JP5379986B2 - 湿熱交換器 - Google Patents
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Description
燃料電池システム20の外部からLPGや都市ガスなどの原燃料(炭化水素系燃料)が供給される。改質装置40は、原燃料を改質し、水素(燃料)を約80%含有する改質ガスを生成する。改質装置40は、少なくとも改質器および変成器(いずれも図示せず)を備え、さらに必要に応じて脱硫器およびCO除去器(いずれも図示せず)を備える。改質装置40には、原燃料、改質用水、空気および電池オフガスが供給される。
酸化剤として用いられる空気が燃料電池システム20の外部からブロアなどを用いて取り込まれ、燃料電池に供給される。燃料電池システム20に取り込まれた空気は、フィルタ(図示せず)により塵や浮遊物が除去される。燃料電池システム20に取り込まれた空気の一部は改質装置40に送られ、バーナの燃料に用いられる。その他の空気は、湿熱交換器10で燃料電池スタック50から排出された高温高湿の空気と湿熱交換することにより、加湿および加温される。湿熱交換器10で加湿および加温された空気は、酸化剤用湿熱交換器70に送られる。酸化剤用湿熱交換器70において酸化剤として用いられる空気がさらに加湿および加温される。酸化剤用湿熱交換器70で加湿及び加温された空気は、燃料電池スタック50のカソード56へ供給される。燃料電池スタック50のカソード56での反応後に残った空気は、湿熱交換器10において反応前の空気と湿熱交換した後、燃料電池システム20から外部へ排気される。
燃料電池システム20は、循環ポンプ(図示せず)によって冷却水が循環する冷却水系を有している。燃料電池スタック50の各セルは、燃料電池スタック50に設けられた冷却水流路に冷却水を流通させることによって適温に冷却される。燃料電池スタック50の発電で発生した熱エネルギーは、冷却水によって燃料電池スタック50の外部に取り出される。燃料電池スタック50から排出された冷却水の一部は、燃料用湿熱交換器60で燃料用湿熱交換器60に貯留されているバブリング用の水と熱交換した後に、酸化剤用湿熱交換器70に送られる。燃料電池スタック50から排出された冷却水の残りの部分は、酸化剤用湿熱交換器70に直接送られてバブリング用の水として用いられる。
燃料電池スタック50にて発生した直流電力は、コンバータ90により所定電圧(例えば24V)の直流電力に変換された後、インバータ92によって交流電力(例えば100V)に変換される。インバータ92で変換された交流電力は系統94へ出力される。また、コンバータ90で変換された所定電圧の直流電力は、制御装置100などの電源として利用される。
湿熱交換器におけるガスの流れを図5〜図10を参照して説明する。図6は、図2に示す湿熱交換器10のB−B断面図である。図7は、図2に示す湿熱交換器10のC−C断面図である。図8は、図2に示す湿熱交換器10のD−D断面図である。図9は、図2に示す湿熱交換器10のE−E断面図である。図10は、図2に示す湿熱交換器10のF−F断面図である。なお、図6から図10においては、補強部材18や保水部材22など一部の部材を省略して図示している。
Claims (5)
- 燃料電池に供給される供給ガスと前記燃料電池から排出される排出ガスとの間で湿熱交換を行い、前記供給ガスを加湿する湿熱交換器であって、
複数の折り目によって折り返されており、前記供給ガスを加湿するための水分を透過させる湿熱交換膜と、
前記湿熱交換膜の一方の面に形成され、前記排出ガスが前記折り目と平行に流れる第1流路と、
前記湿熱交換膜の他方の面に形成され、前記供給ガスが前記折り目と平行に流れる第2流路と、を備え、
前記第1流路は、前記湿熱交換膜の折り返しにより該湿熱交換膜の一方の面上が複数の排出ガス通過領域に隔てられており、前記折り目と平行に前記湿熱交換膜の一端から他端へ向かって前記排出ガスが流れる排出ガス順方向領域と、前記排出ガス順方向領域と逆方向に前記排出ガスが流れる排出ガス逆方向領域と、前記排出ガス順方向領域と前記排出ガス逆方向領域とを連通する排出ガス連通部と、を有し、
前記第2流路は、前記湿熱交換膜の折り返しにより該湿熱交換膜の他方の面上が複数の供給ガス通過領域に隔てられており、前記折り目と平行に前記湿熱交換膜の一端から他端へ向かって前記供給ガスが流れる供給ガス順方向領域と、前記供給ガス順方向領域と逆方向に前記供給ガスが流れる供給ガス逆方向領域と、前記供給ガス順方向領域と前記供給ガス逆方向領域とを連通する供給ガス連通部と、を有し、
前記排出ガス通過領域と前記供給ガス通過領域とが交互に配列しており、
前記第1流路を流れる前記排出ガスは、前記第2流路を流れる前記供給ガスより低圧であり、
前記第1流路には、折り返された前記湿熱交換膜の隣接して対向する面の間隔を保持するための保持部材が設けられており、
前記保持部材は、前記湿熱交換膜に接する保水層を有しており、
前記第2流路には、前記湿熱交換膜の折り目を谷側から支持する支持部材が設けられていることを特徴とする湿熱交換器。 - 前記排出ガス順方向領域は、前記湿熱交換膜を挟んで前記供給ガス逆方向領域と対向しており、
前記排出ガス逆方向領域は、前記湿熱交換膜を挟んで前記供給ガス順方向領域と対向していることを特徴とする請求項1に記載の湿熱交換器。 - 前記一方の面が前記湿熱交換膜の上側になるように該湿熱交換膜が配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の湿熱交換器。
- 前記排出ガス連通部および前記供給ガス連通部は、ともに前記湿熱交換膜の同じ側の端部に設けられており、
前記供給ガス連通部は、前記湿熱交換膜の折り目の最下点よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の湿熱交換器。 - 前記排出ガスが前記第1流路に流入する流入口を更に備え、
前記流入口は、前記湿熱交換膜の折り目の最下点よりも上方に設けられていることを特徴とする請求項3または4に記載の湿熱交換器。
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