JPH1074532A - 燃料電池用ガスの加湿装置 - Google Patents
燃料電池用ガスの加湿装置Info
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- JPH1074532A JPH1074532A JP8232217A JP23221796A JPH1074532A JP H1074532 A JPH1074532 A JP H1074532A JP 8232217 A JP8232217 A JP 8232217A JP 23221796 A JP23221796 A JP 23221796A JP H1074532 A JPH1074532 A JP H1074532A
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- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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- H01M2300/0065—Solid electrolytes
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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】加湿装置内の水の解凍作業を容易かつ迅速に行
うことができ、しかも構成を簡素化することを可能にす
る。 【解決手段】第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２ｆと、前
記第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２ｆの一方に形成され
る燃料ガス通路３４ａ〜３４ｃおよび酸化剤ガス通路４
８ａ〜４８ｃと、前記第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２
ｆの他方に形成される加湿用水路４０ａ〜４０ｆと、前
記水路４０ａ〜４０ｆに近接しかつ該水路４０ａ〜４０
ｆと独立して設けられ、水より融点の低い媒体を供給す
る媒体流路４４とを備える。
うことができ、しかも構成を簡素化することを可能にす
る。 【解決手段】第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２ｆと、前
記第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２ｆの一方に形成され
る燃料ガス通路３４ａ〜３４ｃおよび酸化剤ガス通路４
８ａ〜４８ｃと、前記第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２
ｆの他方に形成される加湿用水路４０ａ〜４０ｆと、前
記水路４０ａ〜４０ｆに近接しかつ該水路４０ａ〜４０
ｆと独立して設けられ、水より融点の低い媒体を供給す
る媒体流路４４とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質膜を挟んで
アノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池に
供給されるガスを加湿するための燃料電池用ガスの加湿
装置に関する。
アノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池に
供給されるガスを加湿するための燃料電池用ガスの加湿
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、固体高分子電解質膜を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構
造体を、セパレータによって挟持して複数積層すること
により構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実
用化されつつある。
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構
造体を、セパレータによって挟持して複数積層すること
により構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実
用化されつつある。
【０００３】この種の燃料電池は、例えば、メタノール
の水蒸気改質により生成された水素ガス（燃料ガス）を
アノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス（空
気）をカソード側電極に供給することにより、前記水素
ガスがイオン化して固体高分子電解質膜内を流れ、これ
により外部に電気エネルギが得られるように構成されて
いる。
の水蒸気改質により生成された水素ガス（燃料ガス）を
アノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス（空
気）をカソード側電極に供給することにより、前記水素
ガスがイオン化して固体高分子電解質膜内を流れ、これ
により外部に電気エネルギが得られるように構成されて
いる。
【０００４】この場合、上記燃料電池では、有効な発電
機能を発揮させるために、固体高分子電解質膜を適度な
湿潤状態に維持することが必要とされている。このた
め、燃料ガスや酸化剤ガスを予め水により加湿する加湿
装置を用意し、この加湿装置を燃料電池に連結して構成
することにより、前記加湿された燃料ガスや酸化剤ガス
を燃料電池構造体に供給するものが知られている。
機能を発揮させるために、固体高分子電解質膜を適度な
湿潤状態に維持することが必要とされている。このた
め、燃料ガスや酸化剤ガスを予め水により加湿する加湿
装置を用意し、この加湿装置を燃料電池に連結して構成
することにより、前記加湿された燃料ガスや酸化剤ガス
を燃料電池構造体に供給するものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の加湿
装置では、特に寒冷地において使用する際に、加湿用の
水が凍結してしまう場合が多い。これにより、燃料電池
の始動前に、加湿装置内の水を解凍する作業が必要とな
り、この種の作業が煩雑で、しかも時間がかかるという
問題が指摘されている。
装置では、特に寒冷地において使用する際に、加湿用の
水が凍結してしまう場合が多い。これにより、燃料電池
の始動前に、加湿装置内の水を解凍する作業が必要とな
り、この種の作業が煩雑で、しかも時間がかかるという
問題が指摘されている。
【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、加湿装置内の水の解凍作業を容易かつ迅速に行う
ことができ、しかも構成を簡素化することが可能な燃料
電池用ガスの加湿装置を提供することを目的とする。
あり、加湿装置内の水の解凍作業を容易かつ迅速に行う
ことができ、しかも構成を簡素化することが可能な燃料
電池用ガスの加湿装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明に係る燃料電池用ガスの加湿装置は、水透
過性部材の一方の面側に形成されるガス供給通路と、こ
の水透過性部材の他方の面側に形成される加湿用水路
と、前記加湿用水路に近接して設けられる媒体流路とを
備えている。そして、ガス供給通路に燃料ガスや酸化剤
ガスが供給される一方、加湿用水路に水が供給される
と、この水が水透過性部材を透過して前記ガス供給通路
のガスを有効に加湿する。
めに、本発明に係る燃料電池用ガスの加湿装置は、水透
過性部材の一方の面側に形成されるガス供給通路と、こ
の水透過性部材の他方の面側に形成される加湿用水路
と、前記加湿用水路に近接して設けられる媒体流路とを
備えている。そして、ガス供給通路に燃料ガスや酸化剤
ガスが供給される一方、加湿用水路に水が供給される
と、この水が水透過性部材を透過して前記ガス供給通路
のガスを有効に加湿する。
【０００８】次いで、加湿用水路で水が凍結すると、こ
の水より融点の低い媒体が前記加湿用水路に近接して設
けられた媒体流路に供給されるため、前記水と前記媒体
との間で熱交換が行われ、該水を容易かつ確実に解凍す
ることができる。しかも、媒体流路を設けるだけでよ
く、加湿装置全体の構成を有効に簡素化することが可能
になる。
の水より融点の低い媒体が前記加湿用水路に近接して設
けられた媒体流路に供給されるため、前記水と前記媒体
との間で熱交換が行われ、該水を容易かつ確実に解凍す
ることができる。しかも、媒体流路を設けるだけでよ
く、加湿装置全体の構成を有効に簡素化することが可能
になる。
【０００９】ここで、媒体を媒体通路に循環供給する循
環系に加熱手段が設けられている。従って、媒体が加熱
手段により加熱されるため、水の解凍作業が一層迅速か
つ確実に遂行される。
環系に加熱手段が設けられている。従って、媒体が加熱
手段により加熱されるため、水の解凍作業が一層迅速か
つ確実に遂行される。
【００１０】また、媒体を燃料電池内の冷却通路に供給
する第１循環路と、前記媒体を加湿装置内の媒体通路に
循環供給する第２循環路とを備え、前記加湿装置内で水
が凍結した際に切換弁手段を介して前記媒体を前記第２
循環路に供給する。これにより、加湿装置の構成が一層
簡素化する。
する第１循環路と、前記媒体を加湿装置内の媒体通路に
循環供給する第２循環路とを備え、前記加湿装置内で水
が凍結した際に切換弁手段を介して前記媒体を前記第２
循環路に供給する。これにより、加湿装置の構成が一層
簡素化する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る加湿装置１０およびこの加湿装置１０が連結され
る燃料電池１２の概略構成説明図である。加湿装置１０
は、加湿部１４と、この加湿部１４に供給される燃料ガ
ス（水素ガスまたはメタノール改質水素ガス）および酸
化剤ガス（空気または酸素）を加湿するガス加湿量制御
部１６と、前記加湿部１４内で凍結した水を解凍する水
解凍部１８とを備える。
に係る加湿装置１０およびこの加湿装置１０が連結され
る燃料電池１２の概略構成説明図である。加湿装置１０
は、加湿部１４と、この加湿部１４に供給される燃料ガ
ス（水素ガスまたはメタノール改質水素ガス）および酸
化剤ガス（空気または酸素）を加湿するガス加湿量制御
部１６と、前記加湿部１４内で凍結した水を解凍する水
解凍部１８とを備える。
【００１２】加湿部１４は、図２および図３中、矢印Ｘ
方向に向かって、燃料ガス用の第１供給板２０と、第１
水透過膜（水透過性部材）２２ａと、水および媒体用の
第２供給板２４ａ、２４ｂと、第２水透過膜２２ｂと、
燃料ガスおよび酸化剤ガス用の第３供給板２６と、第３
水透過膜２２ｃと、前記第２供給板２４ａ、２４ｂと、
第４水透過膜２２ｄと、前記第３供給板２６と、第５水
透過膜２２ｅと、前記第２供給板２４ａ、２４ｂと、第
６水透過膜２２ｆと、酸化剤ガス用の第４供給板２８と
が一体的に配置される。
方向に向かって、燃料ガス用の第１供給板２０と、第１
水透過膜（水透過性部材）２２ａと、水および媒体用の
第２供給板２４ａ、２４ｂと、第２水透過膜２２ｂと、
燃料ガスおよび酸化剤ガス用の第３供給板２６と、第３
水透過膜２２ｃと、前記第２供給板２４ａ、２４ｂと、
第４水透過膜２２ｄと、前記第３供給板２６と、第５水
透過膜２２ｅと、前記第２供給板２４ａ、２４ｂと、第
６水透過膜２２ｆと、酸化剤ガス用の第４供給板２８と
が一体的に配置される。
【００１３】第１供給板２０は、その一面が平坦であ
り、その他面に水平方向に延在する複数の突起３０を設
けることにより第１水透過膜２２ａの一方の面３２ａ側
に鉛直方向に向かって蛇行する燃料ガス通路３４ａが形
成される。
り、その他面に水平方向に延在する複数の突起３０を設
けることにより第１水透過膜２２ａの一方の面３２ａ側
に鉛直方向に向かって蛇行する燃料ガス通路３４ａが形
成される。
【００１４】第２供給板２４ａ、２４ｂは、それぞれの
一面に水平方向に延在する複数の突起３６ａ、３６ｂを
設けることにより、第１水透過膜２２ａの他方の面３２
ｂ側と第２水透過膜２２ｂの一方の面３８ａ側とに、鉛
直方向に向かって蛇行する加湿用水路４０ａ、４０ｂが
形成される。第２供給板２４ａ、２４ｂの互いに対向す
る他面には、水平方向に延在する比較的短尺な複数の突
起４２ａ、４２ｂが形成され、この突起４２ａ、４２ｂ
同士が当接して媒体流路４４が構成される。
一面に水平方向に延在する複数の突起３６ａ、３６ｂを
設けることにより、第１水透過膜２２ａの他方の面３２
ｂ側と第２水透過膜２２ｂの一方の面３８ａ側とに、鉛
直方向に向かって蛇行する加湿用水路４０ａ、４０ｂが
形成される。第２供給板２４ａ、２４ｂの互いに対向す
る他面には、水平方向に延在する比較的短尺な複数の突
起４２ａ、４２ｂが形成され、この突起４２ａ、４２ｂ
同士が当接して媒体流路４４が構成される。
【００１５】図２に示すように、第３供給板２６は、両
面に水平方向に延在する複数の突起４６ａ、４６ｂを有
し、この突起４６ａと第２水透過膜２２ｂの他方の面３
８ｂとの間に酸化剤ガス通路４８ａが形成されるととも
に、前記突起４６ｂと第３水透過膜２２ｃの一方の面５
０ａとの間に燃料ガス通路３４ｂが形成される。第３水
透過膜２２ｃの他方の面５０ｂと第２供給板２４ａとの
間には、水路４０ｃが構成される。
面に水平方向に延在する複数の突起４６ａ、４６ｂを有
し、この突起４６ａと第２水透過膜２２ｂの他方の面３
８ｂとの間に酸化剤ガス通路４８ａが形成されるととも
に、前記突起４６ｂと第３水透過膜２２ｃの一方の面５
０ａとの間に燃料ガス通路３４ｂが形成される。第３水
透過膜２２ｃの他方の面５０ｂと第２供給板２４ａとの
間には、水路４０ｃが構成される。
【００１６】第４水透過膜２２ｄの面５２ａと第２供給
板２４ｂとの間、および前記第４水透過膜２２ｄの面５
２ｂと第３供給板２６との間には、水路４０ｄおよび酸
化剤ガス通路４８ｂが形成される。第５水透過膜２２ｅ
の両面５４ａ、５４ｂは、燃料ガス通路３４ｃ、水路４
０ｅの一部を構成するとともに、第６水透過膜２２ｆの
両面５６ａ、５６ｂは、それぞれ水路４０ｆ、酸化剤ガ
ス通路４８ｃの一部を構成する。
板２４ｂとの間、および前記第４水透過膜２２ｄの面５
２ｂと第３供給板２６との間には、水路４０ｄおよび酸
化剤ガス通路４８ｂが形成される。第５水透過膜２２ｅ
の両面５４ａ、５４ｂは、燃料ガス通路３４ｃ、水路４
０ｅの一部を構成するとともに、第６水透過膜２２ｆの
両面５６ａ、５６ｂは、それぞれ水路４０ｆ、酸化剤ガ
ス通路４８ｃの一部を構成する。
【００１７】加湿部１４には、燃料ガスを燃料ガス通路
３４ａ〜３４ｃに導入するための燃料ガス導入口６０、
酸化剤ガスを酸化剤ガス通路４８ａ〜４８ｃに導入する
ための酸化剤ガス導入口６２、水路４０ａ〜４０ｆに加
湿用の水を導入するための水導入口６４、媒体流路４４
に媒体を導入するための媒体導入口６６、加湿後の燃料
ガスを燃料電池１２に送り出すための燃料ガス導出口６
８、加湿後の酸化剤ガスを前記燃料電池１２に送り出す
ための酸化剤ガス導出口７０、未使用の水を排出するた
めの水導出口７２、および解凍処理後の媒体を排出する
ための媒体導出口７４が設けられる。
３４ａ〜３４ｃに導入するための燃料ガス導入口６０、
酸化剤ガスを酸化剤ガス通路４８ａ〜４８ｃに導入する
ための酸化剤ガス導入口６２、水路４０ａ〜４０ｆに加
湿用の水を導入するための水導入口６４、媒体流路４４
に媒体を導入するための媒体導入口６６、加湿後の燃料
ガスを燃料電池１２に送り出すための燃料ガス導出口６
８、加湿後の酸化剤ガスを前記燃料電池１２に送り出す
ための酸化剤ガス導出口７０、未使用の水を排出するた
めの水導出口７２、および解凍処理後の媒体を排出する
ための媒体導出口７４が設けられる。
【００１８】ガス加湿量制御部１６は、図４に示すよう
に、水導入口６４と水導出口７２に連通して水を加湿部
１４内に循環供給する第１循環系８０を備える。第１循
環系８０は、水タンク８４を備え、この水タンク８４と
加湿部１４が第１循環路８６により連通している。この
第１循環路８６上には、水タンク８４から加湿部１４に
水を供給するための水循環用ポンプ８８と、水圧を検出
する圧力計９０と、水の流量を検出する流量計９２とが
配設される。圧力計９０および／または流量計９２は、
水の凍結を検知するための凍結検知手段を構成してい
る。
に、水導入口６４と水導出口７２に連通して水を加湿部
１４内に循環供給する第１循環系８０を備える。第１循
環系８０は、水タンク８４を備え、この水タンク８４と
加湿部１４が第１循環路８６により連通している。この
第１循環路８６上には、水タンク８４から加湿部１４に
水を供給するための水循環用ポンプ８８と、水圧を検出
する圧力計９０と、水の流量を検出する流量計９２とが
配設される。圧力計９０および／または流量計９２は、
水の凍結を検知するための凍結検知手段を構成してい
る。
【００１９】水解凍部１８は、媒体導入口６６と媒体導
出口７４に連通して媒体を加湿部１４内に循環供給する
第２循環系８２を備える。第２循環系８２は、媒体用リ
ザーブタンク９４を備え、このリザーブタンク９４と加
湿部１４の媒体導入口６６および媒体導出口７４が第２
循環路９６により連通している。この第２循環路９６上
には、リザーブタンク９４から加湿部１４に媒体を供給
するための媒体循環用ポンプ９８と、水の凍結を検知し
た際に該水を解凍するための熱を前記媒体に付与する熱
交換器（加熱手段）１００とが配設される。
出口７４に連通して媒体を加湿部１４内に循環供給する
第２循環系８２を備える。第２循環系８２は、媒体用リ
ザーブタンク９４を備え、このリザーブタンク９４と加
湿部１４の媒体導入口６６および媒体導出口７４が第２
循環路９６により連通している。この第２循環路９６上
には、リザーブタンク９４から加湿部１４に媒体を供給
するための媒体循環用ポンプ９８と、水の凍結を検知し
た際に該水を解凍するための熱を前記媒体に付与する熱
交換器（加熱手段）１００とが配設される。
【００２０】媒体は、水よりも融点の低い物質であり、
具体的には、メタノール（−９７．７８℃）、エタノー
ル（−１１４．５℃）、プロパノール（−１２７℃）、
イソプロパノール（−８９．５℃）、１−ブタノール
（−８９．５３℃）、２−メチル−１−プロパノール
（−１０８℃）、２−ブタノール（−１１４．７℃）、
１−ヘキサノール（−４４．６℃）、１−オクタノール
（−１４．９℃）、２−エチルヘキサノール（＜−７６
℃）、メタン（−１８２．４８℃）、エタン（−１８
３．６℃）、プロパン（−１８７．６９℃）、エチレン
グリコール（−１２．６℃）、プロピレングリコール
（流動点：−６０℃）、エチルエーテル（−１１６．３
℃）、トルエン（−９５℃）、アンモニア（−７７．７
℃）、メチルアミン（−９３．４６℃）またはエチルア
ミン（−８１．０℃）が使用される。なお、上記（
）内は、それぞれの物質の常圧下における融点温度を
示す。
具体的には、メタノール（−９７．７８℃）、エタノー
ル（−１１４．５℃）、プロパノール（−１２７℃）、
イソプロパノール（−８９．５℃）、１−ブタノール
（−８９．５３℃）、２−メチル−１−プロパノール
（−１０８℃）、２−ブタノール（−１１４．７℃）、
１−ヘキサノール（−４４．６℃）、１−オクタノール
（−１４．９℃）、２−エチルヘキサノール（＜−７６
℃）、メタン（−１８２．４８℃）、エタン（−１８
３．６℃）、プロパン（−１８７．６９℃）、エチレン
グリコール（−１２．６℃）、プロピレングリコール
（流動点：−６０℃）、エチルエーテル（−１１６．３
℃）、トルエン（−９５℃）、アンモニア（−７７．７
℃）、メチルアミン（−９３．４６℃）またはエチルア
ミン（−８１．０℃）が使用される。なお、上記（
）内は、それぞれの物質の常圧下における融点温度を
示す。
【００２１】図１に示すように、燃料電池１２は、固体
高分子電解質膜１０２を挟んでカソード側電極１０４と
アノード側電極１０６を対設した燃料電池構造体１０８
を備え、この燃料電池構造体１０８が図示しないセパレ
ータを介して複数積層されている。燃料電池１２には、
スタック温度管理部１１０が接続される。このスタック
温度管理部１１０は、燃料電池１２内の冷却通路（図示
せず）に温調媒体を供給するものであり、実際上、上記
の水解凍部１８と同様に構成されている。
高分子電解質膜１０２を挟んでカソード側電極１０４と
アノード側電極１０６を対設した燃料電池構造体１０８
を備え、この燃料電池構造体１０８が図示しないセパレ
ータを介して複数積層されている。燃料電池１２には、
スタック温度管理部１１０が接続される。このスタック
温度管理部１１０は、燃料電池１２内の冷却通路（図示
せず）に温調媒体を供給するものであり、実際上、上記
の水解凍部１８と同様に構成されている。
【００２２】このように構成される加湿装置１０の動作
について、以下に説明する。
について、以下に説明する。
【００２３】図２に示すように、燃料ガス（水素ガス）
が加湿部１４の燃料ガス導入口６０に供給されると、こ
の燃料ガスは、第１、第３および第５水透過膜２２ａ、
２２ｃおよび２２ｅの面３２ａ、５０ａおよび５４ａ側
に形成された燃料ガス通路３４ａ〜３４ｃに導入され
る。一方、酸化剤ガスが加湿部１４の酸化剤ガス導入口
６２に供給されると、この酸化剤ガスは、第２、第４お
よび第６水透過膜２２ｂ、２２ｄおよび２２ｆの面３８
ｂ、５２ｂおよび５６ｂ側に形成された酸化剤ガス通路
４８ａ〜４８ｃに導入される。
が加湿部１４の燃料ガス導入口６０に供給されると、こ
の燃料ガスは、第１、第３および第５水透過膜２２ａ、
２２ｃおよび２２ｅの面３２ａ、５０ａおよび５４ａ側
に形成された燃料ガス通路３４ａ〜３４ｃに導入され
る。一方、酸化剤ガスが加湿部１４の酸化剤ガス導入口
６２に供給されると、この酸化剤ガスは、第２、第４お
よび第６水透過膜２２ｂ、２２ｄおよび２２ｆの面３８
ｂ、５２ｂおよび５６ｂ側に形成された酸化剤ガス通路
４８ａ〜４８ｃに導入される。
【００２４】ここで、図４に示すように、ポンプ８８の
作用下に水タンク８４から第１循環路８６を介して加湿
部１４の水導入口６４に水が供給される。この水は、図
２に示すように、第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２ｆの
面３２ｂ、３８ａ、５０ｂ、５２ａ、５４ｂおよび５６
ａ側に形成された水路４０ａ〜４０ｆに導入される。
作用下に水タンク８４から第１循環路８６を介して加湿
部１４の水導入口６４に水が供給される。この水は、図
２に示すように、第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２ｆの
面３２ｂ、３８ａ、５０ｂ、５２ａ、５４ｂおよび５６
ａ側に形成された水路４０ａ〜４０ｆに導入される。
【００２５】この水路４０ａ〜４０ｆに導入された水
は、第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２ｆを透過して燃料
ガス通路３４ａ〜３４ｃおよび酸化剤ガス通路４８ａ〜
４８ｃに供給され、燃料ガスおよび酸化剤ガスを加湿す
る。未使用の水は水導出口７２から第１循環路８６に排
出され、水タンク８４に戻される。
は、第１〜第６水透過膜２２ａ〜２２ｆを透過して燃料
ガス通路３４ａ〜３４ｃおよび酸化剤ガス通路４８ａ〜
４８ｃに供給され、燃料ガスおよび酸化剤ガスを加湿す
る。未使用の水は水導出口７２から第１循環路８６に排
出され、水タンク８４に戻される。
【００２６】次いで、加湿された燃料ガスが、燃料ガス
導出口６８から燃料電池１２内に供給され、燃料電池構
造体１０８を構成するアノード側電極１０６に供給され
る。一方、加湿された酸化剤ガスは、酸化剤ガス導出口
７０から燃料電池１２内に供給され、燃料電池構造体１
０８を構成するカソード側電極１０４に供給される。ま
た、スタック温度管理部１１０から燃料電池１２内に所
定の温度に調整された温調媒体が供給され、燃料電池構
造体１０８の温度調整が行われる。
導出口６８から燃料電池１２内に供給され、燃料電池構
造体１０８を構成するアノード側電極１０６に供給され
る。一方、加湿された酸化剤ガスは、酸化剤ガス導出口
７０から燃料電池１２内に供給され、燃料電池構造体１
０８を構成するカソード側電極１０４に供給される。ま
た、スタック温度管理部１１０から燃料電池１２内に所
定の温度に調整された温調媒体が供給され、燃料電池構
造体１０８の温度調整が行われる。
【００２７】ところで、燃料電池１２が寒冷地等で使用
される場合、加湿部１４内で加湿用の水が凍結し易い。
このため、本実施形態では、第２供給板２４ａ、２４ｂ
間に、水路４０ａ〜４０ｆに近接しかつ該水路４０ａ〜
４０ｆと独立して、水より融点の低い媒体を供給するた
めの媒体流路４４が形成されている。
される場合、加湿部１４内で加湿用の水が凍結し易い。
このため、本実施形態では、第２供給板２４ａ、２４ｂ
間に、水路４０ａ〜４０ｆに近接しかつ該水路４０ａ〜
４０ｆと独立して、水より融点の低い媒体を供給するた
めの媒体流路４４が形成されている。
【００２８】そこで、水路４０ａ〜４０ｆで水が凍結し
た際には、図４に示すように、ポンプ９８を介してリザ
ーブタンク９４から加湿部１４内の媒体導入口６６に媒
体が供給される。この媒体は、不凍冷媒として媒体流路
４４に沿って蛇行しながら媒体導出口７４側に流動する
ため、前記媒体流路４４に近接して設けられている水路
４０ａ〜４０ｆで凍結した水と前記媒体との間で第２供
給板２４ａ、２４ｂを挟んで熱交換が行われる。従っ
て、加湿装置１０は、極めて簡単な構成で、加湿部１４
内で凍結した水を容易にかつ確実に解凍することができ
るという効果が得られる。
た際には、図４に示すように、ポンプ９８を介してリザ
ーブタンク９４から加湿部１４内の媒体導入口６６に媒
体が供給される。この媒体は、不凍冷媒として媒体流路
４４に沿って蛇行しながら媒体導出口７４側に流動する
ため、前記媒体流路４４に近接して設けられている水路
４０ａ〜４０ｆで凍結した水と前記媒体との間で第２供
給板２４ａ、２４ｂを挟んで熱交換が行われる。従っ
て、加湿装置１０は、極めて簡単な構成で、加湿部１４
内で凍結した水を容易にかつ確実に解凍することができ
るという効果が得られる。
【００２９】しかも、第１の実施形態では、加湿部１４
内で水の凍結が発生すると、図４に示すように、第１循
環系８０に設けられた圧力計９０により検出される圧力
指示値（水圧）が所定の値より高くなるとともに、流量
計９２で水の流れが検出されなくなり、前記水が凍結し
たことを自動的に検知することができる。
内で水の凍結が発生すると、図４に示すように、第１循
環系８０に設けられた圧力計９０により検出される圧力
指示値（水圧）が所定の値より高くなるとともに、流量
計９２で水の流れが検出されなくなり、前記水が凍結し
たことを自動的に検知することができる。
【００３０】そこで、圧力計９０および／または流量計
９２の検出結果に基づいて、第２循環系８２に配設され
た熱交換器１００が駆動される。これにより、第２循環
路９６を介して加湿部１４内に供給される媒体は、熱交
換器１００で加熱されており、前記加湿部１４内で凍結
している水を一層迅速かつ確実に解凍することが可能に
なる。
９２の検出結果に基づいて、第２循環系８２に配設され
た熱交換器１００が駆動される。これにより、第２循環
路９６を介して加湿部１４内に供給される媒体は、熱交
換器１００で加熱されており、前記加湿部１４内で凍結
している水を一層迅速かつ確実に解凍することが可能に
なる。
【００３１】なお、第１の実施形態では、加湿部１４で
燃料ガスおよび酸化剤ガスの両方を加湿しているが、こ
れに限定されるものではなく、燃料ガスまたは酸化剤ガ
スの一方のみを加湿するものであってもよい。
燃料ガスおよび酸化剤ガスの両方を加湿しているが、こ
れに限定されるものではなく、燃料ガスまたは酸化剤ガ
スの一方のみを加湿するものであってもよい。
【００３２】図５には、本発明の第２の実施形態に係る
加湿装置１２０の概略構成が示されている。なお、第１
の実施形態に係る加湿装置１０と同一の構成要素には同
一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
加湿装置１２０の概略構成が示されている。なお、第１
の実施形態に係る加湿装置１０と同一の構成要素には同
一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３３】加湿装置１２０は、加湿部１４とガス加湿
量制御部１６と前記加湿部１４内で凍結した水を解凍す
る温度管理制御部１２２とを備え、燃料電池１２に連結
されている。温度管理制御部１２２は、媒体を燃料電池
１２内の冷却通路（図示せず）に供給する第１循環路１
２４と、前記媒体を加湿部１４内に循環供給する第２循
環路１２６と、前記第１循環路１２４と前記第２循環路
１２６とを連通および閉塞自在な切換弁手段１２８とを
備える。
量制御部１６と前記加湿部１４内で凍結した水を解凍す
る温度管理制御部１２２とを備え、燃料電池１２に連結
されている。温度管理制御部１２２は、媒体を燃料電池
１２内の冷却通路（図示せず）に供給する第１循環路１
２４と、前記媒体を加湿部１４内に循環供給する第２循
環路１２６と、前記第１循環路１２４と前記第２循環路
１２６とを連通および閉塞自在な切換弁手段１２８とを
備える。
【００３４】第１循環路１２４には、媒体用リザーブタ
ンク１３０と、媒体循環用ポンプ１３２と、前記媒体の
温度を調整するための熱交換器等の温度制御手段１３４
とが配設される。切換弁手段１２８は、第１循環路１２
４に配設される第１および第２切換弁１３６ａ、１３６
ｂを備え、この第１および第２切換弁１３６ａ、１３６
ｂに第２循環路１２６が接続される。
ンク１３０と、媒体循環用ポンプ１３２と、前記媒体の
温度を調整するための熱交換器等の温度制御手段１３４
とが配設される。切換弁手段１２８は、第１循環路１２
４に配設される第１および第２切換弁１３６ａ、１３６
ｂを備え、この第１および第２切換弁１３６ａ、１３６
ｂに第２循環路１２６が接続される。
【００３５】このように構成される加湿装置１２０で
は、ガス加湿量制御部１６を介して加湿部１４内で燃料
ガスおよび酸化剤ガスの加湿が行われ、加湿された前記
燃料ガスおよび前記酸化剤ガスが燃料電池１２に供給さ
れる。温度管理制御部１２２では、リザーブタンク１３
０内の媒体が、ポンプ１３２の作用下に第１循環路１２
４に沿って矢印Ａ方向に供給され、燃料電池１２内の図
示しない冷却通路に循環供給される。
は、ガス加湿量制御部１６を介して加湿部１４内で燃料
ガスおよび酸化剤ガスの加湿が行われ、加湿された前記
燃料ガスおよび前記酸化剤ガスが燃料電池１２に供給さ
れる。温度管理制御部１２２では、リザーブタンク１３
０内の媒体が、ポンプ１３２の作用下に第１循環路１２
４に沿って矢印Ａ方向に供給され、燃料電池１２内の図
示しない冷却通路に循環供給される。
【００３６】一方、加湿部１４内で水の凍結が発生する
と、切換弁手段１２８を介して第２循環路１２６が第１
循環路１２４に連通する。このため、リザーブタンク１
３０内の媒体は、矢印Ｂ方向に供給され、先ず、加湿部
１４内に導入されて前記加湿部１４内で凍結している水
を解凍した後、燃料電池１２内に供給される。
と、切換弁手段１２８を介して第２循環路１２６が第１
循環路１２４に連通する。このため、リザーブタンク１
３０内の媒体は、矢印Ｂ方向に供給され、先ず、加湿部
１４内に導入されて前記加湿部１４内で凍結している水
を解凍した後、燃料電池１２内に供給される。
【００３７】これにより、温度管理制御部１２２は、単
一で第１の実施形態におけるスタック温度管理部１１０
と水解凍部１８の機能を有することになり、加湿装置１
２０の構成が一層簡素化するという効果が得られる。
一で第１の実施形態におけるスタック温度管理部１１０
と水解凍部１８の機能を有することになり、加湿装置１
２０の構成が一層簡素化するという効果が得られる。
【００３８】図６には、本発明の第３の実施形態に係る
加湿装置を構成する加湿部１４０の内部概略構成が示さ
れている。なお、第１の実施形態に係る加湿装置１０を
構成する加湿部１４と同一の構成要素には同一の参照符
号を付してその詳細な説明は省略する。
加湿装置を構成する加湿部１４０の内部概略構成が示さ
れている。なお、第１の実施形態に係る加湿装置１０を
構成する加湿部１４と同一の構成要素には同一の参照符
号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３９】この加湿部１４０は、加湿部１４の第２供
給板２４ａ、２４ｂに代替して第２供給板１４２を備え
る。第２供給板１４２の両面には、鉛直方向に向かって
蛇行する加湿用水路１４４を形成するための複数の突起
１４６が設けられる。第２供給板１４２の中央部分に
は、加湿用水路１４４に平行して管体１４８が配設さ
れ、この管体１４８内に低融点媒体を流すための媒体流
路１５０が形成される。
給板２４ａ、２４ｂに代替して第２供給板１４２を備え
る。第２供給板１４２の両面には、鉛直方向に向かって
蛇行する加湿用水路１４４を形成するための複数の突起
１４６が設けられる。第２供給板１４２の中央部分に
は、加湿用水路１４４に平行して管体１４８が配設さ
れ、この管体１４８内に低融点媒体を流すための媒体流
路１５０が形成される。
【００４０】従って、加湿部１４０を使用しても、加湿
部１４と同様の効果が得られることになる。
部１４と同様の効果が得られることになる。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る燃料電池用
ガスの加湿装置では、燃料ガスや酸化剤ガスを加湿する
ための水が水路内で凍結した際、この水路に近接して設
けられた媒体流路にこの水より融点の低い媒体が供給さ
れるため、前記水と前記媒体との間で熱交換が行われ
る。これにより、加湿装置の構成が簡素化するととも
に、加湿用の水を容易かつ効率的に解凍することが可能
になる。
ガスの加湿装置では、燃料ガスや酸化剤ガスを加湿する
ための水が水路内で凍結した際、この水路に近接して設
けられた媒体流路にこの水より融点の低い媒体が供給さ
れるため、前記水と前記媒体との間で熱交換が行われ
る。これにより、加湿装置の構成が簡素化するととも
に、加湿用の水を容易かつ効率的に解凍することが可能
になる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る加湿装置および
燃料電池の概略構成説明図である。
燃料電池の概略構成説明図である。
【図２】前記加湿装置を構成する加湿部の内部説明図で
ある。
ある。
【図３】前記加湿部の一部斜視説明図である。
【図４】前記加湿装置を構成するガス加湿量制御部およ
び水解凍部の概略説明図である。
び水解凍部の概略説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る加湿装置および
燃料電池の概略構成説明図である。
燃料電池の概略構成説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る加湿装置を構成
する加湿部の内部説明図である。
する加湿部の内部説明図である。
１０、１２０…加湿装置 １２…燃料電池 １４、１４０…加湿部 １６…ガス加湿
量制御部 １８…水解凍部 ２２ａ〜２２ｆ
…水透過膜 ３４ａ〜３４ｃ…燃料ガス通路 ４０ａ〜４０
ｆ、１４４…水路 ４４、１５０…媒体流路 ４８ａ〜４８ｃ
…酸化剤ガス通路 ８０、８２…循環系 ８４…水タンク ８６、９６、１２４、１２６…循環路 ８８、９８、１
３２…ポンプ ９４、１３０…リザーブタンク １００…熱交換
器 １０２…固体高分子電解質膜 １０４…カソー
ド側電極 １０６…アノード側電極 １２２…温度管
理制御部 １２８…切換弁手段 １４８…管体
量制御部 １８…水解凍部 ２２ａ〜２２ｆ
…水透過膜 ３４ａ〜３４ｃ…燃料ガス通路 ４０ａ〜４０
ｆ、１４４…水路 ４４、１５０…媒体流路 ４８ａ〜４８ｃ
…酸化剤ガス通路 ８０、８２…循環系 ８４…水タンク ８６、９６、１２４、１２６…循環路 ８８、９８、１
３２…ポンプ ９４、１３０…リザーブタンク １００…熱交換
器 １０２…固体高分子電解質膜 １０４…カソー
ド側電極 １０６…アノード側電極 １２２…温度管
理制御部 １２８…切換弁手段 １４８…管体
Claims (4)
- 【請求項１】固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電
極とカソード側電極が対設された燃料電池に供給される
燃料および／または酸化剤としてのガスを加湿するため
の加湿装置であって、 水透過性部材と、 前記水透過性部材の一方の面側に形成されるガス供給通
路と、 前記水透過性部材の他方の面側に形成される加湿用水路
と、 前記加湿用水路に近接しかつ該加湿用水路と独立して設
けられ、水より融点の低い媒体を供給する媒体流路と、 を備えることを特徴とする燃料電池用ガスの加湿装置。 - 【請求項２】請求項１記載の加湿装置において、前記媒
体を前記媒体通路に循環供給する循環系を備え、 前記循環系は、前記水の凍結を検知した際、該水を解凍
するための熱を前記媒体に付与する加熱手段を有するこ
とを特徴とする燃料電池用ガスの加湿装置。 - 【請求項３】請求項１記載の加湿装置において、前記媒
体を前記燃料電池内の冷却通路に供給する第１循環路
と、 前記媒体を前記媒体通路に循環供給する第２循環路と、 前記第１循環路と前記第２循環路とを連通および閉塞自
在な切換弁手段と、 を備えることを特徴とする燃料電池用ガスの加湿装置。 - 【請求項４】請求項１記載の加湿装置において、前記媒
体は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプ
ロパノール、１−ブタノール、２−メチル−１−プロパ
ノール、２−ブタノール、１−ヘキサノール、１−オク
タノール、２−エチルヘキサノール、メタン、エタン、
プロパン、エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、エチルエーテル、トルエン、アンモニア、メチルア
ミンまたはエチルアミンであることを特徴とする燃料電
池用ガスの加湿装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23221796A JP3581495B2 (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | 燃料電池用ガスの加湿装置 |
| US08/919,922 US5965288A (en) | 1996-09-02 | 1997-08-28 | Gas humidifying device for use with a fuel cell |
| DE69702101T DE69702101T2 (de) | 1996-09-02 | 1997-09-02 | Gasbefeuchtungsanlage für Brennstoffzellen |
| EP97306797A EP0831543B1 (en) | 1996-09-02 | 1997-09-02 | Gas humidifying device for use with a fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23221796A JP3581495B2 (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | 燃料電池用ガスの加湿装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1074532A true JPH1074532A (ja) | 1998-03-17 |
| JP3581495B2 JP3581495B2 (ja) | 2004-10-27 |
Family
ID=16935825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23221796A Expired - Fee Related JP3581495B2 (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | 燃料電池用ガスの加湿装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5965288A (ja) |
| EP (1) | EP0831543B1 (ja) |
| JP (1) | JP3581495B2 (ja) |
| DE (1) | DE69702101T2 (ja) |
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| US6554261B2 (en) | 2000-01-19 | 2003-04-29 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Humidifier |
| JP2003178781A (ja) * | 2002-08-08 | 2003-06-27 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池用の加湿装置 |
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