JP6863168B2 - Cooling and humidifying device - Google Patents

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Description

本発明は、冷却加湿装置に関する。 The present invention relates to a cooling / humidifying device.

燃料電池に供給される酸化剤ガスを冷却する冷却器と、酸化剤オフガス中の水分を用いて冷却器で冷却された酸化剤ガスを加湿する加湿器とが同じケース内に設けられる場合がある（例えば特許文献１参照）。 A cooler that cools the oxidant gas supplied to the fuel cell and a humidifier that humidifies the oxidant gas cooled by the cooler using the water in the oxidant off gas may be provided in the same case. (See, for example, Patent Document 1).

特開２００８−１０８７３０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-108730

このような加湿器の温度が低いと、酸化剤ガスを効率的に加湿できない可能性がある。 If the temperature of such a humidifier is low, it may not be possible to efficiently humidify the oxidant gas.

本発明は、燃料電池に供給される酸化剤ガスを冷却すると共に効率的に加湿できる冷却加湿装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a cooling / humidifying device capable of cooling and efficiently humidifying the oxidant gas supplied to a fuel cell.

上記目的は、圧縮機により圧縮された後であって燃料電池に供給される前の酸化剤ガスを冷媒と熱交換することにより冷却する冷却器と、前記燃料電池から排出された酸化剤オフガスと、前記冷却器で冷却された後であって前記燃料電池に供給される前の前記酸化剤ガスとの間で、水分交換膜により水分交換をして前記酸化剤ガスを加湿すると共に、前記冷却器と熱的に接続された加湿器と、前記圧縮機及び燃料電池を包囲することなく前記冷却器及び加湿器を包囲したケースと、前記ケースと、前記冷却器及び加湿器との間に配置され、前記冷却器及び加湿器を保温する保温部材と、を備えた冷却加湿装置によって達成できる。 The above object is a cooler that cools the oxidant gas after being compressed by the compressor and before being supplied to the fuel cell by exchanging heat with the refrigerant, and the oxidant off gas discharged from the fuel cell. The oxidant gas is humidified by exchanging water with the oxidant gas after being cooled by the cooler and before being supplied to the fuel cell by a water exchange film, and the cooling is performed. A humidifier thermally connected to the device, a case surrounding the cooler and the humidifier without surrounding the compressor and the fuel cell , and an arrangement between the case and the cooler and the humidifier. This can be achieved by a cooling / humidifying device provided with a heat retaining member for keeping the cooler and the humidifier warm.

本発明によれば、燃料電池に供給される酸化剤ガスを冷却すると共に効率的に加湿できる冷却加湿装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a cooling / humidifying device capable of cooling the oxidant gas supplied to the fuel cell and efficiently humidifying it.

図１は、燃料電池システムの概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system. 図２Ａは、冷却加湿装置の内部を示した斜視図であり、図２Ｂは、冷却加湿装置の断面図であり、図２Ｃは、変形例の冷却加湿装置の断面図である。2A is a perspective view showing the inside of the cooling / humidifying device, FIG. 2B is a cross-sectional view of the cooling / humidifying device, and FIG. 2C is a cross-sectional view of a modified example of the cooling / humidifying device.

図１は、燃料電池システム１（以下、システムと称する）の概略図である。システム１は、制御装置１０、燃料電池２０、空気供給系３０、及び冷却系４０等を含む。システム１は、燃料電池２０の発電電力を不図示のモータ等に供給する。制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、後述する各機器と電気的に接続され、システム１全体を制御する。尚、システム１は、燃料電池２０に水素を供給する不図示の水素ガス供給系や燃料電池２０の発電電力を制御する電力制御系を含む。 FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system 1 (hereinafter referred to as a system). The system 1 includes a control device 10, a fuel cell 20, an air supply system 30, a cooling system 40, and the like. The system 1 supplies the generated power of the fuel cell 20 to a motor or the like (not shown). The control device 10 is a computer provided with a CPU, ROM, RAM, etc., and is electrically connected to each device described later to control the entire system 1. The system 1 includes a hydrogen gas supply system (not shown) that supplies hydrogen to the fuel cell 20 and a power control system that controls the generated power of the fuel cell 20.

空気供給系３０は、燃料電池２０に空気を供給するものであり、以下のように構成される。外気から取り込んだ酸素を含む空気（酸化剤ガス）は、供給経路３１を介してコンプレッサ３３により圧縮され、インタークーラ３６により冷却されて、燃料電池２０に供給される。排出経路３２は、燃料電池２０から排出された酸化剤オフガスを大気放出する。背圧弁３８は、燃料電池２０の酸化剤側の背圧を調整する。加湿器３７は、排出経路３２を通過する酸化剤オフガス中の水分を利用して供給経路３１を通過する酸化剤ガスを加湿する。尚、供給経路３１上には、上流側から順にコンプレッサ３３、インタークーラ３６、及び加湿器３７が配置されている。排出経路３２には、上流側から順に加湿器３７及び背圧弁３８が配置されている。インタークーラ３６及び加湿器３７は、詳しくは後述するが冷却加湿装置５０として一体化されている。コンプレッサ３３で圧縮された酸化剤ガスは、温度が上昇する。コンプレッサ３３は、圧縮機の一例である。 The air supply system 30 supplies air to the fuel cell 20 and is configured as follows. The oxygen-containing air (oxidizing agent gas) taken in from the outside air is compressed by the compressor 33 via the supply path 31, cooled by the intercooler 36, and supplied to the fuel cell 20. The discharge path 32 releases the oxidant off gas discharged from the fuel cell 20 to the atmosphere. The back pressure valve 38 adjusts the back pressure on the oxidant side of the fuel cell 20. The humidifier 37 humidifies the oxidant gas passing through the supply path 31 by utilizing the moisture in the oxidant off gas passing through the discharge path 32. A compressor 33, an intercooler 36, and a humidifier 37 are arranged on the supply path 31 in order from the upstream side. A humidifier 37 and a back pressure valve 38 are arranged in order from the upstream side in the discharge path 32. The intercooler 36 and the humidifier 37 are integrated as a cooling / humidifying device 50, which will be described in detail later. The temperature of the oxidant gas compressed by the compressor 33 rises. The compressor 33 is an example of a compressor.

冷却系４０は、冷却水である冷媒を所定の経路を経て循環させることにより、燃料電池２０を冷却するものであり、以下のように構成される。冷媒は循環ポンプ４５により循環経路４１を流通し、ラジエータ４６で熱交換されて冷却されて、燃料電池２０に供給される。バイパス経路４２は、循環経路４１から分岐してラジエータ４６をバイパスする。三方弁４７は、バイパス経路４２を流通する冷媒の流量を調整する。分配経路４３は、循環経路４１から分岐してインタークーラ３６に接続され再び循環経路４１に接続されており、インタークーラ３６を通過する空気が冷媒により冷却される。温度センサ４８は、燃料電池２０から排出された冷媒の温度を検出する。尚、分配経路４３は、燃料電池２０よりも上流側であって三方弁４７よりも下流側で循環経路４１から分岐して、燃料電池２０よりも下流側であって循環ポンプ４５よりも上流側で循環経路４１に合流している。インタークーラ３６は、コンプレッサ３３により圧縮された後であって燃料電池２０に供給される前の酸化剤ガスを冷媒と熱交換することにより冷却する冷却器の一例である。 The cooling system 40 cools the fuel cell 20 by circulating a refrigerant, which is cooling water, through a predetermined path, and is configured as follows. The refrigerant flows through the circulation path 41 by the circulation pump 45, is heat exchanged by the radiator 46, is cooled, and is supplied to the fuel cell 20. The bypass path 42 branches off from the circulation path 41 and bypasses the radiator 46. The three-way valve 47 adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass path 42. The distribution path 43 branches from the circulation path 41, is connected to the intercooler 36, and is connected to the circulation path 41 again, and the air passing through the intercooler 36 is cooled by the refrigerant. The temperature sensor 48 detects the temperature of the refrigerant discharged from the fuel cell 20. The distribution path 43 branches from the circulation path 41 on the upstream side of the fuel cell 20 and on the downstream side of the three-way valve 47, is on the downstream side of the fuel cell 20, and is on the upstream side of the circulation pump 45. It joins the circulation path 41 at. The intercooler 36 is an example of a cooler that cools the oxidant gas after being compressed by the compressor 33 and before being supplied to the fuel cell 20 by exchanging heat with the refrigerant.

図２Ａは、冷却加湿装置５０の内部を示した斜視図である。尚、図１では冷却加湿装置５０を模式的に示しているため、図２での冷却加湿装置５０とは形状が異なっているが、冷却加湿装置５０の形状も図２Ａに示したものに限定されない。冷却加湿装置５０は、インタークーラ３６及び加湿器３７を包囲したケース５８を有している。ケース５８には、ガス導入管５１ａ及びガス排出管５１ｂ、オフガス導入管５２ａ及びオフガス排出管５２ｂ、冷媒導入管５３ａ及び冷媒排出管５３ｂが接続されている。ガス導入管５１ａ及びガス排出管５１ｂは上述した供給経路３１の一部を構成する。オフガス導入管５２ａ及びオフガス排出管５２ｂは排出経路３２の一部を構成する。冷媒導入管５３ａ及び冷媒排出管５３ｂは分配経路４３の一部を構成する。コンプレッサ３３で圧縮された酸化剤ガスは、ガス導入管５１ａを介してインタークーラ３６及び加湿器３７を順に流通してガス排出管５１ｂから燃料電池２０へと供給される。酸化剤オフガスは、オフガス導入管５２ａを介して加湿器３７内を流通してオフガス排出管５２ｂから外部へと排出される。冷媒は、冷媒導入管５３ａを介してインタークーラ３６内を通過して冷媒排出管５３ｂから循環経路４１へ合流する。 FIG. 2A is a perspective view showing the inside of the cooling / humidifying device 50. Since the cooling / humidifying device 50 is schematically shown in FIG. 1, the shape is different from that of the cooling / humidifying device 50 in FIG. 2, but the shape of the cooling / humidifying device 50 is also limited to that shown in FIG. 2A. Not done. The cooling humidifier 50 has a case 58 that surrounds the intercooler 36 and the humidifier 37. A gas introduction pipe 51a and a gas discharge pipe 51b, an off gas introduction pipe 52a and an off gas discharge pipe 52b, a refrigerant introduction pipe 53a and a refrigerant discharge pipe 53b are connected to the case 58. The gas introduction pipe 51a and the gas discharge pipe 51b form a part of the above-mentioned supply path 31. The off-gas introduction pipe 52a and the off-gas discharge pipe 52b form a part of the discharge path 32. The refrigerant introduction pipe 53a and the refrigerant discharge pipe 53b form a part of the distribution path 43. The oxidant gas compressed by the compressor 33 passes through the intercooler 36 and the humidifier 37 in order via the gas introduction pipe 51a, and is supplied from the gas discharge pipe 51b to the fuel cell 20. The oxidant off-gas flows through the humidifier 37 via the off-gas introduction pipe 52a and is discharged to the outside from the off-gas discharge pipe 52b. The refrigerant passes through the intercooler 36 via the refrigerant introduction pipe 53a and joins the refrigerant discharge pipe 53b into the circulation path 41.

インタークーラ３６は、冷媒が流通する扁平状であって金属製の配管を複数備えており、その外側をコンプレッサ３３で圧縮されて高温となった酸化剤ガスが流通することにより、冷媒と酸化剤ガスとの間で熱交換される。これにより、酸化剤ガスが冷却される。 The intercooler 36 is provided with a plurality of flat metal pipes through which the refrigerant flows, and the refrigerant and the oxidant are circulated by the oxidant gas compressed by the compressor 33 and having a high temperature on the outside thereof. Heat is exchanged with the gas. This cools the oxidant gas.

加湿器３７では、水分交換膜で構成される中空糸膜が複数束ねられている。中空糸膜は、内外を流通するガスの水蒸気分圧の差に応じて膜内を水分子が移動する。本実施例では、インタークーラ３６で冷却された酸化剤ガスが中空糸膜の内側を流通し、酸化剤オフガスが中空糸膜の外側を流通する。ここで酸化剤オフガスは、燃料電池２０の発電反応によって生じた生成水により、酸化剤ガスよりも水蒸気分圧が高くなっている。このため、酸化剤オフガス中の水分が中空糸膜を介して酸化剤ガスへと移動し、酸化剤ガスが加湿される。中空糸膜は、所定の温度範囲において、高温である方が水分の交換効率が上昇する。この理由は次による。中空糸膜が高温である場合、酸化剤オフガスも温度が上昇して酸化剤オフガス中の液水が蒸発して水蒸気分圧が上昇する。これに対して、酸化剤ガス中にはもともと水分の含有量が少ないため、中空糸膜が高温であっても水蒸気分圧は上昇しにくく、酸化剤オフガスと酸化剤ガスとの間の水蒸気分圧の差が大きくなるためである。中空糸膜は、例えばポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリオレフィン等から構成される。尚、加湿器３７の水分交換膜はこのような中空糸膜に限定されず、例えば平膜状の水分交換膜であってもよい。 In the humidifier 37, a plurality of hollow fiber membranes composed of a water exchange membrane are bundled. In the hollow fiber membrane, water molecules move in the membrane according to the difference in the partial pressure of water vapor of the gas flowing inside and outside. In this embodiment, the oxidant gas cooled by the intercooler 36 circulates inside the hollow fiber membrane, and the oxidant off gas circulates outside the hollow fiber membrane. Here, the oxidant off gas has a higher water vapor partial pressure than the oxidant gas due to the water generated by the power generation reaction of the fuel cell 20. Therefore, the water in the oxidant off gas moves to the oxidant gas through the hollow fiber membrane, and the oxidant gas is humidified. In the hollow fiber membrane, the higher the temperature in a predetermined temperature range, the higher the water exchange efficiency. The reason for this is as follows. When the hollow fiber membrane is at a high temperature, the temperature of the oxidant off gas also rises, the liquid water in the oxidant off gas evaporates, and the partial pressure of water vapor rises. On the other hand, since the water content of the oxidant gas is originally low, the partial pressure of water vapor does not easily increase even when the hollow fiber membrane is at a high temperature, and the water vapor content between the oxidant off gas and the oxidant gas. This is because the pressure difference becomes large. The hollow fiber membrane is composed of, for example, polyether sulfone, polyimide, polyolefin or the like. The water exchange membrane of the humidifier 37 is not limited to such a hollow fiber membrane, and may be, for example, a flat membrane-like water exchange membrane.

インタークーラ３６及び加湿器３７は互いに直接接触している。このため、コンプレッサ３３により圧縮された酸化剤ガスの熱がインタークーラ３６に伝達され、インタークーラ３６の熱が加湿器３７へと伝達される。これにより、加湿器３７の中空糸膜を昇温させることができ、加湿器３７の中空糸膜での水分の交換効率の低下が抑制され、酸化剤ガスを適切に加湿できる。以上のように加湿器３７は、燃料電池２０から排出された酸化剤オフガスと、インタークーラ３６で冷却された後であって燃料電池２０に供給される前の酸化剤ガスとの間で、水分交換膜により水分交換をして酸化剤ガスを加湿すると共に、インタークーラ３６と熱的に接続されている。ここで、加湿器３７とインタークーラ３６とが熱的に接続されていない構成においては、コンプレッサ３３を通過した後の酸化剤ガスは圧縮されて温度が上昇しているものの、インタークーラ３６を通過して加湿器３７を通過するまでの過程で酸化剤ガスの温度が低下するため、加湿器３７に十分な熱を伝達することができる構成ではない。一方、本実施例の構成によれば、上述のようにコンプレッサ３３により圧縮された酸化剤ガスの熱がインタークーラ３６に伝達され、インタークーラ３６の熱が加湿器３７へと伝達されるため、高い水分交換効率を得ることができる。 The intercooler 36 and the humidifier 37 are in direct contact with each other. Therefore, the heat of the oxidant gas compressed by the compressor 33 is transferred to the intercooler 36, and the heat of the intercooler 36 is transferred to the humidifier 37. As a result, the temperature of the hollow fiber membrane of the humidifier 37 can be raised, the decrease in the efficiency of water exchange in the hollow fiber membrane of the humidifier 37 is suppressed, and the oxidant gas can be appropriately humidified. As described above, the humidifier 37 has moisture between the oxidant off gas discharged from the fuel cell 20 and the oxidant gas after being cooled by the intercooler 36 and before being supplied to the fuel cell 20. The oxidant gas is humidified by exchanging water with an exchange film, and is thermally connected to the intercooler 36. Here, in the configuration in which the humidifier 37 and the intercooler 36 are not thermally connected, the oxidant gas after passing through the compressor 33 is compressed and the temperature rises, but passes through the intercooler 36. Since the temperature of the oxidant gas drops in the process of passing through the humidifier 37, the configuration is not such that sufficient heat can be transferred to the humidifier 37. On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, the heat of the oxidant gas compressed by the compressor 33 is transferred to the intercooler 36 as described above, and the heat of the intercooler 36 is transferred to the humidifier 37. High water exchange efficiency can be obtained.

図２Ｂは、冷却加湿装置５０の断面図である。図２Ａでは図示を省略しているが、ケース５８内には、インタークーラ３６及び加湿器３７を包囲した断熱部材６０が設けられている。断熱部材６０は、ケース５８の内面全体に設けられている。断熱部材６０の材質は、ケース５８の熱伝導率以下の熱伝導率を有していればよく、例えば、ロックウール保温剤、ケイ酸カルシウム保温材、撥水パーライト保温材等である。これにより、インタークーラ３６及び加湿器３７からケース５８への伝熱が抑制されて保温される。このため、インタークーラ３６の熱を効率的に加湿器３７に伝達できると共に加湿器３７の中空糸膜の温度の低下も抑制され、酸化剤ガスを効率的に加湿できる。断熱部材６０は、ケース５８と、インタークーラ３６及び加湿器３７との間に配置され、インタークーラ３６及び加湿器３７を保温する保温部材の一例である。 FIG. 2B is a cross-sectional view of the cooling / humidifying device 50. Although not shown in FIG. 2A, a heat insulating member 60 surrounding the intercooler 36 and the humidifier 37 is provided in the case 58. The heat insulating member 60 is provided on the entire inner surface of the case 58. The material of the heat insulating member 60 may have a thermal conductivity equal to or lower than that of the case 58, and is, for example, a rock wool heat insulating material, a calcium silicate heat insulating material, a water repellent pearlite heat insulating material, and the like. As a result, heat transfer from the intercooler 36 and the humidifier 37 to the case 58 is suppressed and heat is maintained. Therefore, the heat of the intercooler 36 can be efficiently transferred to the humidifier 37, the temperature drop of the hollow fiber membrane of the humidifier 37 is suppressed, and the oxidant gas can be efficiently humidified. The heat insulating member 60 is an example of a heat insulating member arranged between the case 58 and the intercooler 36 and the humidifier 37 to keep the intercooler 36 and the humidifier 37 warm.

ここで、例えば燃料電池２０への要求出力が増大すると、燃料電池２０への酸化剤ガスの供給量を増大させるために、制御装置１０によりコンプレッサ３３の回転速度が上昇するように制御される。この結果、コンプレッサ３３により圧縮された酸化剤ガスの温度も上昇する。従って、圧縮された酸化剤ガスからの熱が伝達されるインタークーラ３６の温度も上昇し、インタークーラ３６と熱的に接続された加湿器３７の温度も上昇する。加湿器３７の温度が上昇すると中空糸膜での水分の交換効率が増大する。また、燃料電池２０の出力が増大すると、燃料電池２０での発電反応に起因して燃料電池２０の温度も上昇する。以上のように、燃料電池２０の温度が上昇すると、結果的に加湿器３７の中空糸膜の水分の交換効率が増大し、燃料電池２０の温度が低下すると、加湿器３７の中空糸膜の水分の交換効率が低下する。例えば、燃料電池２０の温度が低い場合に湿度の高い酸化剤ガスが燃料電池２０に供給されると、燃料電池２０内で凝縮水が多く発生してフラッディングが生じる可能性がある。また、燃料電池２０の温度が高い場合に湿度の低い酸化剤ガスが燃料電池２０に供給されると、燃料電池２０の電解質膜が乾燥する可能性がある。本実施例では、燃料電池２０の温度が高い場合には加湿器３７の中空糸膜の水分の交換効率が増大して湿度の高い酸化剤ガスが燃料電池２０に供給され、燃料電池２０の温度が低い場合には中空糸膜の水分の交換効率が低下して湿度の低い酸化剤ガスが燃料電池２０に供給される。このため、上記のような問題の発生を抑制できる。また、燃料電池２０の出力変化に応じて中空糸膜の水分の交換効率も適切に変化するため、燃料電池２０の出力変化に対して応答性よく加湿器３７の加湿能力が適切に変更される。尚、燃料電池２０への要求出力の増加が急である場合、コンプレッサ３３の回転速度は速やかに上昇されて、コンプレッサ３３通過後の酸化剤ガス温度も速やかに上昇される。一方、燃料電池２０の温度上昇速度は、コンプレッサ３３通過後の酸化剤ガス温度の上昇速度よりも遅くなる場合がある。本実施形態では、インタークーラ３６と加湿器３７とが熱的に接続されているため、燃料電池２０の温度が十分に上昇していない場合であっても、加湿器３７の温度を速やかに上昇させて、応答性よく加湿器３７の加湿能力が適切に変更される。 Here, for example, when the required output to the fuel cell 20 increases, the rotation speed of the compressor 33 is controlled by the control device 10 in order to increase the supply amount of the oxidant gas to the fuel cell 20. As a result, the temperature of the oxidant gas compressed by the compressor 33 also rises. Therefore, the temperature of the intercooler 36 to which the heat from the compressed oxidant gas is transferred also rises, and the temperature of the humidifier 37 thermally connected to the intercooler 36 also rises. When the temperature of the humidifier 37 rises, the efficiency of exchanging water in the hollow fiber membrane increases. Further, when the output of the fuel cell 20 increases, the temperature of the fuel cell 20 also rises due to the power generation reaction in the fuel cell 20. As described above, when the temperature of the fuel cell 20 rises, the water exchange efficiency of the hollow fiber membrane of the humidifier 37 increases as a result, and when the temperature of the fuel cell 20 decreases, the hollow fiber membrane of the humidifier 37 Moisture exchange efficiency is reduced. For example, if a high humidity oxidant gas is supplied to the fuel cell 20 when the temperature of the fuel cell 20 is low, a large amount of condensed water may be generated in the fuel cell 20 to cause flooding. Further, if the oxidant gas having a low humidity is supplied to the fuel cell 20 when the temperature of the fuel cell 20 is high, the electrolyte membrane of the fuel cell 20 may be dried. In this embodiment, when the temperature of the fuel cell 20 is high, the water exchange efficiency of the hollow fiber membrane of the humidifier 37 is increased, and a high humidity oxidant gas is supplied to the fuel cell 20, and the temperature of the fuel cell 20 is increased. When the value is low, the efficiency of exchanging water in the hollow fiber membrane is lowered, and the oxidant gas having low humidity is supplied to the fuel cell 20. Therefore, the occurrence of the above problems can be suppressed. Further, since the water exchange efficiency of the hollow fiber membrane changes appropriately according to the output change of the fuel cell 20, the humidifying capacity of the humidifier 37 is appropriately changed in response to the output change of the fuel cell 20. .. When the required output to the fuel cell 20 increases rapidly, the rotation speed of the compressor 33 is rapidly increased, and the oxidant gas temperature after passing through the compressor 33 is also rapidly increased. On the other hand, the temperature rise rate of the fuel cell 20 may be slower than the temperature rise rate of the oxidant gas temperature after passing through the compressor 33. In the present embodiment, since the intercooler 36 and the humidifier 37 are thermally connected, the temperature of the humidifier 37 is rapidly increased even when the temperature of the fuel cell 20 is not sufficiently increased. Therefore, the humidifying capacity of the humidifier 37 is appropriately changed with good responsiveness.

次に、冷却加湿装置の変形例について説明する。図２Ｃは、変形例の冷却加湿装置５０ａの断面図である。尚、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。冷却加湿装置５０ａでは、ケース５８内に、隙間Ｓを介して更にインタークーラ３６及び加湿器３７を包囲する内側ケース５８ａが設けられている。内側ケース５８ａは、例えば金属製や合成樹脂製である。このように２つのケース５８及び内側ケース５８ａによりインタークーラ３６及び加湿器３７は包囲されているため、インタークーラ３６及び加湿器３７からケース５８への伝熱が抑制される。ケース５８内に隙間Ｓを介して配置された内側ケース５８ａは、保温部材の一例である。尚、隙間Ｓには空気が充填されていてもよいし、内側ケース５８ａ内から内側ケース５８ａ外の熱の伝達を抑制するために真空状態であってもよい。尚、内側ケース５８ａの熱伝導率は、ケース５８の熱伝導率よりも低いことが望ましいが、これに限定されない。一般に隙間Ｓの空気または真空の熱伝導率はケース５８及び５８ａの材料の熱伝導率よりも低いため、隙間Ｓによってもケース５８への伝熱が抑制される。なお、別の実施形態において、隙間Ｓを設けずに、ケース５８の内側に、ケース５８の熱伝導率よりも熱伝導率が低い内側ケースを設けてもよい。 Next, a modified example of the cooling / humidifying device will be described. FIG. 2C is a cross-sectional view of the cooling / humidifying device 50a of the modified example. The same components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. In the cooling / humidifying device 50a, an inner case 58a that further surrounds the intercooler 36 and the humidifier 37 is provided in the case 58 through the gap S. The inner case 58a is made of, for example, a metal or a synthetic resin. Since the intercooler 36 and the humidifier 37 are surrounded by the two cases 58 and the inner case 58a in this way, heat transfer from the intercooler 36 and the humidifier 37 to the case 58 is suppressed. The inner case 58a arranged in the case 58 via the gap S is an example of a heat insulating member. The gap S may be filled with air, or may be in a vacuum state in order to suppress heat transfer from the inside of the inner case 58a to the outside of the inner case 58a. The thermal conductivity of the inner case 58a is preferably lower than, but not limited to, the thermal conductivity of the case 58. Generally, the thermal conductivity of air or vacuum in the gap S is lower than the thermal conductivity of the materials of the cases 58 and 58a, so that the heat transfer to the case 58 is also suppressed by the gap S. In another embodiment, an inner case having a thermal conductivity lower than that of the case 58 may be provided inside the case 58 without providing the gap S.

その他、保温部材として、インタークーラ３６及び加湿器３７の輻射熱を反射する、鏡面加工が施されたアルミニウム等の金属板を用いてもよい。これによっても、インタークーラ３６及び加湿器３７を保温できる。 In addition, as the heat insulating member, a metal plate such as aluminum that has been mirror-finished and reflects the radiant heat of the intercooler 36 and the humidifier 37 may be used. This also keeps the intercooler 36 and the humidifier 37 warm.

上記実施例及び変形例では、インタークーラ３６及び加湿器３７の全体を包囲した断熱部材６０、及び隙間Ｓを介してケース５８内に配置されインタークーラ３６及び加湿器３７の全体を包囲した内側ケース５８ａを保温部材の一例として説明したが、保温部材はこれに限定されない。例えば、ケース５８の内壁面と、インタークーラ３６及び加湿器３７との間に配置されていれば、インタークーラ３６及び加湿器３７の一部分のみを包囲した保温部材であってもよい。ケース５８内にインタークーラ３６や加湿器３７以外の部材、例えばセンサ等が収納されていてもよい。この場合、センサも含めて保温部材により包囲されていてもよいし、包囲されていなくてもよい。 In the above embodiment and the modified example, the heat insulating member 60 that surrounds the entire intercooler 36 and the humidifier 37, and the inner case that is arranged in the case 58 via the gap S and surrounds the entire intercooler 36 and the humidifier 37. Although 58a has been described as an example of the heat insulating member, the heat insulating member is not limited to this. For example, if it is arranged between the inner wall surface of the case 58 and the intercooler 36 and the humidifier 37, it may be a heat insulating member that surrounds only a part of the intercooler 36 and the humidifier 37. Members other than the intercooler 36 and the humidifier 37, such as a sensor, may be housed in the case 58. In this case, the sensor may or may not be surrounded by the heat insulating member.

また、ケース５８の代わりに更に大型のケースを用いて、インタークーラ３６及び加湿器３７と共に燃料電池２０を包囲して、燃料電池２０を加湿器３７に熱的に接続させてもよい。これにより、より効率的に加湿器３７を昇温させることができる。この場合、インタークーラ３６及び加湿器３７と共に燃料電池２０を包囲する保温部材を設けてもよいし、燃料電池２０は包囲せずにインタークーラ３６及び加湿器３７のみを包囲してもよい。但し、このような大型のケースを設けると、システムの構成によっては配置箇所が制限され、また、燃料電池２０と水素ガス供給系や電力制御系との接続を確保するためにケースの構造が複雑化する可能性がある。 Further, a larger case may be used instead of the case 58 to surround the fuel cell 20 together with the intercooler 36 and the humidifier 37, and the fuel cell 20 may be thermally connected to the humidifier 37. As a result, the temperature of the humidifier 37 can be raised more efficiently. In this case, a heat insulating member that surrounds the fuel cell 20 may be provided together with the intercooler 36 and the humidifier 37, or the fuel cell 20 may surround only the intercooler 36 and the humidifier 37 without surrounding the fuel cell 20. However, if such a large case is provided, the arrangement location is limited depending on the system configuration, and the structure of the case is complicated in order to secure the connection between the fuel cell 20 and the hydrogen gas supply system or the power control system. There is a possibility of becoming.

燃料電池２０から排出された直後の冷媒が流通する配管がケース５８内を通過して加湿器３７に熱的に接続させ、燃料電池２０からの排出直後の冷媒の熱を加湿器３７に伝達させてもよい。この場合、インタークーラ３６及び加湿器３７と共に配管をも包囲する保温部材を設けるのが好ましい。 A pipe through which the refrigerant immediately discharged from the fuel cell 20 flows passes through the case 58 and is thermally connected to the humidifier 37, and the heat of the refrigerant immediately after being discharged from the fuel cell 20 is transferred to the humidifier 37. You may. In this case, it is preferable to provide a heat insulating member that surrounds the piping together with the intercooler 36 and the humidifier 37.

インタークーラ３６及び加湿器３７は直接接触している必要はなく、インタークーラ３６の熱を加湿器３７に効率的に伝達できれば、例えば両者の間に熱伝導率の良い部材を介在させて熱的に接続されていてもよい。また加湿器の構成は、上述の中空糸型に限定されず、例えば燃料電池に用いられる電解質膜を水蒸気交換膜として使用し、水蒸気交換膜の一方の面側を酸化剤ガスが通過し、他方の面側を酸化剤オフガスが通過することにより、水分交換する構成としてもよい。 The intercooler 36 and the humidifier 37 do not need to be in direct contact with each other, and if the heat of the intercooler 36 can be efficiently transferred to the humidifier 37, for example, a member having good thermal conductivity is interposed between the two to provide thermal heat. It may be connected to. The configuration of the humidifier is not limited to the hollow fiber type described above. For example, an electrolyte membrane used for a fuel cell is used as a steam exchange membrane, and an oxidant gas passes through one surface side of the steam exchange membrane and the other. The water vapor may be exchanged by passing the oxidant off gas through the surface side of the surface.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the examples of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific examples, and various modifications and modifications are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

２０ 燃料電池
３３ コンプレッサ（圧縮機）
３６ インタークーラ
３７ 加湿器
５０ 冷却加湿装置
５８ ケース
５８ａ 内側ケース（保温部材）
６０ 断熱部材（保温部材） 20 Fuel cell 33 Compressor
36 Intercooler 37 Humidifier 50 Cooling humidifier 58 Case 58a Inner case (heat insulation member)
60 Insulation member (heat insulation member)

Claims (1)

圧縮機により圧縮された後であって燃料電池に供給される前の酸化剤ガスを冷媒と熱交換することにより冷却する冷却器と、
前記燃料電池から排出された酸化剤オフガスと、前記冷却器で冷却された後であって前記燃料電池に供給される前の前記酸化剤ガスとの間で、水分交換膜により水分交換をして前記酸化剤ガスを加湿すると共に、前記冷却器と熱的に接続された加湿器と、
前記圧縮機及び燃料電池を包囲することなく前記冷却器及び加湿器を包囲したケースと、
前記ケースと、前記冷却器及び加湿器との間に配置され、前記冷却器及び加湿器を保温する保温部材と、を備えた冷却加湿装置。
A cooler that cools the oxidant gas after being compressed by the compressor and before being supplied to the fuel cell by exchanging heat with the refrigerant.
Water is exchanged between the oxidant-off gas discharged from the fuel cell and the oxidant gas after being cooled by the cooler and before being supplied to the fuel cell by a water exchange film. A humidifier that humidifies the oxidant gas and is thermally connected to the cooler,
A case that surrounds the cooler and the humidifier without surrounding the compressor and the fuel cell, and a case that surrounds the cooler and the humidifier.
A cooling / humidifying device including a heat insulating member arranged between the case and the cooler and the humidifier to keep the cooler and the humidifier warm.
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