JP5170990B2 - Humidification tank for polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
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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。 The present invention relates to a humidification tank of a polymer electrolyte fuel cell suitable as a small power source for home use, for example.
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)。
In recent years, reformers that reform hydrocarbon fuel gases such as natural gas, city gas, methanol, LPG, and butane into hydrogen, CO converters that transform carbon monoxide, and CO removal that removes carbon monoxide , A fuel cell that generates electricity by chemically reacting the thus obtained hydrogen (reformed gas) and an oxidant such as oxygen in the air, and cooling the electrode part of the fuel cell and these reaction gases Proposal of a polymer electrolyte fuel cell power generation device as a compact power source equipped with a humidification tank (water tank) containing water (pure water) treated with a water treatment device such as ion exchange resin to humidify (For example, see
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。 The solid polymer electrolyte membrane used in the polymer electrolyte fuel cell power generator functions as a proton conductive electrolyte by containing water. In the polymer electrolyte fuel cell, oxidant gas such as air, fuel gas, etc. A method of operating by supplying water vapor to the reaction gas and supplying it to the electrode section is employed.
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。 When a fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel electrode and an oxidant gas such as air is supplied to the air electrode, the fuel electrode reacts to decompose hydrogen molecules into hydrogen ions and electrons at the fuel electrode, and oxygen, hydrogen ions, and electrons at the air electrode. Electrochemical reaction to generate water from each is performed, and electric power is supplied to the load by electrons moving in the external circuit from the fuel electrode toward the air electrode, and water is generated on the air electrode side.
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。
FIG. 4 is an exploded cross-sectional view showing a basic configuration of a single cell of a polymer electrolyte fuel cell which is one form of a conventional fuel cell.
Air electrode
Thereby, the
A conductive and gas-impermeable material (for example, carbon) having a
The fuel cell 1 is formed by laminating a large number of
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。 FIG. 5 is an explanatory diagram schematically illustrating an example of a humidification tank containing humidification water provided in a conventional fuel cell (PEFC) (polymer electrolite fuel cell).
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。
As shown in FIG. 5, the fuel cell 1 </ b> A includes an
The
The
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。
The
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。
The
The
After the heat exchange between the cooling water and the
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。
3F is a bubbling perforated tube installed in connection with the supply unit 3B of the
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。
The
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。
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。
However, when the reaction gas flows from the
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。
When the water droplets and bubbles are accompanied by the humidified reaction gas and flow out to the outside from the
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。 The object of the present invention is to prevent water droplets from adhering to the inner wall of the top plate of the oxidizer humidification tank and the fuel gas humidification tank to gradually flow out from the outflow part by being accompanied by the humidified reaction gas. In addition, the scattered bubbles are directly entrained by the humidified reaction gas and do not flow out of the outflow part, so that stable electrochemical reaction can be performed and stable power generation can be performed. The present invention provides a humidifying tank for a polymer electrolyte fuel cell.
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として、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として、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。
The humidification tank of the polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 of the present invention for solving the above-mentioned problem is that the air electrode and the fuel electrode are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane, and the air electrode and the fuel are provided. A humidification tank containing humidified water for humidifying the reaction gas provided in a fuel cell for generating electricity by supplying reaction gas to each of the electrodes,
The reaction gas is provided with a gas inflow part, a gas outflow part of the reaction gas, a partition partitioning the gas inflow part and the gas outflow part, and the reaction gas is supplied and bubbled into the humidified water to be humidified. The humidified water is provided at the tip of the partition as a bubble scattering prevention means for preventing the bubble from scattering by the bubbling to the outflow path for allowing the humidified reaction gas to flow out from the gas outflow portion beyond the partition. A foam scattering prevention plate inclined at a predetermined angle θ and having a predetermined length L is fixedly installed on the side, and water droplets adhering to the inner wall of the top plate of the humidifying tank are accompanied by the humidified reaction gas to the outside. As a means for preventing water droplet entrainment from flowing out, a water droplet entrainment prevention plate is fixed in parallel to the inner wall of the top plate of the humidifying tank with a predetermined interval W with respect to the foam scattering prevention plate. The foam It was dispersed prevention plate configured to have a flow path of humidified the reaction gas between the water droplet entrainment baffle plate and said.
(削除) (Delete)
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。
Humidification tank of the polymer electrolyte fuel cell according to
A heat exchanger for indirectly exchanging heat between the cooling water for cooling the fuel cell and the humidified water is fixed and installed inside.
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として、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として、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。
The humidification tank of the polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 of the present invention comprises an air electrode and a fuel electrode on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane, and a reaction gas is supplied to each of the air electrode and the fuel electrode. A humidifying tank containing humidified water for humidifying the reaction gas provided in a fuel cell that supplies and reacts to generate electricity,
The reaction gas is provided with a gas inflow part, a gas outflow part of the reaction gas, a partition partitioning the gas inflow part and the gas outflow part, and the reaction gas is supplied and bubbled into the humidified water to be humidified. The humidified water is provided at the tip of the partition as a bubble scattering prevention means for preventing the bubble from scattering by the bubbling to the outflow path for allowing the humidified reaction gas to flow out from the gas outflow portion beyond the partition. A foam scattering prevention plate inclined at a predetermined angle θ and having a predetermined length L is fixedly installed on the side, and water droplets adhering to the inner wall of the top plate of the humidifying tank are accompanied by the humidified reaction gas to the outside. As a means for preventing water droplet entrainment from flowing out, a water droplet entrainment prevention plate is fixed in parallel to the inner wall of the top plate of the humidifying tank with a predetermined interval W with respect to the foam scattering prevention plate. The foam Since the diffuser preventing plate configured to have a flow path of humidified the reaction gas between the water droplet entrainment prevention plate,
Even if water droplets adhere to the top wall of the top plate of the oxidizer humidification tank and fuel gas humidification tank and gradually increase in size, the water droplets accompanying the humidified reaction gas will not flow out to the outside due to the action of the water droplet entrainment prevention plate, The action of the water droplet entrainment prevention plate has the effect of returning water droplets to the humidified water in each humidification tank, and the scattered bubbles are directly entrained by the reaction gas humidified by the action of the foam splash prevention plate and do not flow outside. In addition, since the foam has the effect of returning to the humidified water in each humidifying tank due to the action of the foam scattering prevention plate, it is possible to perform more stable electrochemical reaction and more stable power generation. Has a remarkable effect.
(削除) (Delete)
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。
Humidification tank of the polymer electrolyte fuel cell according to
Since the heat exchanger for indirectly exchanging heat between the cooling water for cooling the fuel cell and the humidified water is fixed and installed inside,
Humidified water in the oxidizer humidification tank and fuel gas humidification tank is controlled to an appropriate temperature, and humidified reaction gas controlled to an appropriate temperature can be supplied to the air electrode and the fuel electrode, respectively. Since the temperature in the fuel cell is controlled by the cooling water so as to be maintained at a temperature suitable for power generation, there is a further remarkable effect that stable electrochemical reaction can be performed and more stable power generation can be performed.
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。
Next, the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view schematically illustrating an example of a humidifying tank of a polymer electrolyte fuel cell of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view for schematically explaining the main part of the humidifying tank shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory view for explaining one embodiment of the humidifying tank of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention.
1-3, the parts having the same reference numerals as those in FIG. 5 are parts having the same functions.
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。
As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 includes an oxidant humidifier containing humidified
The
The
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。
The humidified
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。
The
The
After the heat exchange between the cooling water and the humidified
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。
3F is a bubbling perforated tube installed in connection with the supply unit 3B of the
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。
The
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。
The reaction gas flows from the
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。
Hereinafter, although the structure and effect of the fuel gas humidifying tank 4 will be described, the
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。
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。
As shown in FIG. 2, in the present invention, a foam
That is, the fuel gas humidification tank 4 has a bubble scattering
Reference numeral 6-1 denotes a fixing part of the foam
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。
If the length L of the bubble
Conversely, if the length L of the bubble
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。
On the other hand, if the angle θ between the bubble
Conversely, if the angle θ of the bubble
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。
The water droplet entrainment prevention plate 7 is fixed to the top plate
If the interval W is too narrow, the fuel gas supply pressure increases, and a predetermined amount of fuel gas may not be supplied to the
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。
If the water droplet entrainment prevention plate 7 is not parallel to the bubble scattering
If the length of the water droplet entrainment prevention plate 7 is too long than L, the distance a between the tip of the water droplet entrainment prevention plate 7 opposite to the fixed portion 7-1 and the side wall of the fuel gas humidification tank 4 becomes too small. The fuel gas supply pressure becomes high, and there is a possibility that a predetermined amount of fuel gas cannot be supplied to the
If the length of the water droplet entrainment prevention plate 7 is too short than L, the flow path resistance becomes small, but there is a possibility that water droplets and bubbles are directly entrained with the humidified fuel gas and flow out to the outside.
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。
If the water drop entrainment prevention plate 7 is not parallel to the bubble
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。
The material of the water drop entrainment prevention plate 7 and the bubble scattering
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。
As shown in FIG. 2, even if water droplets adhere to the top plate
Further, the scattered bubbles are directly accompanied by the fuel gas humidified by the action of the bubble scattering
As a result, more stable electrochemical reaction can be performed, and more stable power generation can be performed.
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。
Further, since the fuel gas humidification tank 4 is configured to include the
The fuel gas bubbled in the humidified
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。
Similarly, since the
The oxidant gas bubbled in the humidified
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。
In the fuel cell 1, power generation is performed by an electrochemical reaction between hydrogen in the reformed gas supplied to the
The
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。
Then, by humidifying using the
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。 The description of the above embodiment is for explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims or reduce the scope. Moreover, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim.
本発明の固体高分子形燃料電池の加湿タンクは、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したので、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顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。 Humidification tank of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention uses a water droplet entrainment prevention plate as water droplets entrained prevention means, since the use foam shatterproof plate as a foam scattering prevention means, water droplets adhered to the top plate inner wall surface However, even if it gradually increases, the water droplets accompanying the humidified reaction gas by the action of the water droplet entrainment prevention plate does not flow out to the outside, and the water droplets are prevented from flowing into the humidified water in each humidifying tank by the action of the water drop entrainment prevention plate. In addition to the effect of returning bubbles, the scattered bubbles are directly entrained by the reaction gas moistened by the action of the foam scatter prevention plate and do not flow outside, and the foam becomes water droplets by the action of the foam scatter prevention plate. since there is an effect to be returned to the humidification water in, performing the more stable electrochemical reaction, so a marked effect called can be performed more stable power generation and high industrial value .
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
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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として、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として、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固体高分子形燃料電池の加湿タンク。 An air electrode and a fuel electrode are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane, and the reaction gas provided in the fuel cell for generating electric power by supplying a reaction gas to the air electrode and the fuel electrode for reaction is humidified. A humidifying tank containing humidifying water for
The reaction gas is provided with a gas inflow part, a gas outflow part of the reaction gas, a partition partitioning the gas inflow part and the gas outflow part, and the reaction gas is supplied and bubbled into the humidified water to be humidified. The humidified water is provided at the tip of the partition as a bubble scattering prevention means for preventing the bubble from scattering by the bubbling to the outflow path for allowing the humidified reaction gas to flow out from the gas outflow portion beyond the partition. A foam scattering prevention plate inclined at a predetermined angle θ and having a predetermined length L is fixedly installed on the side, and water droplets adhering to the inner wall of the top plate of the humidifying tank are accompanied by the humidified reaction gas to the outside. As a means for preventing water droplet entrainment from flowing out, a water droplet entrainment prevention plate is fixed in parallel to the inner wall of the top plate of the humidifying tank with a predetermined interval W with respect to the foam scattering prevention plate. The foam Polymer electrolyte fuel cell humidification tank, characterized in that the humidified configuration in which a flow path of the reaction gas between the diffuser preventing plate wherein the water droplet entrainment prevention plate.
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