JP3465983B2 - 固体高分子電解質型燃料電池及び固体高分子電解質型燃料電池の燃料ガス又は酸化ガス供給方法 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池及び固体高分子電解質型燃料電池の燃料ガス又は酸化ガス供給方法Info
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Description
料電池及び燃料ガス、酸化ガスを加湿して供給する方法
に関する。
は、燃料ガス、酸化ガス等のガスを加湿する必要があ
る。特に電流密度の高い範囲では、高濃度の加湿が要求
される。従来、固体高分子電解質型燃料電池に於けるガ
スの加湿は、図4に示すようにバブラー1を用いて水2
をヒーター3で加熱して設定温度に制御し、バブラー1
内に例えばH2 ガスを配管4にて導入し、多孔質体のノ
ズル5より水2中にH2ガスを噴出して加湿ガスを得、
これを配管6にて燃料電池7に供給するというものであ
る。
の加湿では、そのガスに含まれる絶対水分量を制御する
ことは困難であった。それはバブラー1の温度が一定温
度であっても、ガス流量の大小によって、その加湿度は
容易に変化してしまうからである。
ル毎分のガス流量の加湿にはタンクが大きくなり過ぎ、
しかも水を加熱する為のヒーターがエネルギーを消費し
過ぎるので、燃料電池システムへの適用には無理があっ
た。
ラーを使用せず、燃料ガス、酸化ガスの絶対水分量を精
度良く制御できて、所要の加湿度のガスを燃料電池に供
給することができるようにした固体高分子電解質型燃料
電池及び燃料ガス、酸化ガスの供給方法を提供しようと
するものである。
の本発明の固体高分子電解質型燃料電池は、スタックプ
レート内部にその積層方向に設けられ、燃料ガス又は酸
化ガスの入口マニホールドと連通する加湿用マニホール
ドと、前記加湿用マニホールドに挿入され、水を噴出す
る内管と燃料ガス又は酸化ガスを噴出する外管とが同心
二重に保持されてなる二重管と、を備え、前記加湿用マ
ニホールド内部で前記水を前記燃料ガス又は酸化ガスに
よりスプレーして前記燃料ガス又は酸化ガスを加湿でき
るようになっているスタック構造を有する固体高分子電
解質型燃料電池である。
造は、スタックプレートの積層方向に加湿用マニホール
ドを設けて燃料ガス又は酸化ガスの入口マニホールドと
連通させたことを特徴とするものである。そして、この
加湿用マニホールドに、水を噴出する内管とガスを噴出
する外管とが同心二重に保持されて二重管よりなる加湿
ノズルを取り付ける。また、加湿ノズルの燃料電池スタ
ックへの取付け部の構造は、外管の中間部外周に燃料電
池のスタックエンドプレートに取り付けるプラグが設け
られ、外管の後端にT形パイプが接続されてガス導入路
が屈曲されると共に内管がT形パイプを一直線に貫通し
ているものである。
電池に於けるガスの加湿方法は、スタック内部で水を燃
料ガス又は酸化ガスによりスプレーして、燃料ガス又は
酸化ガスを加湿するのであるから、バブラーを使用せず
に、燃料電池のセルスタックに供給される燃料ガス又は
酸化ガスは、確実に加湿されることになる。
池に於けるガスの加湿スタック構造は、スタックプレー
トの積層方向に加湿用マニホールドを設けて燃料ガス又
は酸化ガスの入口マニホールドと連通させたものである
から、加湿用マニホールドにて上記のガスの加湿方法を
実施することにより、確実に加湿された燃料ガス又は酸
化ガスを燃料電池のセルスタックに供給できる。
池に於けるガスの加湿ノズルは、水を噴出する内管とガ
スを噴出する外管とが同心二重に保持されて二重管が構
成され、外管の中間部外周に燃料電池のスタックエンド
プレートに取り付けるプラグが設けられ、外管の後端に
T形パイプが接続されてガス導入路が屈曲されると共に
内管がT形パイプを一直線に貫通しているものであるか
ら、この加湿ノズルを外管中間部外周のプラグにて燃料
電池のスタックエンドプレートに取り付けて内管から水
を供給すると同時に外管から燃料ガス又は酸化ガスを供
給し、且つ夫々の流量と圧力を供給元で調製すると、水
が霧状になり、ガスでスプレーされ、ガスが加湿され、
加湿された燃料ガス又は酸化ガスが加湿用マニホールド
より燃料電池に供給される。特に、供給する水の流量を
マス・フロー・コントローラにより制御すると、単位時
間当りに供給する絶対水分量を精度良く制御でき、所要
の加湿度の燃料ガス又は酸化ガスを燃料電池に供給でき
る。しかも、セルスタックの加湿用マニホールドで霧状
スプレーが行われるので、水、ガスの断熱膨脹に伴い熱
を吸収するので、セルスタックが冷却される。
るガスの加湿方法、加湿スタック構造及び加湿ノズルの
実施例について説明する。先ず、加湿ノズルを図1によ
って説明すると、10は内径0.81mm、外径1.58mmの水を噴
出するSUS製の内管、11は内径1.65mm、外径3.18mmの
ガスを噴出するSUS製の外管で、これら内管10、外管
11は同心二重に保持されて二重管12となっている。外管
11の中間部外周には後述する燃料電池のスタックエンド
プレートに取付けるプラグ13が設けられ、その後側にロ
ックナット14が設けられている。外管11の後端にはT形
パイプ15の一側端が接続されてガス導入路16が屈曲され
ると共に、内管10がT形パイプ15の封塞された他側端を
一直線に貫通している。
料電池の加湿用スタックに装着するもので、その加湿用
スタックの構造を図2によって説明すると、厚さ8mm、
一辺120mmの方形のスタックプレート18の積層方向で対
角位置に一辺20mmの方形の加湿用マニホールド19、19′
を設けて、夫々スタックプレート18の異なるガス通路2
1、22に連通させてある。尚、21はH2 用入口マニホー
ルド、21′はH2 用出口マニホールド、22はO2 用入口
マニホールド、22′はO2 用出口マニホールドである。
造の加湿スタック23でガスを加湿する方法について説明
すると、先ず図3に示すように加湿ノズル17を2個夫々
プラグ13にて燃料電池のスタックエンドプレート24の対
角位置に設けたプラグ穴25にねじ込み、ロックナット14
にて固定した。次にこのスタックエンドプレート24を図
3に示すように固体高分子電解質型燃料電池のスタック
23の上面に積層し、二重管12を加湿用マニホールド19、
19′内に突出の上、締結して一体化した。然る後一方の
加湿ノズル17の内管10に水を流量18cc/min、圧力0.5kg/
cm2 にマス・フロー・コントローラで制御しながら供給
し、外管11にH2 ガスを流量20l/min、圧力1kg/cm2に
制御しながら供給したところ、水が霧状となってH2 ガ
スでスプレーされて水滴が無くなり、十分に蒸発してH
2 ガスが加湿され、加湿されたH2 ガスが加湿用マニホ
ールド19よりスタックプレート18のH2 用入口マニホー
ルド21に供給された。また、同時に他方の加湿ノズル17
の内管10に水を流量 0.9cc/min、圧力0.5kg/cm2にマス
・フロー・コントローラで制御しながら供給し、外管11
に酸素ガスを流量20l/min、圧力1kg/cm2に制御しなが
ら供給したところ、水が霧状となってO2 ガスでスプレ
ーされて水滴が無くなり、十分に蒸発してO2 ガスが加
湿され、加湿されたO2 ガスが加湿用マニホールド19′
よりスタックプレート18のO2 用入口マニホールド22に
供給された。
の加湿が可能となり、所要の加湿度の燃料ガス又は酸化
ガスを燃料電池に供給できた。また、スタック温度での
飽和蒸気圧の水分を含んだ加湿ガスを作ることができ、
スタック内部での加湿が可能となった。しかも加湿用マ
ニホールド19で霧状スプレーが行われ、水、H2 ガス、
O2 ガスの断熱膨脹に伴い熱を吸収するので、セルスタ
ックが冷却された。尚、加湿過剰になって水滴が残って
も、ガスによって水滴として排出されたり、水分不足の
時に蒸発したりして、何ら問題になることはなかった。
なお、外管に水を供給し、内管にガスを供給しても、上
記同様の効果が得られた。
分子電解質型燃料電池に於けるガスの加湿方法によれ
ば、従来のようにバブラーを使用することはせずに、燃
料電池のセルスタックに供給される燃料ガス又は酸化ガ
スを確実に加湿することができる。また、本発明のガス
の加湿スタック構造によれば、加湿用マニホールドにて
上記のガスの加湿方法を実施することにより確実に加湿
された燃料ガス又は酸化ガスを燃料電池のセルスタック
に送給できる。さらに、本発明のガスの加湿ノズルによ
れば、燃料電池のスタックエンドプレートに取り付け
て、内管に水を供給すると同時に外管に燃料ガス又は酸
化ガスを供給し、且つ夫々の流量と圧力を供給元で調製
することにより、水が霧状となり、ガスでスプレーさ
れ、ガスが加湿され、加湿された燃料ガス又は酸化ガス
が加湿用マニホールドより燃料電池に供給できる。特に
供給する水の流量をマス・フロー・コントローラにより
制御することにより、単位時間当りの供給する絶対水分
量を精度良く制御でき、所要の加湿度の燃料ガス又は酸
素ガスを燃料電池に供給できる。しかも、セルスタック
の加湿用マニホールドで霧状スプレーが行われるので、
水、ガスの断熱膨脹に伴い熱を吸収するので、セルスタ
ックを冷却できる。
加湿ノズルの一実施例を示す図である。
加湿用スタック構造の一実施例を示す図である。
いる本発明の固体高分子電解質型燃料電池に於けるガス
の加湿方法の一実施例を示す図である。
スの加湿方法を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】スタックプレート内部にその積層方向に設
けられ、燃料ガス又は酸化ガスの入口マニホールドと連
通する加湿用マニホールドと、前記加湿用マニホールド
に挿入され、水を噴出する内管と燃料ガス又は酸化ガス
を噴出する外管とが同心二重に保持されてなる二重管
と、を備え、 前記加湿用マニホールド内部で前記水を前記燃料ガス又
は酸化ガスによりスプレーして前記燃料ガス又は酸化ガ
スを加湿できるようになっているスタック構造を有する
固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項2】二重管は、外管の中間部外周に燃料電池の
スタックエンドプレートに取り付けるためのプラグと、
外管の後端にT形パイプと、を備え、 燃料ガス又は酸化ガス導入路が前記T形パイプにより屈
曲されていると共に内管が前記T形パイプを一直線に貫
通している請求項1記載の固体高分子電解質型燃料電
池。 - 【請求項3】スタックプレートの積層方向に、燃料ガス
又は酸化ガスの入口マニホールドと連通する加湿用マニ
ホールドを設置し、 前記加湿用マニホールドに、水を噴出する内管と燃料ガ
ス又は酸化ガスを噴出する外管とが同心二重に保持され
てなる二重管を挿入し、 内管から水を噴出すると共に外管から燃料ガス又は酸化
ガスを噴出し、水を霧状にスプレーすることにより燃料
ガス又は酸化ガスを加湿して燃料ガス又は酸化ガスの入
口マニホールドへ供給する固体高分子電解質型燃料電池
の燃料ガス又は酸化ガス供給方法。
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- 1995-02-17 JP JP05325395A patent/JP3465983B2/ja not_active Expired - Fee Related
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