JP5276740B2 - Polymer electrolyte fuel cell - Google Patents

Polymer electrolyte fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5276740B2
JP5276740B2 JP2012136670A JP2012136670A JP5276740B2 JP 5276740 B2 JP5276740 B2 JP 5276740B2 JP 2012136670 A JP2012136670 A JP 2012136670A JP 2012136670 A JP2012136670 A JP 2012136670A JP 5276740 B2 JP5276740 B2 JP 5276740B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
gas
cell stack
cooling water
humidifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012136670A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012178366A (en
Inventor
真一 滝沢
潤之助 仲谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2012136670A priority Critical patent/JP5276740B2/en
Publication of JP2012178366A publication Critical patent/JP2012178366A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5276740B2 publication Critical patent/JP5276740B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池に関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell.

近年、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対向するよう設置したセルをセパレータによって挟み込んで複数積層して構成された燃料電池スタックを燃料電池の本体部分とする固体高分子型燃料電池が開発され、種々の用途に実用化されつつある。   In recent years, a fuel cell stack comprising a plurality of stacked cells in which a anode-side electrode and a cathode-side electrode are opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween is sandwiched between separators is used as a main part of the fuel cell. Molecular fuel cells have been developed and are being put to practical use in various applications.

固体高分子型燃料電池は、燃料ガスである水素を加湿器を通して燃料電池スタックのアノードに供給し、酸化剤ガスである酸素を加湿器を通して燃料電池スタックのカソードに供給すると、それぞれの触媒層において電気化学反応が起こり、水素と酸素から水を生成するとともに電気エネルギーが取出される。   In the polymer electrolyte fuel cell, when hydrogen as a fuel gas is supplied to the anode of the fuel cell stack through a humidifier, and oxygen as an oxidant gas is supplied to the cathode of the fuel cell stack through the humidifier, in each catalyst layer, An electrochemical reaction takes place, producing water from hydrogen and oxygen and taking out electrical energy.

固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜での電気化学反応が最も効率的に行われる温度が存在するため、燃料電池スタック内に冷却水を供給することで固体高分子電解質膜の電気化学反応に最適な温度を保つように構成されている。また、燃料電池スタック内に供給される水素ガス及び酸素ガスについても、冷却水により固体高分子電解質膜の電気化学反応に最適な温度に保たれる構成となっている。   In the polymer electrolyte fuel cell, there is a temperature at which the electrochemical reaction in the solid polymer electrolyte membrane is most efficiently performed. Therefore, by supplying cooling water into the fuel cell stack, the electric power of the solid polymer electrolyte membrane is It is configured to maintain the optimum temperature for chemical reaction. Further, the hydrogen gas and oxygen gas supplied into the fuel cell stack are also configured to be maintained at an optimum temperature for the electrochemical reaction of the solid polymer electrolyte membrane by the cooling water.

さらに、固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜の湿度を略100パーセントとすることにより、膜の比抵抗が小さくなり電解質として機能することができる。このため、固体高分子型燃料電池の発電効率を高く維持するためには、固体高分子電解質膜に十分な水分を含ませることが必要であり、ガスを加湿器により加湿して供給配管を介して燃料電池スタックへ供給することによって、固体高分子電解質膜に湿度が略100パーセントのガスを供給して、固体高分子電解質膜の電気化学反応に最適な湿度を保つ構成となっている。   Furthermore, the solid polymer fuel cell can function as an electrolyte by reducing the specific resistance of the membrane by setting the humidity of the solid polymer electrolyte membrane to approximately 100%. For this reason, in order to maintain the power generation efficiency of the polymer electrolyte fuel cell at a high level, it is necessary that the polymer electrolyte membrane contains sufficient water, and the gas is humidified by a humidifier through the supply pipe. By supplying the gas to the fuel cell stack, a gas having a humidity of approximately 100% is supplied to the solid polymer electrolyte membrane to maintain the optimum humidity for the electrochemical reaction of the solid polymer electrolyte membrane.

従来、加湿器から燃料電池スタックまでの供給配管には、加湿ガス供給配管の外周に低熱伝導性材料よりなる熱媒層を配し、さらにこの熱媒層の外周にヒータを巻きつけることにより加湿ガスの温度を一定に保つ構成が知られている。このような固体高分子型燃料電池の一例が下記特許文献1に開示されている。   Conventionally, the supply pipe from the humidifier to the fuel cell stack is provided with a heat medium layer made of a low thermal conductivity material on the outer periphery of the humidified gas supply pipe, and the heater is wound around the outer periphery of the heat medium layer. A configuration for keeping the gas temperature constant is known. An example of such a polymer electrolyte fuel cell is disclosed in Patent Document 1 below.

また、上述のように供給配管を保温して、燃料電池スタックへ加湿ガスを供給する方式の他に、給水路の内部に多孔質炭素焼結体により形成された管を設け、多孔質炭素焼結体をガスが通過して水をバブリングすることで十分に加湿されるようにした供給配管により直接燃料電池スタックへ加湿ガスを供給する構成も知られている。このような固体高分子型燃料電池の一例が下記特許文献2に開示されている。   In addition to the method of keeping the supply pipe warm and supplying the humidified gas to the fuel cell stack as described above, a pipe formed of a porous carbon sintered body is provided inside the water supply channel, and the porous carbon firing is provided. There is also known a configuration in which humidified gas is directly supplied to the fuel cell stack through a supply pipe that is sufficiently humidified by passing gas through the assembly and bubbling water. An example of such a polymer electrolyte fuel cell is disclosed in Patent Document 2 below.

特開2000−67893号公報JP 2000-67893 A 特許第3553200号公報Japanese Patent No. 3553200

しかしながら、上記特許文献1に開示される固体高分子型燃料電池では、厳密には加湿ガス供給配管の加熱及び保温は均一でなく、実際には低温部分と高温部分が存在するため、低温部分で加湿ガスの水分の凝縮が生じたり、あるいは高温部分で凝縮した水が局所的に突沸したりしているため、燃料電池スタックに達したガスと冷却水の温度差が均一にならず、さらに、湿度が略100パーセントのガスを得られないという問題がある。   However, strictly speaking, in the polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1, heating and heat retention of the humidified gas supply pipe are not uniform, and actually there are a low-temperature part and a high-temperature part. Since the moisture of the humidified gas is condensed or the water condensed in the high temperature part is locally bumped, the temperature difference between the gas that reaches the fuel cell stack and the cooling water is not uniform. There is a problem that a gas having a humidity of about 100% cannot be obtained.

また、上記特許文献2に開示される固体高分子型燃料電池では、給水路を流れる水は多孔質炭素焼結体を介したガスが水をバブリングすることにより加湿しているが、多孔質の物質においては高圧側から低圧側へと物質が移動するため、常にガス側を高圧の状態に加圧する必要がある。このため、別途加圧装置を設けなければならず、このため装置構成が複雑となり、コストが上昇してしまうという問題がある。   Further, in the polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 2, the water flowing through the water supply channel is humidified by bubbling water through the gas through the porous carbon sintered body. Since the substance moves from the high pressure side to the low pressure side, it is necessary to always pressurize the gas side to a high pressure state. For this reason, a separate pressurizing device must be provided, which causes a problem that the device configuration becomes complicated and the cost increases.

これらのことから、本発明は、加湿器から燃料電池スタックまでの系統を工夫し、燃料電池スタックのガス入口でのガスと冷却水の温度を均一にし、さらに、ガスの湿度を略100パーセントに近づける固体高分子型燃料電池を提供することを目的とする。   Based on these facts, the present invention devised a system from the humidifier to the fuel cell stack, uniformizes the temperature of the gas and the cooling water at the gas inlet of the fuel cell stack, and further reduces the gas humidity to about 100 percent. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell that can be brought close to.

上記の課題を解決するための第1の発明(請求項1に対応)に係る固体高分子型燃料電池は、
固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んでセルを形成し、前記セルをセパレータを介して複数枚積層することで形成された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを冷却する冷却水と、
前記アノード側電極に供給される燃料ガスと、
前記カソード側電極に供給される酸化剤ガスと、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを前記冷却水により加湿する加湿器と、
前記加湿器から前記燃料電池スタックへ加湿された前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、
前記加湿器から前記燃料電池スタックへ加湿された前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給配管と、
前記加湿器から前記燃料電池スタックへ前記冷却水を供給する冷却水供給配管と
を備える固体高分子型燃料電池において、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの湿度を略100パーセントの状態で前記燃料電池スタックへ供給する加湿ガス供給手段を備えると共に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスと前記冷却水の温度を均一の状態で前記燃料電池スタックへ供給する均温化手段を備え、
前記加湿ガス供給手段及び前記均温化手段は、
前記冷却水供給配管を前記燃料電池スタック内で分岐させて分岐配管とし、前記分岐配管を前記セパレータの側端部を流れるように設置し、該分岐配管に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスが前記セル内部に流れ込む直前に水を吹き掛ける水噴出孔を形成する
ことを特徴とする。
A polymer electrolyte fuel cell according to a first invention (corresponding to claim 1) for solving the above-described problem is
A fuel cell stack formed by stacking a plurality of the cells via a separator, forming a cell by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode side electrode and a cathode side electrode;
Cooling water for cooling the fuel cell stack;
Fuel gas supplied to the anode side electrode;
An oxidant gas supplied to the cathode electrode;
A humidifier for humidifying the fuel gas and the oxidant gas with the cooling water;
A fuel gas supply pipe for supplying the humidified fuel gas from the humidifier to the fuel cell stack;
An oxidant gas supply pipe for supplying the humidified oxidant gas from the humidifier to the fuel cell stack;
In a polymer electrolyte fuel cell comprising a cooling water supply pipe for supplying the cooling water from the humidifier to the fuel cell stack,
The fuel gas and the oxidant gas are provided with a humidified gas supply means for supplying the fuel cell stack with a humidity of approximately 100%, and the fuel gas, the oxidant gas and the cooling water are in a uniform temperature state. Comprising a temperature-equalizing means for supplying the fuel cell stack with
The humidified gas supply means and the temperature equalizing means are:
The cooling water supply pipe is branched in the fuel cell stack to form a branch pipe, and the branch pipe is installed so as to flow through a side end portion of the separator, and the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the branch pipe. A water ejection hole for spraying water immediately before flowing into the cell is formed.

第1の発明によれば、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んでセルを形成し、セルをセパレータを介して複数枚積層することで形成された燃料電池スタックと、燃料電池スタックを冷却する冷却水と、アノード側電極に供給される燃料ガスと、カソード側電極に供給される酸化剤ガスと、燃料ガス及び酸化剤ガスを冷却水により加湿する加湿器と、加湿器から燃料電池スタックへ加湿された燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、加湿器から燃料電池スタックへ加湿された酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給配管と、加湿器から燃料電池スタックへ冷却水を供給する冷却水供給配管とを備える固体高分子型燃料電池において、燃料ガス及び酸化剤ガスの湿度を略100パーセントの状態で燃料電池スタックへ供給する加湿ガス供給手段を備えることにより、固体高分子電解質膜を常に湿度100パーセントの最適な状態を維持することができるため、電気化学反応の効率を最大限に高め、さらに製品寿命を長くすることができる。
燃料ガス及び酸化剤ガスと冷却水の温度を均一の状態で燃料電池スタックへ供給する均温化手段を備えることにより、固体高分子電解質膜を常に最適な温度に維持することができるため、電気化学反応の効率を最大限に高め、さらに製品寿命を長くすることができる。
加湿ガス供給手段及び均温化手段は、冷却水供給配管を燃料電池スタック内で分岐させて分岐配管とし、分岐配管をセパレータの側端部を流れるように設置し、この分岐配管に燃料ガス及び酸化剤ガスがセル内部に流れ込む直前に水を吹き掛ける水噴出孔を形成することにより、燃料ガス及び酸化剤ガスへのより確実な加湿を行うことができる。
According to the first invention, a fuel cell stack formed by forming a cell by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode side electrode and a cathode side electrode, and stacking a plurality of cells via a separator; Cooling water for cooling the fuel cell stack, fuel gas supplied to the anode side electrode, oxidant gas supplied to the cathode side electrode, a humidifier for humidifying the fuel gas and oxidant gas with cooling water, and humidification A fuel gas supply pipe that supplies humidified fuel gas from the humidifier to the fuel cell stack, an oxidant gas supply pipe that supplies humidified oxidant gas from the humidifier to the fuel cell stack, and a humidifier to the fuel cell stack In a polymer electrolyte fuel cell having a cooling water supply pipe for supplying cooling water, the humidity of the fuel gas and the oxidant gas is supplied to the fuel cell stack in a state of approximately 100%. By providing the humidified gas supply means, the solid polymer electrolyte membrane can always be maintained at an optimum state of 100% humidity, so that the efficiency of the electrochemical reaction is maximized and the product life is extended. Can do.
By providing a temperature-equalizing means for supplying the fuel gas, oxidant gas and cooling water to the fuel cell stack in a uniform state, the solid polymer electrolyte membrane can always be maintained at an optimum temperature. The chemical reaction efficiency can be maximized and the product life can be extended.
The humidifying gas supply means and the temperature equalizing means branch the cooling water supply pipe into a branch pipe in the fuel cell stack, and install the branch pipe so as to flow at the side end of the separator. By forming a water ejection hole for spraying water immediately before the oxidant gas flows into the cell, the fuel gas and the oxidant gas can be more reliably humidified.

参考例1に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図である。FIG. 3 is a main part configuration diagram of a fixed polymer fuel cell according to Reference Example 1. 参考例1に係る加湿器と燃料電池スタックとの間のガス温度の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the gas temperature between the humidifier which concerns on the reference example 1, and a fuel cell stack. 参考例1に係る固定高分子型燃料電池のシステム構成図である。2 is a system configuration diagram of a fixed polymer fuel cell according to Reference Example 1. FIG. 参考例2に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a main part of a fixed polymer fuel cell according to Reference Example 2. 参考例2に係る複数の中空糸で形成したガス供給配管の断面図である。It is sectional drawing of the gas supply piping formed with the some hollow fiber which concerns on the reference example 2. FIG. 参考例3に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図である。FIG. 6 is a main part configuration diagram of a fixed polymer fuel cell according to Reference Example 3. 実施例1に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図である。1 is a main part configuration diagram of a fixed polymer fuel cell according to Example 1. FIG. 実施例1に係る燃料電池スタックの斜視図である。1 is a perspective view of a fuel cell stack according to Example 1. FIG.

本発明に係る固定高分子型燃料電池の一参考例および一実施例について、図1から図8を用いて説明する。図1は参考例1に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図、図2は参考例1に係る加湿器と燃料電池スタックとの間のガス温度の変化を示した図、図3は参考例1に係る固定高分子型燃料電池のシステム構成図、図4は参考例2に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図、図5は参考例2に係る複数の中空糸で形成したガス供給配管の断面図、図6は参考例3に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図、図7は実施例1に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図、図8は実施例1に係る燃料電池スタックの斜視図である。   A reference example and an example of a fixed polymer fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a fixed polymer fuel cell according to Reference Example 1, FIG. 2 is a diagram showing a change in gas temperature between a humidifier and a fuel cell stack according to Reference Example 1, and FIG. 4 is a system configuration diagram of a fixed polymer fuel cell according to Reference Example 1, FIG. 4 is a configuration diagram of the main part of the fixed polymer fuel cell according to Reference Example 2, and FIG. 5 is formed of a plurality of hollow fibers according to Reference Example 2. FIG. 6 is a main part configuration diagram of a fixed polymer fuel cell according to Reference Example 3, FIG. 7 is a main part configuration diagram of a fixed polymer fuel cell according to Example 1, and FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell stack according to Example 1. FIG.

[参考例1]
以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池の第1の参考例について説明する。始めに、本参考例に係る固体高分子型燃料電池のシステム構成について説明する。図3に本参考例に係る固体高分子型燃料電池のシステム構成図を示す。図3に示すように、固体高分子型燃料電池は、水素ガスを供給する水素ガス供給源10と、酸素ガスを供給する酸素ガス供給源13と、冷却水を供給する冷却水供給源11とを備えている。本参考例では水素ガスと酸素ガスを用いたが、水素ガス以外の燃料ガスや酸素ガス以外の酸化剤ガスを用いることも可能である。
[Reference Example 1]
Hereinafter, a first reference example of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention will be described. First, the system configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to this reference example will be described. FIG. 3 shows a system configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell according to this reference example. As shown in FIG. 3, the polymer electrolyte fuel cell includes a hydrogen gas supply source 10 that supplies hydrogen gas, an oxygen gas supply source 13 that supplies oxygen gas, and a cooling water supply source 11 that supplies cooling water. It has. In this reference example, hydrogen gas and oxygen gas are used, but it is also possible to use fuel gas other than hydrogen gas or oxidant gas other than oxygen gas.

水素ガス供給源10から供給された水素ガスと、冷却水供給源11から供給された冷却水は、水素ガスを冷却水を用いて加湿する水素ガス加湿器12へと供給される。また、酸素ガス供給源13から供給された酸素ガスと、冷却水供給源11から供給された冷却水は、酸素ガスを冷却水を用いて加湿する酸素ガス加湿器14へと供給される。   The hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply source 10 and the cooling water supplied from the cooling water supply source 11 are supplied to a hydrogen gas humidifier 12 that humidifies the hydrogen gas using the cooling water. The oxygen gas supplied from the oxygen gas supply source 13 and the cooling water supplied from the cooling water supply source 11 are supplied to an oxygen gas humidifier 14 that humidifies the oxygen gas using the cooling water.

水素ガス加湿器12で加湿された湿度が略100パーセントの水素ガスは水素ガス供給配管15を通って、燃料電池スタック18の内部に供給される。また、酸素ガス加湿器で加湿された湿度が略100パーセントの酸素ガスは酸素ガス供給配管16を通って、燃料電池スタック18の内部に供給される。さらに、水素ガス加湿器12と酸素ガス加湿器14で加湿に用いた冷却水は冷却水供給配管17を通って、燃料電池スタック18の内部に供給される。なお、本参考例に係る燃料電池スタック18は、従来から用いられているものと基本的に同様な構造であるため、ここでの燃料電池スタック18についての詳細な構造の説明は省略する。   The hydrogen gas humidified by the hydrogen gas humidifier 12 and having a humidity of approximately 100% is supplied into the fuel cell stack 18 through the hydrogen gas supply pipe 15. The oxygen gas humidified by the oxygen gas humidifier is supplied to the inside of the fuel cell stack 18 through the oxygen gas supply pipe 16. Further, the cooling water used for humidification by the hydrogen gas humidifier 12 and the oxygen gas humidifier 14 is supplied into the fuel cell stack 18 through the cooling water supply pipe 17. The fuel cell stack 18 according to the present reference example has basically the same structure as that conventionally used, and therefore the detailed description of the fuel cell stack 18 here is omitted.

次に、本参考例に係る固体高分子型燃料電池の要部の構成について説明する。図1に本参考例に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図を示す。なお、水素ガス加湿器12と燃料電池スタック18との間、及び、酸素ガス加湿器14と燃料電池スタック18との間の構造は共通であるため、図1においては、水素ガス及び酸素ガスをガスとして、また、水素ガス加湿器12及び酸素ガス加湿器14を加湿器19として示した。   Next, the structure of the main part of the polymer electrolyte fuel cell according to this reference example will be described. FIG. 1 shows a configuration diagram of a main part of a fixed polymer fuel cell according to this reference example. In addition, since the structure between the hydrogen gas humidifier 12 and the fuel cell stack 18 and between the oxygen gas humidifier 14 and the fuel cell stack 18 are common, in FIG. As the gas, the hydrogen gas humidifier 12 and the oxygen gas humidifier 14 are shown as the humidifier 19.

図1に示すように、加湿器19と燃料電池スタック18との間に、加湿器19で加湿した湿度が略100パーセントの加湿ガスを燃料電池スタック18の内部に供給するガス供給配管20を設置する。また、加湿器19と燃料電池スタック18との間に、加湿器19でガスを加湿するために用いた冷却水を燃料電池スタック18の内部に供給する冷却水供給配管17を設置する。   As shown in FIG. 1, a gas supply pipe 20 is installed between the humidifier 19 and the fuel cell stack 18 to supply humidified gas having a humidity of approximately 100% humidified by the humidifier 19 to the inside of the fuel cell stack 18. To do. Further, between the humidifier 19 and the fuel cell stack 18, a cooling water supply pipe 17 that supplies the cooling water used for humidifying the gas in the humidifier 19 to the inside of the fuel cell stack 18 is installed.

ガス供給配管20には、加湿器19直近の部分に加湿器19から出た直後の加湿ガスを加熱するヒータ21を設置する。本参考例では、ヒータ21にはテープヒータを用いたが、これ以外の加熱手段を用いることも可能である。また、ヒータ21には、任意に温度調整ができるようにヒータ制御装置22を設置する。   In the gas supply pipe 20, a heater 21 for heating the humidified gas immediately after coming out of the humidifier 19 is installed in a portion immediately adjacent to the humidifier 19. In this reference example, a tape heater is used as the heater 21, but other heating means may be used. In addition, a heater control device 22 is installed in the heater 21 so that the temperature can be arbitrarily adjusted.

図2に本参考例に係る加湿器と燃料電池スタックとの間のガス温度の変化を示した図を示す。なお、図2には、例として冷却水の温度を60℃とした際の状態を示した。図2にAで示すように、加湿器19(図1参照)の加湿ガス出口から出た直後の加湿ガスを加熱する。この加熱は、ガス供給配管の全体にわたって加熱を行うのではなく、加湿器19の直近の部分に対して局所的に加熱を行う。このため、加熱したガスは飽和水蒸気量が増大し、湿度が低下した状態となる。つまり、加湿ガスに含まれる水分が凝縮しにくい状態となる。   FIG. 2 is a diagram showing a change in gas temperature between the humidifier and the fuel cell stack according to this reference example. In addition, in FIG. 2, the state at the time of setting the temperature of a cooling water to 60 degreeC was shown as an example. As shown by A in FIG. 2, the humidified gas immediately after coming out of the humidified gas outlet of the humidifier 19 (see FIG. 1) is heated. This heating does not heat the entire gas supply pipe, but locally heats the immediate part of the humidifier 19. For this reason, the heated gas is in a state where the amount of saturated water vapor increases and the humidity decreases. That is, the moisture contained in the humidified gas is unlikely to condense.

また、ガスの加熱は、加湿ガスが燃料電池スタック18(図1参照)の加湿ガス入口に達したときに、Bで示す冷却水と同じ温度になるよう設定する。すなわち、ガスが燃料電池スタック18に達したときに、ガスの温度と冷却水の温度とが同じ温度であって、ガスの湿度が略100パーセントとなるようにする。   The heating of the gas is set so that the humidified gas reaches the same temperature as the cooling water indicated by B when the humidified gas reaches the humidified gas inlet of the fuel cell stack 18 (see FIG. 1). That is, when the gas reaches the fuel cell stack 18, the temperature of the gas and the temperature of the cooling water are the same, and the humidity of the gas is approximately 100%.

ヒータ21の加熱温度については、燃料電池スタック18に達したガスの温度の情報をヒータ制御装置22にフィードバックして、燃料電池スタック18に達したガスの温度が目的とする温度(ここでは60℃)になるようヒータ制御装置22において自動で制御させることも可能である。   Regarding the heating temperature of the heater 21, information on the temperature of the gas that has reached the fuel cell stack 18 is fed back to the heater control device 22, and the temperature of the gas that has reached the fuel cell stack 18 is the target temperature (here, 60 ° C.). It is also possible to automatically control the heater controller 22 so that

このように、ヒータ21で加熱された加湿ガスは、飽和水蒸気量が増大するため、加湿器19で加湿された際に含んだ水分がガス供給配管20内で一切凝縮することなく燃料電池スタック18の内部に達することができる。   As described above, the humidified gas heated by the heater 21 has an increased saturated water vapor amount. Therefore, the fuel cell stack 18 does not condense any moisture contained in the gas supply pipe 20 when it is humidified by the humidifier 19. Can reach the inside.

これに対して、従来のガス供給配管の保温方法では、例えば、Cで示す曲線のように配管内で部分的に温度が低下して、再び温度が上昇する場合がある。このような場合、ガスの温度は全体的に見ると略一定の温度に保温された状態になっているものの、温度が低下した際に飽和水蒸気量が低下して水が凝縮してしまうため、燃料電池スタックのガス導入部に達したときには、水とガスとが分離してガスの湿度が低下してしまっていることとなる。   On the other hand, in the conventional method for keeping the gas supply pipe warm, for example, the temperature may partially decrease in the pipe as indicated by a curve C, and the temperature may rise again. In such a case, the gas temperature is kept at a substantially constant temperature as a whole, but when the temperature decreases, the saturated water vapor amount decreases and the water condenses, When the gas introduction part of the fuel cell stack is reached, water and gas are separated and the humidity of the gas is lowered.

以上のように、本参考例に係る固体高分子型燃料電池によれば、水素ガス供給配管15及び酸素ガス供給配管16の加湿器19直近の部分に、加湿器19から出た直後の水素ガス及び酸素ガスを加熱するヒータ21を設置し、水素ガス及び酸素ガスが燃料電池スタック18に達したときに、水素ガス及び酸素ガスと冷却水の温度が均一となるようヒータ21を制御することにより、水素ガス及び酸素ガスの湿度が略100パーセントとなり、水素ガス及び酸素ガスと冷却水の温度が均一となるので、電気化学反応の効率を最大限に高め、さらに製品寿命を長くすることができる。   As described above, according to the polymer electrolyte fuel cell according to the present reference example, the hydrogen gas immediately after coming out of the humidifier 19 is provided in the portion near the humidifier 19 of the hydrogen gas supply pipe 15 and the oxygen gas supply pipe 16. And a heater 21 for heating the oxygen gas, and when the hydrogen gas and the oxygen gas reach the fuel cell stack 18, the heater 21 is controlled so that the temperature of the hydrogen gas, the oxygen gas and the cooling water becomes uniform. The humidity of hydrogen gas and oxygen gas is almost 100%, and the temperature of hydrogen gas, oxygen gas and cooling water is uniform, so that the efficiency of electrochemical reaction can be maximized and the product life can be extended. .

また、燃料ガス供給配管及び酸化剤ガス供給配管内で水が凝縮することを防ぐことができる。さらに、従来の燃料ガス供給配管及び酸化剤ガス供給配管の全体にわたってヒータを設置する構成に比べ、製造コストを低減することができる。   Moreover, it is possible to prevent water from condensing in the fuel gas supply pipe and the oxidant gas supply pipe. Furthermore, the manufacturing cost can be reduced as compared with the conventional configuration in which the heater is installed over the entire fuel gas supply pipe and oxidant gas supply pipe.

[参考例2]
以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池の第2の参考例について説明する。なお、本参考例に係る固体高分子型燃料電池のシステム構成は、参考例1に係る固体高分子型燃料電池のシステム構成と同様であるためここでの説明は省略する。
[Reference Example 2]
Hereinafter, a second reference example of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention will be described. The system configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to the present reference example is the same as the system configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to the reference example 1, and the description thereof is omitted here.

本参考例に係る固体高分子型燃料電池の要部の構成について説明する。図4に本参考例に係る固体高分子型燃料電池の要部構成図を示す。なお、水素ガス加湿器12(図3参照)と燃料電池スタック18との間、及び、酸素ガス加湿器14(図3参照)と燃料電池スタック18との間の構造は共通であるため、図4においては、水素ガス及び酸素ガスをガスとして、また、水素ガス加湿器12及び酸素ガス加湿器14を加湿器19として示した。   The configuration of the main part of the polymer electrolyte fuel cell according to this reference example will be described. FIG. 4 shows a configuration diagram of a main part of a polymer electrolyte fuel cell according to this reference example. Note that the structure between the hydrogen gas humidifier 12 (see FIG. 3) and the fuel cell stack 18 and the structure between the oxygen gas humidifier 14 (see FIG. 3) and the fuel cell stack 18 are the same. 4, hydrogen gas and oxygen gas are shown as gases, and the hydrogen gas humidifier 12 and oxygen gas humidifier 14 are shown as humidifiers 19.

図4に示すように、加湿器19と燃料電池スタック18との間に、冷却水を供給する冷却水供給配管17を設置し、この冷却水供給配管17の内部にガスを供給するガス供給配管20を設置する。すなわち、加湿器19と燃料電池スタック18との間の配管を冷却水供給配管17が外側の管を形成し、ガス供給配管20が内側の管を形成する二重管とする。本参考例では、冷却水供給配管17の素材にステンレス鋼を、ガス供給配管20の素材に非多孔質中空糸膜を用いた。ここで、非多孔質中空糸膜は、略水蒸気だけが透過することができる膜である。   As shown in FIG. 4, a cooling water supply pipe 17 for supplying cooling water is installed between the humidifier 19 and the fuel cell stack 18, and a gas supply pipe for supplying gas into the cooling water supply pipe 17. 20 is installed. That is, the pipe between the humidifier 19 and the fuel cell stack 18 is a double pipe in which the cooling water supply pipe 17 forms an outer pipe and the gas supply pipe 20 forms an inner pipe. In this reference example, stainless steel was used as the material for the cooling water supply pipe 17 and a non-porous hollow fiber membrane was used as the material for the gas supply pipe 20. Here, the non-porous hollow fiber membrane is a membrane through which only substantially water vapor can permeate.

本参考例に係るガス供給配管20は素材が非多孔質中空糸膜であるため、ガス供給配管20内のガスの圧力、及び、冷却水供給配管17の冷却水の圧力に依存することなく、冷却水供給配管17内からガス供給配管内20へ水蒸気が透過することが可能なため、ガスの温度と冷却水の温度とを均一にしつつ、ガスの湿度を略100パーセントの状態にすることができる。   Since the material of the gas supply pipe 20 according to this reference example is a non-porous hollow fiber membrane, without depending on the pressure of the gas in the gas supply pipe 20 and the pressure of the cooling water in the cooling water supply pipe 17, Since water vapor can pass from the inside of the cooling water supply pipe 17 to the inside of the gas supply pipe 20, the gas humidity and the temperature of the cooling water can be made uniform, and the humidity of the gas can be brought to a state of about 100%. it can.

また、ガス供給配管20を表面が非多孔質となっている多数の中空糸23により形成することも可能である。図5に本参考例に係る多数の中空糸23により形成したガス供給配管の断面図を示す。図5に示すように、冷却水供給配管17の内部には、非多孔質の中空糸23が多数設置されている。このように、多数の中空糸23によりガス供給配管20を形成することで、ガス供給配管20の表面積を大きくし、図5に斜線で示す冷却水との接触面積を大きくすることができるため、ガスを加湿する能力をより高めることができる。   It is also possible to form the gas supply pipe 20 with a number of hollow fibers 23 whose surface is non-porous. FIG. 5 shows a cross-sectional view of a gas supply pipe formed by a number of hollow fibers 23 according to this reference example. As shown in FIG. 5, a large number of non-porous hollow fibers 23 are installed inside the cooling water supply pipe 17. In this way, by forming the gas supply pipe 20 with a large number of hollow fibers 23, the surface area of the gas supply pipe 20 can be increased, and the contact area with the cooling water indicated by hatching in FIG. 5 can be increased. The ability to humidify the gas can be further increased.

以上のように、本参考例に係る固体高分子型燃料電池によれば、冷却水供給配管17の内部に水素ガス供給配管15を設置して二重管とし、冷却水供給配管17の内部に酸素ガス供給配管16を設置して二重管として、水素ガス供給配管15及び酸素ガス供給配管16を、非多孔質中空糸膜、又は、複数の非多孔質中空糸により形成することにより、水素ガス及び酸素ガスの湿度が略100パーセントとなり、水素ガス及び酸素ガスと冷却水の温度が均一となるので、電気化学反応の効率を最大限に高め、さらに製品寿命を長くすることができる。また、従来の多孔質素材で二重管を形成した場合に比べ、加圧装置等を別途設ける必要が無いため、製造コストを低減することができる。   As described above, according to the polymer electrolyte fuel cell according to the present reference example, the hydrogen gas supply pipe 15 is installed in the cooling water supply pipe 17 to form a double pipe, and the cooling water supply pipe 17 has the inside. By installing the oxygen gas supply pipe 16 as a double pipe, the hydrogen gas supply pipe 15 and the oxygen gas supply pipe 16 are formed of a non-porous hollow fiber membrane or a plurality of non-porous hollow fibers, thereby producing hydrogen. Since the humidity of the gas and oxygen gas is approximately 100% and the temperature of the hydrogen gas, oxygen gas and cooling water is uniform, the efficiency of the electrochemical reaction can be maximized and the product life can be extended. Moreover, compared with the case where a double tube is formed of a conventional porous material, it is not necessary to provide a pressurizing device or the like separately, so that the manufacturing cost can be reduced.

[参考例3]
以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池の第3の参考例について説明する。なお、本参考例に係る固体高分子型燃料電池のシステム構成は、参考例1に係る固体高分子型燃料電池のシステム構成と同様であるためここでの説明は省略する。
[Reference Example 3]
Hereinafter, a third reference example of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention will be described. The system configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to the present reference example is the same as the system configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to the reference example 1, and the description thereof is omitted here.

本参考例に係る固体高分子型燃料電池の要部の構成について説明する。図6に本参考例に係る固体高分子型燃料電池の要部構成図を示す。なお、水素ガス加湿器12(図3参照)と燃料電池スタック18との間、及び、酸素ガス加湿器14(図3参照)と燃料電池スタックとの間の構造は共通であるため、図6においては、水素ガス及び酸素ガスをガスとして、また、水素ガス加湿器12及び酸素ガス加湿器14を加湿器19として示した。   The configuration of the main part of the polymer electrolyte fuel cell according to this reference example will be described. FIG. 6 shows a configuration diagram of a main part of a polymer electrolyte fuel cell according to this reference example. Since the structure between the hydrogen gas humidifier 12 (see FIG. 3) and the fuel cell stack 18 and the structure between the oxygen gas humidifier 14 (see FIG. 3) and the fuel cell stack are common, FIG. In FIG. 2, hydrogen gas and oxygen gas are shown as gases, and the hydrogen gas humidifier 12 and oxygen gas humidifier 14 are shown as humidifiers 19.

図6に示すように、加湿器19と燃料電池スタック18との間に、ガスを供給するガス供給配管20と冷却水を供給する冷却水供給配管17を設置する。ガス供給配管20は、燃料電池スタック18直近の部分にガス加湿室24が形成されている。冷却水供給配管17の燃料電池スタック側の端部は、ガス加湿室24の天井部を貫通してガス加湿室24内に突出している。この冷却水供給配管17の端部には、冷却水を細かな霧状にして噴出するスプレーノズル25が設置されている。ガス加湿室24内の下部には、スプレーノズル25から噴霧された冷却水を再び液状にする気水分離器26を設置する。   As shown in FIG. 6, a gas supply pipe 20 that supplies gas and a cooling water supply pipe 17 that supplies cooling water are installed between the humidifier 19 and the fuel cell stack 18. In the gas supply pipe 20, a gas humidification chamber 24 is formed in a portion immediately adjacent to the fuel cell stack 18. The end of the cooling water supply pipe 17 on the fuel cell stack side penetrates the ceiling of the gas humidification chamber 24 and protrudes into the gas humidification chamber 24. A spray nozzle 25 is provided at the end of the cooling water supply pipe 17 to spray the cooling water into a fine mist. In the lower part of the gas humidification chamber 24, an air / water separator 26 is installed to liquefy the cooling water sprayed from the spray nozzle 25 again.

加湿器19から出てきた冷却水はスプレーノズル25で霧状にされる。加湿器19から出てきたガスは霧状にされた冷却水が充満するガス加湿室24内を通過して燃料電池スタック18の内部に達する。また、霧状にされた冷却水は気水分離器26で再び液状に戻され、その後燃料電池スタック18の内部に達する。このようにして、ガスの温度と冷却水の温度とを均一にしつつ、ガスの湿度を略100パーセントの状態にすることができる。   The cooling water that has come out of the humidifier 19 is atomized by the spray nozzle 25. The gas coming out of the humidifier 19 passes through the gas humidification chamber 24 filled with the atomized cooling water and reaches the inside of the fuel cell stack 18. Further, the atomized cooling water is returned to the liquid state again by the steam separator 26 and then reaches the inside of the fuel cell stack 18. In this way, it is possible to make the humidity of the gas approximately 100 percent while making the temperature of the gas and the temperature of the cooling water uniform.

以上のように、本参考例に係る固体高分子型燃料電池によれば、水素ガス供給配管15及び酸素ガス供給配管16の燃料電池スタック18直近の部分に水素ガス及び酸素ガスを加湿するガス加湿室24を形成して、冷却水供給配管17の先端をガス加湿室24内に突出させてこの先端に冷却水を霧状にして噴出するスプレーノズル25を設置し、ガス加湿室24内下部に霧状になった冷却水を再び液状に戻して燃料電池スタック18へ供給する気水分離器26を設置することにより、水素ガス及び酸素ガスの湿度が略100パーセントとなり、水素ガス及び酸素ガスと冷却水の温度が均一となるので、電気化学反応の効率を最大限に高め、さらに製品寿命を長くすることができる。また、水素ガス及び酸素ガスへの確実な加湿をシンプルな構造で実現することができるため、製造コストを低減することができる。   As described above, according to the polymer electrolyte fuel cell according to the present reference example, the gas humidification for humidifying the hydrogen gas and the oxygen gas in the portion immediately adjacent to the fuel cell stack 18 of the hydrogen gas supply pipe 15 and the oxygen gas supply pipe 16. The chamber 24 is formed, the tip of the cooling water supply pipe 17 is protruded into the gas humidification chamber 24, and a spray nozzle 25 for spraying the coolant in the form of a mist is installed at this tip, By installing the steam separator 26 that returns the mist-like cooling water to a liquid state and supplies it to the fuel cell stack 18, the humidity of the hydrogen gas and oxygen gas becomes approximately 100%. Since the temperature of the cooling water becomes uniform, the efficiency of the electrochemical reaction can be maximized and the product life can be extended. In addition, since reliable humidification of hydrogen gas and oxygen gas can be realized with a simple structure, the manufacturing cost can be reduced.

以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池の第1の実施例について説明する。なお、本実施例に係る固体高分子型燃料電池のシステム構成は、参考例1に係る固体高分子型燃料電池のシステム構成と同様であるためここでの説明は省略する。   Hereinafter, a first embodiment of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention will be described. The system configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment is the same as the system configuration of the polymer electrolyte fuel cell according to Reference Example 1, and thus the description thereof is omitted here.

本実施例に係る固体高分子型燃料電池の要部の構成について説明する。図7に本実施例に係る固定高分子型燃料電池の要部構成図を示す。なお、水素ガス加湿器12(図3参照)と燃料電池スタック18との間、及び、酸素ガス加湿器14(図3参照)と燃料電池スタック18との間の構造は共通であるため、図7においては、水素ガス及び酸素ガスをガスとして、また、水素ガス加湿器12及び酸素ガス加湿器14を加湿器19として示した。   The structure of the main part of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a block diagram of the main part of the fixed polymer fuel cell according to this example. Note that the structure between the hydrogen gas humidifier 12 (see FIG. 3) and the fuel cell stack 18 and the structure between the oxygen gas humidifier 14 (see FIG. 3) and the fuel cell stack 18 are the same. 7, hydrogen gas and oxygen gas are shown as gases, and the hydrogen gas humidifier 12 and oxygen gas humidifier 14 are shown as humidifiers 19.

図7に示すように、加湿器19と燃料電池スタック18との間に、加湿器19で加湿した湿度が略100パーセントの加湿ガスを燃料電池スタック18の内部に供給するガス供給配管20を設置する。また、加湿器19と燃料電池スタック18との間に、加湿器19でガスを加湿するために用いた冷却水を燃料電池スタック18の内部に供給する冷却水供給配管17を設置する。本実施例では、冷却水供給配管17は燃料電池スタック18内部で複数の管に分岐して分岐配管27を形成している。   As shown in FIG. 7, a gas supply pipe 20 is installed between the humidifier 19 and the fuel cell stack 18 to supply the humidified gas humidified by the humidifier 19 to the inside of the fuel cell stack 18. To do. Further, between the humidifier 19 and the fuel cell stack 18, a cooling water supply pipe 17 that supplies the cooling water used for humidifying the gas in the humidifier 19 to the inside of the fuel cell stack 18 is installed. In this embodiment, the cooling water supply pipe 17 is branched into a plurality of pipes inside the fuel cell stack 18 to form a branch pipe 27.

図8に本実施例に係る燃料電池スタックの斜視図を示す。図8に示すように、燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜28からなるセルをセパレータ29を介して直列に複数枚積層することにより形成されている。セパレータ29には溝部30が形成されており、この溝部30へ水素ガスと酸素ガスを異なる方向から導入している。なお、図8中では各セパレータ29の間に間隔があけられているが、実際には各セパレータ29が隙間無く接するように配置されている。また、水素ガスと酸素ガスの供給方向は逆であっても良い。   FIG. 8 is a perspective view of the fuel cell stack according to this example. As shown in FIG. 8, the fuel cell stack is formed by stacking a plurality of cells made of the solid polymer electrolyte membrane 28 in series via a separator 29. A groove portion 30 is formed in the separator 29, and hydrogen gas and oxygen gas are introduced into the groove portion 30 from different directions. In FIG. 8, the separators 29 are spaced apart from each other, but in actuality, the separators 29 are arranged so as to be in contact with each other without any gaps. Further, the supply direction of hydrogen gas and oxygen gas may be reversed.

本実施例では、冷却水供給配管17を燃料電池スタック18内で複数の配管に分岐させ、分岐配管27を各セパレータ29の側端部を流れるように設置する。この分岐配管27には、セパレータ29の溝部30に対応した位置に水が噴出すよう水噴出孔31が設けられている。この水噴出孔31から噴出した水は、溝部30へ流れ込む直前の水素ガス及び酸素ガスに浴びせ掛けられる。このようにして、ガスの温度と冷却水の温度とを均一にしつつ、ガスの湿度を略100パーセントの状態にすることができる。   In the present embodiment, the cooling water supply pipe 17 is branched into a plurality of pipes in the fuel cell stack 18, and the branch pipes 27 are installed so as to flow through the side end portions of the separators 29. The branch pipe 27 is provided with a water ejection hole 31 so that water is ejected at a position corresponding to the groove portion 30 of the separator 29. The water ejected from the water ejection holes 31 is bathed in hydrogen gas and oxygen gas immediately before flowing into the groove portion 30. In this way, it is possible to make the humidity of the gas approximately 100 percent while making the temperature of the gas and the temperature of the cooling water uniform.

以上のように、本実施例に係る固体高分子型燃料電池によれば、冷却水供給配管17を燃料電池スタック18内で分岐させて分岐配管27とし、分岐配管27をセパレータ29の側端部を流れるように設置し、この分岐配管27に水素ガス及び酸素ガスがセル内部に流れ込む直前に水を吹き掛ける水噴出孔31を形成することにより、水素ガス及び酸素ガスの湿度が略100パーセントとなり、水素ガス及び酸素ガスと冷却水の温度が均一となるので、電気化学反応の効率を最大限に高め、さらに製品寿命を長くすることができる。また、水素ガス及び酸素ガスへのより確実な加湿を行うことができる。   As described above, in the polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment, the cooling water supply pipe 17 is branched in the fuel cell stack 18 to form the branch pipe 27, and the branch pipe 27 is the side end of the separator 29. By forming the water outlet hole 31 through which water is sprayed immediately before the hydrogen gas and oxygen gas flow into the cell inside the branch pipe 27, the humidity of the hydrogen gas and oxygen gas becomes approximately 100%. Since the temperatures of hydrogen gas, oxygen gas and cooling water become uniform, the efficiency of the electrochemical reaction can be maximized and the product life can be extended. In addition, more reliable humidification can be performed on hydrogen gas and oxygen gas.

10 水素ガス供給源
11 冷却水供給源
12 水素ガス加湿器
13 酸素ガス供給源
14 酸素ガス加湿器
15 水素ガス供給配管
16 酸素ガス供給配管
17 冷却水供給配管
18 燃料電池スタック
19 加湿器
20 ガス供給配管
21 ヒータ
22 ヒータ制御装置
23 中空糸
24 ガス加湿室
25 スプレーノズル
26 気水分離器
27 分岐配管
28 固体高分子電解質膜
29 セパレータ
30 溝部
31 水噴出孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hydrogen gas supply source 11 Cooling water supply source 12 Hydrogen gas humidifier 13 Oxygen gas supply source 14 Oxygen gas humidifier 15 Hydrogen gas supply pipe 16 Oxygen gas supply pipe 17 Cooling water supply pipe 18 Fuel cell stack 19 Humidifier 20 Gas supply Piping 21 Heater 22 Heater control device 23 Hollow fiber 24 Gas humidification chamber 25 Spray nozzle 26 Air / water separator 27 Branch piping 28 Solid polymer electrolyte membrane 29 Separator 30 Groove portion 31 Water ejection hole

Claims (1)

固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んでセルを形成し、前記セルをセパレータを介して複数枚積層することで形成された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを冷却する冷却水と、
前記アノード側電極に供給される燃料ガスと、
前記カソード側電極に供給される酸化剤ガスと、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを前記冷却水により加湿する加湿器と、
前記加湿器から前記燃料電池スタックへ加湿された前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、
前記加湿器から前記燃料電池スタックへ加湿された前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給配管と、
前記加湿器から前記燃料電池スタックへ前記冷却水を供給する冷却水供給配管と
を備える固体高分子型燃料電池において、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの湿度を略100パーセントの状態で前記燃料電池スタックへ供給する加湿ガス供給手段を備えると共に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスと前記冷却水の温度を均一の状態で前記燃料電池スタックへ供給する均温化手段を備え、
前記加湿ガス供給手段及び前記均温化手段は、
前記冷却水供給配管を前記燃料電池スタック内で分岐させて分岐配管とし、前記分岐配管を前記セパレータの側端部を流れるように設置し、該分岐配管に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスが前記セル内部に流れ込む直前に水を吹き掛ける水噴出孔を形成する
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
A fuel cell stack formed by stacking a plurality of the cells via a separator, forming a cell by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode side electrode and a cathode side electrode;
Cooling water for cooling the fuel cell stack;
Fuel gas supplied to the anode side electrode;
An oxidant gas supplied to the cathode electrode;
A humidifier for humidifying the fuel gas and the oxidant gas with the cooling water;
A fuel gas supply pipe for supplying the humidified fuel gas from the humidifier to the fuel cell stack;
An oxidant gas supply pipe for supplying the humidified oxidant gas from the humidifier to the fuel cell stack;
In a polymer electrolyte fuel cell comprising a cooling water supply pipe for supplying the cooling water from the humidifier to the fuel cell stack,
The fuel gas and the oxidant gas are provided with a humidified gas supply means for supplying the fuel cell stack with a humidity of approximately 100%, and the fuel gas, the oxidant gas and the cooling water are in a uniform temperature state. Comprising a temperature-equalizing means for supplying the fuel cell stack with
The humidified gas supply means and the temperature equalizing means are:
The cooling water supply pipe is branched in the fuel cell stack to form a branch pipe, and the branch pipe is installed so as to flow through a side end portion of the separator, and the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the branch pipe. A polymer electrolyte fuel cell, wherein a water ejection hole for spraying water immediately before flowing into a cell is formed.
JP2012136670A 2012-06-18 2012-06-18 Polymer electrolyte fuel cell Expired - Fee Related JP5276740B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012136670A JP5276740B2 (en) 2012-06-18 2012-06-18 Polymer electrolyte fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012136670A JP5276740B2 (en) 2012-06-18 2012-06-18 Polymer electrolyte fuel cell

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006215241A Division JP5249501B2 (en) 2006-08-08 2006-08-08 Polymer electrolyte fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012178366A JP2012178366A (en) 2012-09-13
JP5276740B2 true JP5276740B2 (en) 2013-08-28

Family

ID=46980054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012136670A Expired - Fee Related JP5276740B2 (en) 2012-06-18 2012-06-18 Polymer electrolyte fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5276740B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3473784B2 (en) * 1994-09-26 2003-12-08 石川島播磨重工業株式会社 Fuel cell power generation equipment and fuel cell cooling method
JP4552236B2 (en) * 1997-12-22 2010-09-29 株式会社エクォス・リサーチ Fuel cell device
JP3389544B2 (en) * 1999-12-24 2003-03-24 三洋電機株式会社 Fuel cell power generation system
JP2005093357A (en) * 2003-09-19 2005-04-07 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Fuel cell humidifier

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012178366A (en) 2012-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102593276B1 (en) Humidifiers with integrated water separators for fuel cell systems, fuel cell systems and vehicles containing the same
US11192064B2 (en) Electrochemical hydrogen pump and method for operating electrochemical hydrogen pump
US11598013B2 (en) Electrochemical hydrogen compressor and method for operating electrochemical hydrogen compressor
JP5641182B2 (en) Evaporating apparatus and fuel cell system using the same
JP2008505462A (en) Fuel cell with in-cell humidification
US6368737B1 (en) Subambient pressure coolant loop for a fuel cell power plant
US7744070B2 (en) External gas humidifier for fuel cell
WO2010059184A1 (en) Direct oxidation fuel cell system with uniform vapor delivery of fuel
JP2017525102A (en) Internal humidification in low temperature PEM fuel cells using wicks
JP2005353580A (en) Humidification device of fuel cell
JP3477926B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JP3725387B2 (en) Humidifier for fuel cell
JP2004363027A (en) Humidifying method of fuel cell and fuel cell system
JP5249501B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP5276740B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2013191433A (en) Fuel cell stack and fuel cell system
JPH0935737A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JP2006156288A (en) Fuel cell and manufacturing method of fuel cell
JP2004529458A (en) Method for improving the moisture balance of a fuel cell
JP2008218305A (en) Fuel cell
JP2007220637A (en) Fuel cell power generator
JP3981476B2 (en) Fuel cell stack
JP2004288583A (en) Fuel cell
JP2002042833A (en) Solid polymer electrolyte type fuel cell
JP2005203361A (en) Fuel cell system, and its operating method, program, and recording medium

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120618

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130423

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130517

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees