JP5309852B2 - Humidifier and fuel cell device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire conductivity between power-generating parts without using external wiring while preventing corrosion, when a pair of power-generating parts are so laminated as to sandwich a hollow fiber membrane module. <P>SOLUTION: The humidifier includes the hollow fiber membrane module and a box housing the hollow fiber membrane module, and the box is sandwiched between the pair of power-generating parts, and box and the pair of power-generating parts are so arranged as to be laminated. The box of the humidifier has insulation, and a through hole along the lamination direction is formed around the region where the hollow fiber membrane module is housed. The through hole is provided with a conductive member conducting the pair of power-generating parts. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、加湿器及び燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a humidifier and a fuel cell device.

従来、燃料電池装置においては、イオン交換膜の保湿のために、反応ガスを加湿して運転する必要がある。このため、燃料電池装置には加湿器が搭載されている。加湿器に中空糸膜モジュールと、この中空糸膜モジュールを収納する金属製の筐体とを備えたものが知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1には、金属製の筐体への通電を防止するために、加湿器と集電板との間に絶縁性の樹脂フィルムを配置した加湿器が記載されている。
特開2008−10205号公報
Conventionally, in a fuel cell device, it is necessary to operate by humidifying a reaction gas in order to keep the ion exchange membrane moist. For this reason, a humidifier is mounted on the fuel cell device. A humidifier equipped with a hollow fiber membrane module and a metal casing for housing the hollow fiber membrane module is known (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 describes a humidifier in which an insulating resin film is disposed between a humidifier and a current collector plate in order to prevent energization of a metal casing.
JP 2008-10205 A

ところで、複数の発電部が積層された平板型の燃料電池装置においては、積層方向における温度のバラツキが生じやすい。発電効率を高く維持すべく、温度のバラツキを抑制することが望まれる。このため発電部間に1つ以上の加湿器を介在させて、加湿器と発電部との間で熱交換を行うことにより、温度のバラツキを抑制することが検討されている。   Incidentally, in a flat plate type fuel cell device in which a plurality of power generation units are stacked, temperature variations in the stacking direction are likely to occur. In order to maintain high power generation efficiency, it is desirable to suppress temperature variations. Therefore, it has been studied to suppress temperature variation by interposing heat between the humidifier and the power generation unit with one or more humidifiers interposed between the power generation units.

しかしながら、上述の文献に記載された加湿器を発電部間に配置すると、筐体が金属製であるがゆえに、当該筐体に電流が流れてしまう。こうなってしまうと、燃料電池等の加湿用途における所定温度・湿度環境下において金属材料が腐食するおそれがある。   However, when the humidifier described in the above-mentioned document is arranged between the power generation units, a current flows through the casing because the casing is made of metal. If this happens, the metal material may corrode in a predetermined temperature / humidity environment for humidification applications such as fuel cells.

この腐食を防止するため、絶縁性のフィルムを中空糸膜モジュールと発電部の間に配置することも考えられるが、上述のように加湿器と発電部との間に絶縁性フィルムを介在させると、中空糸膜モジュールと発電部との導電性が絶たれてしまう。このため中空糸膜モジュールを介して隣接する一対の発電部を電気的に接続するには外部配線を用いる必要が生ずる。外部配線を用いると装置の大型化だけでなく、配線作業の手間も増加してしまう。   In order to prevent this corrosion, it is conceivable to place an insulating film between the hollow fiber membrane module and the power generation unit, but when an insulating film is interposed between the humidifier and the power generation unit as described above. The electrical conductivity between the hollow fiber membrane module and the power generation unit is cut off. For this reason, it is necessary to use an external wiring to electrically connect a pair of adjacent power generation units via the hollow fiber membrane module. Use of external wiring not only increases the size of the apparatus but also increases the labor of wiring work.

本発明の課題は、中空糸膜モジュールを挟むように一対の発電部を積層した場合に、腐食を防止しつつも、外部配線を用いなくとも発電部間の導電性を確保することである。   The subject of this invention is ensuring the electroconductivity between power generation parts, without using external wiring, preventing a corrosion, when a pair of power generation part is laminated | stacked so that a hollow fiber membrane module may be pinched | interposed.

本発明の一の態様によれば、
中空糸膜モジュールと、前記中空糸膜モジュールを収納する筐体を備え、前記筐体が一対の発電部によって挟持され、前記筐体及び前記一対の発電部が積層されるように配置される加湿器であって、
前記筐体は、絶縁性を有し、なおかつ前記中空糸膜モジュールが収納された領域外の周辺に積層方向に沿った貫通孔が形成されていて、
前記貫通孔には、前記一対の発電部を導通させる導電部材が設けられていることを特徴とする加湿器が提供される。
According to one aspect of the invention,
Humidification provided with a hollow fiber membrane module and a housing that houses the hollow fiber membrane module, the housing being sandwiched between a pair of power generation units, and the housing and the pair of power generation units being stacked A vessel,
The casing has an insulating property, and a through hole is formed along the stacking direction in the periphery outside the area where the hollow fiber membrane module is stored .
A humidifier is provided in which the through hole is provided with a conductive member for conducting the pair of power generation units.

上記の加湿器において好ましくは、前記筐体には、
前記中空糸膜モジュールが収納された領域に前記積層方向に貫通した開口部と、
前記積層方向における前記開口部の両端を覆うように絶縁性及び弾性を有する膜とが設けられている。
上記の加湿器において好ましくは、前記貫通孔は、前記中空糸膜モジュールが収容された領域の周囲を囲むように複数設けられていて、
複数の前記貫通孔のそれぞれに、前記導電部材が設けられている。
上記の加湿器において好ましくは、複数の前記貫通孔の間隔のうち、少なくとも1つに
は、前記発電部及び前記筐体を締結するための締結治具が挿入される締結用孔が、前記積層方向に沿うように形成されている。
上記の加湿器において好ましくは、前記導電部材は、前記貫通孔から突出している。
上記の加湿器において好ましくは、前記導電部材は、弾性を有する。
上記の加湿器において好ましくは、前記筐体は、樹脂から形成されている
上記の加湿器において好ましくは、前記膜は、樹脂から形成されている。
上記の加湿器において好ましくは、前記膜の厚みは、0.2μm〜20μmの範囲内に収められている。
In the humidifier, preferably, the housing includes
An opening penetrating in the stacking direction in a region in which the hollow fiber membrane module is stored ;
An insulating and elastic film is provided so as to cover both ends of the opening in the stacking direction.
Preferably, in the humidifier described above, a plurality of the through holes are provided so as to surround a region where the hollow fiber membrane module is accommodated,
The conductive member is provided in each of the plurality of through holes.
Preferably, in the humidifier, a fastening hole into which a fastening jig for fastening the power generation unit and the housing is inserted in at least one of the intervals between the plurality of through holes is the stacked layer. It is formed along the direction.
In the humidifier, preferably, the conductive member protrudes from the through hole.
In the humidifier, preferably, the conductive member has elasticity.
In the humidifier described above, the housing is preferably made of resin .
In the humidifier, preferably, the film is made of a resin.
In the humidifier described above, the thickness of the film is preferably in the range of 0.2 μm to 20 μm.

本発明の他の態様によれば、
上記の加湿器と、
前記加湿器の前記筐体を挟持する一対の発電部とを備えることを特徴とする燃料電池装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
The above humidifier,
A fuel cell device is provided, comprising: a pair of power generation units that sandwich the casing of the humidifier.

本発明によれば、筐体が絶縁性を有し、積層方向に沿った貫通孔内に導電部材が設けられているので、中空糸膜モジュールを挟むように一対の発電部を積層すると、導電部材が一対の発電部を導通させることになる。したがって、両端部に一対の発電部を積層した場合に、筐体の腐食を防止しつつも、外部配線を用いなくとも発電部間の導電性を確保できる加湿器を提供することができる。   According to the present invention, since the casing has an insulating property and the conductive member is provided in the through hole along the stacking direction, when the pair of power generation units are stacked so as to sandwich the hollow fiber membrane module, The member conducts the pair of power generation units. Therefore, when a pair of power generation units are stacked on both ends, it is possible to provide a humidifier that can ensure electrical conductivity between the power generation units without using external wiring while preventing corrosion of the casing.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

図1は、燃料電池装置1を備えた発電装置400のブロック図である。この発電装置400は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。   FIG. 1 is a block diagram of a power generation device 400 provided with the fuel cell device 1. The power generation device 400 is provided in a notebook personal computer, a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), an electronic notebook, a wristwatch, a digital still camera, a digital video camera, a game device, a game machine, and other electronic devices. Yes, it is used as a power source for operating the electronic device main body.

発電装置400は、燃料容器401、燃料ポンプ402、気化器403、改質器404、一酸化炭素除去器405、空気ポンプ406及び燃料電池装置1を備える。
燃料容器401は、メタノール等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留するものである。燃料ポンプ402は、燃料容器401から燃料と水を吸引し気化器403に供給するものである。気化器403は、燃料ポンプ402を介して燃料容器401から供給された燃料と水を気化して混合気を生成するものである。改質器404は、気化器403から供給された燃料と水の混合気から下記の化学反応式(1)、(2)のように水素ガスと二酸化炭素ガス等を生成するものである。
The power generation device 400 includes a fuel container 401, a fuel pump 402, a vaporizer 403, a reformer 404, a carbon monoxide remover 405, an air pump 406, and the fuel cell device 1.
The fuel container 401 stores fuel such as methanol and water separately or in a mixed state. The fuel pump 402 sucks fuel and water from the fuel container 401 and supplies them to the vaporizer 403. The vaporizer 403 vaporizes the fuel and water supplied from the fuel container 401 via the fuel pump 402 to generate an air-fuel mixture. The reformer 404 generates hydrogen gas, carbon dioxide gas and the like from the fuel / water mixture supplied from the vaporizer 403 as shown in the following chemical reaction formulas (1) and (2).

CHOH+HO→3H+CO …(1)
2CHOH+HO→5H+CO+CO …(2)
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (2)

一酸化炭素除去器405は、改質器404から供給された混合気中の一酸化炭素を下記の化学反応式(3)のように酸化させることで混合気から一酸化炭素を除去して燃料ガスを生成するものである。   The carbon monoxide remover 405 removes carbon monoxide from the air-fuel mixture by oxidizing the carbon monoxide in the air-fuel mixture supplied from the reformer 404 as shown in the following chemical reaction formula (3), and the fuel. It produces gas.

2CO+O→2CO …(3) 2CO + O 2 → 2CO 2 (3)

空気ポンプ406は、外気の空気を吸引するとともに吸引した空気を一酸化炭素除去器405及び燃料電池装置1に供給するものである。   The air pump 406 sucks outside air and supplies the sucked air to the carbon monoxide remover 405 and the fuel cell device 1.

燃料電池装置1は、一酸化炭素除去器405から供給された燃料ガスのうち水素ガスと、空気ポンプ406から供給された酸素ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを生成するものである。   The fuel cell device 1 generates electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen gas in the fuel gas supplied from the carbon monoxide remover 405 and oxygen gas supplied from the air pump 406.

図2は燃料電池装置の概略構成を示す斜視図である。図2に示すように、燃料電池装置1は、一対の発電部2と、一対の発電部2に挟持された加湿器3とを備える。   FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the fuel cell device. As shown in FIG. 2, the fuel cell device 1 includes a pair of power generation units 2 and a humidifier 3 sandwiched between the pair of power generation units 2.

一対の発電部2のそれぞれは、複数の単セル21が積層されて形成されている。単セル21は、膜電極接合体22と、膜電極接合体22を厚さ方向で挟持した一対のセパレータ23とを備える。この単セル21内には、加湿器3を介して水素ガス及び酸素ガスが流入し、これらがセパレータ23及び膜電極接合体22を通過することで、発電反応が生ずることになる。なお、一対の発電部2のそれぞれは、少なくとも1つの単セル21を含んでいればよい。
そして、一対の発電部2及び加湿器3は、本発明にかかる締結治具である複数のネジ25により締結されている。
Each of the pair of power generation units 2 is formed by stacking a plurality of single cells 21. The single cell 21 includes a membrane electrode assembly 22 and a pair of separators 23 that sandwich the membrane electrode assembly 22 in the thickness direction. Hydrogen gas and oxygen gas flow into the single cell 21 through the humidifier 3 and pass through the separator 23 and the membrane electrode assembly 22, thereby generating a power generation reaction. Each of the pair of power generation units 2 only needs to include at least one single cell 21.
And a pair of electric power generation part 2 and the humidifier 3 are fastened by the some screw | thread 25 which is a fastening jig concerning this invention.

図3は加湿器3を上から見た上面図であり、図4は図3のIV−IV断面図である。図3,4に示すように、加湿器3は、中空糸膜モジュール30と、当該中空糸膜モジュール30を収納する筐体40とを備える。   3 is a top view of the humidifier 3 as viewed from above, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. As shown in FIGS. 3 and 4, the humidifier 3 includes a hollow fiber membrane module 30 and a housing 40 that houses the hollow fiber membrane module 30.

中空糸膜モジュール30は、中空糸膜31と、中空糸膜31の両端部に設けられた中空糸支持体32とからなる。
中空糸膜31は、中心部に空洞を有する多数の中空糸を有しており、水分子の透過性を有する膜である。中空糸膜31が水に浸漬されていると、水分子が中空糸膜31内に浸透し、中空糸膜31内を流れるガスが加湿されることになる。
このような中空糸膜31としては、ポリイミドやフッ素系の高分子膜等からなるものを用いることができる。また、ポリエチレン、PVDF(ポリビニリデンフルオライド)、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等からなる中空糸膜を用いてもよい。
The hollow fiber membrane module 30 includes a hollow fiber membrane 31 and hollow fiber supports 32 provided at both ends of the hollow fiber membrane 31.
The hollow fiber membrane 31 has a large number of hollow fibers having a cavity in the center, and is a membrane having water molecule permeability. When the hollow fiber membrane 31 is immersed in water, water molecules penetrate into the hollow fiber membrane 31 and the gas flowing through the hollow fiber membrane 31 is humidified.
As such a hollow fiber membrane 31, what consists of a polyimide, a fluorine-type polymer membrane, etc. can be used. A hollow fiber membrane made of polyethylene, PVDF (polyvinylidene fluoride), polyethersulfone, polyacrylonitrile, cellulose acetate, or the like may be used.

中空糸支持体32は、例えば加熱硬化樹脂、自然硬化する樹脂、光硬化樹脂等が硬化されて形成されており、中空糸膜31の両端部を固定するものである。固定された状態では、中空糸膜31の両端部は露出していて、その端部から中空糸膜31内に流体が入流出可能な状態となっている。   The hollow fiber support 32 is formed by curing, for example, a heat-curing resin, a naturally-curing resin, a photo-curing resin, or the like, and fixes both ends of the hollow fiber membrane 31. In the fixed state, both ends of the hollow fiber membrane 31 are exposed, and a fluid can enter and exit the hollow fiber membrane 31 from the end.

筐体40は、絶縁性を有する例えばポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂から形成されている。筐体40は、一対の発電部2によって挟持されていて、これにより筐体40及び一対の発電部2が積層されることになる。筐体40には、積層方向に貫通した開口部41が形成されている。この開口部41が、中空糸膜モジュール30が収容される領域である。   The casing 40 is made of an insulating resin such as polypropylene or polyethylene. The housing | casing 40 is clamped by a pair of electric power generation part 2, and the housing | casing 40 and a pair of electric power generation part 2 are laminated | stacked by this. The housing 40 is formed with an opening 41 penetrating in the stacking direction. The opening 41 is a region in which the hollow fiber membrane module 30 is accommodated.

また、開口部41の周辺には、積層方向に沿った貫通孔42が、開口部41を囲むように複数形成されている。この貫通孔42には、一対の発電部2を導通させる導電部材43が設けられている。導電部材43は、例えば弾性を有する導電性エラストマーである。具体的に導電性エラストマーは、例えば、シリコンゴムにカーボン粒子や金属粒子を高分散させることで形成されている。導電部材43の両端部は図4に示すように貫通孔42から突出していて、一対の発電部2により筐体40が挟持されることで導電部材43の突出した箇所が収縮して発電部2に密着する。
また、複数の貫通孔42間のそれぞれには、図3に示すようにネジ25が挿入される締結用孔44が積層方向に沿うように形成されている。
A plurality of through holes 42 are formed around the opening 41 so as to surround the opening 41 along the stacking direction. The through hole 42 is provided with a conductive member 43 that conducts the pair of power generation units 2. The conductive member 43 is a conductive elastomer having elasticity, for example. Specifically, the conductive elastomer is formed, for example, by highly dispersing carbon particles or metal particles in silicon rubber. As shown in FIG. 4, both end portions of the conductive member 43 protrude from the through hole 42, and the protruding portion of the conductive member 43 contracts when the casing 40 is sandwiched between the pair of power generation portions 2, thereby generating the power generation portion 2. Close contact with.
Further, as shown in FIG. 3, a fastening hole 44 into which the screw 25 is inserted is formed between each of the plurality of through holes 42 so as to follow the stacking direction.

図3及び図4に示すように開口部41内に中空糸膜モジュール30が収納されると、中空糸支持体32が開口部41の内周面に密着して、開口部41内における中空糸支持体32よりも外側領域45,46と、内側領域47とを閉塞する。これにより、外側領域45,46と内側領域47とが連通しないことになる。また、中空糸膜モジュール30の中空糸膜31の両端部は中空糸支持体32から露出しているために、中空糸膜31と外側領域45,46とが連通することになる。なお、開口部41の内側領域47は積層方向に沿って貫通しているが、外側領域45,46はそれぞれ上下端部に遮蔽壁45a,46aが形成されていて貫通していない。   As shown in FIGS. 3 and 4, when the hollow fiber membrane module 30 is housed in the opening 41, the hollow fiber support 32 is in close contact with the inner peripheral surface of the opening 41, and the hollow fiber in the opening 41 is The outer regions 45 and 46 and the inner region 47 are closed from the support 32. As a result, the outer regions 45 and 46 and the inner region 47 do not communicate with each other. Moreover, since the both ends of the hollow fiber membrane 31 of the hollow fiber membrane module 30 are exposed from the hollow fiber support body 32, the hollow fiber membrane 31 and the outer regions 45 and 46 communicate with each other. The inner region 47 of the opening 41 penetrates along the stacking direction, but the outer regions 45 and 46 have shielding walls 45a and 46a formed at the upper and lower ends, respectively, and do not penetrate.

一対の外側領域45,46のうち、一方の外側領域45の近傍には、一酸化炭素除去器405から供給された燃料ガス若しくは空気ポンプ406から供給された酸素ガスが流入するガス流入口48が形成されている。ガス流入口48は一方の外側領域45に連通しており、当該ガス流入口48から流入したガスは一方の外側領域45を介して中空糸膜31内に供給される。   A gas inlet 48 into which the fuel gas supplied from the carbon monoxide remover 405 or the oxygen gas supplied from the air pump 406 flows in the vicinity of one outer region 45 of the pair of outer regions 45 and 46. Is formed. The gas inlet 48 communicates with one outer region 45, and the gas flowing in from the gas inlet 48 is supplied into the hollow fiber membrane 31 through the one outer region 45.

また、一対の外側領域45,46のうち、他方の外側領域46の近傍には、当該外側領域46に連通するガス流出口49が形成されている。また、ガス流出口49は、一対の発電部2に連通している。中空糸膜31を通過したガスは、他方の外側領域46を介してガス流出口49から流出し、一対の発電部2に供給される。   A gas outlet 49 communicating with the outer region 46 is formed in the vicinity of the other outer region 46 of the pair of outer regions 45 and 46. The gas outlet 49 communicates with the pair of power generation units 2. The gas that has passed through the hollow fiber membrane 31 flows out from the gas outlet 49 through the other outer region 46 and is supplied to the pair of power generation units 2.

内側領域47の近傍には、当該内側領域47内に水を流入させる水流入口50と、内側領域47内の水を排出させる水排出口51とが形成されている。水流入口50及び水排出口51は、それぞれが内側領域47の略中心を基準とした点対称となる位置に配置されている。中空糸膜31は、その内側と外側とにそれぞれ水の分圧が異なる流体を通流させると、液体である水分子が一方から他方に移動する。内側領域47に水が充満していると、中空糸膜31の外側に存在する液体である水分子が中空糸膜31の内側に浸透し、中空糸膜31内を流れるガスが加湿されることになる。このため、中空糸膜31が常に十分な水に浸漬されていることが望ましく、加湿で使用される量よりも多くの水が水流入口50から供給されていることが好ましい。   In the vicinity of the inner region 47, a water inlet 50 through which water flows into the inner region 47 and a water outlet 51 through which water in the inner region 47 is discharged are formed. The water inlet 50 and the water outlet 51 are respectively arranged at positions that are point-symmetric with respect to the approximate center of the inner region 47. When the hollow fiber membrane 31 allows fluids having different partial pressures of water to flow inside and outside, the water molecules that are liquid move from one to the other. When the inner region 47 is filled with water, water molecules that are liquid outside the hollow fiber membrane 31 penetrate into the hollow fiber membrane 31 and the gas flowing through the hollow fiber membrane 31 is humidified. become. For this reason, it is desirable that the hollow fiber membrane 31 is always immersed in sufficient water, and it is preferable that more water than the amount used for humidification is supplied from the water inlet 50.

開口部41における上下端部には、一方の外側領域45から他方の外側領域46にかけて中空糸膜31が延在する方向に直交する方向に沿って掛け渡される一対の補強材55がそれぞれ配置されている。
また、筐体40の上下端部には、内側領域47の両端を覆うように膜60がそれぞれ設けられている。膜60は絶縁性及び弾性を有する膜である。具体的に膜60としては絶縁性のシリコンゴム、ポリオレフィンなどの樹脂製薄膜が挙げられる。
At the upper and lower ends of the opening 41, a pair of reinforcing members 55 are disposed so as to be stretched along a direction orthogonal to the direction in which the hollow fiber membrane 31 extends from one outer region 45 to the other outer region 46. ing.
In addition, films 60 are provided on the upper and lower ends of the housing 40 so as to cover both ends of the inner region 47. The film 60 is an insulating and elastic film. Specifically, the film 60 may be a resin thin film such as insulating silicon rubber or polyolefin.

次に、本実施形態の作用について説明する。
加湿器3が一対の発電部2に挟持されていない場合には、図5に示すように水流入口50から内側領域47内を充満させるまで水が流入すると、その水圧によって膜60が弾性変形して外側に向けて膨らむことになる。ここで、加湿器3が弾性を有する膜61を備えておらず、筐体40が弾性を有していない場合、筐体40の外壁は膨らまずに平坦な状態を維持することになる(図5中点線部参照)。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the humidifier 3 is not sandwiched between the pair of power generation units 2, when water flows in from the water inlet 50 until the inside region 47 is filled as shown in FIG. 5, the membrane 60 is elastically deformed by the water pressure. Will swell outward. Here, when the humidifier 3 does not include the elastic film 61 and the casing 40 does not have elasticity, the outer wall of the casing 40 is maintained in a flat state without swelling (see FIG. 5 Refer to the dotted line).

ここで、加湿器3が一対の発電部2に挟持される際には、組み付けや加工で生じたセパレータ23の歪みによって図6に示すように加湿器3と発電部2との間に隙間Sが生ずる場合がある。加湿器3が弾性を有する膜61を備えておらず、筐体40が弾性を有していない場合であれば、内側領域47に水が充満したとしても膜61が平坦なままであるので、隙間Sがそのまま残存することになる。   Here, when the humidifier 3 is sandwiched between the pair of power generation units 2, a gap S between the humidifier 3 and the power generation unit 2 as shown in FIG. 6 due to distortion of the separator 23 caused by assembly or processing. May occur. If the humidifier 3 does not include the elastic membrane 61 and the housing 40 does not have elasticity, the membrane 61 remains flat even if the inner region 47 is filled with water. The gap S remains as it is.

加湿器3は、ガスを加湿する以外にも、発電部2が発電することにより発生した熱でガスを昇温させ、燃料電池装置1の駆動温度近傍の露点を持つ、燃料電池駆動に適した湿潤ガスを供給する機能も有している。しかし、隙間Sが残存したままであると、発電部2から加湿器3への熱伝導が抑制されてしまう。
ところが、弾性を有する膜60であると、当該膜60が膨れたことで、図7に示すようにセパレータ23の表面に密着し、隙間Sがなくなるため、熱伝導量を増大することが可能となる。
The humidifier 3 is suitable for driving a fuel cell that has a dew point near the driving temperature of the fuel cell device 1 by heating the gas with heat generated by the power generation unit 2 generating electricity in addition to humidifying the gas. It also has the function of supplying wet gas. However, if the gap S remains, heat conduction from the power generation unit 2 to the humidifier 3 is suppressed.
However, if the film 60 has elasticity, the film 60 swells, so that the film 60 adheres to the surface of the separator 23 as shown in FIG. 7, and the gap S is eliminated, so that the amount of heat conduction can be increased. Become.

また、一般的に樹脂の熱伝導率は0.1〜0.6W/m・K程度である。これは、例えばSUS316=16W/m・K、アルミニウム=180W/m・Kなどのような金属の熱伝導率と比しても著しく小さい。平板を伝導する熱量をq、材質の熱伝導率をλ、厚みをL、板両面の温度差をΔθとするとこれらの関係は以下の式(4)で表される。   In general, the thermal conductivity of the resin is about 0.1 to 0.6 W / m · K. This is significantly smaller than the thermal conductivity of metals such as SUS316 = 16 W / m · K and aluminum = 180 W / m · K. When the amount of heat conducted through the flat plate is q, the thermal conductivity of the material is λ, the thickness is L, and the temperature difference between both sides of the plate is Δθ, these relationships are expressed by the following formula (4).

q=λ・Δθ/L・・・(4)   q = λ · Δθ / L (4)

式(4)からΔθを一定とすると、500μm程度の厚みのSUS316の熱伝導量はq=0.032Δθである。これと同等の熱伝導量となる樹脂の厚さは3.1μm〜19μm程度となる。同様に、500μm程度の厚みのアルミニウムと同等の熱伝導量となる樹脂の厚さは0.28μm〜1.7μm程度となる。つまり、上述したように膜60は樹脂製薄膜であるが、SUS316やアルミニウムと同等の熱伝導量を有するには、厚さが0.2μm〜20μmの範囲に収めることが望ましい。   If Δθ is constant from equation (4), the thermal conductivity of SUS316 having a thickness of about 500 μm is q = 0.032Δθ. The thickness of the resin having a thermal conductivity equivalent to this is about 3.1 μm to 19 μm. Similarly, the thickness of the resin having a thermal conductivity equivalent to that of aluminum having a thickness of about 500 μm is about 0.28 μm to 1.7 μm. That is, as described above, the film 60 is a resin thin film, but it is desirable that the thickness be in the range of 0.2 μm to 20 μm in order to have a thermal conductivity equivalent to that of SUS316 or aluminum.

そして、一対の発電部2に加湿器3が挟持されると、導電部材43の突出した部分が押されて導電部材43が圧縮される。これにより、一対の発電部2と導電部材43とが密着するため、一対の発電部2が導電部材43を介して導通することになる。   When the humidifier 3 is sandwiched between the pair of power generation units 2, the protruding portion of the conductive member 43 is pushed and the conductive member 43 is compressed. Thereby, since a pair of electric power generation part 2 and the electrically-conductive member 43 contact | adhere, a pair of electric power generation part 2 will conduct | electrically_connect through the electrically-conductive member 43. FIG.

以上のように、本実施形態によれば、筐体40が絶縁性を有し、積層方向に沿った貫通孔42内に導電部材43が設けられているので、中空糸膜モジュール30を挟むように一対の発電部2を積層すると、導電部材43が一対の発電部2を導通させることになる。したがって、両端部に一対の発電部を積層した場合に、筐体40の腐食を防止しつつも、外部配線を用いなくとも発電部2間の導電性を確保することができる。   As described above, according to the present embodiment, the housing 40 has insulating properties, and the conductive member 43 is provided in the through hole 42 along the stacking direction, so that the hollow fiber membrane module 30 is sandwiched between them. When the pair of power generation units 2 are stacked on each other, the conductive member 43 makes the pair of power generation units 2 conductive. Therefore, when a pair of power generation units are stacked on both ends, it is possible to ensure conductivity between the power generation units 2 without using external wiring while preventing corrosion of the housing 40.

また、複数の貫通孔42のそれぞれに導電部材43が設けられているので、導電部材43が1つの場合と比しても抵抗を小さくすることができ、損失を低減することが可能となる。
また、複数の貫通孔42の間隔のうち、少なくとも1つにネジ25が挿入される締結用孔44が形成されているので、貫通孔42の間隔を有効に活用することができ、装置全体の小型化を図ることが可能となる。
In addition, since the conductive member 43 is provided in each of the plurality of through holes 42, the resistance can be reduced as compared with the case where the number of the conductive members 43 is one, and the loss can be reduced.
In addition, since the fastening hole 44 into which the screw 25 is inserted is formed in at least one of the intervals between the plurality of through holes 42, the interval between the through holes 42 can be effectively utilized, It is possible to reduce the size.

導電部材43が貫通孔42から突出しているので、加湿器3が一対の発電部2に挟持されると導電部材43が押されて収縮する。導電部材43は弾性復帰しようとするためセパレータ23との密着性が高まる。   Since the conductive member 43 protrudes from the through hole 42, when the humidifier 3 is sandwiched between the pair of power generation units 2, the conductive member 43 is pushed and contracts. Since the conductive member 43 attempts to return to elasticity, the adhesion with the separator 23 is enhanced.

筐体40や膜60が樹脂から形成されているので、筐体40自体が腐食してしまうことを防止することができる。   Since the housing | casing 40 and the film | membrane 60 are formed from resin, it can prevent that housing | casing 40 itself corrodes.

なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。以下の説明において上記実施形態と同一の部分には同一符号を付してその説明を省略する。   Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as appropriate. In the following description, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

例えば、上記実施形態では、導電部材43自体が弾性を有する素材から形成されている場合を例示したが、図8に示すように形状により弾性を有する導電部材43aであってもよい。図8に示す導電部材43aは、金属から形成されていて、その両端部431が内側に向けて湾曲している。また、貫通孔42aの両端部には、導電部材43aの両端部431の一部が外側に向けて突出するように格納する格納凹部421が形成されている。この導電部材43aを備えた加湿器3Aが一対の発電部2に挟持されると、当該導電部材43aの両端部431が押されて格納凹部421内で弾性変形しセパレータ23に密着することになる。これにより、導電部材43aとセパレータ23との密着性を高めつつも、導電性エラストマーからなる導電部材43よりも電気伝導性を高めることも可能となる。   For example, in the above-described embodiment, the case where the conductive member 43 itself is formed of a material having elasticity is illustrated, but the conductive member 43a may be elastic depending on the shape as shown in FIG. The conductive member 43a shown in FIG. 8 is made of metal, and both end portions 431 are curved inward. In addition, storage recesses 421 are formed at both ends of the through-hole 42a to store part of the both ends 431 of the conductive member 43a so as to protrude outward. When the humidifier 3A provided with the conductive member 43a is sandwiched between the pair of power generation units 2, both end portions 431 of the conductive member 43a are pushed and elastically deformed in the storage recess 421 to be in close contact with the separator 23. . Accordingly, it is possible to increase the electrical conductivity as compared with the conductive member 43 made of a conductive elastomer while improving the adhesion between the conductive member 43a and the separator 23.

本実施形態の燃料電池装置を備えた発電装置のブロック図である。It is a block diagram of the electric power generating apparatus provided with the fuel cell apparatus of this embodiment. 本実施形態の燃料電池装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the fuel cell apparatus of this embodiment. 図2の燃料電池装置に備わる加湿器を上から見た上面図である。It is the top view which looked at the humidifier with which the fuel cell apparatus of FIG. 2 is equipped from the top. 図3のIV−IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing of FIG. 図4の加湿器内に水が充満された状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state with which the humidifier of FIG. 4 was filled with water. 弾性を有しない膜を備えた加湿器と一対の発電部のセパレータとの関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the relationship between the humidifier provided with the film | membrane which does not have elasticity, and the separator of a pair of electric power generation part. 図4の加湿器と一対の発電部のセパレータとの関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the relationship between the humidifier of FIG. 4 and the separator of a pair of electric power generation part. 図4の加湿器の第1の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st modification of the humidifier of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池装置
2 発電部
3 加湿器
21 単セル
22 膜電極接合体
23 セパレータ
25 ネジ(締結治具)
30 中空糸膜モジュール
31 中空糸膜
32 中空糸支持体
40 筐体
41 開口部
42 貫通孔
43 導電部材
44 締結用孔
45 外側領域
46 外側領域
47 内側領域
48 ガス流入口
49 ガス流出口
50 水流入口
51 水排出口
55 補強材
60 膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell apparatus 2 Electric power generation part 3 Humidifier 21 Single cell 22 Membrane electrode assembly 23 Separator 25 Screw (fastening jig)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Hollow fiber membrane module 31 Hollow fiber membrane 32 Hollow fiber support body 40 Case 41 Opening part 42 Through-hole 43 Conductive member 44 Fastening hole 45 Outer region 46 Outer region 47 Inner region 48 Gas inlet 49 Gas outlet 50 Water inlet 51 Water outlet 55 Reinforcement material 60 Membrane

Claims (10)

中空糸膜モジュールと、前記中空糸膜モジュールを収納する筐体を備え、前記筐体が一対の発電部によって挟持され、前記筐体及び前記一対の発電部が積層されるように配置される加湿器であって、
前記筐体は、絶縁性を有し、なおかつ前記中空糸膜モジュールが収納された領域外の周辺に積層方向に沿った貫通孔が形成されていて、
前記貫通孔には、前記一対の発電部を導通させる導電部材が設けられていることを特徴とする加湿器。
Humidification provided with a hollow fiber membrane module and a housing that houses the hollow fiber membrane module, the housing being sandwiched between a pair of power generation units, and the housing and the pair of power generation units being stacked A vessel,
The casing has an insulating property, and a through hole is formed along the stacking direction in the periphery outside the area where the hollow fiber membrane module is stored .
The humidifier, wherein the through hole is provided with a conductive member for conducting the pair of power generation units.
請求項1に記載の加湿器において、
前記筐体には、
前記中空糸膜モジュールが収納された領域に前記積層方向に貫通した開口部と、
前記積層方向における前記開口部の両端を覆うように絶縁性及び弾性を有する膜とが設けられていることを特徴とする加湿器。
The humidifier according to claim 1,
In the case,
An opening penetrating in the stacking direction in a region in which the hollow fiber membrane module is stored ;
A humidifier comprising an insulating and elastic film so as to cover both ends of the opening in the stacking direction.
請求項1または2記載の加湿器において、
前記貫通孔は、前記中空糸膜モジュールが収納された領域の周囲を囲むように複数設けられていて、
複数の前記貫通孔のそれぞれに、前記導電部材が設けられていることを特徴とする加湿器。
The humidifier according to claim 1 or 2,
A plurality of the through holes are provided so as to surround the periphery of the region in which the hollow fiber membrane module is stored ,
The humidifier, wherein the conductive member is provided in each of the plurality of through holes.
請求項3記載の加湿器において、
複数の前記貫通孔の間隔のうち、少なくとも1つには、前記発電部及び前記筐体を締結するための締結治具が挿入される締結用孔が、前記積層方向に沿うように形成されていることを特徴とする加湿器。
The humidifier according to claim 3,
A fastening hole into which a fastening jig for fastening the power generation unit and the housing is inserted is formed along at least one of the intervals between the plurality of through holes along the stacking direction. A humidifier characterized by
請求項1〜4のいずれか一項に記載の加湿器において、
前記導電部材は、前記貫通孔から突出していることを特徴とする加湿器。
In the humidifier as described in any one of Claims 1-4,
The humidifier according to claim 1, wherein the conductive member protrudes from the through hole.
請求項5記載の加湿器において、
前記導電部材は、弾性を有することを特徴とする加湿器。
The humidifier according to claim 5, wherein
The humidifier, wherein the conductive member has elasticity.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の加湿器において、
前記筐体は、樹脂から形成されていることを特徴とする加湿器。
In the humidifier as described in any one of Claims 1-6,
The humidifier is characterized in that the casing is made of resin.
請求項2記載の加湿器において、The humidifier according to claim 2, wherein
前記膜は、樹脂から形成されていることを特徴とする加湿器。  The humidifier, wherein the film is made of resin.
請求項8に記載の加湿器において、The humidifier according to claim 8,
前記膜の厚みは、0.2μm〜20μmの範囲内に収められていることを特徴とする加湿器。  A humidifier, wherein the thickness of the film is within a range of 0.2 μm to 20 μm.
請求項1〜9のいずれか一項に記載の加湿器と、The humidifier according to any one of claims 1 to 9,
前記加湿器の前記筐体を挟持する一対の発電部とを備えることを特徴とする燃料電池装置。  A fuel cell device comprising: a pair of power generation units that sandwich the housing of the humidifier.
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