JP2764116B2 - 燃料電池システムの加湿ガスプレヒータ - Google Patents
燃料電池システムの加湿ガスプレヒータInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガスと酸化剤ガス
とを反応ガスとして使用する燃料電池システムにおける
加湿ガスプレヒータの構成に関する。
とを反応ガスとして使用する燃料電池システムにおける
加湿ガスプレヒータの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、燃料電池システムにおいては、
反応ガスの化学変化を活発にし発電機能を高める方策と
して反応ガスそれぞれをあらかじめ所定温度に予熱する
とともに、固体高分子電解質膜型燃料電池の場合、反応
ガスを加湿して燃料電池へ送り込んでいる。その加湿法
としては、図３に示すようなスクラバ方式が用いられ
る。すなわち、反応ガス源から注入された反応ガス０１
は、加湿器０５内にあらかじめ入れられた水０３の深い
位置に開口した注入管０６の先端から押し出される。そ
して、反応ガス０１は気泡０２となって浮上し、その間
に加湿されて水面から飛び出し加湿器０５上部の送出管
０７により加湿ガスプレヒータ（以下「プレヒータ」と
いう）へ送られる。
反応ガスの化学変化を活発にし発電機能を高める方策と
して反応ガスそれぞれをあらかじめ所定温度に予熱する
とともに、固体高分子電解質膜型燃料電池の場合、反応
ガスを加湿して燃料電池へ送り込んでいる。その加湿法
としては、図３に示すようなスクラバ方式が用いられ
る。すなわち、反応ガス源から注入された反応ガス０１
は、加湿器０５内にあらかじめ入れられた水０３の深い
位置に開口した注入管０６の先端から押し出される。そ
して、反応ガス０１は気泡０２となって浮上し、その間
に加湿されて水面から飛び出し加湿器０５上部の送出管
０７により加湿ガスプレヒータ（以下「プレヒータ」と
いう）へ送られる。
【０００３】ところで、従来、プレヒータとしては、図
４に示すように、前記スクラバ方式をそのまま転用した
形式のプレヒータ１０を用い、反応ガス０１をチャンバ
ー１１の上方に形成された注入管１２から送入し、その
下降中にヒータ１４によって加熱したのち、チャンバー
１１の底部近くに開口し前記注入管１２を貫通して設け
られた送出管１３により燃料電池（図外）へ送り込むガ
ス下降上昇タイプのプレヒータ１０がある。なお、温度
調整器１５がチャンバー１１内で送出管１３の開口部直
下に位置する熱電対１６に送出管１３内を通って接続さ
れており、その加熱された反応ガス０１の送出直前の温
度を感知する熱電対１６の信号を受け、ヒータ１４の加
熱量を制御する。また、図５に示すように、チャンバー
２１の下端面と上端面とにそれぞれ注入管２２と送出管
２３とを開口させ、反応ガス０１の上昇流をヒータ２４
で加熱するガス上昇タイプのプレヒータ２０もある。
４に示すように、前記スクラバ方式をそのまま転用した
形式のプレヒータ１０を用い、反応ガス０１をチャンバ
ー１１の上方に形成された注入管１２から送入し、その
下降中にヒータ１４によって加熱したのち、チャンバー
１１の底部近くに開口し前記注入管１２を貫通して設け
られた送出管１３により燃料電池（図外）へ送り込むガ
ス下降上昇タイプのプレヒータ１０がある。なお、温度
調整器１５がチャンバー１１内で送出管１３の開口部直
下に位置する熱電対１６に送出管１３内を通って接続さ
れており、その加熱された反応ガス０１の送出直前の温
度を感知する熱電対１６の信号を受け、ヒータ１４の加
熱量を制御する。また、図５に示すように、チャンバー
２１の下端面と上端面とにそれぞれ注入管２２と送出管
２３とを開口させ、反応ガス０１の上昇流をヒータ２４
で加熱するガス上昇タイプのプレヒータ２０もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これら前記
の方法では、ガス下降上昇タイプの場合、送出管１３の
注入管１２内に位置する部分は、送入されて来る加湿の
反応ガス０１に直撃されて冷却されるため、加湿されて
送出する反応ガス０１も冷やされ水滴０４を発生しヒー
タ１４の加熱範囲に遠い底部に落下し、底部に滞留する
こととなる。さらに、送出管１３を逆流し滴下する水滴
０４がセンサー１６に当たりプレヒータ１０が温度上昇
して、これにより反応ガス０１の流量が増大するという
不具合も生ずる。また、ガス上昇タイプの場合は、ヒー
タ２４の加熱によりチャンバー２１の側壁内面に凝結す
る水滴０４が注入管２２の開口部から管内へ逆流するこ
ととなる。すなわち、上記いずれの構造も、発生する水
滴０４が反応ガス０１の流路の障害となり、ガス圧力お
よび流量の変動などをもたらし、また溜まった水滴は気
化しないため、反応ガスへの加入はされず、燃料電池の
発電機能に悪影響を与える。
の方法では、ガス下降上昇タイプの場合、送出管１３の
注入管１２内に位置する部分は、送入されて来る加湿の
反応ガス０１に直撃されて冷却されるため、加湿されて
送出する反応ガス０１も冷やされ水滴０４を発生しヒー
タ１４の加熱範囲に遠い底部に落下し、底部に滞留する
こととなる。さらに、送出管１３を逆流し滴下する水滴
０４がセンサー１６に当たりプレヒータ１０が温度上昇
して、これにより反応ガス０１の流量が増大するという
不具合も生ずる。また、ガス上昇タイプの場合は、ヒー
タ２４の加熱によりチャンバー２１の側壁内面に凝結す
る水滴０４が注入管２２の開口部から管内へ逆流するこ
ととなる。すなわち、上記いずれの構造も、発生する水
滴０４が反応ガス０１の流路の障害となり、ガス圧力お
よび流量の変動などをもたらし、また溜まった水滴は気
化しないため、反応ガスへの加入はされず、燃料電池の
発電機能に悪影響を与える。
【０００５】本発明は、このような従来技術を背景にな
されたもので、スクラバ方式によるガス加湿器を用いた
固体高分子電解質膜型燃料電池システムにおいて、プレ
ヒータ内で発生した水滴が反応ガス流路の障害となるこ
とがなく、溜まった水滴も気化して反応ガスに加入し、
また反応ガスの流量制御に誤動作の生じない燃料電池シ
ステムの加湿ガスプレヒータを提供することを目的とす
る。
されたもので、スクラバ方式によるガス加湿器を用いた
固体高分子電解質膜型燃料電池システムにおいて、プレ
ヒータ内で発生した水滴が反応ガス流路の障害となるこ
とがなく、溜まった水滴も気化して反応ガスに加入し、
また反応ガスの流量制御に誤動作の生じない燃料電池シ
ステムの加湿ガスプレヒータを提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、電極で挟持さ
れた固体高分子電解質膜によって分割した燃料ガス区域
と酸化剤ガス区域とを備える燃料電池システムに、あら
かじめ加湿した反応ガスを供給する加湿ガスプレヒータ
において、一方の端壁に反応ガス入口を、対向する他方
の端壁に反応ガス出口を設け、反応ガスを水平方向に流
通させるようになしたチャンバーと、反応ガスの流れ方
向に沿ってチャンバーの側壁外周に、かつ少なくとも底
部側にヒータとを設けて構成したことを特徴とする燃料
電池システムの加湿ガスプレヒータを提供するものであ
る。
れた固体高分子電解質膜によって分割した燃料ガス区域
と酸化剤ガス区域とを備える燃料電池システムに、あら
かじめ加湿した反応ガスを供給する加湿ガスプレヒータ
において、一方の端壁に反応ガス入口を、対向する他方
の端壁に反応ガス出口を設け、反応ガスを水平方向に流
通させるようになしたチャンバーと、反応ガスの流れ方
向に沿ってチャンバーの側壁外周に、かつ少なくとも底
部側にヒータとを設けて構成したことを特徴とする燃料
電池システムの加湿ガスプレヒータを提供するものであ
る。
【０００７】
【作用】本発明のプレヒータでは、ガス入口とガス出口
とが水平方向に対向した形となっているため、ガス入口
から注入された加湿ガスはガス出口に向かって総体的に
水平方向へ流れることとなる。従って、チャンバーの内
壁面に凝縮して発生した水滴はチャンバーの底部に溜ま
るが、ガス入口側の配管内へ逆流することはなくガス流
に障害を生じないので、ガス圧力を変動させない。ま
た、溜まった水滴もヒータの加熱範囲内に位置するため
加熱されて気化し易く再蒸発して加湿ガス流に加入する
ため、燃料電池の発電に悪影響を与えることがない。
とが水平方向に対向した形となっているため、ガス入口
から注入された加湿ガスはガス出口に向かって総体的に
水平方向へ流れることとなる。従って、チャンバーの内
壁面に凝縮して発生した水滴はチャンバーの底部に溜ま
るが、ガス入口側の配管内へ逆流することはなくガス流
に障害を生じないので、ガス圧力を変動させない。ま
た、溜まった水滴もヒータの加熱範囲内に位置するため
加熱されて気化し易く再蒸発して加湿ガス流に加入する
ため、燃料電池の発電に悪影響を与えることがない。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明の実施例の燃料電池３０は、図２に示すよ
うに、電極としてのアノード３３とカソード３４とで固
体高分子電解質膜としてのイオン交換膜３２を挟持し、
これにより分割された燃料ガス区域３５と酸化剤ガス区
域３６とを備える単位電池３１をシール材３７およびセ
パレータ３８を介して複数個積層してなるものである。
する。本発明の実施例の燃料電池３０は、図２に示すよ
うに、電極としてのアノード３３とカソード３４とで固
体高分子電解質膜としてのイオン交換膜３２を挟持し、
これにより分割された燃料ガス区域３５と酸化剤ガス区
域３６とを備える単位電池３１をシール材３７およびセ
パレータ３８を介して複数個積層してなるものである。
【０００９】この燃料電池システムＡは、図１に示すよ
うに、燃料電池３０を中心にして左右にほぼ同様の構成
とした配管システムを配設してなる。酸化剤ガス側配管
システム４０では、酸化剤ガスとしての酸素ガスＯ２を
前記酸化剤ガス区域３６に供給循環させる。
うに、燃料電池３０を中心にして左右にほぼ同様の構成
とした配管システムを配設してなる。酸化剤ガス側配管
システム４０では、酸化剤ガスとしての酸素ガスＯ２を
前記酸化剤ガス区域３６に供給循環させる。
【００１０】一方、これに併行して燃料ガス側配管シス
テム６０では、燃料ガスとしての水素Ｈ２を燃料ガス区
域３５に供給循環させるが、燃料ガス側配管システム６
０の図示は省略する。この水素ガスＨ２、酸素ガスＯ２
が単位電池３１それぞれに連続供給され、イオン交換膜
３２を介して接触することにより反応し燃料電池３０に
発電させる。
テム６０では、燃料ガスとしての水素Ｈ２を燃料ガス区
域３５に供給循環させるが、燃料ガス側配管システム６
０の図示は省略する。この水素ガスＨ２、酸素ガスＯ２
が単位電池３１それぞれに連続供給され、イオン交換膜
３２を介して接触することにより反応し燃料電池３０に
発電させる。
【００１１】ところで、酸化剤ガス側配管システム４０
は、図１に示すように、各部材を配管５８で連結し所要
個所にバルブ５９を設けて構成されている。そして燃料
電池３０を運転する場合、酸素ガスＯ２は、配管５８中
に破線で示すように、酸素源４１→ガス入口４２→注入
管４３→加湿器４４→プレヒータ４６→燃料電池３０→
注入管５３→水トラップ５４→ガス出口５５→酸素源４
１の経路により循環し動作する。なお、符号５２はクー
ラーで、水トラップ５４を水０３で冷却しておりその水
トラップ５４は、燃料電池３０において化学反応して出
て来た生成水を含む酸素ガスＯ２から水分を分離する。
また、加湿器４４には、あらかじめ水注入口５６から水
０３が適当量注入されヒータ４５により所望温度に加熱
される。符号５７は加湿器４４の水抜き口である。
は、図１に示すように、各部材を配管５８で連結し所要
個所にバルブ５９を設けて構成されている。そして燃料
電池３０を運転する場合、酸素ガスＯ２は、配管５８中
に破線で示すように、酸素源４１→ガス入口４２→注入
管４３→加湿器４４→プレヒータ４６→燃料電池３０→
注入管５３→水トラップ５４→ガス出口５５→酸素源４
１の経路により循環し動作する。なお、符号５２はクー
ラーで、水トラップ５４を水０３で冷却しておりその水
トラップ５４は、燃料電池３０において化学反応して出
て来た生成水を含む酸素ガスＯ２から水分を分離する。
また、加湿器４４には、あらかじめ水注入口５６から水
０３が適当量注入されヒータ４５により所望温度に加熱
される。符号５７は加湿器４４の水抜き口である。
【００１２】プレヒータ４６は、そのチャンバー４７の
加湿器４４側の端壁４７ａ中央にガス入口４８を、燃料
電池３０側の端壁４７ｂ中央にガス出口４９をそれぞれ
設けるとともに、注入されて来た酸素ガスＯ２の流れ方
向に沿った側壁４７ｃの外周にヒータ５０を付設してお
り、前記流れ方向が水平となるようにプレヒータ４６を
設置している。なお、チャンバー４７の外に設けられた
温度調整器５１は、側壁４７ｃ内の中央の高さ位置に設
置された熱電対５１ａにガス入口４８を通って接続され
ており、酸素ガスＯ２の温度を感知するセンサー５１ａ
の信号を受けてヒーター５０による加熱温度を所望の値
に制御する。
加湿器４４側の端壁４７ａ中央にガス入口４８を、燃料
電池３０側の端壁４７ｂ中央にガス出口４９をそれぞれ
設けるとともに、注入されて来た酸素ガスＯ２の流れ方
向に沿った側壁４７ｃの外周にヒータ５０を付設してお
り、前記流れ方向が水平となるようにプレヒータ４６を
設置している。なお、チャンバー４７の外に設けられた
温度調整器５１は、側壁４７ｃ内の中央の高さ位置に設
置された熱電対５１ａにガス入口４８を通って接続され
ており、酸素ガスＯ２の温度を感知するセンサー５１ａ
の信号を受けてヒーター５０による加熱温度を所望の値
に制御する。
【００１３】上記構成のように、ガス入口４８とガス出
口４９とが水平方向に対向した形になっているので注入
されて来た酸素ガスＯ２は、チャンバー４７内で乱流と
なりながらヒーター５０によって加熱され、ガス出口４
９から排出されて燃料電池３０へ進むが、総体的にみれ
ばその流れ方向は水平となる。チャンバー４７内で凝縮
して発生した水滴０４は側壁４７ｃの底部に溜まるが、
ガス入口４８から配管５８へ逆流することはなく、また
ヒーター５０の加熱範囲内に位置するため気化し易く再
加熱されて蒸発しガス流へ加入する。なお、熱電対５１
ａは、その設置位置からして水滴０４に影響されること
はないので温度調整器５１は正常な動作を行うことがで
きる。すなわち、本発明では、プレヒータ４６のガス入
口４８付近の配管５８に水溜まりを生ずることがなく、
また発生した水滴０４も再蒸発させるので、燃料電池３
０の性能に悪影響を及ぼすことはない。
口４９とが水平方向に対向した形になっているので注入
されて来た酸素ガスＯ２は、チャンバー４７内で乱流と
なりながらヒーター５０によって加熱され、ガス出口４
９から排出されて燃料電池３０へ進むが、総体的にみれ
ばその流れ方向は水平となる。チャンバー４７内で凝縮
して発生した水滴０４は側壁４７ｃの底部に溜まるが、
ガス入口４８から配管５８へ逆流することはなく、また
ヒーター５０の加熱範囲内に位置するため気化し易く再
加熱されて蒸発しガス流へ加入する。なお、熱電対５１
ａは、その設置位置からして水滴０４に影響されること
はないので温度調整器５１は正常な動作を行うことがで
きる。すなわち、本発明では、プレヒータ４６のガス入
口４８付近の配管５８に水溜まりを生ずることがなく、
また発生した水滴０４も再蒸発させるので、燃料電池３
０の性能に悪影響を及ぼすことはない。
【００１４】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は、この実施例に必ずしも限定されるものではなく、
要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本発
明に含まれる。例えば、ガス入口とガス出口とは端壁の
正確な中心ではなく多少のずれがあっても差し支えな
い。
明は、この実施例に必ずしも限定されるものではなく、
要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本発
明に含まれる。例えば、ガス入口とガス出口とは端壁の
正確な中心ではなく多少のずれがあっても差し支えな
い。
【００１５】
【発明の効果】本発明の燃料電池システムの加湿ガスプ
レヒータは、このような加湿ガスプレヒータを、ガス入
口とガス出口とをほぼ水平方向に対向するよう両端壁中
央に配設するとともに、チャンバーを注入される反応ガ
スの流れ方向が水平となるように設置した構成としたた
め、チャンバー内に発生する水滴がガス入口から配管へ
逆流することがなく、流路が阻害されないばかりか溜ま
った水滴も再蒸発させてガス流に加入させるので、加湿
ガスプレヒータは、本来の機能を十分に発揮することが
できる。
レヒータは、このような加湿ガスプレヒータを、ガス入
口とガス出口とをほぼ水平方向に対向するよう両端壁中
央に配設するとともに、チャンバーを注入される反応ガ
スの流れ方向が水平となるように設置した構成としたた
め、チャンバー内に発生する水滴がガス入口から配管へ
逆流することがなく、流路が阻害されないばかりか溜ま
った水滴も再蒸発させてガス流に加入させるので、加湿
ガスプレヒータは、本来の機能を十分に発揮することが
できる。
【図１】本発明の実施例の燃料電池システムを示す概略
系統図である。
系統図である。
【図２】本発明の実施例の燃料電池の基本構成を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図３】スクラバ方式の加湿器の模式図である。
【図４】従来のガス下降上昇タイプのプレヒータの模式
図である。
図である。
【図５】従来のガス上昇タイプのプレヒータの模式図で
ある。
ある。
Ａ 燃料電池システム ３０ 燃料電池 ３２ 固体高分子電解質膜 ３３ アノード ３４ カソード ３５ 燃料ガス区域 ３６ 酸化剤ガス区域 ４０ 酸化剤ガス側配管システム ４６ プレヒータ ４７ チャンバー ４７ａ 端壁 ４７ｂ 端壁 ４７ｃ 側壁 ４８ ガス入口 ４９ ガス出口 ５０ ヒータ ６０ 燃料ガス側配管システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/04 F24H 3/08 F22D 1/36 - 1/38
Claims (1)
- 【請求項１】 電極で挟持された固体高分子電解質膜に
よって分割した燃料ガス区域と酸化剤ガス区域とを備え
る燃料電池システムに、あらかじめ加湿した反応ガスを
供給する加湿ガスプレヒータにおいて、一方の端壁に反
応ガス入口を、対向する他方の端壁に反応ガス出口を設
け、反応ガスを水平方向に流通させるようになしたチャ
ンバーと、反応ガスの流れ方向に沿ってチャンバーの側
壁外周に、かつ少なくとも底部側にヒータとを設けて構
成したことを特徴とする燃料電池システムの加湿ガスプ
レヒータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3358052A JP2764116B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 燃料電池システムの加湿ガスプレヒータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3358052A JP2764116B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 燃料電池システムの加湿ガスプレヒータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05182682A JPH05182682A (ja) | 1993-07-23 |
| JP2764116B2 true JP2764116B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=18457292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3358052A Expired - Fee Related JP2764116B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 燃料電池システムの加湿ガスプレヒータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2764116B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101109525B1 (ko) * | 2008-12-12 | 2012-01-31 | 주식회사 씨엔엘에너지 | 연료전지용 가스 가습장치 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57180079A (en) * | 1981-04-24 | 1982-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | Temperature controller for fuel cell |
| JPS6025560A (ja) * | 1983-07-22 | 1985-02-08 | Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd | 電気集塵装置の制御装置 |
| JPS61129804A (ja) * | 1984-11-29 | 1986-06-17 | Kokusai Gijutsu Kaihatsu Kk | 双安定ロ−タリ−ソレノイド |
| US4530886A (en) * | 1984-12-06 | 1985-07-23 | United Technologies Corporation | Process for humidifying a gaseous fuel stream |
| JP2544150B2 (ja) * | 1987-08-05 | 1996-10-16 | 川崎重工業株式会社 | 潜熱回収用伝熱管体 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP3358052A patent/JP2764116B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05182682A (ja) | 1993-07-23 |
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