JP5332098B2

JP5332098B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP5332098B2
Application number: JP2006301178A
Authority: JP
Inventors: 進波多野; 晋小林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2026-11-07
Also published as: JP2008117686A

Description

本発明は、燃料電池を用いて発電と熱供給とを行う燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system that generates power and supplies heat using a fuel cell.

燃料電池システムは、燃料電池において、燃料ガスとして供給される水素リッチなガスと、酸化剤ガスとして供給される空気等とを反応させることにより、電力及び熱を発生させることで知られている。 A fuel cell system is known to generate electric power and heat in a fuel cell by reacting a hydrogen-rich gas supplied as a fuel gas with air supplied as an oxidant gas.

前記燃料ガス及び酸化剤ガスは、それぞれ加湿手段によって加湿された後に、燃料電池に供給される。前記燃料ガス及び酸化剤ガスの加湿手段としては、例えば、ヒータにより加熱された温水中に燃料ガス及び酸化剤ガスを通して加湿を行うバブラーがある（例えば特許文献１参照）。 The fuel gas and the oxidant gas are supplied to the fuel cell after being humidified by the humidifying means. As a means for humidifying the fuel gas and the oxidant gas, for example, there is a bubbler that performs humidification through the fuel gas and the oxidant gas in warm water heated by a heater (see, for example, Patent Document 1).

一方、燃料電池の空気極側から排出される排出空気（オフガス）に含まれる水分（水蒸気）を、水蒸気透過膜を介して前記燃料電池の空気極側に供給する空気に移動させ、それにより供給空気の加湿を行う加湿装置が知られている（例えば特許文献２参照）。 On the other hand, moisture (water vapor) contained in the exhaust air (off gas) discharged from the air electrode side of the fuel cell is moved to the air supplied to the air electrode side of the fuel cell through the water vapor permeable membrane, and supplied thereby A humidifier that humidifies air is known (for example, see Patent Document 2).

この加湿装置は、高温の排出空気を用いて加湿を行うことにより、加湿に要するエネルギーの低減化を図るものである。
特開平７−２８８１３４号公報特開平６−１３２０３８号公報 This humidifier is intended to reduce energy required for humidification by performing humidification using high-temperature exhaust air.
JP 7-288134 A JP-A-6-132038

しかしながら、上記特許文献１に記載の加湿手段は、前記バブラーにおいて、水を加熱するためにエネルギーを消費するため、燃料電池システムのエネルギー効率の低下を招くものである。 However, the humidifying means described in Patent Document 1 consumes energy to heat water in the bubbler, and thus causes a reduction in energy efficiency of the fuel cell system.

また、上記特許文献２に記載の加湿装置は、被加湿ガス（ここでは加湿される供給空気）を、加湿ガス（ここでは水分の供給元となる排出空気）以上の露点温度に加湿することができず、また、被加湿ガスを高露点温度まで加湿するには、大きな膜面積の水蒸気透過膜が必要となり、よって、加湿装置の規模が大きくなるものである。 Further, the humidifier described in Patent Document 2 can humidify a humidified gas (here, supply air to be humidified) to a dew point temperature equal to or higher than the humidification gas (exhaust air from which moisture is supplied here). In addition, in order to humidify the humidified gas to a high dew point temperature, a water vapor permeable membrane having a large membrane area is required, and the scale of the humidifying device is increased.

したがって、かかる加湿装置は、燃料電池システムのコンパクト化が困難となるものであった。 Therefore, it is difficult to make the fuel cell system compact with this humidifier.

本発明は、上記従来の燃料電池システムが有する課題を解決するもので、燃料電池に供給するガスの加湿に要するエネルギーを削減することにより、システム全体のエネルギー効率を向上させるとともに、システムのコンパクト化、システム動作の安定化、低コスト化及び製造時の品質向上が図れた燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems of the conventional fuel cell system. By reducing the energy required for humidifying the gas supplied to the fuel cell, the energy efficiency of the entire system is improved and the system is made compact. An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can stabilize system operation, reduce costs, and improve quality during manufacture.

上記課題を解決するために、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される供給燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器と、前記燃料電池に供給される供給酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿器と、前記燃料電池の発電時に発生する熱を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路とを有し、前記冷却水経路を流れる冷却水は、前記燃料ガス加湿器で前記供給燃料ガスを加湿した後、前記酸化剤ガス加湿器で前記供給酸化剤ガスを加湿するとともに、さらにその後前記冷却経路が前記燃料ガス加湿器と接触して加湿器外に流出するように構成された燃料電池システムとしたものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas humidifier that humidifies a supply fuel gas supplied to the fuel cell, and the fuel cell. An oxidant gas humidifier that humidifies the supply oxidant gas supplied to the fuel cell, and a cooling water path through which cooling water for cooling the heat generated during power generation of the fuel cell flows, and flows through the cooling water path The cooling water humidifies the supplied fuel gas with the fuel gas humidifier, then humidifies the supplied oxidant gas with the oxidant gas humidifier, and then the cooling path contacts the fuel gas humidifier. Thus, the fuel cell system is configured to flow out of the humidifier.

したがって、前記燃料ガス加湿器と酸化剤ガス加湿器は、それぞれの外表面が接触もしくは極近接した配置構成となり、前記冷却水経路を前記燃料ガス加湿器と酸化剤ガス加湿器で加湿した後、前記燃料ガス加湿器の近傍を通るように設けた結果、冷却水の温度低下を抑制することができ、効率の高いシステムを提供することができる。 Therefore, the fuel gas humidifier and the oxidant gas humidifier are arranged so that their outer surfaces are in contact with or in close proximity to each other, and after the cooling water path is humidified by the fuel gas humidifier and the oxidant gas humidifier, As a result of being provided so as to pass through the vicinity of the fuel gas humidifier, the temperature drop of the cooling water can be suppressed, and a highly efficient system can be provided.

さらに、前記酸化剤ガス加湿装置で加湿された湿潤酸化剤ガスを前記燃料ガス加湿器と接触して設けた結果、前記酸化剤ガス加湿装置で加湿された湿潤酸化剤ガスが、前記燃料ガス加湿器の温度によって露点以上に保温され、安定した所定の露点を維持することができ、燃料電池の電圧低下や耐久性の高いシステムを提供することができる。 Further, as a result of providing the wet oxidant gas humidified by the oxidant gas humidifier in contact with the fuel gas humidifier, the wet oxidant gas humidified by the oxidant gas humidifier is converted into the fuel gas humidifier. The temperature is kept above the dew point depending on the temperature of the vessel, a stable predetermined dew point can be maintained, and a fuel cell voltage drop and a highly durable system can be provided.

すなわち、本発明の燃料電池システムは、エネルギー効率を向上させるとともに、耐久性に優れ、安定した燃料電池システムの運転を実現することが可能となる。また、燃料電池システムのコンパクト化及び簡素化が図れ、また、低コスト化及び製造時の工数低減と品質向上を図ることが可能となる。 That is, the fuel cell system of the present invention improves energy efficiency and is excellent in durability and can realize a stable operation of the fuel cell system. In addition, the fuel cell system can be made compact and simplified, and the cost can be reduced, the number of man-hours during manufacturing, and the quality can be improved.

第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される供給燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器と、前記燃料電池に供給される供給酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿器と、前記燃料電池の発電時に発生する熱を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路とを有する燃料電池システムであって、前記酸化剤ガス加湿器は、前記供給酸化剤ガスを流通する供給酸化剤ガス流路、冷却水が流通する第１の冷却水流路、及び、前記供給酸化剤ガス流路と前記第１の冷却水流路との間に配置される水分移動膜を有し、前記燃料ガス加湿器は、前記供給燃料ガスを流通する供給燃料ガス流路、前記燃料電池から排出される燃料ガスを流通する排出燃料ガス流路、前記供給燃料ガス流路と前記排出燃料ガス流路との間に配置される水分移動膜、及び、冷却水が流通し、前記排出燃料ガス流路を流れる燃料ガスを加温する第２の冷却水流路を有し、前記冷却水経路は、前記冷却水が、前記燃料ガス加湿器の前記第２の冷却水流路に供給され、前記排出燃料ガス流路の燃料ガスを加温した後、前記酸化剤ガス加湿器の前記第１の冷却水流路に供給され、前記水分移動膜を介して前記供給酸化剤ガス流路の前記供給酸化剤ガスを加湿した後、前記燃料ガス加湿器に供給され、前記燃料ガス加湿器と接触して前記第２の冷却水流路を流れる冷却水の熱で加温された後、前記燃料ガス加湿器外に流出するように構成された燃料電池システムとしたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas humidifier that humidifies a supply fuel gas supplied to the fuel cell, and a supply oxidation supplied to the fuel cell. A fuel cell system comprising an oxidant gas humidifier for humidifying an oxidant gas, and a cooling water path through which a cooling water for cooling heat generated during power generation of the fuel cell flows, wherein the oxidant gas humidifier comprises: A supply oxidant gas flow path through which the supply oxidant gas flows, a first cooling water flow path through which cooling water flows, and a gap between the supply oxidant gas flow path and the first cooling water flow path The fuel gas humidifier includes: a supply fuel gas passage through which the supplied fuel gas flows; an exhaust fuel gas passage through which the fuel gas discharged from the fuel cell; and the supply fuel Gas passage and exhaust fuel gas passage Moisture transmitting membrane disposed between, and cooling water is circulated, a second cooling water passage for heating the fuel gas flowing through the exhaust fuel gas flow passage, the cooling water path, before Symbol cooling water is, the aforementioned fuel gas humidifier is supplied to the second cooling water passage, after was the fuel gas of the discharge fuel gas passage warmed, the first cooling water of the oxidant gas humidifier And is supplied to the fuel gas humidifier through the moisture transfer membrane and then supplied to the fuel gas humidifier and contacts the fuel gas humidifier. The fuel cell system is configured to be heated by the heat of the cooling water flowing through the cooling water flow path 2 and then to flow out of the fuel gas humidifier.

かかる構成とすることにより、前記冷却水経路を前記燃料ガス加湿器と酸化剤ガス加湿器で加湿した後、前記燃料ガス加湿器と接触して設けた結果、冷却水の温度低下を抑制することができ、効率の高いシステムを提供することができる。 With this configuration, the cooling water path is humidified by the fuel gas humidifier and the oxidant gas humidifier, and then provided in contact with the fuel gas humidifier, thereby suppressing the temperature drop of the cooling water. Can provide a highly efficient system.

第２の発明は、第１の発明に加えて、前記第２の冷却水流路が形成された第２の流路プレートの外周部、前記第１の冷却水流路が形成された第１の流路プレートの外周部、及び、前記燃料ガス加湿器の複数の流路プレートと中端板のうち少なくとも一つの外周部に設けられ、前記第２の冷却水流路を流れる冷却水の熱で加温される冷却水貫通穴を有する燃料電池システムとする。
According to a second invention, in addition to the first invention, an outer peripheral portion of a second channel plate in which the second cooling water channel is formed, a first flow in which the first cooling water channel is formed. the outer peripheral portion of the road plates, and said provided at least one of the outer peripheral portion of the plurality of channel plates and the intermediate end plate of the fuel gas humidifier, warmed in heat of the coolant flowing through the second cooling water passage The fuel cell system has a cooling water through hole.

かかる構成とすることにより、冷却水の温度低下を更に抑制でき、システム全体のエネルギー効率の向上が図れ、また前記酸化剤・燃料ガス加湿装置をよりコンパクト化することができる。 With this configuration, the temperature drop of the cooling water can be further suppressed, the energy efficiency of the entire system can be improved, and the oxidizer / fuel gas humidifier can be made more compact.

第３の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される供給燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器と、前記燃料電池に供給される供給酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿器と、前記燃料電池の発電時に発生する熱を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路と、前記供給酸化剤ガスが流れる供給酸化剤ガス経路とを有する燃料電池システムであって、前記酸化剤ガス加湿器は、前記供給酸化剤ガスを流通する供給酸化剤ガス流路、前記燃料電池から排出される排出酸化剤ガスが流れる排出酸化剤ガス流路、及び、前記供給酸化剤ガス流路と前記排出酸化剤ガス流路との間に配置される水分移動膜を有し、前記燃料ガス加湿器は、前記供給燃料ガスを流通する供給燃料ガス流路、前記燃料電池から排出される燃料ガスを流通する排出燃料ガス流路、前記供給燃料ガス流路と前記排出燃料ガス流路との間に配置される水分移動膜、及び、前記排出燃料ガス流路を流れる燃料ガスを加温する冷却水流路を有し、前記冷却水経路は、前記冷却水流路を有し、前記供給酸化剤ガス経路は、前記供給酸化剤ガスが、前記酸化剤ガス加湿器の前記供給酸化剤ガス流路に供給され、加湿された後、前記燃料ガス加湿器に供給され、前記燃料ガス加湿器と接触して前記冷却水流路を流れる冷却水の熱で加温された後、前記燃料ガス加湿器外に流出するように構成された燃料電池システムとする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas humidifier that humidifies a supply fuel gas supplied to the fuel cell, and a supply oxidation supplied to the fuel cell. An oxidant gas humidifier for humidifying the oxidant gas, a cooling water path through which cooling water for cooling heat generated during power generation of the fuel cell flows, and a supply oxidant gas path through which the supply oxidant gas flows In the fuel cell system, the oxidant gas humidifier includes a supply oxidant gas flow path through which the supply oxidant gas is circulated, a discharge oxidant gas flow path through which a discharge oxidant gas discharged from the fuel cell flows, And a supply fuel gas passage that has a moisture transfer film disposed between the supply oxidant gas passage and the exhaust oxidant gas passage, and the fuel gas humidifier circulates the supply fuel gas. , Discharged from the fuel cell An exhaust fuel gas passage through which the fuel gas is circulated, a moisture transfer film disposed between the supply fuel gas passage and the exhaust fuel gas passage, and a fuel gas flowing through the exhaust fuel gas passage. a cooling water passage that temperature, the cooling water path has the cooling water flow path, the supply oxidizing gas pathway before bellflower supply the oxidizing gas, the supply oxidizing of the oxidant gas humidifier After being supplied to the agent gas flow path and being humidified, the fuel gas is supplied to the fuel gas humidifier and heated with the heat of the cooling water flowing through the cooling water flow path in contact with the fuel gas humidifier, and then the fuel The fuel cell system is configured to flow out of the gas humidifier.

かかる構成とすることにより、前記酸化剤ガス加湿器から出た前記供給酸化剤ガスの露点は、その露点より高い温度に保たれている前記燃料加湿器を通過するため、前記供給酸化剤ガスの温度は露点よりも高温となるため、前記酸化剤・燃料ガス加湿装置から出た前記供給酸化剤ガスが、燃料電池に入るまでの配管経路における放熱に対し、露点を低下させることがないので、燃料電池の電圧低下や耐久性の向上が図れる。 With this configuration, the dew point of the supplied oxidant gas that has exited from the oxidant gas humidifier passes through the fuel humidifier that is maintained at a temperature higher than the dew point. Since the temperature is higher than the dew point, the supply oxidant gas from the oxidant / fuel gas humidifier does not lower the dew point against heat dissipation in the piping path until entering the fuel cell. The voltage of the fuel cell can be lowered and the durability can be improved.

第４の発明は、第３の発明に加え、前記供給酸化剤ガス経路は、前記供給酸化剤ガス流路が形成された第１の流路プレートの外周部、及び、前記燃料ガス加湿器の複数の流路プレートの少なくとも一つの外周部に設けられ、前記冷却水流路を流れる冷却水の熱で加温される供給酸化剤ガス貫通穴を有する燃料電池システムとする。 According to a fourth aspect of the invention, in addition to the third aspect of the invention, the supply oxidant gas path includes an outer peripheral portion of the first flow path plate in which the supply oxidant gas flow path is formed , and the fuel gas humidifier. A fuel cell system is provided that has a supply oxidant gas through hole that is provided on at least one outer periphery of a plurality of flow path plates and is heated by the heat of the cooling water flowing through the cooling water flow path.

かかる構成とすることにより、供給酸化剤ガスの温度低下を更に抑制でき、システム全体のエネルギー効率の向上が図れ、また前記酸化剤・燃料ガス加湿装置をよりコンパクト化することができる。 With this configuration, it is possible to further suppress the temperature drop of the supplied oxidant gas, improve the energy efficiency of the entire system, and further reduce the size of the oxidant / fuel gas humidifier.

第５の発明は、第１から４のいずれか１つの発明に加え、前記燃料ガス加湿器と前記酸化剤ガス加湿器とを一体に構成したものである。 According to a fifth aspect of the invention, in addition to any one of the first to fourth aspects, the fuel gas humidifier and the oxidant gas humidifier are integrally configured.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係わる燃料電池コージェネレーションシステム（以下、単に燃料電池システムと称す）の構成を示す模式図である。図２は、図１に示す燃料電池システムにおける酸化剤・燃料ガス加湿装置の構成および湿熱交換作用を説明するための説明図である。図３は、同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図である。図４は、同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図である。図５は、同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図である。図６は、同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell cogeneration system (hereinafter simply referred to as a fuel cell system) according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the oxidizer / fuel gas humidifier in the fuel cell system shown in FIG. 1 and the wet heat exchange action. FIG. 3 is an explanatory perspective view of the configuration of the humidifier and the wet heat exchange action in the first embodiment. FIG. 4 is an explanatory perspective view of the configuration of the humidifier and the wet heat exchange action in the first embodiment. FIG. 5 is an explanatory perspective view of the configuration of the humidifier and the wet heat exchange action in the first embodiment. FIG. 6 is an explanatory perspective view of the configuration of the humidifier and the wet heat exchange action in the first embodiment.

図１に示すように、本実施の形態１における燃料電池システムは、空気供給装置４０と、第１の酸化剤ガス加湿器２２および第２の酸化剤ガス加湿器２１を備えた酸化剤ガス加湿装置５０と、燃料電池１１と、燃料供給装置４１と、燃料処理装置４２と、燃料ガス加湿器２０と、冷却水放熱器１３と、冷却水タンク１４と、冷却水ポンプ１２と、第１の空気経路１と、第２の空気経路２と、第３の空気経路３と、第１の冷却水経路６ａと、第２の冷却水経路６ｂと、第３の冷却水経路６ｃと、第４の冷却水経路６ｄと、貯湯タンク４５と、貯湯水循環経路１５を主な要素として構成されている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to Embodiment 1 includes an air supply device 40, an oxidant gas humidifier provided with a first oxidant gas humidifier 22 and a second oxidant gas humidifier 21. The device 50, the fuel cell 11, the fuel supply device 41, the fuel processing device 42, the fuel gas humidifier 20, the cooling water radiator 13, the cooling water tank 14, the cooling water pump 12, and the first The air path 1, the second air path 2, the third air path 3, the first cooling water path 6a, the second cooling water path 6b, the third cooling water path 6c, and the fourth The cooling water path 6d, the hot water storage tank 45, and the hot water storage water circulation path 15 are the main elements.

特に、燃料ガス加湿器２０と酸化剤ガス加湿装置５０は、一体化され加湿装置５１を構成しており、その詳細については後述する。 In particular, the fuel gas humidifier 20 and the oxidant gas humidifier 50 constitute an integrated humidifier 51, the details of which will be described later.

次に、システム全体の動作について説明する。 Next, the operation of the entire system will be described.

空気供給装置４０から第１の空気経路１を介して酸化剤ガス加湿装置５０に供給された空気（酸化剤ガス）は、第１の酸化剤ガス加湿器２２で加湿され、次に第２の空気経路２を通って、さらに第２の酸化剤ガス加湿器２１によって加湿される。第２の加湿器２１によって加湿された空気は、酸化剤ガスとして、第３の空気経路３を介して燃料電池１１の空気極側に供給される。 The air (oxidant gas) supplied from the air supply device 40 to the oxidant gas humidifier 50 via the first air path 1 is humidified by the first oxidant gas humidifier 22, and then the second gas is supplied. The air is further humidified by the second oxidant gas humidifier 21 through the air path 2. The air humidified by the second humidifier 21 is supplied to the air electrode side of the fuel cell 11 through the third air path 3 as an oxidant gas.

一方、燃料供給装置４１から第１の燃料ガス経路８を介して、燃料処理装置４２に原料が供給される。前記原料としては、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物（例えば、都市ガス、プロパン、メタン、天然ガス等）を含むガス等あるいはアルコール等が好ましい。 On the other hand, the raw material is supplied from the fuel supply device 41 to the fuel processing device 42 via the first fuel gas path 8. The raw material is preferably a gas containing at least a compound composed of carbon and hydrogen (for example, city gas, propane, methane, natural gas, etc.), alcohol, or the like.

ここでは、燃料処理装置４２は、具体的には、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部、及び、改質ガス中の一酸化炭素を変成反応により低減する変成部、該変成部を経た改質ガス中の一酸化炭素をさらに選択酸化反応により低減する浄化部（いずれも図示せず）を備えており、かかる構成は周知であるため、説明を省略する。 Here, the fuel processing device 42 specifically includes a reforming unit that generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction, and a shift unit that reduces carbon monoxide in the reformed gas by a shift reaction, A purification unit (none of which is shown) for further reducing carbon monoxide in the reformed gas that has passed through the transformation unit by a selective oxidation reaction is provided, and since such a configuration is well known, description thereof is omitted.

そして、燃料処理装置４２では、供給された原料を、水蒸気を含む雰囲気下で加熱することにより、水素リッチなガスが生成される。該水素リッチなガスは、第２の燃料ガス経路９ａを介して燃料ガス加湿器２０に供給され、加湿される。 And in the fuel processing apparatus 42, hydrogen-rich gas is produced | generated by heating the supplied raw material in the atmosphere containing water vapor | steam. The hydrogen-rich gas is supplied to the fuel gas humidifier 20 via the second fuel gas path 9a and is humidified.

加湿された水素リッチなガスは、燃料電池１１の燃料ガスとして、第３の燃料ガス経路９ｂを通じて燃料電池１１の燃料極側に供給される。燃料電池１１では、空気極側に供給された空気と、燃料極側に供給された水素リッチなガス（以下、燃料ガスと称す）とが反応することにより発電が行われ、電気と熱とが発生する。この反応内容については周知であるため、説明を省略する。 The humidified hydrogen-rich gas is supplied as the fuel gas of the fuel cell 11 to the fuel electrode side of the fuel cell 11 through the third fuel gas path 9b. In the fuel cell 11, electricity is generated by the reaction between air supplied to the air electrode side and hydrogen-rich gas (hereinafter referred to as fuel gas) supplied to the fuel electrode side, and electricity and heat are generated. Occur. The details of this reaction are well known and will not be described.

第３の空気経路３から燃料電池１１に供給された供給酸化剤ガスのうち、反応に利用されなかった供給酸化剤ガスは、排出酸化剤ガスとなり、第１の排出酸化剤ガス経路４を介して第１の酸化剤ガス加湿器２２に供給される。 Of the supply oxidant gas supplied from the third air path 3 to the fuel cell 11, the supply oxidant gas not used for the reaction becomes the exhaust oxidant gas and passes through the first exhaust oxidant gas path 4. To the first oxidant gas humidifier 22.

前述の第１の空気経路１から第１の酸化剤ガス加湿器２２へ流入した酸化剤ガスの加湿は、ここで排出酸化剤ガスに含まれる水分を利用して行われるもので、厳密には前記排出酸化剤ガスの熱も利用されていることから、第１の酸化剤ガス加湿器２２内では湿熱交換作用が行われている。 The humidification of the oxidant gas that has flowed into the first oxidant gas humidifier 22 from the first air path 1 described above is performed using moisture contained in the exhaust oxidant gas. Since the heat of the exhausted oxidant gas is also utilized, a wet heat exchange action is performed in the first oxidant gas humidifier 22.

そして、第１の酸化剤ガス加湿器２２を経た排出酸化剤ガスは、第２の排出酸化剤ガス経路５を通じて排出される。 Then, the exhaust oxidant gas that has passed through the first oxidant gas humidifier 22 is discharged through the second exhaust oxidant gas path 5.

また、燃料電池１１で反応に利用されなかった燃料ガスは排出燃料ガスとなり、第４の燃料ガス経路１０を介して燃料ガス加湿器２０に供給され、燃料ガス排出経路１０ａを通じて排出される。 The fuel gas that has not been used for the reaction in the fuel cell 11 becomes exhausted fuel gas, is supplied to the fuel gas humidifier 20 through the fourth fuel gas path 10, and is discharged through the fuel gas discharge path 10a.

前述の燃料処理装置４２で生成された水素リッチなガスの加湿は、第４の燃料ガス経路１０を介して第２の酸化剤ガス加湿器２１へ流入した排出ガスの水分を利用して行われるもので、厳密には前記排出燃料ガスの熱も利用されていることから、燃料ガス加湿器２０内では湿熱交換作用が行われている。 Humidification of the hydrogen-rich gas generated by the fuel processing device 42 is performed using the moisture of the exhaust gas that has flowed into the second oxidant gas humidifier 21 via the fourth fuel gas path 10. Strictly speaking, since the heat of the exhausted fuel gas is also used, a wet heat exchange action is performed in the fuel gas humidifier 20.

また、燃料電池１１で熱を回収した冷却水は、第１の冷却水経路６ａを介して燃料ガス加湿器２０に流入し、次に第２の冷却水経路６ｂより第２の酸化剤ガス加湿器２１に流入し、そして、第３の冷却水経路６ｃを介して冷却水放熱器１３に供給され、ここで熱回収される。 Further, the cooling water whose heat has been recovered by the fuel cell 11 flows into the fuel gas humidifier 20 via the first cooling water path 6a, and then the second oxidant gas humidification from the second cooling water path 6b. It flows into the vessel 21 and is supplied to the cooling water radiator 13 via the third cooling water path 6c, where heat is recovered.

すなわち、前記冷却水は、第４の燃料ガス経路１０を介して燃料ガス加湿器２０に供給された排出燃料ガスの凝縮水を加温し、その後、第２の加湿器２１へ流れ、ここで燃料電池１１へ供給される供給酸化剤ガスの加湿を行う。この第２の加湿器２１で行われる加湿についても、厳密には前記冷却水の水分に加えて冷却水の温度も利用されていることから、湿熱交換作用が行われている。 That is, the cooling water heats the condensed water of the discharged fuel gas supplied to the fuel gas humidifier 20 via the fourth fuel gas path 10 and then flows to the second humidifier 21 where The supplied oxidant gas supplied to the fuel cell 11 is humidified. The humidification performed by the second humidifier 21 also has a heat exchange function because the temperature of the cooling water is used in addition to the water of the cooling water.

換言すると、空気供給装置４０から供給される供給酸化剤ガスの加湿（湿熱交換作用）は、第１の酸化剤ガス加湿器２２では第１の排出酸化剤ガス経路４から流入する排出ガスの水分と熱を利用して、第２の酸化剤ガス加湿器２１では冷却水の水分と熱を利用してそれぞれ行われるものである。 In other words, the humidification (wet heat exchange action) of the supplied oxidant gas supplied from the air supply device 40 is caused by the moisture of the exhaust gas flowing from the first exhaust oxidant gas path 4 in the first oxidant gas humidifier 22. In the second oxidant gas humidifier 21, the water and heat of the cooling water are used, respectively.

さらに、貯湯水タンク４５と、該貯湯水タンク４５に貯めた水を給水するための貯湯水ポンプ４４と、貯湯タンク４５から給水した水を、冷却水放熱器（熱交換器）１３を経由して再び該貯湯タンク４５に戻す貯湯水循環経路１５において、冷却水放熱器１３には、前述の如く第２の酸化剤加湿器２１で加湿に利用された後の冷却水の熱が与えられ、この熱が貯湯水循環経路１５を通って貯湯水タンク４５に供給、蓄熱される。 Further, the hot water storage tank 45, the hot water pump 44 for supplying water stored in the hot water storage tank 45, and the water supplied from the hot water storage tank 45 are passed through the cooling water radiator (heat exchanger) 13. In the hot water circulation path 15 that returns to the hot water storage tank 45 again, the cooling water radiator 13 is supplied with heat of the cooling water after being used for humidification by the second oxidant humidifier 21 as described above. Heat is supplied to the hot water tank 45 through the hot water circulation path 15 and stored.

また、冷却水放熱器１３を通過した冷却水は、第４の冷却水経路６ｄを介して冷却水タンク１４へ流れる。そして、冷却水タンク１４の冷却水は、燃料電池１１で発生した熱を除去するために、冷却水ポンプ１２によって加圧され、冷却水経路７を介して再び燃料電池１１に供給される循環を繰り返す。 Further, the cooling water that has passed through the cooling water radiator 13 flows to the cooling water tank 14 via the fourth cooling water path 6d. Then, the cooling water in the cooling water tank 14 is circulated by being pressurized by the cooling water pump 12 to be removed from the fuel cell 11 and supplied to the fuel cell 11 again through the cooling water path 7. repeat.

ここで、冷却水タンク１４の冷却水は、７０℃程度に維持されており、この温度は、燃料電池１１と十分熱交換できる温度である。 Here, the cooling water in the cooling water tank 14 is maintained at about 70 ° C., and this temperature is a temperature at which sufficient heat exchange with the fuel cell 11 is possible.

さらに、前記冷却水について詳述すると、燃料電池１１の熱を回収して温度が７５℃程度となった冷却水は、第１の冷却水経路６ａ、第２の冷却水経路６ｂ、第３の冷却水経路６ｃ、第４の冷却水経路６ｄを介して再び冷却水タンク１４に戻される。 Further, the cooling water will be described in detail. The cooling water whose temperature is about 75 ° C. by recovering the heat of the fuel cell 11 is the first cooling water path 6a, the second cooling water path 6b, the third cooling water. It is returned to the cooling water tank 14 again via the cooling water path 6c and the fourth cooling water path 6d.

ここで、第３の冷却水経路６ｃと第４の冷却水経路６ｄの間には、冷却水放熱器１３が設けられており、前記冷却水の熱は、冷却水放熱器１３によって放出される。このような放熱により、冷却水は、再び７０℃程度まで冷却される。 Here, a cooling water radiator 13 is provided between the third cooling water path 6 c and the fourth cooling water path 6 d, and the heat of the cooling water is released by the cooling water radiator 13. . By such heat radiation, the cooling water is cooled again to about 70 ° C.

本実施の形態１における燃料電池システムでは、このように冷却水が循環する構成となっており、また、該冷却水の温度が安定して所定の温度に維持されていることから、燃料電池１１を所定の温度に維持することが可能となる。 In the fuel cell system according to the first embodiment, the cooling water is circulated as described above, and the temperature of the cooling water is stably maintained at a predetermined temperature. Can be maintained at a predetermined temperature.

さらに、本実施の形態１においては、燃料ガス加湿器２０および酸化剤ガス加湿装置５０が一体化された加湿装置５１を構成しており、次に、本実施の形態１の特徴である、燃料ガス加湿装置２０および加湿装置５１について説明する。 Further, in the first embodiment, the fuel gas humidifier 20 and the oxidant gas humidifier 50 are integrated to form a humidifier 51. Next, the fuel that is a feature of the first embodiment is shown in FIG. The gas humidifier 20 and the humidifier 51 will be described.

図２において、酸化剤ガス・燃料ガス加湿装置５１は第１の端板６１と第２の端板６２で挟まれており、第１の酸化剤ガス加湿器２２は第１の端板６１と当接され、第１の酸化剤ガス加湿器２２の反対面と第２の酸化剤ガス加湿器２１の間には、酸化剤ガス端板６３が当接され、第２の酸化剤ガス加湿器２１の反対面と燃料ガス加湿器２０の間には、中端板６４が介挿されて構成されている。 In FIG. 2, the oxidizing gas / fuel gas humidifier 51 is sandwiched between a first end plate 61 and a second end plate 62, and the first oxidizing gas humidifier 22 is connected to the first end plate 61. An oxidant gas end plate 63 is abutted between the opposite surface of the first oxidant gas humidifier 22 and the second oxidant gas humidifier 21, and the second oxidant gas humidifier is brought into contact therewith. An intermediate end plate 64 is interposed between the opposite surface 21 and the fuel gas humidifier 20.

また、第１の端板６１は、供給酸化剤ガス入口６５と、排出酸化剤ガス入口６６と、排出酸化剤ガス出口６７とを有し、第２の端板６２は、供給酸化剤ガス出口６９と、供給燃料ガス出口７０と、供給燃料ガス入口７１と、排出燃料ガス出口７２と、冷却水入口７３と、冷却水出口７４とを有し、第１の酸化剤ガス加湿器２２は、第１の加湿モジュール７５と該第１の加湿モジュール７５に配管（図示せず）を導くケーシング７６より構成されている。 The first end plate 61 has a supply oxidant gas inlet 65, a discharge oxidant gas inlet 66, and a discharge oxidant gas outlet 67, and the second end plate 62 has a supply oxidant gas outlet. 69, a supply fuel gas outlet 70, a supply fuel gas inlet 71, an exhaust fuel gas outlet 72, a cooling water inlet 73, and a cooling water outlet 74, and the first oxidant gas humidifier 22 is A first humidifying module 75 and a casing 76 for guiding piping (not shown) to the first humidifying module 75 are configured.

また、第２の酸化剤ガス加湿器２１は、第１の流路プレート７７と水分移動膜２３を複数段積層して構成され、第１の流路プレート７７は片面に供給酸化剤ガス流路７８、他の面に第１の冷却水流路７９が構成され、供給酸化剤ガス入口マニホールド８０と、酸化剤ガス入口穴８０ａと、供給酸化剤ガス出口マニホールド８１と、第１の冷却水入口マニホールド８２と、第１の冷却水出口マニホールド８３とを有して構成されている。 The second oxidant gas humidifier 21 is formed by stacking a plurality of stages of the first flow path plate 77 and the moisture transfer film 23, and the first flow path plate 77 is provided on one side with the supply oxidant gas flow path. 78, a first cooling water flow path 79 is formed on the other surface, and a supply oxidant gas inlet manifold 80, an oxidant gas inlet hole 80a, a supply oxidant gas outlet manifold 81, and a first cooling water inlet manifold. 82 and a first cooling water outlet manifold 83.

また、酸化剤ガス端板６３は、排出燃料ガス入口６８と、と、第１の冷却水流路７９と酸化剤ガス入口穴８０ａとを有して構成されている。 The oxidant gas end plate 63 includes an exhaust fuel gas inlet 68, a first cooling water flow path 79, and an oxidant gas inlet hole 80a.

また、燃料ガス加湿器２０は、第２の流路プレート８５と第３の流路プレート８６と、第２の流路プレート８５は片面に排出燃料ガス流路８７、他の面に第２の冷却水流路８８が形成され、第３の流路プレート８６は片面に供給燃料ガス流路８９が形成され、第２の流路プレート８５の排出燃料ガス流路８７と第３の流路プレート８６の供給燃料ガス流路８９の間に水分移動膜２３を配設して形成され、第２の流路プレート８５には第２の冷却水入口マニホールド９０と、第２の冷却水出口マニホールド９１と、排出燃料ガス入口マニホールド９２と、排出燃料ガス出口マニホールド９３と、供給酸化剤ガス貫通穴９４と、供給燃料ガス貫通穴９５とを有し、第３の流路プレート８６には供給燃料ガス入口マニホールド９６と、供給燃料ガス出口マニホールド９７と、第２の冷却水入口穴９８と、冷却水貫通穴９９と、排出燃料ガス貫通穴１００と、酸化剤ガス貫通穴１０１より構成されている。燃料ガス加湿器２０と、第２の酸化剤ガス加湿器２１は、内部が水分移動膜（水蒸気透過膜）２３で区切られており、水分移動膜２３によって高水分濃度側から低水分濃度側への水分（水蒸気）移動が可能で、加えて高温度側から低温度側への熱移動が可能な材料より構成されている。 In addition, the fuel gas humidifier 20 includes a second flow path plate 85, a third flow path plate 86, and a second flow path plate 85, the exhaust fuel gas flow path 87 on one side, and the second flow path plate 85 on the other side. A cooling water passage 88 is formed, a supply fuel gas passage 89 is formed on one side of the third passage plate 86, an exhaust fuel gas passage 87 and a third passage plate 86 of the second passage plate 85. The water transfer film 23 is disposed between the supply fuel gas flow paths 89, and the second flow path plate 85 includes a second cooling water inlet manifold 90, a second cooling water outlet manifold 91, and the like. The exhaust fuel gas inlet manifold 92, the exhaust fuel gas outlet manifold 93, the supply oxidant gas through hole 94, and the supply fuel gas through hole 95 are provided. Manifold 96 and supply fuel gas Mouth manifold 97, a second cooling water inlet hole 98, a cooling water through hole 99, and the exhaust fuel gas through hole 100, and is composed of oxidant gas through hole 101. The fuel gas humidifier 20 and the second oxidant gas humidifier 21 are internally separated by a moisture transfer film (water vapor permeable film) 23, and the moisture transfer film 23 moves from the high moisture concentration side to the low moisture concentration side. It is made of a material that can move moisture (water vapor) and can move heat from the high temperature side to the low temperature side.

ここで、水分移動膜２３には、例えば、ナフィオン系膜等で代表されるプロトン導電性の高分子電解質膜が用いられる。 Here, as the moisture transfer membrane 23, for example, a proton conductive polymer electrolyte membrane represented by a Nafion-based membrane or the like is used.

さらに、燃料ガス加湿器２０、第１の酸化剤ガス加湿器２２および第２の酸化剤ガス加湿器２１は、それぞれの外殻が接触して配置されている構成であり、同図に示す如くそれらの両端が一対の端版６１、６２に適宜手段にて固定され、単一の加湿装置５１となるようにユニット化されている。 Further, the fuel gas humidifier 20, the first oxidant gas humidifier 22, and the second oxidant gas humidifier 21 are configured such that their outer shells are in contact with each other, as shown in FIG. Both ends thereof are fixed to the pair of end plates 61 and 62 by appropriate means, and are unitized so that a single humidifier 51 is obtained.

上記構成とする加湿装置５１の各加湿器２０、２１、２２には、酸化剤ガス（空気）および冷却水が次のように流れる。 Oxidant gas (air) and cooling water flow through the humidifiers 20, 21, and 22 of the humidifier 51 configured as described above as follows.

燃料ガスは、第２の燃料ガス経路９ａから燃料ガス加湿器２０の第３の流路プレート８６の供給燃料ガス入口マニホールド９６から供給燃料ガス流路８９に流入し、供給燃料ガス出口マニホールド９７を通って第３の燃料ガス経路９ｂから燃料電池１１の燃料極側に流入して酸化剤と反応する。この反応に伴って凝縮水も発生する。 The fuel gas flows from the second fuel gas path 9 a into the supply fuel gas flow path 89 from the supply fuel gas inlet manifold 96 of the third flow path plate 86 of the fuel gas humidifier 20, and passes through the supply fuel gas outlet manifold 97. Then, it flows from the third fuel gas path 9b to the fuel electrode side of the fuel cell 11 and reacts with the oxidant. Condensed water is also generated with this reaction.

また、中端板６４は、供給酸化剤ガス流路７８と供給酸化剤ガス出口マニホールド８１と、冷却水貫通穴９９と排出燃料ガス入口６８と冷却水連通穴９１ａとを有して構成されている。 The middle end plate 64 includes a supply oxidant gas flow path 78, a supply oxidant gas outlet manifold 81, a cooling water through hole 99, an exhaust fuel gas inlet 68, and a cooling water communication hole 91a. Yes.

酸化剤と反応せずに残った燃料ガスは、第４の燃料ガス経路１０から再び燃料ガス加湿器２０の排出燃料ガス流路８７へ前記凝縮水とともに流入し、一旦滞留する。そして、排出燃料ガス流路８７内の燃料ガスは、燃料ガス排出経路１０ａを通じて排出される。 The fuel gas remaining without reacting with the oxidant again flows into the exhaust fuel gas passage 87 of the fuel gas humidifier 20 from the fourth fuel gas passage 10 together with the condensed water, and temporarily stays there. The fuel gas in the exhaust fuel gas flow path 87 is discharged through the fuel gas discharge path 10a.

排出燃料ガス流路８７内の凝縮水１１ａの水分（水蒸気）は、水分移動膜（水蒸気透過膜）２３の水分を透過させる作用により、燃料ガス室８９へ透過する。 The moisture (water vapor) of the condensed water 11a in the exhaust fuel gas flow path 87 is transmitted to the fuel gas chamber 89 by the action of allowing the moisture of the moisture transfer film (water vapor permeable film) 23 to permeate.

また、熱伝導性の良好な材料からなる第２の流路プレート８５の両面には、一方を排出燃料ガス流路８７、他方には第２の冷却水流路８８が配設されている。排出燃料ガスは、排出燃料ガス流路８７で滞留し温度が５０℃程度にまで降下する。しかし第２の冷却水流路８８の冷却水温度は燃料電池１１を出たときの温度の約７５℃を常に維持しているため、排出燃料ガス流路８７の凝縮水を一定温度に加温している。 Further, on both surfaces of the second flow path plate 85 made of a material having good thermal conductivity, one is provided with an exhaust fuel gas flow path 87 and the other is provided with a second cooling water flow path 88. The exhaust fuel gas stays in the exhaust fuel gas flow path 87 and the temperature drops to about 50 ° C. However, since the cooling water temperature in the second cooling water flow path 88 is constantly maintained at about 75 ° C., the temperature when leaving the fuel cell 11, the condensed water in the exhaust fuel gas flow path 87 is heated to a constant temperature. ing.

したがって、供給燃料ガス流路８９へ透過した凝縮水分（水蒸気）も所定の温度を維持し、前記凝縮水分は、供給燃料ガス流路８９を流れる燃料ガスと湿熱交換を行い、燃料ガスを加湿する。 Therefore, the condensed water (water vapor) that has passed through the supply fuel gas channel 89 also maintains a predetermined temperature, and the condensed moisture exchanges wet heat with the fuel gas flowing through the supply fuel gas channel 89 to humidify the fuel gas. .

また、酸化剤ガスは、第１の空気経路１から酸化剤ガス加湿装置５０の第１の酸化剤ガス加湿器２２に流入した後、第１の流路プレートの供給酸化剤ガス流路７８に流入する。 Further, the oxidant gas flows from the first air path 1 into the first oxidant gas humidifier 22 of the oxidant gas humidifier 50 and then into the supply oxidant gas flow path 78 of the first flow path plate. Inflow.

その後、前記供給酸化剤ガスは、第３の空気経路３を通って燃料電池１１の空気極側に流入し、燃料ガスと反応する。 Thereafter, the supplied oxidant gas flows into the air electrode side of the fuel cell 11 through the third air path 3 and reacts with the fuel gas.

そして、前記供給燃料ガスと反応せずに残った排出酸化剤ガスは、燃料電池１１内での反応により、供給空気よりも高温で多くの水分を含むことから、第１の排出酸化剤ガス経路４を通り、排出酸化剤ガス入口６６から第１の酸化剤ガス加湿器２２で水分移動膜（図示せず）を介して排出酸化剤ガスが与えられ、湿熱交換を行い第２の排出酸化剤ガス経路５から排出される。 The exhaust oxidant gas remaining without reacting with the supplied fuel gas contains a larger amount of moisture at a temperature higher than that of the supply air due to the reaction in the fuel cell 11, so that the first exhaust oxidant gas path 4, the exhausted oxidant gas is supplied from the exhausted oxidant gas inlet 66 through the moisture transfer film (not shown) by the first oxidant gas humidifier 22 to exchange the heat of moisture, and the second exhausted oxidant is exchanged. It is discharged from the gas path 5.

このように本実施の形態１においては、前記冷却水は、燃料ガス加湿器で加湿し、前記第２の酸化剤ガス加湿器で加湿し、その後前記燃料ガス加湿器と接触して、加湿器外に流出するように冷却水経路を設けて構成したものであるため、冷却水の温度低下を抑制することができ、効率の高いシステムを提供することができる。 As described above, in the first embodiment, the cooling water is humidified by the fuel gas humidifier, humidified by the second oxidant gas humidifier, and then contacted with the fuel gas humidifier. Since the cooling water path is provided so as to flow out, the temperature drop of the cooling water can be suppressed, and a highly efficient system can be provided.

ここで冷却水経路と燃料ガス加湿器が接触して、加湿器外に流出するようにする形態として、上述したように冷却水経路を燃料ガス加湿器の中を通すことが具体的な一実施形態であるが、冷却水経路と燃料ガス加湿器とが外部で接触していてもよい。 Here, as a mode in which the cooling water path and the fuel gas humidifier come into contact with each other and flow out of the humidifier, it is one specific implementation to pass the cooling water path through the fuel gas humidifier as described above. Although it is a form, the cooling water path and the fuel gas humidifier may be in contact with each other.

なお、本実施の形態１においては、第１の酸化剤ガス加湿器２２、第２の酸化剤ガス加湿器２１および燃料ガス加湿器２０を、それぞれ接触（連結）した一体化のユニット構成としたが、各加湿器２０、２１、２２の外殻は接触に限らず、外気に影響されない程度で熱伝導が可能な極近接配置関係のユニット構成としてもよい。 In the first embodiment, the first oxidant gas humidifier 22, the second oxidant gas humidifier 21, and the fuel gas humidifier 20 are in an integrated unit configuration in which they are in contact with each other (connected). However, the outer shells of the humidifiers 20, 21, and 22 are not limited to contact, and may have a unit configuration in a close proximity arrangement that allows heat conduction to the extent that they are not affected by outside air.

また、第１の酸化剤ガス加湿器２２、第２の酸化剤ガス加湿器２１はそれぞれ酸化剤ガス加湿器の役割を果たすものであり、第１の酸化剤ガス加湿器２２、第２の酸化剤ガス加湿器２１のどちらか一方を有する構成であってもよい。 Further, the first oxidant gas humidifier 22 and the second oxidant gas humidifier 21 each serve as an oxidant gas humidifier, and the first oxidant gas humidifier 22 and the second oxidant gas humidifier 22 are provided. The structure which has any one of the agent gas humidifier 21 may be sufficient.

以上のように本発明にかかる燃料電池システムは、システム全体のエネルギー効率を向上するとともに、小型化、安定した動作が可能となり、燃料電池コージェネレーションシステムのほか、燃料電池自動車等へも適用できるものである。 As described above, the fuel cell system according to the present invention can improve the energy efficiency of the entire system, and can be downsized and stably operated, and can be applied to a fuel cell vehicle as well as a fuel cell cogeneration system. It is.

本発明の実施の形態１に係わる燃料電池システムの構成を示す模式図Schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明図Explanatory drawing of the structure of the humidifier in the same Embodiment 1, and a wet heat exchange effect 同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図Description perspective view of the configuration of the humidifier and wet heat exchange action in the first embodiment 同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図Description perspective view of the configuration of the humidifier and wet heat exchange action in the first embodiment 同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図Description perspective view of the configuration of the humidifier and wet heat exchange action in the first embodiment 同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図Description perspective view of the configuration of the humidifier and wet heat exchange action in the first embodiment

Explanation of symbols

１第１の空気経路
２第２の空気経路
３第３の空気経路
４第１の排出酸化剤ガス経路
５第２の排出酸化剤ガス経路
６ａ第１の冷却水経路
６ｂ第２の冷却水経路
６ｃ第３の冷却水経路
７冷却水経路
１１燃料電池
２０燃料ガス加湿器
２１第２の酸化剤ガス加湿器
２２第１の酸化剤ガス加湿器
５０酸化剤ガス加湿装置
５１酸化剤・燃料ガス加湿装置
６３酸化剤ガス端板
６４中端板
７７第１の流路プレート
７８供給酸化剤ガス流路
７９第１の冷却水流路
８５第２の流路プレート
８６第３の流路プレート
９４供給酸化剤ガス貫通穴
９９冷却水貫通穴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st air path 2 2nd air path 3 3rd air path 4 1st discharge | emission oxidant gas path 5 2nd discharge | emission oxidant gas path 6a 1st cooling water path 6b 2nd cooling water path 6c Third cooling water path 7 Cooling water path 11 Fuel cell 20 Fuel gas humidifier 21 Second oxidant gas humidifier 22 First oxidant gas humidifier 50 Oxidant gas humidifier 51 Oxidant / fuel gas humidifier Device 63 Oxidant gas end plate 64 Middle end plate 77 First flow path plate 78 Supply oxidant gas flow path 79 First cooling water flow path 85 Second flow path plate 86 Third flow path plate 94 Supply oxidant Gas through hole 99 Cooling water through hole

Claims

A fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas, a fuel gas humidifier that humidifies the supply fuel gas supplied to the fuel cell, and an oxidation that humidifies the supply oxidant gas supplied to the fuel cell A fuel cell system comprising a chemical gas humidifier and a cooling water path through which cooling water for cooling heat generated during power generation of the fuel cell flows,
The oxidant gas humidifier includes a supply oxidant gas flow path through which the supply oxidant gas flows, a first cooling water flow path through which cooling water flows, and the supply oxidant gas flow path and the first cooling. Having a moisture transfer membrane disposed between the water flow path and
The fuel gas humidifier includes a supply fuel gas flow path for flowing the supply fuel gas, an exhaust fuel gas flow path for flowing fuel gas discharged from the fuel cell, the supply fuel gas flow path, and the exhaust fuel gas flow A moisture transfer film disposed between the passage and the cooling water, and a second cooling water passage for heating the fuel gas flowing through the exhaust fuel gas passage,
The cooling water path, before Kihiya却水is,
After being supplied to the second cooling water flow path of the fuel gas humidifier and heating the fuel gas in the exhaust fuel gas flow path,
After being supplied to the first cooling water channel of the oxidant gas humidifier and humidifying the supply oxidant gas of the supply oxidant gas channel through the moisture transfer film,
After being supplied to the fuel gas humidifier and heated with the heat of the cooling water flowing through the second cooling water flow path in contact with the fuel gas humidifier,
A fuel cell system configured to flow out of the fuel gas humidifier.

The cooling water path includes an outer peripheral part of a second flow path plate in which the second cooling water flow path is formed, an outer peripheral part of the first flow path plate in which the first cooling water flow path is formed , and Provided in at least one outer peripheral portion of the plurality of flow path plates and the middle end plate of the fuel gas humidifier, and has a cooling water through hole that is heated by the heat of the cooling water flowing through the second cooling water flow path. The fuel cell system according to claim 1.

A fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas, a fuel gas humidifier that humidifies the supply fuel gas supplied to the fuel cell, and an oxidation that humidifies the supply oxidant gas supplied to the fuel cell A fuel cell system comprising: an agent gas humidifier, a cooling water path through which cooling water for cooling heat generated during power generation of the fuel cell flows, and a supply oxidant gas path through which the supply oxidant gas flows ,
The oxidant gas humidifier includes a supply oxidant gas flow path through which the supply oxidant gas flows, a discharge oxidant gas flow path through which discharge oxidant gas discharged from the fuel cell flows, and the supply oxidant gas Having a moisture transfer membrane disposed between the flow path and the exhaust oxidant gas flow path,
The fuel gas humidifier includes a supply fuel gas flow path for flowing the supply fuel gas, an exhaust fuel gas flow path for flowing fuel gas discharged from the fuel cell, the supply fuel gas flow path, and the exhaust fuel gas flow A water movement film disposed between the cooling water flow path and a cooling water flow path for heating the fuel gas flowing through the exhaust fuel gas flow path,
The cooling water path has the cooling water flow path,
The supply oxidizing gas path, after the previous bellflower supply oxidizing gas is supplied to the supply oxidizing gas flow path of the oxidant gas humidifier, humidified,
After being supplied to the fuel gas humidifier and heated with the heat of the cooling water flowing through the cooling water flow path in contact with the fuel gas humidifier,
A fuel cell system configured to flow out of the fuel gas humidifier.

The supply oxidant gas path is provided at an outer periphery of the first flow path plate in which the supply oxidant gas flow path is formed and at least one outer periphery of the plurality of flow path plates of the fuel gas humidifier. The fuel cell system according to claim 3, further comprising a supply oxidant gas through hole heated by heat of the cooling water flowing through the cooling water flow path.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel gas humidifier and the oxidant gas humidifier are integrally configured.