That is, the rate of heat dissipation from the end surface is large at the end in the stacking direction of the single humidifier and tends to be relatively low, and the rate of heat dissipation is small at the center in the stacking direction and tends to be relatively high. In other words, variation in the humidification performance tends to occur for each single humidifier.
燃料電池に反応適正温度よりも高い流体が供給されると、燃料電池の電圧低下や触媒劣化による性能劣化が生じやすく、反応適正温度よりも低い流体が供給されると、結露によるフラッディング,ガス不足,部分的な転極を誘発し、触媒劣化が促進しやすいという問題がある。 If a fluid higher than the appropriate reaction temperature is supplied to the fuel cell, performance degradation due to a decrease in the voltage of the fuel cell or catalyst deterioration tends to occur. If a fluid lower than the appropriate reaction temperature is supplied, flooding due to condensation or gas shortage occurs. , There is a problem in that partial deterioration is induced and catalyst deterioration is easily promoted.
このような問題を回避するため、マニホールドの内周の少なくとも一部に断熱材を配設するなど、種々の技術が提案されている(例えば特許文献1,2参照)。
前記従来の技術において、燃料電池を構成する単加湿器はマニホールド穴を有し、これらのマニホールド穴が積層することでマニホールドが形成される。そして、供給配管から供給された流体が入り口マニホールドを通じて各々の単加湿器に分配供給され、各加湿器から排出された流体が出口マニホールドを通じて排出配管から排出される。 In the prior art, the single humidifier constituting the fuel cell has manifold holes, and a manifold is formed by stacking these manifold holes. The fluid supplied from the supply pipe is distributed and supplied to each single humidifier through the inlet manifold, and the fluid discharged from each humidifier is discharged from the discharge pipe through the outlet manifold.
しかしながら、加湿器は温水によって加熱されるため、前記のように単加湿器ごとに加湿性能にバラツキが発生しやすく、また、反応適正温度よりも低い流体が供給されると結露によるフラッディング、ガス不足、部分的な転極を誘発し、触媒劣化が促進しやすいという問題がある。 However, since the humidifier is heated by warm water, the humidification performance of each single humidifier tends to vary, and if a fluid lower than the appropriate reaction temperature is supplied, flooding due to condensation and gas shortage will occur. , There is a problem that partial polarity reversal is induced and catalyst deterioration is easily promoted.
このような通常運転時のほか、運転開始時にも同様の理由により、燃料電池の発電以外、例えば都市ガスの燃焼や電気ヒーターなどの加熱手段によって、燃料電池の温度を適正な反応温度まで昇温する必要がある。しかし、実用する上では昇温する時間は短くなければならず、昇温時の熱効率は高くなければならない。 For the same reason at the start of operation as well as during such normal operation, the temperature of the fuel cell is raised to an appropriate reaction temperature by means of heating other than the power generation of the fuel cell, for example, by combustion of city gas or an electric heater. There is a need to. However, for practical use, the temperature raising time must be short and the thermal efficiency at the time of temperature raising must be high.
本発明は、前記従来の課題を解決するため、燃料電池用加湿器を構成する各加湿器ごとに断熱性能を高めることにより、通常運転時に生じやすい積層方向の温度分布を抑制し、加湿開始時の昇温時間を短縮し、熱効率を高めることが可能な燃料電池用加湿器を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described conventional problems, the present invention suppresses the temperature distribution in the stacking direction, which is likely to occur during normal operation, by increasing the heat insulation performance for each humidifier constituting the fuel cell humidifier, and at the start of humidification An object of the present invention is to provide a fuel cell humidifier capable of shortening the temperature raising time and improving the thermal efficiency.
前記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、燃料流体と酸化剤流体とを用いて発電を行う固体高分子型燃料電池に用いられ、前記燃料流体または前記酸化剤流体の少なくとも一方を加湿するため、水蒸気透過膜と、シール材が一体に形成された枠体と、いずれか一方に加湿流体を供給排出する流路を有し、他方に被加湿流体を供給排出する流路を有する一対のセパレータからなる単加湿器を複数個積層して構成される燃料電池用加湿器であって、前記枠体のうちマニホールドの内外周に突出部を有し、前記突出部は、流路導入部でセパレータ加湿部と接続される前記セパレータのマニホールドを覆い、かつ前記セパレータのマニホールドの流路導入部と、前記枠体のマニホールドのうち内周に形成された流路導入部とが連通していることを特徴とし、この構成によって、枠体のマニホールドの内周と外周との突出部が、流路導入部でのみセパレータ加湿部とつながっているセパレータのマニホールドを覆い、このセパレータのマニホールドの流路導入部と枠体のマニホールド内周の導入流路とが連通するため、セパレータ外周に別途断熱材や保護材を配設することなく、通常運転時の積層方向の温度分布を抑制し、加湿開始時の昇温工程における熱効率を高めることができる。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is used in a polymer electrolyte fuel cell that generates power using a fuel fluid and an oxidant fluid, and at least one of the fuel fluid and the oxidant fluid. In order to humidify, a water vapor permeable membrane, a frame body integrally formed with a sealing material, and a flow path for supplying and discharging the humidified fluid to one of them, and a flow path for supplying and discharging the humidified fluid to the other A fuel cell humidifier configured by laminating a plurality of single humidifiers comprising a pair of separators having a protrusion on the inner and outer periphery of a manifold of the frame, the protrusion being a flow path The introduction part covers the separator manifold connected to the separator humidification part, and the flow path introduction part of the manifold of the separator communicates with the flow path introduction part formed on the inner periphery of the manifold of the frame body. ing With this configuration, the projecting portions of the inner periphery and the outer periphery of the manifold of the frame body cover the separator manifold connected to the separator humidification portion only at the flow channel introduction portion, and the flow path of the manifold of this separator Since the introduction part communicates with the introduction flow path on the inner periphery of the manifold of the frame body, humidification is started by suppressing the temperature distribution in the stacking direction during normal operation without separately providing heat insulation or protection material on the outer periphery of the separator The thermal efficiency in the temperature raising process at the time can be increased.
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の燃料電池用加湿器において、加湿流体用マニホールドと被加湿流体用マニホールドは枠体のみに形成されていることを特徴とし、この構成によって、被加湿側セパレータの加湿流体用のマニホールドや、加湿側セパレータの被加湿流体用のマニホールドのように、流路導入不要なガスのマニホールドは枠体のみで形成することで断熱性を高めることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell humidifier according to the first aspect, the humidified fluid manifold and the humidified fluid manifold are formed only in the frame body, and this structure The heat insulation can be enhanced by forming the manifold of the gas that does not require introduction of the flow path only with the frame body, such as the humidifying fluid manifold of the humidifying separator and the humidifying fluid manifold of the humidifying separator.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の燃料電池用加湿器において、枠体のマニホールドの内外周に形成された突出部は、積層方向と直交する方向に突出した突起を有し、かつセパレータのマニホールドの内外周と突起の先端で接触すると共に、セパレータとの間に隙間が形成されていることを特徴とし、この構成によって、セパレータとの間に隙間を形成することにより、断熱性を高めることができる。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell humidifier according to the first or second aspect, the protrusion formed on the inner and outer periphery of the manifold of the frame body has a protrusion protruding in a direction perpendicular to the stacking direction. And having contact with the inner and outer circumferences of the manifold of the separator and the tip of the protrusion, and a gap is formed between the separator and this configuration forms a gap with the separator. , Can improve the heat insulation.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3いずれか1項記載の燃料電池用加湿器において、枠体のマニホールドの内外周に形成された複数の突出部の少なくとも一方は、積層方向の一方の先端に凸形状を有し、他方の先端に凹形状を有し、単加湿器積層時に凸凹が嵌合することを特徴とし、この構成によって、単加湿器積層時に凸凹が嵌合することにより、断熱性を高めることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell humidifier according to any one of the first to third aspects, at least one of the plurality of protrusions formed on the inner and outer circumferences of the manifold of the frame body is in the stacking direction. One end has a convex shape, the other end has a concave shape, and the concave and convex portions are fitted when single humidifiers are stacked. With this configuration, the concave and convex portions are fitted when single humidifiers are stacked. Thereby, heat insulation can be improved.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜3いずれか1項記載の燃料電池用加湿器において、枠体のマニホールドの内外周に形成された複数の突出部の少なくとも一方は、積層方向の一方の内周と他方の外周とにテーパー面を有すると共に、単加湿器同士を積層時する際に両者が接合することを特徴とし、この構成によって、単加湿器同士を積層時する際に両者が接合することにより、断熱性を高めることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell humidifier according to any one of the first to third aspects, at least one of the plurality of protrusions formed on the inner and outer periphery of the manifold of the frame body is in the stacking direction. It has a taper surface on one inner circumference and the other outer circumference, and is characterized in that both are joined when laminating single humidifiers. By joining, heat insulation can be improved.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜3いずれか1項記載の燃料電池用加湿器において、枠体のマニホールドの内外周に形成された複数の突出部の少なくとも一方は、積層方向の一方の先端にシール材が一体成形されており、単加湿器同士を積層時する際に密閉されることを特徴とし、この構成によって、単加湿器同士を積層時する際にシール材により密閉されることにより、断熱性を高めることができる。 A sixth aspect of the present invention is the fuel cell humidifier according to any one of the first to third aspects, wherein at least one of the plurality of protrusions formed on the inner and outer periphery of the manifold of the frame body is in the stacking direction. A sealing material is integrally formed at one end, and is sealed when stacking single humidifiers. With this configuration, the single humidifier is sealed by a sealing material when stacking. Therefore, heat insulation can be improved.
本発明の高分子電解質型燃料電池用加湿器によれば、通常運転時に生じやすい積層方向の温度分布を抑制し、加湿開始時の昇温時間を短縮し、熱効率を高めることができる。 According to the humidifier for a polymer electrolyte fuel cell of the present invention, it is possible to suppress the temperature distribution in the stacking direction that is likely to occur during normal operation, shorten the temperature increase time at the start of humidification, and increase the thermal efficiency.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態における単加湿器は、図8に示すような構成にて実施されるものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The single humidifier in this embodiment is implemented with a configuration as shown in FIG.
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1における水蒸気透過膜一体シールと加湿側セパレータと被加湿側セパレータを加湿側からみた分解斜視図である。本例では縦150mm,横150mmの水蒸気透過膜2の周囲に、縦220mm,横220mmの樹脂製の枠体3が形成されるようにインサート成形されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of a water vapor permeable membrane integrated seal, a humidifying separator, and a humidifying separator as viewed from the humidifying side according to Embodiment 1 of the present invention. In this example, insert molding is performed so that a
枠体3を構成する熱可塑性樹脂は、高分子電解質型燃料電池用加湿器の運転温度以下において、化学的に清浄かつ安定であって、適度の弾性率と比較的高い加重たわみ温度を有する。
The thermoplastic resin constituting the
具体的には枠体3は化学的安定性の観点から、非晶性樹脂ではなく結晶性樹脂で構成されることが好ましく、その中でも機械的強度が大きく、かつ耐熱性の高い材料が好ましい。例えば、いわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックグレードのものが好適であり、ポリフェニレンサルファイド(PPS),ポリエーテルエーテルケトン(PEEK),結晶ポリマー(LCP),ポリエーテルニトリル(PEN)などを例示できる。これらは、数千から数万MPaの圧縮弾性率と、150℃以上の撓み荷重温度を有しており好適な材料である。また、汎用されている樹脂材料であっても、例えば、ガラスフィラーが充填されたポリプロピレン(GFPP)などは、非充填のポリプロピレン(圧縮弾性率1000〜1500MPa)の数倍の弾性率を有し、かつ150℃近い撓み荷重温度を有しており、好適に使用できる。本実施形態においては、熱可塑性樹脂であるガラスフィラー添加ポリプロピレン(出光石油化学株式会社製R350G)が用いられている。
Specifically, from the viewpoint of chemical stability, the
また、この枠体3には、熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーを2色成形することによりシール部4を形成する。この熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーは、加湿器の運転条件下において化学的に安定であって、特に加水分解を発生させないなど耐熱水性を有する。
The
例えば、ガスケットとしての圧縮弾性率は200MPa以下であることが好ましい。好適な材料は、ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリブチレン,ポリスチレン,ポリ塩化ビニル,ポリ塩化ビニリデン,ポリビニルアルコール,ポリアクリルアミド,ポリアミド,ポリカーボネート,ポリアセタール,ポリウレタン,シリコーン,フッ素樹脂,ポリブチレンテレフタレート,ポリエチレンテレフタレート,シンジオタクチック・ポリスチレ,ポリフェニレンサルファイド,ポリエーテルエーテルケトン,ポリスルホン,ポリエーテルサルホン,ポリアリレート,ポリアミドイミド,ポリエーテルイミド、および熱可塑性ポリイミドなどからなる群より選ぶことができる。これによって、加湿器の締結荷重において良好なシール性を確保することができる。本実施形態においては、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーであるサントプレン8201−60(Advanced Elasotomer System社製)を用いている。 For example, the compression elastic modulus as a gasket is preferably 200 MPa or less. Suitable materials are polyethylene, polypropylene, polybutylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyurethane, silicone, fluororesin, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, syndiotactic -It can be selected from the group consisting of polystyrene, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polysulfone, polyether sulfone, polyarylate, polyamide imide, polyether imide, and thermoplastic polyimide. As a result, it is possible to ensure good sealing performance at the fastening load of the humidifier. In this embodiment, Santoprene 8201-60 (manufactured by Advanced Elasotomer System), which is a polyolefin-based thermoplastic elastomer, is used.
このシール部4は、水蒸気透過膜2の加湿側に加湿ガスを供給・排出するマニホールド5と水蒸気透過膜2を連絡する部分6には設けず、他の部分にガスが漏れないように、マニホールド7,8と水蒸気透過膜2を包含するように形成する。加湿側のマニホールド8と被加湿側のマニホールド7には、外部との漏れがないように、該マニホールド7,8を取り巻くようにシール部4を形成する。
This
水蒸気透過膜一体シール1と被加湿側セパレータ11と加湿側セパレータ12を一体化して単加湿器を形成する際、枠体3における各マニホールド5,7,8の内周と外周との突出部9が、流路導入部でのみ加湿側セパレータ12とつながっているメガネ状のマニホールド10の外周部を覆い、加湿側セパレータ12のマニホールド10の流路導入部10aと、枠体3のマニホールド8の内周の導入流路5aが連通するようにする。このとき、加湿流体用のマニホールド5,8と被加湿流体用のマニホールド7は枠体3のみに形成されている。
When forming the single humidifier by integrating the water vapor permeable membrane integrated seal 1, the humidified
(実施形態2)
図2は本発明の実施形態2における組み立て後の単加湿器の部分詳細断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a partial detailed cross-sectional view of the single humidifier after assembly in
図2において、枠体3のマニホールド8の内周と外周の突出部9が、加湿側セパレータ12のメガネ状のマニホールド10の外周部を覆い、枠体3の突起部9から積層方向と直交する方向に突出した楔型突起9aでメガネ状のマニホールド10の外周部と接するようにしている。これにより断熱性を高めることができる。
In FIG. 2,
(実施形態3)
図3は本発明の実施形態3における組み立て後の単加湿器の部分詳細断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a partial detailed cross-sectional view of the single humidifier after assembly according to
図3において、枠体3のマニホールド8の内周と外周の突出部9が、加湿側セパレータ12のメガネ状のマニホールド10の外周部を覆い、加湿側セパレータ12のメガネ状のマニホールド10の外周部から積層方向と直交する方向に突出した楔型突起10bで突出部9と接するようにしている。これにより断熱性を高めることができる。
In FIG. 3,
(実施形態4)
図4は本発明の実施形態4の組み立て後の単加湿器を積層した単加湿器群の部分詳細断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a partial detailed cross-sectional view of a single humidifier group in which single humidifiers after assembly according to
図4において、各枠体3のマニホールド8周部における突出部9の内周または外周、および枠体3の外周突出部3aに、積層方向の一方の先端に凸形状9bを形成し、また他方に凹形状9cを形成し、単加湿器積層時に凸形状9bと凹形状9cとが嵌合するようにしている。これにより断熱性を高めることができる。
In FIG. 4, a convex shape 9b is formed at one end in the stacking direction on the inner or outer periphery of the
(実施形態5)
図5は本発明の実施形態5の組み立て後の単加湿器を積層した単加湿器群の部分詳細断面図である。
(Embodiment 5)
FIG. 5 is a partial detailed cross-sectional view of a single humidifier group in which single humidifiers after assembly according to
図5において、各枠体3のマニホールド8周部における突出部9の内周または外周に、積層方向の一方の内周9dと他方の外周9eとに、それぞれ対応するテーパー面を形成し、単加湿器同士を積層時する際に両者が接合するようにしている。これにより断熱性を高めることができる。
In FIG. 5, taper surfaces corresponding to one
(実施形態6)
図6は本発明の実施形態6の組み立て後の単加湿器を積層した単加湿器群の部分詳細断面図である。
(Embodiment 6)
FIG. 6 is a partial detailed sectional view of a single humidifier group in which single humidifiers after assembly according to
図6において、枠体3のマニホールド8周部における突出部9の内周または外周に、積層方向の一方の先端にシール部分9fが枠体3と一体成形されており、単加湿器を積層時する際、シール部分9fにより単加湿器同士が密閉されるようにしている。これにより断熱性を高めることができる。
In FIG. 6, a seal portion 9f is integrally formed with the
(実施形態7)
図7は本発明の実施形態7の水蒸気透過膜一体シールの一部を断面して示す斜視図である。
(Embodiment 7)
FIG. 7 is a perspective view showing a cross-section of a part of the water vapor permeable membrane integrated seal according to
図7において、枠体3のマニホールド8周部における突出部9と、枠体3の外周突起3aとの間をリブ3bで連結しており、リブ3b間に隙間3cが形成されるようにしている。これにより断熱性を高めることができる。
In FIG. 7, the
既述したように、従来の燃料電池用加湿器においては、通常運転時に生じやすい積層方向の温度分布を抑制するために、マニホールドの内周の少なくとも一部に断熱材を配設するものがある。この方法によれば、加湿流体および被加湿流体の温度上昇抑制に効果はあるが、セパレータの外周から外部への放熱抑制に効果はない。したがって、運転開始時の熱効率を高めるためには、セパレータの外側に別途断熱材を配設する必要があり、製作コストの上昇や加湿器の設置スペース拡大につながる可能性がある。 As described above, in some conventional fuel cell humidifiers, in order to suppress the temperature distribution in the stacking direction that is likely to occur during normal operation, there is one in which a heat insulating material is disposed on at least a part of the inner periphery of the manifold. . According to this method, there is an effect in suppressing the temperature rise of the humidified fluid and the humidified fluid, but there is no effect in suppressing heat dissipation from the outer periphery of the separator to the outside. Therefore, in order to increase the thermal efficiency at the start of operation, it is necessary to separately provide a heat insulating material outside the separator, which may lead to an increase in manufacturing cost and an increase in the installation space of the humidifier.
しかし、前記構成の本実施形態によれば、枠体のマニホールドの内周と外周との突出部が、流路導入部でのみセパレータ加湿部とつながっているメガネ形状のセパレータのマニホールド部を覆い、このセパレータのマニホールドの流路導入部と枠体のマニホールド内周の導入流路とが連通していることにより、セパレータ外周に別途断熱材や保護材を配設することなく、通常運転時の積層方向の温度分布を抑制し、加湿開始時の昇温工程における熱効率を高めることができる。 However, according to this embodiment of the above-described configuration, the protrusions of the inner periphery and the outer periphery of the manifold of the frame body cover the manifold portion of the glasses-shaped separator that is connected to the separator humidification portion only at the flow path introduction portion, By connecting the flow passage introduction part of the manifold of the separator and the introduction flow path of the inner periphery of the frame body, it is possible to stack the layers during normal operation without separately providing a heat insulating material or a protective material on the outer periphery of the separator. The temperature distribution in the direction can be suppressed, and the thermal efficiency in the temperature raising process at the start of humidification can be increased.
さらに前記実施形態によれば、セパレータ,枠体との間に隙間を形成したり、単加湿器積層時に単加湿器同士を凸凹にて嵌合したり、テーパー面で接合したり、シールで密閉したり、あるいは、リブで間隔を形成したりすることによって、より断熱性を高めることができる。 Further, according to the embodiment, a gap is formed between the separator and the frame body, the single humidifiers are fitted with irregularities when the single humidifiers are stacked, joined with a tapered surface, or sealed with a seal. Or by forming the interval with ribs, the heat insulation can be further enhanced.
本発明は、ポータブル電源,電気自動車用電源,家庭内コージェネレーションシステムなどに使用される固体高分子電解質を用いた燃料電池などに適用される。 The present invention is applied to a fuel cell using a solid polymer electrolyte used for a portable power source, a power source for an electric vehicle, a domestic cogeneration system, and the like.
1 水蒸気透過膜一体シール
2 水蒸気透過膜
3 枠体
3b リブ
3c 隙間
4 シール部
5,7,8,10 マニホールド
5a 導入流路
9 突出部
9a,10b 楔型突起
9b 凸形状
9c 凹形状
9d テーパー面が形成された内周
9e テーパー面が形成された外周
9f シール部分
10a 流路導入部
11 被加湿側セパレータ
12 加湿側セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water vapor permeable membrane integrated
Claims (6)
前記枠体のうちマニホールドの内外周に突出部を有し、前記突出部は、流路導入部でセパレータ加湿部と接続される前記セパレータのマニホールドを覆い、かつ前記セパレータのマニホールドの流路導入部と、前記枠体のマニホールドのうち内周に形成された流路導入部とが連通していることを特徴とする燃料電池用加湿器。 Used in polymer electrolyte fuel cells that generate power using a fuel fluid and an oxidant fluid, and in order to humidify at least one of the fuel fluid or the oxidant fluid, a water vapor permeable membrane and a sealing material are integrally formed. A plurality of single humidifiers comprising a pair of separators having a flow path for supplying and discharging a humidified fluid on one side and a flow path for supplying and discharging a humidified fluid on the other side. A fuel cell humidifier comprising:
The frame has a protrusion on the inner and outer periphery of the manifold, and the protrusion covers the separator manifold connected to the separator humidification section at the flow path introduction section, and the flow path introduction section of the separator manifold. The fuel cell humidifier is characterized in that a flow path introduction portion formed on the inner periphery of the manifold of the frame body communicates with the humidifier.
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2007
- 2007-03-26 JP JP2007078701A patent/JP2008243417A/en active Pending
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JP2019175757A (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | アイシン精機株式会社 | Method of manufacturing humidifier for fuel cell |
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