JP2009187701A - Fuel cell system, and method of sealing oxidant electrode thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池本体の酸化極を密閉することができる開閉弁を設けた燃料電池システム及びその酸化剤極密閉方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system provided with an on-off valve capable of sealing an oxidation electrode of a fuel cell main body, and an oxidant electrode sealing method thereof.
固体高分子型燃料電池システムの停止時に、燃料電池の電極触媒の酸化による劣化を防止するために、酸化剤極及び燃料極に水素を含む燃料ガスを封入する燃料電池発電装置が知られている(例えば、特許文献1)。
しかしながら、酸化剤極に燃料ガスを封入することを考慮していない燃料電池システムに、特許文献1に記載のような燃料ガス封入を行おうとすれば、燃料電池本体の酸化剤極を密閉するための開閉弁(遮断弁)を設ける必要がある。このため部品点数が増加したり、部品実装のための空間容積が必要となるという問題点があった。 However, if an attempt is made to enclose the fuel gas as described in Patent Document 1 in a fuel cell system that does not consider enclosing the fuel gas in the oxidant electrode, the oxidant electrode of the fuel cell body is sealed. It is necessary to provide an open / close valve (shutoff valve). For this reason, there are problems that the number of components increases and a space volume for mounting components is required.
上記問題点を解決するために本発明は、燃料ガスの供給を受ける燃料極と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを備えた燃料電池本体と、酸化剤極から排出された排酸化剤ガス中の水分を酸化剤極へ供給する酸化剤ガスへ移動させて加湿する水透過型加湿器と、前記酸化剤ガスの通路を開閉する第1開閉弁と、第1開閉弁と同軸の駆動軸で駆動され前記排酸化剤ガスの通路を開閉する第2開閉弁と、前記駆動軸を駆動して第1開閉弁及び第2開閉弁を同時に開閉させる1つのモータと、を備えたことを要旨とする燃料電池システムである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a fuel cell body including a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant electrode supplied with oxidant gas, and an exhaust oxidant discharged from the oxidant electrode. A water permeable humidifier that moves and humidifies the moisture in the gas to an oxidant gas that supplies the oxidant electrode, a first on-off valve that opens and closes the passage of the oxidant gas, and a drive that is coaxial with the first on-off valve A second on-off valve that is driven by a shaft to open and close the passage of the exhaust oxidant gas; and a single motor that drives the drive shaft to simultaneously open and close the first on-off valve and the second on-off valve. A fuel cell system as a gist.
本発明によれば、燃料電池本体へ供給する酸化剤ガスの通路を開閉する第1開閉弁と、燃料電池本体から排出される排酸化剤ガスの通路を開閉する第2開閉弁とを一つのモータで駆動することができ、燃料電池本体の酸化剤極を密閉するための部品点数の増加を抑制することができると共に、部品実装のための空間容積を縮小し小型化が図れるという効果がある。 According to the present invention, the first on-off valve for opening and closing the passage of the oxidant gas supplied to the fuel cell main body and the second on-off valve for opening and closing the passage of the exhaust oxidant gas discharged from the fuel cell main body are combined into one. It can be driven by a motor, and an increase in the number of components for sealing the oxidant electrode of the fuel cell body can be suppressed, and the space volume for component mounting can be reduced and the size can be reduced. .
次に、図面を参照して、本発明の燃料電池システムを詳細に説明する。尚、特に限定されないが以下に説明する燃料電池システムは、車両の電源用に好適な燃料電池システムである。 Next, the fuel cell system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Although not particularly limited, the fuel cell system described below is a fuel cell system suitable for a vehicle power source.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの実施例1の要部構成を示す斜視図である。図1では、空気(酸化剤ガス)の流れる方向を白い矢印で、排空気(排酸化剤ガス)の流れる方向をハッチング入りの矢印で示している。 FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the direction in which air (oxidant gas) flows is indicated by white arrows, and the direction in which exhaust air (exhaust oxidant gas) flows is indicated by hatched arrows.
図1において、燃料電池システムは、燃料電池本体1と、水透過型加湿器11と、空気圧力調整弁13と、マフラー15と、排気管17と、第1開閉弁47と、第2開閉弁49と、駆動軸43と、駆動モータ45とを備えている。
1, the fuel cell system includes a fuel cell main body 1, a water
燃料電池本体1は、燃料ガスとして水素が供給されるアノード(燃料極)と酸化剤ガスとして空気が供給されるカソード(酸化剤極)とを電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わせた発電セルを、多段積層したスタック構造を有する。燃料電池本体1は、下記の(化1)、(化2)の電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギへと変換する。 The fuel cell body 1 is a power generation in which an anode (fuel electrode) supplied with hydrogen as a fuel gas and a cathode (oxidant electrode) supplied with air as an oxidant gas are sandwiched with an electrolyte / electrode catalyst composite interposed therebetween. It has a stack structure in which cells are stacked in multiple stages. The fuel cell main body 1 converts chemical energy into electrical energy by the electrochemical reactions of the following (Chemical Formula 1) and (Chemical Formula 2).
〔アノード〕 H2 → 2H+ + 2e- …(化1)
〔カソード〕 2H+ +2e- + (1/2)O 2 → H 2 O …(化2)
アノードでは、水素が水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、カソードにそれぞれ移動する。カソードでは、供給された空気中の酸素と水素イオンおよび電子が反応して水が生成される。そして、(化2)の反応により、酸素が減少し水蒸気や微少な水滴が添加された多湿の排空気(排酸化剤ガス)がカソードから排出される。
[Anode] H 2 → 2H + + 2e − (Chemical Formula 1)
[Cathode] 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (Chemical Formula 2)
At the anode, hydrogen dissociates into hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions pass through the electrolyte, and the electrons pass through an external circuit to generate power and move to the cathode. At the cathode, oxygen in the supplied air reacts with hydrogen ions and electrons to generate water. Then, due to the reaction of (Chemical Formula 2), oxygen is reduced, and humid exhaust air (exhaust oxidant gas) to which water vapor and minute water droplets are added is exhausted from the cathode.
燃料電池の電解質としては、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化などを考慮して、例えば固体高分子電解質を用いる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜など、イオン伝導性の高分子膜からなり、飽和含水することにより水素イオン伝導性電解質として機能する。このため、燃料電池へ供給する空気を加湿することが必要となる。 As the electrolyte of the fuel cell, for example, a solid polymer electrolyte is used in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte is made of an ion conductive polymer membrane such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as a hydrogen ion conductive electrolyte when saturated with water. For this reason, it is necessary to humidify the air supplied to the fuel cell.
燃料電池本体1の側面には、左側にカソードから排空気が排出される排空気出口(排気マニホルド)3、右側にカソードへ空気を供給する空気入口(給気マニホルド)5が設けられている。燃料電池本体1の排空気出口3、空気入口5には、それぞれ配管7、9の一端部が接続されている。配管7の他端部は第2開閉弁49に接続され、配管9の他端部は第1開閉弁47に接続されている。
An exhaust air outlet (exhaust manifold) 3 from which exhaust air is exhausted from the cathode is provided on the left side, and an air inlet (supply manifold) 5 for supplying air to the cathode is provided on the right side of the side surface of the fuel cell body 1. One end portions of pipes 7 and 9 are connected to the exhaust air outlet 3 and the
第1開閉弁47のバルブボディと第2開閉弁49のバルブボディとは、両者を一体化した共通のバルブボディ41が設けられている。バルブボディ41の内部には、第1開閉弁47用の流路と、第2開閉弁49用の流路が独立して設けられ、それぞれ駆動軸43の下方に図示しない弁座を備えている。またバルブボディ41は、水透過型加湿器11と一体に配置されている。そして、第1開閉弁47が空気排出ポート37の内部へ、第2開閉弁49が排空気供給ポート31の内部へ、それぞれ開くようになっているので、バルブボディ41の空気及び排空気の流れ方向(図中y方向)の寸法を小さくすることができ、第1開閉弁47及び第2開閉弁49の実装のための容積が少なくてすむという効果がある。
The valve body of the first on-off
第1開閉弁47と第2開閉弁49とは、同軸状に配置され、それぞれ駆動軸43に固定されている。駆動軸43は、駆動モータ45により回動され、第1開閉弁47及び第2開閉弁49を同時に開閉するようになっている。更に詳しくは、駆動モータ45による駆動軸43の回動により、第1開閉弁47及び第2開閉弁49が鉛直方向(−z方向)に回動して図示しないそれぞれの弁座に当接した状態即ち閉弁状態と、略水平に回動した状態即ち開弁状態とを切り換え可能となっている。
The first on-off
従って、第1開閉弁47及び第2開閉弁49が閉弁状態のとき、燃料電池本体1の空気入口(酸化剤ガス入口)5と排空気出口(排酸化剤ガス出口)3とを同時に密閉し、燃料電池本体1のカソードを密閉することができる。
Accordingly, when the first on-off
水透過型加湿装置11は、燃料電池本体1の排空気出口3から排出された多湿の排空気(排酸化剤ガス)と、図示しないコンプレッサ等による空気導入部で加圧、昇温された空気(酸化剤ガス)との間で水分を交換することにより、燃料電池本体1の空気入口5へ供給する空気を加湿するためのものである。
The water
水透過型加湿器11は、ハウジング19と中空糸膜モジュール21とを有する中空糸膜型の加湿器である。図1では説明のために、水透過型加湿器11の上蓋を除去し、中空糸膜モジュール21をハウジング19から取り出した状態を表現しているが、実際には、中空糸膜モジュール21は、ハウジング19の内部の納められ、図示しない上蓋でハウジング19が閉じられている。
The water
水透過型加湿器11のハウジング19は、燃料電池本体1から配管7を介して排空気が供給される排空気供給ポート31と、空気へ加湿した後の排空気が排出される排空気排出ポート33と、図示しないコンプレッサ等により空気が供給される空気供給ポート35と、加湿された空気が排出される空気排出ポート37とを備えている。
A
中空糸膜モジュール21は、およそ直方体の外形形状であり、角筒状のケース23の内部に、角筒の軸方向(図中y方向)に伸延する多数の透湿性の中空糸膜25を配置したものである。それぞれの中空糸膜25の両端部は、中空の開口を保持した状態で、中空糸膜の外側の空間を封止するように、角筒の両開口部であるポッティング部27に接着剤等で固定されている。これにより、一方のポッティング部27から他方のポッティング部27へ(図中y方向へ)中空糸膜25の内部を流れる内側流路が形成されている。この内側流路には、空気供給ポート35から空気が供給され、中空糸膜25で加湿されて空気排出ポート37から排出される。
The hollow
また中空糸膜モジュール21のポッティング部27を除くケース23の両側面には、それぞれ複数の孔29が設けられている。これらの孔29により、ケース23の一方の側面から中空糸膜25の外側空間を経由して、ケース23の他方の側面へ至る(図中x方向)外側流路が形成されている。そして、中空糸膜25の内側流路を流れる空気と外側流路を流れる排空気とは、x方向とy方向に直交する流れとなっている。
A plurality of
水透過型加湿器11の排空気供給ポート31は、第2開閉弁49により開閉される。第2開閉弁49が開かれたときに、燃料電池本体1の排空気出口3から排出された多湿の排空気がy方向から−y方向へ向かって、即ち中空糸膜モジュール21内で空気が流れる方向と逆方向から排空気供給ポート31に入る。この排空気は、排空気供給ポート31内部の空間で流速が低下するとともに流の方向がx方向へ転換し、中空糸膜モジュール21の一方の側面の孔29から中空糸膜の外側流路へ入る。外側流路を通過して湿度を減じた排空気は、一方の側面に対向する他方の側面の図示されない孔から排出され、排空気排出ポート33へ入る。
The exhaust
このように、本実施例では、中空糸膜モジュール21内で空気が流れる方向と逆方向から排空気を水透過型加湿器11の排空気供給ポート31へ供給しているので、水透過型加湿器11の空気排出ポート37と排空気供給ポートとを隣接して配置することができるようになり、この結果、水透過型加湿器11と、第1開閉弁47及び第2開閉弁49に共通の一体化したバルブボディ41とを一体化して、全体を小型化することができるという効果がある。
Thus, in this embodiment, since the exhaust air is supplied to the exhaust
次に、第1開閉弁47と第2開閉弁49との開弁時の流路面積Svと、中空糸膜モジュール21の開口部の面積について検討する。中空糸膜モジュール21のポッティング部27に開口する中空糸膜25の中空部の断面積の総和をSc(=n×s、n:中空糸膜の本数、s:一本当たりの中空部の断面積)、孔29の開口面積の総和をShとする。
Next, the flow area Sv when the first on-off
中空糸膜モジュール21の湿度交換性能を十分発揮させるためには、Sv<Sc、SV<Shとなるように、第1、第2開閉弁の開弁時の流路面積より中空糸膜モジュール21の開口部の面積が大きくなるように設定する。これにより、中空糸膜モジュール21に流れる空気及び排空気が中空糸膜モジュール21内に局部的に集中することなく、湿度交換性能を十分発揮させることができる。
In order to sufficiently exhibit the humidity exchange performance of the hollow
排空気排出ポート33の下流には、空気圧力調整弁13が接続されている。空気圧力調整弁13は、カソードから排出された排空気の圧損を変えることにより、カソード内の空気圧力を調整する弁である。空気圧力調整弁13の下流には、マフラー15が設けられ、空気圧力調整弁13から排出される排空気の放射音と低減している。マフラー15の下流には、排空気を外気へ放出する排気管17が設けられている。
An air
水透過型加湿器11の空気供給ポート35には、図示しないコンプレッサ等により空気が供給される。供給された空気は、中空糸膜モジュール21の手前側のポッティング部27から中空糸膜25の内側流路を通って加湿され、反対側のポッティング部27から空気排出ポート37へ排出される。空気排出ポート37には、第1開閉弁47が接続されている。第1開閉弁47を通過した空気は、配管9を介して燃料電池本体1の空気入口5からカソードへ供給される。
Air is supplied to the
燃料電池システムの運転中には、第1開閉弁47及び第2開閉弁49は、共に開いた状態で、水透過型加湿装置11で加湿した空気がカソードに供給される。
During operation of the fuel cell system, the first on-off
燃料電池システムの停止時には、図示しない経路で燃料ガスである水素が空気供給ポート35から供給され、燃料電池本体1のカソードに残留した空気が水素で置換される。カソード空気の水素ガス置換が終わると、駆動モータ45を駆動して、駆動軸43を回動させることにより、第1開閉弁47及び第2開閉弁49が同時に閉じられる。こうして、燃料電池運転停止中は、カソード内に水素ガスが封入されて、カソード触媒の酸化による劣化を防止することができる。尚、特に図示しないが、燃料電池運転停止中に、アノード内に水素ガスを封入できるようになっていることは言うまでもない。
When the fuel cell system is stopped, hydrogen, which is fuel gas, is supplied from the
本実施例では、空気が中空糸膜25の内側流路を通過して加湿され、排空気が中空糸膜25の外側流路を通過して水分を減じる構成としたが、中空糸膜の内外の流を逆転して、内側流路に排空気を流し、外側流路に空気を流す構成としてもよい。この場合、例えば、図1と同様のハウジング19の構成を用いるとすれば、中空糸膜モジュール内部の中空糸膜の伸延方向をy方向からx方向へ変換した中空糸膜モジュールを用いることになる。
In this embodiment, the air passes through the inner flow path of the
また、本実施例では、第1開閉弁47及び第2開閉弁49の駆動軸が弁座の開口部に掛からない位置に位置する弁形式としたが、周知のバタフライバルブやボールバルブのような形式の弁を用いる場合にも本発明を適用できることは明らかである。即ち、第1開閉弁及び第2開閉弁のバタフライバルブやボールバルブの弁軸を同軸状に配置し、これらの弁軸を一つの弁軸部材で連結したものを一つの駆動モータで駆動することにより、本発明を適用することができる。
In the present embodiment, the drive shafts of the first on-off
以上説明した本実施例によれば、水透過型加湿器の空気(酸化剤ガス)出口と燃料電池本体の空気(酸化剤ガス)入口との間を開閉する第1開閉弁と、水透過型加湿器の排空気(排酸化剤ガス)入口と燃料電池本体の排空気(排酸化剤ガス)出口との間を開閉する第2開閉弁とを同軸に配置したので、一つの駆動軸及び一つのモータで駆動することができ、燃料電池本体の酸化剤極を密閉するための部品点数の増加を抑制することができると共に、部品実装のための空間容積を縮小し小型化が図れるという効果がある。 According to the present embodiment described above, the first on-off valve that opens and closes between the air (oxidant gas) outlet of the water permeable humidifier and the air (oxidant gas) inlet of the fuel cell main body, and the water permeable type Since the second on-off valve that opens and closes between the exhaust air (exhaust oxidant gas) inlet of the humidifier and the exhaust air (exhaust oxidant gas) outlet of the fuel cell main body is arranged coaxially, one drive shaft and one It can be driven by two motors, and the increase in the number of parts for sealing the oxidant electrode of the fuel cell main body can be suppressed, and the space volume for mounting the parts can be reduced and the size can be reduced. is there.
また本実施例によれば、第1開閉弁と第2開閉弁とを水透過型加湿器側に配置したので、燃料電池システムをより小型化できるとともに水透過型加湿器と第1、第2開閉弁との締結部の強度を確保できるという効果がある。 Further, according to this embodiment, since the first on-off valve and the second on-off valve are arranged on the water permeable humidifier side, the fuel cell system can be further miniaturized, and the water permeable humidifier and the first and second There exists an effect that the intensity | strength of the fastening part with an on-off valve can be ensured.
また本実施例によれば、水透過型加湿器を中空糸膜モジュールとしたので、中空糸膜モジュールに排酸化剤ガスを導入する空間に第2開閉弁を設けることができ、さらに燃料電池システムを小型化することができるという効果がある。 Further, according to this embodiment, since the water permeable humidifier is a hollow fiber membrane module, the second on-off valve can be provided in the space for introducing the exhaust gas into the hollow fiber membrane module, and the fuel cell system There is an effect that can be reduced in size.
また本実施例によれば、中空糸膜モジュールにおける酸化剤ガスと排酸化剤ガスとの流を直交流としたので、排酸化剤ガスから酸化剤ガスへの湿度移動が高効率で行われるという効果がある。 Further, according to the present embodiment, since the flow of the oxidant gas and the exhaust oxidant gas in the hollow fiber membrane module is an orthogonal flow, humidity transfer from the exhaust oxidant gas to the oxidant gas is performed with high efficiency. effective.
また本実施例によれば、中空糸膜モジュールの開口面積を第1、第2開閉弁の開弁時の開口面積より大きくしたので、中空糸膜モジュールへ均一に酸化剤ガス及び排酸化剤ガスが流れることができ、さらに湿度移動効率を高めることができるという効果がある。 Further, according to the present embodiment, the opening area of the hollow fiber membrane module is made larger than the opening area when the first and second on-off valves are opened, so that the oxidant gas and the exhaust oxidant gas are uniformly distributed to the hollow fiber membrane module. Can flow, and the humidity transfer efficiency can be further improved.
また本実施例によれば、中空糸膜モジュール内で酸化剤ガスが流れる方向と逆方向から排酸化剤ガスが供給ポートへ導入され、供給ポート内で排酸化剤ガスの流れ方向が変換されて直交流となるので、水透過型加湿器の形状を最適化することができるという効果がある。 Further, according to this embodiment, the exhaust oxidant gas is introduced into the supply port from the direction opposite to the direction in which the oxidant gas flows in the hollow fiber membrane module, and the flow direction of the exhaust oxidant gas is converted in the supply port. Since it becomes a cross flow, there exists an effect that the shape of a water permeable humidifier can be optimized.
さらに本実施例によれば、第1開閉弁と第2開閉弁とのバルブボディを一体化したので、さらに部品点数の削減と小型化が図れるという効果がある。 Furthermore, according to this embodiment, since the valve bodies of the first on-off valve and the second on-off valve are integrated, there is an effect that the number of parts can be further reduced and the size can be reduced.
図2は、本発明に係る燃料電池システムの実施例2の要部構成を示す斜視図である。図2も図1と同様に、水透過型加湿器11の上蓋を外した状態を図示しているが、中空糸膜モジュール自体は図1と同様であるので図示を省略している。
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the main part of a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention. FIG. 2 also shows a state in which the top cover of the water
本実施例2と実施例1との構成上の相違点は、バルブボディの形状と駆動モータの形状が異なること、及び燃料電池本体1の排空気出口3aと空気入口5aが近接して配置され、実施例1で用いた配管7,9を省略してある点である。その他の構成は実施例1と同様である。燃料電池本体1の排空気出口3aと空気入口5aとを近接して配置すると、燃料電池本体1に第1開閉弁47及び第2開閉弁49を配管を用いることなく、直接接続させることができる。
The difference in configuration between the second embodiment and the first embodiment is that the shape of the valve body and the shape of the drive motor are different, and the
本実施例では、第1開閉弁47のバルブボディ41aと、第2開閉弁49のバルブボディ41bとを別体とし、バルブボディ41aとバルブボディ41bとの間に両軸型の駆動モータ45aを配置している。そして、燃料電池本体1と水透過型加湿器11とをバルブボディ41a及びバルブボディ41bを介して配管を用いることなく結合させることができる。
In this embodiment, the
また駆動モータ45aを貫通して左右両方向へ延びる駆動軸43には、その右側に第1開閉弁47、その左側に第2開閉弁49がそれぞれ固定されている。駆動モータ45aにより駆動軸43を駆動して、第1開閉弁47及び第2開閉弁49を同時に開閉できることは、実施例1と同様である。
Further, a first on-off
以上説明した実施例2によれば、水透過型加湿器の空気(酸化剤ガス)出口と燃料電池本体の空気(酸化剤ガス)入口との間を開閉する第1開閉弁と、水透過型加湿器の排空気(排酸化剤ガス)入口と燃料電池本体の排空気(排酸化剤ガス)出口との間を開閉する第2開閉弁とを同軸に配置したので、一つの駆動軸及び一つのモータで駆動することができ、燃料電池本体の酸化剤極を密閉するための部品点数の増加を抑制することができると共に、部品実装のための空間容積を縮小し小型化が図れるという効果がある。 According to the second embodiment described above, the first on-off valve that opens and closes between the air (oxidant gas) outlet of the water permeable humidifier and the air (oxidant gas) inlet of the fuel cell body, and the water permeable type Since the second on-off valve that opens and closes between the exhaust air (exhaust oxidant gas) inlet of the humidifier and the exhaust air (exhaust oxidant gas) outlet of the fuel cell main body is arranged coaxially, one drive shaft and one It can be driven by two motors, and the increase in the number of parts for sealing the oxidant electrode of the fuel cell main body can be suppressed, and the space volume for mounting the parts can be reduced and the size can be reduced. is there.
また、実施例2によれば、燃料電池本体1の排空気出口3aと空気入口5aとを近接して配置したので、燃料電池本体に1第1開閉弁47及び第2開閉弁49を配管を用いることなく、直接接続させることができ、燃料電池システムをさらに小型化することができるという効果がある。また本実施例によれば、燃料電池システムの機械的強度を向上させることができるという効果がある。
Further, according to the second embodiment, since the
図3は、本発明に係る燃料電池システムの実施例3の要部構成を示す斜視図である。図3も図1と同様に、水透過型加湿器11の上蓋を外した状態を図示しているが、中空糸膜モジュール自体は図1と同様であるので図示を省略している。
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the main part of a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention. FIG. 3 also shows a state in which the upper lid of the water
本実施例3は、燃料電池本体1の排空気出口3aと空気入口5aとの間隔を実施例1の排空気出口3と空気入口5との間隔よりも近接して配置し、実施例1で用いた配管7,9を削除した構成である。本実施例では、第1開閉弁と第2開閉弁を内蔵する一体化バルブボディ41を用いたバルブ組立品51を燃料電池本体1と一体化して締結した構造としている。その他の構成は、実施例1と同様である。
In the third embodiment, the interval between the
以上説明した実施例3によれば、実施例1の効果に加えて、燃料電池システムを更に小型化することができるとともに、燃料電池システムの機械的強度を向上させることができるという効果がある。 According to the third embodiment described above, in addition to the effects of the first embodiment, the fuel cell system can be further reduced in size and the mechanical strength of the fuel cell system can be improved.
実施例4では、実施例1、2の変形例を説明する。実施例1及び実施例2では、第1開閉弁により水透過型加湿器の空気出口と燃料電池本体の空気入口との間を開閉し、第2開閉弁により水透過型加湿器の排空気入口と燃料電池本体の排空気出口との間を開閉するようにしていた。しかし、第1開閉弁を例えば図1の空気供給ポート35の上流に、第2開閉弁を例えば図1の排空気排出ポート33の下流に配置して、燃料電池本体1のカソードを密閉するように、それぞれの実施例を変形することが可能である。この場合、水透過型加湿器11を含む状態で燃料電池本体の酸化剤極(カソード)を密閉することになるので、水透過型加湿器11のハウジング19の高気密性が必要となる。
In the fourth embodiment, a modification of the first and second embodiments will be described. In Example 1 and Example 2, the first on-off valve opens and closes the air outlet of the water permeable humidifier and the air inlet of the fuel cell main body, and the second on-off valve opens the exhaust air inlet of the water permeable humidifier. And the exhaust air outlet of the fuel cell body are opened and closed. However, the first on-off valve is disposed, for example, upstream of the
このように、実施例1、2を変形した実施例4では、実施例1、2と同様に、第1開閉弁を駆動する駆動軸と第2開閉弁を駆動する駆動軸とを同軸に配置し、一つの駆動モータでこれらの駆動軸を駆動することにより、第1開閉弁と第2開閉弁を同時に開閉できる。 Thus, in the fourth embodiment, which is a modification of the first and second embodiments, the drive shaft that drives the first on-off valve and the drive shaft that drives the second on-off valve are arranged coaxially, as in the first and second embodiments. The first on-off valve and the second on-off valve can be simultaneously opened and closed by driving these drive shafts with a single drive motor.
以上説明した実施例4によれば、水透過型加湿器の空気(酸化剤ガス)出口と燃料電池本体の空気(酸化剤ガス)入口との間を開閉する第1開閉弁と、水透過型加湿器の排空気(排酸化剤ガス)入口と燃料電池本体の排空気(排酸化剤ガス)出口との間を開閉する第2開閉弁とを同軸に配置したので、一つの駆動軸及び一つのモータで駆動することができ、燃料電池本体の酸化剤極を密閉するための部品点数の増加を抑制することができると共に、部品実装のための空間容積を縮小し小型化が図れるという効果がある。 According to the fourth embodiment described above, the first on-off valve that opens and closes the air (oxidant gas) outlet of the water permeable humidifier and the air (oxidant gas) inlet of the fuel cell main body, and the water permeable type Since the second on-off valve that opens and closes between the exhaust air (exhaust oxidant gas) inlet of the humidifier and the exhaust air (exhaust oxidant gas) outlet of the fuel cell main body is arranged coaxially, one drive shaft and one It can be driven by two motors, and the increase in the number of parts for sealing the oxidant electrode of the fuel cell main body can be suppressed, and the space volume for mounting the parts can be reduced and the size can be reduced. is there.
1 燃料電池本体
3 排空気出口(排酸化剤ガス出口)
5 空気入口(酸化剤ガス入口)
7、9 配管
11 水透過型加湿器
13 空気圧調整弁
15 マフラー
17 排気管
19 ハウジング
21 中空糸膜モジュール
23 ケース
25 中空糸膜
27 ポッティング部
29 孔
31 排空気供給ポート
33 排空気排出ポート
35 空気供給ポート
37 空気排出ポート
41 バルブボディ
43 駆動軸
45 駆動モータ
47 第1開閉弁
49 第2開閉弁
1 Fuel cell body 3 Exhaust air outlet (exhaust oxidant gas outlet)
5 Air inlet (oxidant gas inlet)
7, 9
Claims (9)
酸化剤極から排出された排酸化剤ガス中の水分を酸化剤極へ供給する酸化剤ガスへ移動させて加湿する水透過型加湿器と、
前記酸化剤ガスの通路を開閉する第1開閉弁と、
第1開閉弁と同軸の駆動軸で駆動され前記排酸化剤ガスの通路を開閉する第2開閉弁と、
前記駆動軸を駆動して第1開閉弁及び第2開閉弁を同時に開閉させる1つのモータと、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell body having a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant electrode supplied with oxidant gas;
A water permeable humidifier that moves and humidifies the moisture in the exhaust oxidant gas discharged from the oxidant electrode to the oxidant gas that is supplied to the oxidant electrode;
A first on-off valve for opening and closing the oxidant gas passage;
A second on-off valve that is driven by a drive shaft coaxial with the first on-off valve and opens and closes the passage of the exhaust oxidant gas;
One motor for driving the drive shaft to simultaneously open and close the first on-off valve and the second on-off valve;
A fuel cell system comprising:
第2開閉弁は、前記水透過型加湿器の排酸化剤ガス入口と燃料電池本体の排酸化剤ガス出口との間を開閉することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The first on-off valve opens and closes between the oxidant gas outlet of the water permeable humidifier and the oxidant gas inlet of the fuel cell main body,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second on-off valve opens and closes between an exhaust oxidant gas inlet of the water permeable humidifier and an exhaust oxidant gas outlet of the fuel cell main body.
第2開閉弁を前記空間に備えたことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。 The water permeable humidifier comprises a hollow fiber membrane module having a hollow fiber membrane that moves moisture inside and outside the membrane, and a space for introducing gas before supplying the exhaust oxidant gas to the hollow fiber membrane module. With
The fuel cell system according to claim 3, wherein a second opening / closing valve is provided in the space.
前記中空糸膜モジュール内で酸化剤ガスが流れる方向と逆方向から前記排酸化剤ガスが前記供給ポートへ導入され、該供給ポート内で排酸化剤ガスの流れ方向が変換されることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。 A supply port for introducing the exhaust oxidant gas into the hollow fiber membrane module;
The exhaust oxidant gas is introduced into the supply port from a direction opposite to the direction in which the oxidant gas flows in the hollow fiber membrane module, and the flow direction of the exhaust oxidant gas is converted in the supply port. The fuel cell system according to claim 5.
前記水透過型加湿器と、前記一体化したバルブボディを用いたバルブ組み立て品と、前記燃料電池本体と、が配管を用いることなく一体化されたことを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。 An oxidant gas inlet for supplying the oxidant gas humidified from the water permeable humidifier to the fuel cell main body and a waste oxidant gas outlet for discharging the exhaust oxidant gas from the fuel cell main body are disposed adjacent to each other,
The fuel according to claim 7, wherein the water permeable humidifier, the valve assembly using the integrated valve body, and the fuel cell main body are integrated without using a pipe. Battery system.
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