JP2003022829A - Humidification of reaction gas for fuel cell - Google Patents
Humidification of reaction gas for fuel cellInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、特に、燃料電池に供給される反応ガスを加湿す
るための技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a technique for humidifying a reaction gas supplied to a fuel cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料
電池に供給される反応ガスが通る反応ガス通路と、燃料
電池から排出されるオフガスが通るオフガス通路と、を
備えている。燃料電池として、固体高分子型燃料電池が
用いられる場合には、電解質膜から奪われる水分を補充
する必要がある。このため、燃料電池に供給される反応
ガスは、通常、加湿される。2. Description of the Related Art A fuel cell system includes a fuel cell, a reaction gas passage through which a reaction gas supplied to the fuel cell passes, and an offgas passage through which an offgas discharged from the fuel cell passes. When a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell, it is necessary to replenish the water depleted from the electrolyte membrane. Therefore, the reaction gas supplied to the fuel cell is usually humidified.
【0003】従来では、反応ガスを加湿するために、種
々の手法が採用されている。例えば、バブリングにより
反応ガスを加湿する手法が採用されている。また、反応
ガス通路とオフガス通路との界面に水蒸気透過膜を配置
し、オフガス中の水蒸気を反応ガス中に移動させること
により、反応ガスを加湿する手法が採用されている(特
開平6−132038号公報)。Conventionally, various methods have been adopted to humidify the reaction gas. For example, a method of humidifying the reaction gas by bubbling is adopted. In addition, a method of arranging a water vapor permeable membrane at the interface between the reaction gas passage and the off gas passage and moving the water vapor in the off gas into the reaction gas to humidify the reaction gas is adopted (Japanese Patent Laid-Open No. 6-132038). Issue).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
手法を採用する場合には、反応ガス中の水分量を調整す
ることが困難であった。However, when the conventional method is adopted, it is difficult to adjust the amount of water in the reaction gas.
【0005】なお、この問題は、固体高分子型燃料電池
を備える燃料電池システムに限らず、燃料電池に供給さ
れる反応ガスを加湿する他の燃料電池システムにも共通
する問題である。This problem is not limited to the fuel cell system including the polymer electrolyte fuel cell, but is common to other fuel cell systems that humidify the reaction gas supplied to the fuel cell.
【0006】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたものであり、燃料電池に供給される反応ガス中の
水分量を容易に調整することのできる技術を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of easily adjusting the amount of water in the reaction gas supplied to the fuel cell. .
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装
置は、燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃
料電池に供給される反応ガスが通る反応ガス通路と、前
記燃料電池から排出されるオフガスが通るオフガス通路
と、前記反応ガス通路と前記オフガス通路との双方の通
路途中に配置された吸脱湿部であって、前記オフガス中
の水分を吸収し、前記反応ガス中に水分を放出可能な回
転部材を含む前記吸脱湿部と、前記回転部材を回転さ
せ、前記回転部材の回転数を調整するための制御部と、
を備えることを特徴とする。In order to solve at least a part of the above-mentioned problems, an apparatus of the present invention is a fuel cell system, which is provided with a fuel cell and the fuel cell. A reaction gas passage through which a reaction gas passes, an off gas passage through which an off gas discharged from the fuel cell passes, and an adsorbing / dehumidifying portion arranged in the middle of both the reaction gas passage and the off gas passage, An absorption / dehumidification unit that includes a rotating member that absorbs water in off-gas and that can release water into the reaction gas; and a control unit that rotates the rotating member and adjusts the rotation speed of the rotating member. ,
It is characterized by including.
【0008】この燃料電池システムでは、反応ガス通路
とオフガス通路との双方の通路途中に、オフガス中の水
分を吸収し、反応ガス中に水分を放出可能な回転部材を
含む吸脱湿部が配置されている。回転部材の回転数を大
きくすれば、反応ガス中の水分量は大きくなり、回転部
材の回転数を小さくすれば、反応ガス中の水分量は小さ
くなる。したがって、回転部材の回転数を調整すること
によって、燃料電池に供給される反応ガス中の水分量を
容易に調整することが可能となる。In this fuel cell system, an adsorbing / dehumidifying portion including a rotating member capable of absorbing the moisture in the offgas and releasing the moisture into the reaction gas is arranged in the middle of both the reaction gas passage and the offgas passage. Has been done. When the rotation speed of the rotating member is increased, the amount of water in the reaction gas increases, and when the rotation speed of the rotating member is decreased, the amount of water in the reaction gas decreases. Therefore, it is possible to easily adjust the amount of water in the reaction gas supplied to the fuel cell by adjusting the rotation speed of the rotating member.
【0009】なお、燃料電池が酸素ガスと水素ガスとを
用いて発電する場合には、上記の反応ガスは、酸素ガス
を含む酸化ガスであってもよいし、水素ガスを含む燃料
ガスであってもよい。When the fuel cell uses oxygen gas and hydrogen gas for power generation, the reaction gas may be an oxidizing gas containing oxygen gas or a fuel gas containing hydrogen gas. May be.
【0010】上記の装置において、前記制御部は、前記
燃料電池の電解質層に含まれる水量に関係する特定の情
報の測定に用いられる測定器を備え、前記制御部は、前
記情報を用いて、前記回転部材の回転数を調整すること
が好ましい。In the above apparatus, the control section includes a measuring device used for measuring specific information relating to the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell, and the control section uses the information to measure, It is preferable to adjust the number of rotations of the rotating member.
【0011】こうすれば、燃料電池の電解質層に含まれ
る水量を適切な範囲内に保つことができ、燃料電池は安
定した発電を行うことが可能となる。With this, the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell can be maintained within an appropriate range, and the fuel cell can perform stable power generation.
【0012】上記の装置において、前記制御部は、前記
反応ガスの流量を調整するための流量調整部を備え、前
記制御部は、前記回転部材の回転数が所定範囲外の値と
なる場合に、前記反応ガスの流量を調整することが好ま
しい。In the above apparatus, the control section includes a flow rate adjusting section for adjusting the flow rate of the reaction gas, and the control section controls the rotation rate of the rotating member to fall outside a predetermined range. It is preferable to adjust the flow rate of the reaction gas.
【0013】こうすれば、回転部材の回転数が所定範囲
外の値となる場合にも、燃料電池の電解質層に含まれる
水量を適切な範囲内に保つことができる。制御部は、例
えば、回転部材の回転数が比較的大きな第1の制限値よ
り大きくなる場合には、反応ガスの流量を減少させれば
よく、回転部材の回転数が比較的小さな第2の制限値よ
り小さくなる場合には、反応ガスの流量を増大させれば
よい。In this way, the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell can be kept within an appropriate range even when the rotation speed of the rotating member is out of the predetermined range. The control unit may decrease the flow rate of the reaction gas when, for example, the rotation speed of the rotating member becomes larger than the relatively large first limit value, and the second rotation speed of the rotating member is relatively small. When it becomes smaller than the limit value, the flow rate of the reaction gas may be increased.
【0014】上記の装置において、前記情報は、前記吸
脱湿部から排出される前記反応ガスの湿度を含み、前記
制御部は、前記反応ガスの湿度が所定の範囲内に保たれ
るように、前記回転部材の回転数を調整するようにして
もよい。In the above apparatus, the information includes the humidity of the reaction gas discharged from the adsorbing / dehumidifying unit, and the control unit keeps the humidity of the reaction gas within a predetermined range. The number of rotations of the rotating member may be adjusted.
【0015】反応ガスの湿度が比較的高い場合には、燃
料電池の電解質層に含まれる水量は比較的大きくなり、
反応ガスの湿度が比較的低い場合には、燃料電池の電解
質層に含まれる水量は比較的小さくなる。したがって、
上記のようにすれば、燃料電池の電解質層に含まれる水
量を適切な範囲内に容易に保つことができる。When the humidity of the reaction gas is relatively high, the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell becomes relatively large,
When the humidity of the reaction gas is relatively low, the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell is relatively small. Therefore,
According to the above, the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell can be easily kept within an appropriate range.
【0016】上記の装置において、前記情報は、前記燃
料電池の出力電圧を含み、前記制御部は、前記燃料電池
の出力電圧が所定の範囲内に保たれるように、前記回転
部材の回転数を調整するようにしてもよい。In the above apparatus, the information includes the output voltage of the fuel cell, and the control unit controls the rotation speed of the rotating member so that the output voltage of the fuel cell is kept within a predetermined range. May be adjusted.
【0017】燃料電池の電解質層に含まれる水量が適切
な範囲内に保たれない場合には、燃料電池の出力電圧は
変化する。したがって、上記のようにすれば、燃料電池
の電解質層に含まれる水量を適切な範囲内に容易に保つ
ことができる。When the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell cannot be kept within an appropriate range, the output voltage of the fuel cell changes. Therefore, with the above configuration, the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell can be easily kept within an appropriate range.
【0018】上記の装置において、前記情報は、前記燃
料電池から排出される前記オフガスに含まれる第1の水
量と、前記燃料電池において生成される第2の水量と、
を含み、前記制御部は、前記第1の水量と前記第2の水
量との差分が所定の範囲内に保たれるように、前記回転
部材の回転数を調整するようにしてもよい。In the above apparatus, the information is a first amount of water contained in the off gas discharged from the fuel cell, and a second amount of water generated in the fuel cell.
The control unit may adjust the number of rotations of the rotating member such that the difference between the first water amount and the second water amount is maintained within a predetermined range.
【0019】燃料電池から排出されるオフガス(すなわ
ち、吸脱湿部に供給されるオフガス)に含まれる水量
と、燃料電池において生成される水量との差分が、燃料
電池に供給される場合には、燃料電池の電解質層に含ま
れる水量はほぼ一定に保たれる。したがって、上記のよ
うにすれば、燃料電池の電解質層に含まれる水量を適切
な範囲内に容易に保つことができる。When the difference between the amount of water contained in the off gas discharged from the fuel cell (that is, the off gas supplied to the adsorption / dehumidification section) and the amount of water generated in the fuel cell is supplied to the fuel cell. The amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell is kept almost constant. Therefore, with the above configuration, the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell can be easily kept within an appropriate range.
【0020】上記の装置において、前記情報は、前記燃
料電池から排出される前記オフガスに含まれる第1の水
量と、前記吸脱湿部から排出される前記オフガスに含ま
れる第2の水量と、を含み、前記制御部は、前記第1の
水量と前記第2の水量との差分が所定の範囲内に保たれ
るように、前記回転部材の回転数を調整するようにして
もよい。In the above apparatus, the information includes a first amount of water contained in the off gas discharged from the fuel cell, and a second amount of water contained in the off gas discharged from the adsorbing / dehumidifying section. The control unit may adjust the number of rotations of the rotating member such that the difference between the first water amount and the second water amount is maintained within a predetermined range.
【0021】燃料電池から排出されるオフガス(すなわ
ち、吸脱湿部に供給されるオフガス)に含まれる水量
と、吸脱湿部から排出されるオフガスに含まれる水量と
の差分は、吸脱湿部から排出される反応ガスに含まれる
水量にほぼ等しい。したがって、上記のようにすれば、
燃料電池の電解質層に含まれる水量を適切な範囲内に容
易に保つことができる。The difference between the amount of water contained in the off gas discharged from the fuel cell (that is, the off gas supplied to the adsorption / dehumidification unit) and the amount of water contained in the off gas discharged from the adsorption / dehumidification unit is calculated by It is almost equal to the amount of water contained in the reaction gas discharged from the section. So if you do the above,
The amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell can be easily kept within an appropriate range.
【0022】上記の装置において、前記情報は、前記燃
料電池において生成される第1の水量と、前記吸脱湿部
から排出される前記オフガスに含まれる第2の水量と、
を含み、前記制御部は、前記第1の水量と前記第2の水
量との差分が所定の範囲内に保たれるように、前記回転
部材の回転数を調整するようにしてもよい。In the above apparatus, the information includes a first amount of water generated in the fuel cell and a second amount of water contained in the off gas discharged from the adsorbing / dehumidifying portion.
The control unit may adjust the number of rotations of the rotating member such that the difference between the first water amount and the second water amount is maintained within a predetermined range.
【0023】燃料電池において生成される水量と、吸脱
湿部から排出されるオフガスに含まれる水量とが、ほぼ
等しい場合には、燃料電池の電解質層に含まれる水量は
ほぼ一定に保たれる。したがって、上記のようにすれ
ば、燃料電池の電解質層に含まれる水量を適切な範囲内
に容易に保つことができる。When the amount of water produced in the fuel cell and the amount of water contained in the offgas discharged from the adsorbing / dehumidifying portion are substantially equal to each other, the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell is kept substantially constant. . Therefore, with the above configuration, the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell can be easily kept within an appropriate range.
【0024】[0024]
【発明の他の態様】この発明は、次のような態様も含ん
でいる。すなわち、この発明の方法は、燃料電池と、前
記燃料電池に供給される反応ガスが通る反応ガス通路
と、前記燃料電池から排出されるオフガスが通るオフガ
ス通路と、前記反応ガス通路と前記オフガス通路との双
方の通路途中に配置された吸脱湿部であって、前記オフ
ガス中の水分を吸収し、前記反応ガス中に水分を放出可
能な回転部材を含む前記吸脱湿部と、を備える燃料電池
システムにおける前記反応ガスの加湿方法であって、前
記回転部材を回転させ、前記回転部材の回転数を調整す
る工程を備えることを特徴とする。Other Embodiments of the Invention The present invention also includes the following embodiments. That is, the method of the present invention includes a fuel cell, a reaction gas passage through which a reaction gas supplied to the fuel cell passes, an off gas passage through which an off gas discharged from the fuel cell passes, the reaction gas passage and the off gas passage. And an adsorbing / dehumidifying portion disposed in the middle of both passages, the absorbing / dehumidifying portion including a rotating member capable of absorbing the moisture in the off-gas and releasing the moisture into the reaction gas. A method for humidifying the reaction gas in a fuel cell system, comprising the step of rotating the rotating member and adjusting the number of rotations of the rotating member.
【0025】この方法を用いる場合にも、本発明の装置
を用いる場合と同様の作用・効果を奏し、燃料電池に供
給される反応ガス中の水分量を容易に調整することが可
能となる。Even when this method is used, the same action and effect as when the apparatus of the present invention is used can be obtained, and the amount of water in the reaction gas supplied to the fuel cell can be easily adjusted.
【0026】このように本発明は、燃料電池システム、
燃料電池システムを搭載した移動体などの装置、燃料電
池システムにおける反応ガスの加湿方法、その方法また
は装置の機能を実現するためのコンピュータプログラ
ム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、
そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化さ
れたデータ信号、等の種々の態様で実現することができ
る。As described above, the present invention provides a fuel cell system,
A device such as a mobile body equipped with a fuel cell system, a method for humidifying a reaction gas in the fuel cell system, a computer program for realizing the function of the method or the device, a recording medium recording the computer program,
It can be realized in various modes such as a data signal including the computer program and embodied in a carrier wave.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】A.第1実施例:次に、本発明の
実施の形態を実施例に基づき説明する。図1は、本発明
の第1実施例における燃料電池システムの概略構成を示
す説明図である。この燃料電池システムは、燃料電池1
00と、燃料電池に水素ガスを含む燃料ガスを供給する
燃料ガス供給部200と、燃料電池に酸素ガスを含む酸
化ガスを供給する酸化ガス供給部300と、を備えてい
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A. First Example: Next, an embodiment of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. This fuel cell system includes a fuel cell 1
00, a fuel gas supply unit 200 that supplies a fuel gas containing hydrogen gas to the fuel cell, and an oxidizing gas supply unit 300 that supplies an oxidizing gas containing oxygen gas to the fuel cell.
【0028】燃料電池100は、比較的小型で発電効率
に優れる固体高分子型燃料電池である。図2は、燃料電
池100内部の概略構成を示す説明図である。図示する
ように、燃料電池100は、複数の単電池(単セル)が
積層されて形成されている。1つの単セル110は、電
解質膜112と、アノード(水素極)114aおよびカ
ソード(酸素極)114cと、一対のセパレータ116
とを含んでいる。電解質膜112は、2つの電極114
a,114cによって挟まれており、さらに外側におい
て、2つのセパレータ116によって挟まれている。各
セパレータ116は、隣接する2つの単セル110を区
分するように配置されている。具体的には、各セパレー
タ116は、隣接する一方の単セル内のアノード114
aに接するとともに、他方の単セル内のカソード114
cに接するように、配置されている。セパレータ116
の両面には、複数の溝が形成されており、アノード11
4aとセパレータ116との間、および、カソード11
4cとセパレータ116との間には、それぞれ複数の通
路114ap,114cpが形成されている。図2で
は、アノード側通路114apとカソード側通路114
cpとは、互いに平行に形成されているが、直交するよ
うに形成されていてもよい。The fuel cell 100 is a polymer electrolyte fuel cell that is relatively small and has excellent power generation efficiency. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration inside the fuel cell 100. As shown in the figure, the fuel cell 100 is formed by stacking a plurality of single cells (single cells). One unit cell 110 includes an electrolyte membrane 112, an anode (hydrogen electrode) 114a and a cathode (oxygen electrode) 114c, and a pair of separators 116.
Includes and. The electrolyte membrane 112 has two electrodes 114.
It is sandwiched by a and 114c, and further sandwiched by two separators 116 on the outer side. Each separator 116 is arranged so as to separate two adjacent single cells 110. Specifically, each separator 116 has an anode 114 in one of the adjacent single cells.
The cathode 114 in the other single cell while being in contact with a
It is arranged so as to contact with c. Separator 116
A plurality of grooves are formed on both surfaces of the anode 11
4a and the separator 116, and the cathode 11
A plurality of passages 114ap and 114cp are formed between the 4c and the separator 116, respectively. In FIG. 2, the anode side passage 114 ap and the cathode side passage 114 a
The cp and the cp are formed in parallel with each other, but may be formed so as to be orthogonal to each other.
【0029】なお、電解質膜112は、陽イオン交換樹
脂膜であり、湿潤状態において良好な導電性を有してい
る。陽イオン交換樹脂膜としては、フッ素系樹脂などの
固体高分子材料で形成された膜を用いることができ、例
えば、デュポン社製のナフィオン(Nafion)膜を用いる
ことができる。アノード114aおよびカソード114
cは、炭素繊維を織成したカーボンクロスや、カーボン
ペーパ、カーボンフエルトなどの充分なガス拡散性およ
び導電性を有する材料で形成されている。なお、各電極
114a,114cと電解質膜112との界面には、各
電極114a,114cにおける反応を比較的低い温度
(約50℃〜約100℃)で進行させるための触媒が塗
布されている。触媒としては、例えば、白金または白金
を含む合金を用いることができる。セパレータ116
は、プレス成形されたカーボンや、金属などの充分なガ
ス不透過性と導電性と耐食性とを有する材料で形成され
ている。The electrolyte membrane 112 is a cation exchange resin membrane and has good conductivity in a wet state. As the cation exchange resin film, a film formed of a solid polymer material such as a fluorine resin can be used, and for example, a Nafion film manufactured by DuPont can be used. Anode 114a and cathode 114
c is made of a material having sufficient gas diffusivity and conductivity such as carbon cloth woven of carbon fibers, carbon paper, and carbon felt. It should be noted that the interface between each electrode 114a, 114c and the electrolyte membrane 112 is coated with a catalyst for causing the reaction in each electrode 114a, 114c to proceed at a relatively low temperature (about 50 ° C to about 100 ° C). As the catalyst, for example, platinum or an alloy containing platinum can be used. Separator 116
Is formed of a material having sufficient gas impermeability, conductivity and corrosion resistance, such as press-molded carbon and metal.
【0030】図2に示すアノード側通路114apに
は、燃料ガス供給部200から水素ガスを含む燃料ガス
が供給され、カソード側の通路114cpには、酸化ガ
ス供給部300から酸素ガスを含む酸化ガスが供給され
る。そして、以下に示す電気化学反応が進行する。Fuel gas containing hydrogen gas is supplied from the fuel gas supply unit 200 to the anode side passage 114ap shown in FIG. 2, and oxidizing gas containing oxygen gas is supplied from the oxidizing gas supply unit 300 to the cathode side passage 114cp. Is supplied. Then, the following electrochemical reaction proceeds.
【0031】 H2 → 2H+ + 2e- …(1) (1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2O …(2) H2 +(1/2)O2 → H2O …(3)H 2 → 2H + + 2e − (1) (1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2) H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O … (3)
【0032】式(1)はアノード114aにおける反応
を示している。各単セル内のアノード114aにおいて
生成された水素イオンは、電解質膜112を介して、同
じ単セル内のカソード114cに向かって移動する。一
方、各単セル内のアノード114aにおいて生成された
電子は、セパレータ116を介して、隣接する単セル1
10内のカソード114cに向かって移動する。このと
き、カソード114cでは、式(2)に示す反応が進行
し、水(実際には水蒸気)が生成される。そして、燃料
電池全体では、式(3)に示す反応が進行する。なお、
カソード114cにおいて生成される水を、以下では
「生成水」とも呼ぶ。Equation (1) shows the reaction at the anode 114a. Hydrogen ions generated at the anode 114a in each unit cell move toward the cathode 114c in the same unit cell through the electrolyte membrane 112. On the other hand, the electrons generated at the anode 114a in each unit cell are separated by the separator 116 from the adjacent unit cell 1.
It moves toward the cathode 114 c inside 10. At this time, in the cathode 114c, the reaction represented by the formula (2) proceeds and water (actually water vapor) is generated. Then, the reaction represented by the formula (3) proceeds in the entire fuel cell. In addition,
The water generated at the cathode 114c is also referred to as "produced water" below.
【0033】燃料ガス供給部200(図1)は、水素ガ
スを含む燃料ガスを生成して燃料電池100に供給す
る。燃料ガス供給部200は、原料タンク212と、水
タンク214と、2つの蒸発器222,224と、燃料
ガス生成部230と、燃焼部240と、凝縮器250と
を備えている。なお、本実施例の原料タンク212に
は、メタノールが貯蔵されている。The fuel gas supply unit 200 (FIG. 1) produces a fuel gas containing hydrogen gas and supplies it to the fuel cell 100. The fuel gas supply unit 200 includes a raw material tank 212, a water tank 214, two evaporators 222 and 224, a fuel gas generation unit 230, a combustion unit 240, and a condenser 250. The raw material tank 212 of this embodiment stores methanol.
【0034】第1の蒸発器222は、原料タンク212
および水タンク214から導入された混合液を気化し
て、原料および水の混合ガス(以下、「原料ガス」と呼
ぶ)を燃料ガス生成部230に供給する。第2の蒸発器
224は、水タンク214から導入された水を気化し
て、水蒸気を燃料ガス生成部230に供給する。The first evaporator 222 is a raw material tank 212.
And the mixed liquid introduced from the water tank 214 is vaporized, and the mixed gas of the raw material and water (hereinafter, referred to as “raw material gas”) is supplied to the fuel gas generation unit 230. The second evaporator 224 vaporizes the water introduced from the water tank 214 and supplies water vapor to the fuel gas generation unit 230.
【0035】燃料ガス生成部230は、改質部232
と、水素分離膜234と、抽出部236とを備えてい
る。燃料ガス生成部230は、一体化されており、水素
分離膜234は、改質部232と抽出部236とに挟ま
れている。改質部232には、第1の蒸発器222から
原料ガスが供給されており、抽出部236には、第2の
蒸発器224から水蒸気が供給されている。The fuel gas generation unit 230 includes a reforming unit 232.
And a hydrogen separation membrane 234 and an extraction unit 236. The fuel gas generation unit 230 is integrated, and the hydrogen separation membrane 234 is sandwiched between the reforming unit 232 and the extraction unit 236. The reforming section 232 is supplied with the raw material gas from the first evaporator 222, and the extraction section 236 is supplied with the steam from the second evaporator 224.
【0036】改質部232では、次の式(4),式
(5)に示す化学反応(改質反応)が順次進行し、水素
ガスを含む混合ガスが生成される。そして、改質部全体
では、式(6)に示す改質反応が進行する。なお、改質
部232には、改質反応を進行させる触媒が担持されて
おり、触媒としては、例えば、CuO−ZnO系触媒
や、Cu−ZnO系触媒を用いることができる。In the reforming section 232, the chemical reactions (reforming reactions) shown in the following equations (4) and (5) sequentially proceed to produce a mixed gas containing hydrogen gas. Then, the reforming reaction represented by the equation (6) proceeds in the entire reforming section. Note that the reforming section 232 carries a catalyst for promoting the reforming reaction, and as the catalyst, for example, a CuO—ZnO-based catalyst or a Cu—ZnO-based catalyst can be used.
【0037】 CH3OH → CO + 2H2 …(4) CO + H2O → CO2 + H2 …(5) CH3OH + H2O → CO2 + 3H2 …(6)[0037] CH3OH → CO + 2H2 … (4) CO + H2O → CO2+ H2 … (5) CH3OH + H2O → CO2+ 3H2 … (6)
【0038】水素分離膜234は、改質部232内部に
含まれる混合ガス(すなわち、原料ガスや、一酸化炭素
ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスなど)から水素ガスを
選択的に透過させることにより、水素ガスを分離する。
本実施例では、水素分離膜234として、セラミック製
の多孔質支持体に、水素選択透過性を有する金属微粒子
を担持させた膜が用いられている。なお、セラミックと
しては、例えば、アルミナや、窒化珪素、シリカなどを
用いることができる。また、金属としては、パラジウム
や、パラジウムと銀との合金、ランタンとニッケルとの
合金などを用いることができる。水素分離膜234は、
多孔質支持体に金属微粒子を含む溶剤を含浸させて焼成
することによって、あるいは、多孔質支持体を構成する
セラミック微粒子と金属微粒子との混合物を焼成するこ
とによって、製造可能である。なお、水素分離膜234
は、水素選択透過性を有する金属のみで形成されていて
もよい。The hydrogen separation membrane 234 is formed by selectively permeating hydrogen gas from a mixed gas (ie, raw material gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, hydrogen gas, etc.) contained in the reforming section 232. , Hydrogen gas is separated.
In this embodiment, as the hydrogen separation membrane 234, a membrane in which fine metal particles having selective hydrogen permeability are supported on a porous support made of ceramic is used. As the ceramic, for example, alumina, silicon nitride, silica or the like can be used. Moreover, as the metal, palladium, an alloy of palladium and silver, an alloy of lanthanum and nickel, or the like can be used. The hydrogen separation membrane 234 is
It can be produced by impregnating a porous support with a solvent containing metal fine particles and firing it, or by firing a mixture of ceramic fine particles and metal fine particles constituting the porous support. Note that the hydrogen separation membrane 234
May be formed only of a metal having selective hydrogen permeability.
【0039】抽出部236は、供給された水蒸気を用い
て、水素分離膜234からの水素ガスの透過を促進させ
る。すなわち、改質部232において生成された水素ガ
スは、改質部232と抽出部236との水素分圧差に応
じて、水素分離膜234を透過する。そこで、本実施例
では、抽出部236に水蒸気を順次供給することによ
り、抽出部236の水素分圧を、改質部232の水素分
圧よりも低く設定している。The extraction unit 236 promotes the permeation of hydrogen gas from the hydrogen separation membrane 234 by using the supplied water vapor. That is, the hydrogen gas generated in the reforming section 232 passes through the hydrogen separation membrane 234 according to the hydrogen partial pressure difference between the reforming section 232 and the extraction section 236. Therefore, in this embodiment, the partial pressure of hydrogen in the extraction section 236 is set to be lower than the partial pressure of hydrogen in the reforming section 232 by sequentially supplying steam to the extraction section 236.
【0040】また、本実施例では、抽出部236の全圧
は、改質部232の全圧よりも高く設定されている。こ
れは、抽出部236で得られる燃料ガス中に一酸化炭素
ガスが混入しないようにするためである。すなわち、燃
料ガス中に一酸化炭素ガスが混入していると、燃料電池
100内のアノード114aと電解質膜112との界面
に塗布された触媒が一酸化炭素ガスにより被毒して、安
定した電気化学反応が阻害される。しかしながら、抽出
部236と改質部232との全圧を上記のように設定す
れば、水素分離膜234にピンホールが存在する場合で
も、改質部232内部の一酸化炭素ガスが抽出部236
にリークするのを抑制することができる。また、水素分
離膜234のピンホールを介して、抽出部236から改
質部232に水蒸気がリークすれば、リークした水蒸気
を改質反応(式(6))に用いることができる。なお、
水素分離膜234にピンホールが存在しない場合には、
改質部232の全圧を抽出部236の全圧よりも高く設
定して、水素ガスの分離効率を向上させることが好まし
い。Further, in this embodiment, the total pressure of the extraction section 236 is set higher than the total pressure of the reforming section 232. This is to prevent carbon monoxide gas from mixing in the fuel gas obtained in the extraction section 236. That is, when the carbon monoxide gas is mixed in the fuel gas, the catalyst applied to the interface between the anode 114a and the electrolyte membrane 112 in the fuel cell 100 is poisoned by the carbon monoxide gas and stable electricity is generated. The chemical reaction is hindered. However, if the total pressure between the extraction section 236 and the reforming section 232 is set as described above, even if there are pinholes in the hydrogen separation membrane 234, the carbon monoxide gas inside the reforming section 232 will be extracted by the extraction section 236.
Can be suppressed. Further, if steam leaks from the extraction section 236 to the reforming section 232 via the pinhole of the hydrogen separation membrane 234, the leaked steam can be used for the reforming reaction (equation (6)). In addition,
When there are no pinholes in the hydrogen separation membrane 234,
It is preferable to set the total pressure of the reforming section 232 higher than the total pressure of the extraction section 236 to improve the hydrogen gas separation efficiency.
【0041】さらに、図1では、改質部232および抽
出部236内で、原料ガスと水蒸気とが、同じ方向に流
れるように示されているが、実際には、対向して流れて
いる。改質部232内の水素分圧は、改質反応が進行し
ている下流側ほど高い。一方、抽出部236内の水素分
圧は、水素ガスの抽出があまり進行していない上流側ほ
ど低い。原料ガスと水蒸気との流れを対向させる場合に
は、改質部232の下流側部分は、水素分離膜234を
介して、抽出部236の上流側部分と隣接する。このと
き、改質部232の下流側部分(すなわち、抽出部23
6の上流側部分)における水素分圧差はかなり大きくな
るので、水素ガスを効率よく分離することができる。Further, in FIG. 1, the source gas and the steam are shown to flow in the same direction in the reforming section 232 and the extracting section 236, but in reality, they flow in opposition. The hydrogen partial pressure in the reforming section 232 is higher on the downstream side where the reforming reaction is progressing. On the other hand, the hydrogen partial pressure in the extraction section 236 is lower on the upstream side where the hydrogen gas extraction is less progressing. When the flows of the raw material gas and the steam are opposed to each other, the downstream side portion of the reforming section 232 is adjacent to the upstream side portion of the extraction section 236 via the hydrogen separation membrane 234. At this time, the downstream side portion of the reforming section 232 (that is, the extraction section 23
Since the hydrogen partial pressure difference in the upstream portion 6) becomes considerably large, the hydrogen gas can be efficiently separated.
【0042】改質部232から排出される不透過ガス
(すなわち、水素分離膜234を透過しなかったガス)
は、燃焼部240において酸化される。具体的には、一
酸化炭素ガスは酸化されて二酸化炭素ガスになり、水素
ガスは酸化されて水蒸気になる。これにより、不透過ガ
スに含まれる一酸化炭素ガスの大気への放出を防止する
ことができる。An impermeable gas discharged from the reforming section 232 (that is, a gas that has not permeated the hydrogen separation membrane 234).
Are oxidized in the combustion section 240. Specifically, carbon monoxide gas is oxidized to carbon dioxide gas, and hydrogen gas is oxidized to water vapor. This makes it possible to prevent the carbon monoxide gas contained in the impermeable gas from being released into the atmosphere.
【0043】抽出部236から排出された燃料ガスは、
凝縮器250に供給される。凝縮器250は、燃料ガス
に含まれる水蒸気を凝縮して除去した後、燃料ガスを燃
料電池100に供給する。なお、凝縮器250で得られ
る凝縮水は、水タンク214に戻される。The fuel gas discharged from the extraction section 236 is
It is supplied to the condenser 250. The condenser 250 condenses and removes the water vapor contained in the fuel gas, and then supplies the fuel gas to the fuel cell 100. The condensed water obtained in the condenser 250 is returned to the water tank 214.
【0044】酸化ガス供給部300(図1)は、酸素ガ
スを含む酸化ガスを燃料電池100に供給する。酸化ガ
ス供給部300は、ブロワ310と、吸脱湿部320
と、凝縮器390と、を備えている。The oxidizing gas supply unit 300 (FIG. 1) supplies an oxidizing gas containing oxygen gas to the fuel cell 100. The oxidizing gas supply unit 300 includes a blower 310 and an adsorbing / dehumidifying unit 320.
And a condenser 390.
【0045】ブロワ310は、空気(酸化ガス)を圧縮
して吸脱湿部320に供給する。吸脱湿部320には、
燃料電池100に供給される酸化ガスが導入されている
とともに、燃料電池100から排出される酸化オフガス
が導入されている。吸脱湿部320は、酸化ガスと酸化
オフガスとの間の水分の受け渡しを行う。具体的には、
吸脱湿部320は、酸化オフガス中の水分(水蒸気)を
吸収して、吸収した水分を酸化ガス中に放出することに
より、酸化ガスを加湿する。凝縮器390は、吸脱湿部
320から排出された酸化オフガス中に残存する水蒸気
を凝縮し、凝縮水を燃料ガス供給部200の水タンク2
14に供給する。これにより、凝縮水を燃料ガス生成部
230において用いることができる。The blower 310 compresses air (oxidizing gas) and supplies it to the adsorbing / dehumidifying section 320. In the adsorption / dehumidification unit 320,
The oxidizing gas supplied to the fuel cell 100 is introduced, and the oxidizing off gas discharged from the fuel cell 100 is introduced. The adsorption / dehumidification unit 320 transfers moisture between the oxidizing gas and the oxidizing off gas. In particular,
The adsorption / dehumidification unit 320 absorbs moisture (water vapor) in the oxidizing off gas and releases the absorbed moisture into the oxidizing gas to humidify the oxidizing gas. The condenser 390 condenses the water vapor remaining in the oxidation off gas discharged from the adsorption / dehumidification unit 320, and condenses the condensed water into the water tank 2 of the fuel gas supply unit 200.
Supply to 14. Thereby, the condensed water can be used in the fuel gas generation unit 230.
【0046】ところで、燃料電池100から排出された
直後の酸化オフガス中には、前述の式(2)に従って生
成される生成水と電解質膜112から奪われる水分とに
起因する水蒸気が含まれている。なお、電解質膜112
から水分が奪われるのは、水素イオンが電解質膜112
中を移動する際に、電解質膜112中の水分子がカソー
ド114c側に運ばれ、気化するためである。また、電
解質膜112が酸化ガスの流れに曝されることにより、
電解質膜112の表面の水分が気化するためである。吸
脱湿部320は、電解質膜112から奪われる水分を補
充するために、酸化ガスを加湿する。By the way, the oxidizing off-gas immediately after being discharged from the fuel cell 100 contains water vapor produced by the produced water according to the above-mentioned equation (2) and the water deprived from the electrolyte membrane 112. . The electrolyte membrane 112
Water is depleted from the electrolyte membrane 112 due to hydrogen ions.
This is because water molecules in the electrolyte membrane 112 are carried to the cathode 114c side and vaporized when moving inside. Further, by exposing the electrolyte membrane 112 to the flow of oxidizing gas,
This is because water on the surface of the electrolyte membrane 112 is vaporized. The adsorption / desorption unit 320 humidifies the oxidizing gas in order to replenish the moisture depleted from the electrolyte membrane 112.
【0047】図3は、吸脱湿部320(図1)の外観を
示す説明図である。図示するように、吸脱湿部320
は、燃料電池100に供給される酸化ガスが通る酸化ガ
ス通路352と、燃料電池100から排出される酸化オ
フガスが通る酸化オフガス通路354とに、接続されて
いる。換言すれば、吸脱湿部320は、酸化ガス通路3
52と酸化オフガス通路354との双方の通路途中に配
置されている。FIG. 3 is an explanatory view showing the external appearance of the adsorption / desorption unit 320 (FIG. 1). As shown, the adsorption / dehumidification unit 320
Are connected to an oxidizing gas passage 352 through which the oxidizing gas supplied to the fuel cell 100 passes and an oxidizing off gas passage 354 through which the oxidizing off gas discharged from the fuel cell 100 passes. In other words, the adsorbing / dehumidifying portion 320 has the oxidizing gas passage 3
52 and the oxidation off gas passage 354 are arranged in the middle of both passages.
【0048】図4は、図3に示す吸脱湿部320の概略
断面図である。図4(A),(B)は、それぞれ、図3
の吸脱湿部320を一点鎖線Aに沿ってyz平面と平行
に切断したときの断面と、一点鎖線Bに沿ってxy平面
と平行に切断したときの断面とを示している。図示する
ように、吸脱湿部320は、回転部材330と、回転部
材330を収納する収納部340とを備えている。FIG. 4 is a schematic sectional view of the adsorption / desorption unit 320 shown in FIG. 4 (A) and 4 (B) are respectively shown in FIG.
2 shows a cross section of the adsorption / dehumidification unit 320 cut along the dashed-dotted line A in parallel with the yz plane and a cross section taken along the dashed-dotted line B in parallel with the xy plane. As illustrated, the moisture absorbing / dehumidifying unit 320 includes a rotating member 330 and a storage unit 340 that stores the rotating member 330.
【0049】収納部340は、略円柱状の外形形状を有
しており、その2つの底面において、酸化ガス通路35
2および酸化オフガス通路354と接続されている。収
納部340の2つの底面の内側には、収納部340内部
を2つの空間に区分するための仕切板341,342が
設けられている。2つの空間は、それぞれ各通路35
2,354に連通している。また、収納部340の2つ
の底面の内側には、周囲にシール部材345,346が
設けられている。なお、このシール部材によって、各空
間に流入する酸化ガスおよび酸化オフガスは、確実に回
転部材330を通過する。The storage portion 340 has a substantially columnar outer shape, and the two bottom surfaces thereof have the oxidizing gas passage 35.
2 and the oxidation off-gas passage 354. Partition plates 341 and 342 for partitioning the inside of the storage unit 340 into two spaces are provided inside the two bottom surfaces of the storage unit 340. The two spaces are each passage 35
It communicates with 2,354. Further, seal members 345 and 346 are provided around the inside of the two bottom surfaces of the storage section 340. The seal member ensures that the oxidizing gas and the oxidizing off gas flowing into each space pass through the rotating member 330.
【0050】回転部材330は、略円柱状の外形形状を
有している。図5は、図4の回転部材330の外観を示
す説明図である。図示するように、回転部材330は、
軸部材332と、軸部材の周囲に設けられた略円筒状の
水分交換部334とを備えている。水分交換部334
は、軸部材332に沿って形成され、ハニカム状に配列
された複数の小通路を有している。そして、各小通路の
壁面には、水分を吸収および放出可能な吸脱湿材が塗布
されている。水分交換部334のハニカム部材は、例え
ば、ステンレス鋼で形成可能である。また、吸脱湿材と
しては、例えば、ゼオライト(沸石)を用いることがで
きる。なお、ゼオライトは、吸湿性および脱湿性を示
し、比較的低温において水分を吸収し易く、比較的高温
において水分を放出し易い特性を有している。The rotating member 330 has a substantially columnar outer shape. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the outer appearance of the rotating member 330 of FIG. As shown, the rotating member 330 is
A shaft member 332 and a substantially cylindrical water exchange section 334 provided around the shaft member are provided. Moisture exchange section 334
Have a plurality of small passages formed along the shaft member 332 and arranged in a honeycomb shape. Then, the wall surface of each small passage is coated with a moisture absorbing / dehumidifying material capable of absorbing and releasing moisture. The honeycomb member of the water exchange unit 334 can be formed of stainless steel, for example. Further, as the absorbent / dehumidifier, for example, zeolite (zeolite) can be used. Zeolite has hygroscopicity and dehumidifying properties, and has a property of easily absorbing water at a relatively low temperature and easily releasing water at a relatively high temperature.
【0051】回転部材330(図4)は、軸部材332
を中心に回転可能に収納部340内に収納されている。
なお、回転部材330は、モータなどの駆動部が収納部
340から突出した軸部材332を回転させることによ
り、回転する。水分交換部334の特定部位は、第1の
時刻において、酸化オフガス通路354に連通する空間
内に配置される。このとき、この特定部位は、酸化オフ
ガス中の水分を吸収する。この特定部位は、回転部材3
30が回転した後の第2の時刻において、酸化ガス通路
352に連通する空間内に配置される。このとき、この
特定部位は、第1の時刻において吸収した水分を酸化ガ
ス中に放出して、酸化ガスを加湿する。このようにし
て、水分交換部334は、通過する酸化オフガス中の水
分を吸収し、通過する酸化ガス中に水分を放出すること
ができる。The rotating member 330 (FIG. 4) is a shaft member 332.
It is stored in the storage portion 340 so as to be rotatable around.
The rotating member 330 rotates when a driving unit such as a motor rotates the shaft member 332 protruding from the storage unit 340. The specific portion of the water exchange unit 334 is arranged in the space communicating with the oxidation off-gas passage 354 at the first time. At this time, this specific portion absorbs the water in the oxidizing off gas. This specific portion is the rotating member 3
At a second time after the rotation of 30, it is arranged in the space communicating with the oxidizing gas passage 352. At this time, this specific part humidifies the oxidizing gas by releasing the moisture absorbed at the first time into the oxidizing gas. In this way, the moisture exchange unit 334 can absorb the moisture in the passing oxidizing off gas and release the moisture into the passing oxidizing gas.
【0052】また、本実施例の水分交換部334は、熱
交換部としての機能も有している。すなわち、水分交換
部334は、酸化オフガス中の水分(水蒸気)を吸収す
る際に、酸化オフガスが有する熱を蓄える。そして、水
分交換部334は、酸化ガス中に水分を放出する際に、
蓄えた熱を酸化ガスに与える。なお、水分交換部334
が蓄える熱には、水蒸気の温度変化に伴う顕熱と、水蒸
気から水への相変化に伴う潜熱とが含まれる。このよう
な水分交換部334を用いれば、燃料電池システムの効
率を向上させることができ、また、燃料電池100にお
ける電気化学反応に適した温度に酸化ガスを加熱する加
熱部を別途設けずに済むという利点がある。もちろん、
加熱部を設けるようにしてもよい。The water exchange section 334 of this embodiment also has a function as a heat exchange section. That is, the moisture exchange unit 334 stores the heat of the oxidation offgas when absorbing the moisture (water vapor) in the oxidation offgas. Then, the moisture exchange unit 334, when releasing moisture into the oxidizing gas,
The stored heat is given to the oxidizing gas. The water exchange unit 334
The heat that is stored includes sensible heat associated with the temperature change of water vapor and latent heat associated with the phase change of water vapor into water. By using such a water exchange unit 334, the efficiency of the fuel cell system can be improved, and it is not necessary to separately provide a heating unit for heating the oxidizing gas to a temperature suitable for the electrochemical reaction in the fuel cell 100. There is an advantage. of course,
You may make it provide a heating part.
【0053】図6は、吸脱湿部320による酸化ガスの
加湿量Whと燃料電池100の出力電圧との関係を模式
的に示すグラフである。ここで、酸化ガスの加湿量Wh
(mol/min)は、単位時間あたりに吸脱湿部320から
排出される酸化ガスに含まれる水量である。FIG. 6 is a graph schematically showing the relationship between the humidification amount Wh of the oxidizing gas by the adsorption / desorption unit 320 and the output voltage of the fuel cell 100. Here, the humidification amount Wh of the oxidizing gas
(Mol / min) is the amount of water contained in the oxidizing gas discharged from the adsorption / desorption unit 320 per unit time.
【0054】図示するように、酸化ガスの加湿量Whが
適切な場合には、換言すれば、酸化ガスの加湿量Whが
図中Wh1〜Wh2内に含まれる場合には、燃料電池1
00の出力電圧はほぼ一定に保たれる。しかしながら、
酸化ガスの加湿量Whが適切でない場合、すなわち、酸
化ガスの加湿量Whが第1の制限加湿量Wh1より小さ
い場合および第2の制限加湿量Wh2より大きい場合に
は、燃料電池100の出力電圧が低下する。これは、加
湿量Whが過小な場合には、電解質膜112中の水分量
が過小となり、水素イオンの移動度が小さくなるためで
ある。一方、加湿量Whが過大な場合には、電解質膜1
12中の水分量が過大となり、カソード側通路114c
p内に水が溜まることにより、カソード114cに十分
な酸素ガスが与えられないためである。なお、以下で
は、電解質膜112中の水分量が過小となる状態を「乾
燥状態」とも呼び、電解質膜112中の水分量が過大と
なる状態を「フラッディング状態」とも呼ぶ。As shown in the drawing, when the humidifying amount Wh of the oxidizing gas is appropriate, in other words, when the humidifying amount Wh of the oxidizing gas is included in Wh1 to Wh2 in the figure, the fuel cell 1
The output voltage of 00 is kept almost constant. However,
When the humidifying amount Wh of the oxidizing gas is not appropriate, that is, when the humidifying amount Wh of the oxidizing gas is smaller than the first limiting humidifying amount Wh1 and is larger than the second limiting humidifying amount Wh2, the output voltage of the fuel cell 100. Is reduced. This is because when the humidification amount Wh is too small, the amount of water in the electrolyte membrane 112 becomes too small and the mobility of hydrogen ions becomes small. On the other hand, when the humidification amount Wh is excessive, the electrolyte membrane 1
The amount of water in 12 becomes excessive, and the cathode side passage 114c
This is because the water is accumulated in p, so that sufficient oxygen gas cannot be supplied to the cathode 114c. In the following, a state in which the amount of water in the electrolyte membrane 112 is too small is also called a “dry state”, and a state in which the amount of water in the electrolyte membrane 112 is too large is also called a “flooding state”.
【0055】上記のように、酸化ガスは適度に加湿され
ていることが望ましい。そこで、本実施例では、吸脱湿
部320内の回転部材330の回転数を調整することに
よって、酸化ガスの加湿量を調整している。As described above, it is desirable that the oxidizing gas be appropriately humidified. Therefore, in the present embodiment, the humidification amount of the oxidizing gas is adjusted by adjusting the number of rotations of the rotating member 330 in the adsorption / dehumidification unit 320.
【0056】図7は、回転部材330の回転数と酸化ガ
スの加湿量Whとの関係を示すグラフである。3つの曲
線C1〜C3は、それぞれ、燃料電池100の負荷が異
なる場合の関係を示している。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the rotation speed of the rotating member 330 and the humidifying amount Wh of the oxidizing gas. The three curves C1 to C3 show the relationships when the load of the fuel cell 100 is different.
【0057】燃料電池の負荷が変化する場合には、燃料
電池の出力電流を変化させるために、負荷に応じた流量
の反応ガス(燃料ガスおよび酸化ガス)が燃料電池に供
給される。具体的には、燃料電池の負荷が大きいほど、
反応ガス流量は大きく設定される。なお、流量とは、単
位時間あたりに流れる流体(反応ガス)の体積を意味し
ている。本実施例において、燃料ガス流量の調整は、例
えば、図1の第1の蒸発器222に導入される混合液の
量を制御することにより実現可能である。また、酸化ガ
ス流量の調整は、例えば、ブロワ310を制御すること
により実現可能である。When the load of the fuel cell changes, in order to change the output current of the fuel cell, the reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) having a flow rate according to the load is supplied to the fuel cell. Specifically, the greater the load on the fuel cell,
The reaction gas flow rate is set large. The flow rate means the volume of the fluid (reaction gas) flowing per unit time. In the present embodiment, the adjustment of the fuel gas flow rate can be realized, for example, by controlling the amount of the mixed liquid introduced into the first evaporator 222 of FIG. The adjustment of the oxidizing gas flow rate can be realized by controlling the blower 310, for example.
【0058】第1の曲線C1は、燃料電池の負荷が比較
的大きい場合(すなわち、酸化ガス流量が比較的大きい
場合)を示しており、第3の曲線C3は、燃料電池の負
荷が比較的小さい場合(すなわち、酸化ガス流量が比較
的小さい場合)を示している。The first curve C1 shows the case where the load of the fuel cell is relatively large (that is, the flow rate of the oxidizing gas is relatively large), and the third curve C3 shows the case where the load of the fuel cell is relatively large. The case is small (that is, the flow rate of the oxidizing gas is relatively small).
【0059】3つの曲線C1〜C3から分かるように、
酸化ガスの加湿量(すなわち、単位時間あたりに吸脱湿
部320から排出される酸化ガスに含まれる水量)Wh
(mol/min)は、酸化ガス流量が大きくなる程、大きく
なる。また、酸化ガスの加湿量Wh(mol/min)は、回
転部材330の回転数(rpm )が大きくなる程、大きく
なる。本実施例では、図7に示す関係に基づいて、吸脱
湿部320内の回転部材330の回転数を調整すること
により、酸化ガスの加湿量が調整されている。As can be seen from the three curves C1 to C3,
Humidification amount of oxidizing gas (that is, the amount of water contained in the oxidizing gas discharged from the adsorption / dehumidification unit 320 per unit time) Wh
(Mol / min) increases as the oxidizing gas flow rate increases. The humidifying amount Wh (mol / min) of the oxidizing gas increases as the rotation speed (rpm) of the rotating member 330 increases. In the present embodiment, the humidification amount of the oxidizing gas is adjusted by adjusting the number of rotations of the rotating member 330 in the adsorption / desorption unit 320 based on the relationship shown in FIG. 7.
【0060】図8は、第1実施例における回転部材33
0の回転数を調整するための電気的構成を示す説明図で
ある。図示するように、吸脱湿部320には、モータ4
02が接続されており、モータ402には、制御ユニッ
ト400Aが接続されている。モータ402は、回転部
材330を回転させ、制御ユニット400Aは、モータ
402を制御することにより回転部材330の回転数を
調整する。また、吸脱湿部320の下流側の酸化ガス通
路352(図4)には、湿度計410が設けられてい
る。湿度計410は、吸脱湿部320から排出される酸
化ガスの絶対湿度を測定して、測定結果を制御ユニット
400Aに与える。FIG. 8 shows the rotating member 33 in the first embodiment.
It is explanatory drawing which shows the electric constitution for adjusting the rotation speed of 0. As shown in the drawing, the motor 4
02 is connected, and the motor 402 is connected to the control unit 400A. The motor 402 rotates the rotating member 330, and the control unit 400A controls the motor 402 to adjust the number of rotations of the rotating member 330. Further, a hygrometer 410 is provided in the oxidizing gas passage 352 (FIG. 4) on the downstream side of the adsorption / dehumidification unit 320. The hygrometer 410 measures the absolute humidity of the oxidizing gas discharged from the adsorption / dehumidification unit 320, and gives the measurement result to the control unit 400A.
【0061】なお、図8の制御ユニット400Aとモー
タ402と湿度計410とが、本発明における制御部に
相当する。The control unit 400A, the motor 402 and the hygrometer 410 shown in FIG. 8 correspond to the control section in the present invention.
【0062】酸化ガスの絶対湿度が比較的高い場合に
は、電解質膜112中の水分量は比較的大きくなり、酸
化ガスの絶対湿度が比較的低い場合には、電解質膜11
2中の水量は比較的小さくなる。すなわち、酸化ガスの
絶対湿度が所定の範囲内に保たれる場合には、電解質膜
112中の水分量は適切な範囲内に保たれる。When the absolute humidity of the oxidizing gas is relatively high, the amount of water in the electrolyte membrane 112 is relatively large, and when the absolute humidity of the oxidizing gas is relatively low, the electrolyte membrane 11 is large.
The amount of water in 2 is relatively small. That is, when the absolute humidity of the oxidizing gas is kept within a predetermined range, the water content in the electrolyte membrane 112 is kept within an appropriate range.
【0063】本実施例の制御ユニット400Aは、絶対
湿度が予め設定された目標値とほぼ等しくなるように、
回転部材330の回転数を調整する。このようにすれ
ば、電解質膜112中の水分量を適切な範囲内に容易に
保つことができ、この結果、燃料電池100の出力電圧
をほぼ一定に保つことが可能となる。The control unit 400A of this embodiment controls the absolute humidity to be substantially equal to the preset target value.
The rotation speed of the rotating member 330 is adjusted. By doing so, the amount of water in the electrolyte membrane 112 can be easily kept within an appropriate range, and as a result, the output voltage of the fuel cell 100 can be kept substantially constant.
【0064】なお、燃料電池100の電解質膜112か
ら奪われる水分量は、燃料電池の負荷に応じて(換言す
れば、酸化ガス流量に応じて)変化するため、本実施例
では、燃料電池の負荷に応じて目標値が設定されてい
る。すなわち、制御ユニット400A内の図示しないメ
モリには、燃料電池の負荷に応じた絶対湿度の目標値が
予め格納されている。The amount of water deprived from the electrolyte membrane 112 of the fuel cell 100 changes according to the load of the fuel cell (in other words, according to the flow rate of oxidizing gas). The target value is set according to the load. That is, a target value of absolute humidity corresponding to the load of the fuel cell is stored in advance in a memory (not shown) in the control unit 400A.
【0065】このように、本実施例では、燃料電池の負
荷に応じて目標値が設定されているが、燃料電池の負荷
が殆ど変化しないような装置に本実施例の燃料電池シス
テムが適用される場合には、負荷に関わらず、同じ目標
値を用いるようにしてもよい。ただし、燃料電池システ
ムが車両などの移動体に搭載される場合には、本実施例
のように、燃料電池の負荷に応じて目標値を設定するこ
とが望ましい。As described above, in the present embodiment, the target value is set according to the load of the fuel cell, but the fuel cell system of the present embodiment is applied to an apparatus in which the load of the fuel cell hardly changes. In this case, the same target value may be used regardless of the load. However, when the fuel cell system is mounted on a moving body such as a vehicle, it is desirable to set the target value according to the load of the fuel cell as in the present embodiment.
【0066】また、本実施例では、酸化ガスの絶対湿度
が測定されているが、これに代えて、圧力と温度と相対
湿度とを測定して絶対湿度を求めるようにしてもよい。
また、本実施例では、絶対湿度が測定されているが、相
対湿度を測定するようにしても、回転部材330の回転
数をうまく調整できる可能性がある。Although the absolute humidity of the oxidizing gas is measured in this embodiment, the absolute humidity may be obtained by measuring pressure, temperature and relative humidity instead.
Further, although the absolute humidity is measured in the present embodiment, there is a possibility that the rotation speed of the rotating member 330 can be adjusted well even if the relative humidity is measured.
【0067】一般には、制御部は、吸脱湿部320から
排出される酸化ガスの湿度が所定の範囲内に保たれるよ
うに、回転部材330の回転数を調整すればよい。Generally, the control unit may adjust the rotation speed of the rotating member 330 so that the humidity of the oxidizing gas discharged from the adsorption / desorption unit 320 is maintained within a predetermined range.
【0068】ところで、燃料電池システムの始動時およ
び停止時以外の通常運転時に、回転部材330の回転数
が所定範囲外の値となる場合には、何らかの異常が発生
したものと考えられる。そこで、本実施例の制御ユニッ
ト400Aは、ブロワ310(図1)を制御して、燃料
電池100に供給される酸化ガス流量を調整することに
より、電解質膜112中の水分量を適切な範囲内に保っ
ている。なお、ブロワ310は本発明における流量調整
部に相当する。By the way, when the number of rotations of the rotating member 330 is outside the predetermined range during the normal operation other than the start and stop of the fuel cell system, it is considered that some abnormality has occurred. Therefore, the control unit 400A of the present embodiment controls the blower 310 (FIG. 1) to adjust the flow rate of the oxidizing gas supplied to the fuel cell 100, so that the water content in the electrolyte membrane 112 falls within an appropriate range. Keep it at. The blower 310 corresponds to the flow rate adjusting unit in the present invention.
【0069】具体的には、回転部材330の回転数が比
較的大きな第1の制限値以上となる場合には、吸脱湿部
320が酸化ガスをうまく加湿できなくなったと考えら
れる。このような場合には、電解質膜112が乾燥状態
となる恐れがあるため、制御ユニット400Aは、異常
と判断し、酸化ガス流量を減少させる。酸化ガス流量が
減少すると、電解質膜112の表面から奪われる水分量
が減少するので、電解質膜112の乾燥を低減させるこ
とができる。この結果、燃料電池100の出力電圧の低
下を低減させることが可能となる。Specifically, when the rotation speed of the rotating member 330 is equal to or higher than the relatively large first limit value, it is considered that the adsorption / dehumidification unit 320 cannot properly humidify the oxidizing gas. In such a case, the electrolyte membrane 112 may be in a dry state, and therefore the control unit 400A determines that there is an abnormality and reduces the oxidizing gas flow rate. When the flow rate of the oxidizing gas decreases, the amount of water taken from the surface of the electrolyte membrane 112 decreases, so that the drying of the electrolyte membrane 112 can be reduced. As a result, it is possible to reduce the decrease in the output voltage of the fuel cell 100.
【0070】一方、回転部材330の回転数が比較的小
さな第2の制限値以下となる場合には、吸脱湿部320
が酸化ガスを過度に加湿するようになったと考えられ
る。これは、例えば、水分交換部334(図5)の劣化
によって生じ得る。このような場合には、電解質膜11
2がフラッディング状態となる恐れがあるため、制御ユ
ニット400Aは、異常と判断し、酸化ガス流量を増大
させる。酸化ガス流量が増大すると、燃料電池100の
カソード側通路114cp内で結露した水を除去するこ
とができるため、電解質膜112のフラッディングを低
減させることができる。この結果、燃料電池100の出
力電圧の低下を低減することが可能となる。On the other hand, when the rotation speed of the rotating member 330 is equal to or lower than the relatively small second limit value, the adsorption / dehumidification unit 320
Is thought to have excessively humidified the oxidizing gas. This can occur, for example, due to deterioration of the moisture exchange section 334 (FIG. 5). In such a case, the electrolyte membrane 11
2 may be in a flooding state, the control unit 400A determines that there is an abnormality and increases the flow rate of the oxidizing gas. When the flow rate of the oxidizing gas is increased, the water condensed in the cathode side passage 114cp of the fuel cell 100 can be removed, so that the flooding of the electrolyte membrane 112 can be reduced. As a result, it is possible to reduce the decrease in the output voltage of the fuel cell 100.
【0071】なお、第1および第2の制限値は、制御ユ
ニット400A内の図示しないメモリに格納されていれ
ばよい。The first and second limit values may be stored in a memory (not shown) in the control unit 400A.
【0072】以上説明したように、本実施例の燃料電池
システムでは、酸化ガス通路352と酸化オフガス通路
354との双方の通路途中に、酸化オフガス中の水分を
吸収し、酸化ガス中に水分を放出可能な回転部材330
を含む吸脱湿部320が配置されている。回転部材33
0の回転数を大きくすれば、酸化ガス中の水分量が多く
なり、回転部材330の回転数を小さくすれば、酸化ガ
ス中の水分量が少なくなる。したがって、回転部材33
0の回転数を調整することにより、燃料電池に供給され
る酸化ガス中の水分量を容易に調整することが可能とな
る。As described above, in the fuel cell system of this embodiment, the moisture in the oxidizing off gas is absorbed in the middle of both the oxidizing gas passage 352 and the oxidizing off gas passage 354, and the moisture is absorbed in the oxidizing gas. Releasable rotating member 330
The adsorption / dehumidification unit 320 including is disposed. Rotating member 33
When the number of revolutions of 0 is increased, the amount of water in the oxidizing gas increases, and when the number of revolutions of the rotating member 330 is decreased, the amount of water in the oxidizing gas decreases. Therefore, the rotating member 33
By adjusting the number of rotations of 0, the amount of water in the oxidizing gas supplied to the fuel cell can be easily adjusted.
【0073】また、回転部材330の回転数を調整する
ことにより、電解質膜112中の水分量を適切な範囲内
に保つことができるので、燃料電池システムは、始動時
や、停止時、負荷変動時においても、安定して発電する
ことが可能となる。Further, since the amount of water in the electrolyte membrane 112 can be kept within an appropriate range by adjusting the number of rotations of the rotating member 330, the fuel cell system has a fluctuation in load when starting or stopping. It is possible to generate electric power stably even at times.
【0074】B.第2実施例:図9は、第2実施例にお
ける回転部材330の回転数を調整するための電気的構
成を示す説明図である。図9では、図8の湿度計410
に代えて、電圧計420が設けられている。電圧計42
0は、燃料電池100に接続されており、燃料電池の出
力電圧を測定して、測定結果を制御ユニット400Bに
与える。B. Second Embodiment: FIG. 9 is an explanatory diagram showing an electrical configuration for adjusting the rotation speed of the rotating member 330 in the second embodiment. In FIG. 9, the hygrometer 410 of FIG.
Instead of this, a voltmeter 420 is provided. Voltmeter 42
0 is connected to the fuel cell 100, measures the output voltage of the fuel cell, and gives the measurement result to the control unit 400B.
【0075】なお、図9の制御ユニット400Bとモー
タ402と電圧計420とが、本発明における制御部に
相当する。The control unit 400B, the motor 402 and the voltmeter 420 shown in FIG. 9 correspond to the control section in the present invention.
【0076】図6で説明したように、電解質膜112中
の水分量が適切な範囲内に保たれない場合には、燃料電
池100の出力電圧が低下する。換言すれば、燃料電池
の出力電圧が所定の範囲内に保たれる場合には、電解質
膜112中の水分量は適切な範囲内に保たれる。As described with reference to FIG. 6, if the amount of water in the electrolyte membrane 112 is not kept within an appropriate range, the output voltage of the fuel cell 100 will drop. In other words, when the output voltage of the fuel cell is kept within a predetermined range, the water content in the electrolyte membrane 112 is kept within an appropriate range.
【0077】本実施例の制御ユニット400Bは、電圧
計420から与えられる出力電圧が所定値以上になるよ
うに、回転部材330の回転数を調整する。ところで、
燃料電池100の出力電圧は、乾燥状態およびフラッデ
ィング状態の双方で低下する。このため、制御ユニット
400Bは、出力電圧が所定値より小さくなる場合に
は、回転部材330の回転数を一旦増加または減少させ
ることによって、乾燥状態かフラッディング状態かを判
断する。例えば、出力電圧が所定値より小さくなった場
合には、制御ユニット400Bは、回転部材330の回
転数を僅かに増加させる。この結果、出力電圧が大きく
なれば、制御ユニット400Bは、乾燥状態と判断し、
回転部材330の回転数をさらに増加させる。一方、出
力電圧が小さくなれば、制御ユニット400Bは、フラ
ッディング状態と判断し、回転部材330の回転数を減
少させる。The control unit 400B of the present embodiment adjusts the rotation speed of the rotating member 330 so that the output voltage given by the voltmeter 420 becomes a predetermined value or more. by the way,
The output voltage of the fuel cell 100 decreases in both the dry state and the flooding state. Therefore, when the output voltage becomes lower than the predetermined value, the control unit 400B temporarily increases or decreases the rotation speed of the rotating member 330 to determine whether it is the dry state or the flooding state. For example, when the output voltage becomes lower than the predetermined value, the control unit 400B slightly increases the rotation speed of the rotating member 330. As a result, if the output voltage becomes large, the control unit 400B determines that it is in a dry state,
The rotation speed of the rotating member 330 is further increased. On the other hand, when the output voltage becomes low, the control unit 400B determines that the flooding state is present and reduces the rotation speed of the rotating member 330.
【0078】図10は、第2実施例(図9)の変形例を
示す説明図である。なお、図10は、図9とほぼ同じで
あるが、図8の湿度計410が追加されている。制御ユ
ニット400Baは、電圧計420および湿度計410
から与えられる測定結果を用いて、回転部材330の回
転数を調整する。FIG. 10 is an explanatory view showing a modification of the second embodiment (FIG. 9). Although FIG. 10 is almost the same as FIG. 9, the hygrometer 410 of FIG. 8 is added. The control unit 400Ba includes a voltmeter 420 and a hygrometer 410.
The rotation speed of the rotating member 330 is adjusted using the measurement result given by
【0079】なお、図10の制御ユニット400Baと
モータ402と2つの測定器410,420とが、本発
明における制御部に相当する。The control unit 400Ba, the motor 402, and the two measuring instruments 410 and 420 shown in FIG. 10 correspond to the control section in the present invention.
【0080】制御ユニット400Baは、図9の制御ユ
ニット400Bと同様に、電圧計420から与えられる
出力電圧が所定値以上になるように、回転部材330の
回転数を調整する。ただし、制御ユニット400Ba
は、出力電圧が所定値より小さくなった場合には、湿度
計410から与えられる絶対湿度を参照する。そして、
絶対湿度が比較的低い場合には、乾燥状態と判断し、回
転部材330の回転数を増加させる。一方、絶対湿度が
比較的高い場合には、フラッディング状態と判断し、回
転部材330の回転数を減少させる。Similar to the control unit 400B of FIG. 9, the control unit 400Ba adjusts the rotation speed of the rotating member 330 so that the output voltage given by the voltmeter 420 becomes a predetermined value or more. However, the control unit 400Ba
Refers to the absolute humidity given by the hygrometer 410 when the output voltage becomes smaller than a predetermined value. And
When the absolute humidity is relatively low, it is determined to be a dry state, and the rotation speed of the rotating member 330 is increased. On the other hand, when the absolute humidity is relatively high, it is determined that the flooding state has occurred, and the rotation speed of the rotating member 330 is reduced.
【0081】このようにすれば、制御ユニット400B
aは、回転部材330の回転数を一旦増加または減少さ
せることなく、乾燥状態かフラッディング状態かを判断
することができるので、回転部材330の回転数を比較
的迅速に調整することが可能となる。In this way, the control unit 400B
Since it is possible to determine the dry state or the flooding state without temporarily increasing or decreasing the rotational speed of the rotating member 330, it is possible to adjust the rotational speed of the rotating member 330 relatively quickly. .
【0082】以上説明したように、本実施例の制御部
は、燃料電池100の出力電圧が所定の範囲内に保たれ
るように、回転部材330の回転数を調整するので、電
解質膜112中の水分量を適切な範囲内に容易に保つこ
とができ、この結果、燃料電池100の出力電圧をほぼ
一定に保つことが可能となる。As described above, the control unit of the present embodiment adjusts the rotation speed of the rotating member 330 so that the output voltage of the fuel cell 100 is kept within a predetermined range. It is possible to easily keep the amount of water in an appropriate range, and as a result, it is possible to keep the output voltage of the fuel cell 100 substantially constant.
【0083】なお、第1実施例では、酸化ガスの絶対湿
度を用いて回転部材330の回転数が調整されているた
め、電解質膜112中の水分量が適切な範囲内に保たれ
ているか否かは、実際には不明である。このため、燃料
電池100の出力電圧が低下してしまう恐れがある。し
かしながら、本実施例では、燃料電池100の出力電圧
を用いて回転部材330の回転数が調整されているた
め、確実に、燃料電池100の出力電圧の低下を抑制す
ることができるとともに、電解質膜112中の水分量を
適切な範囲内に保つことができる。したがって、本実施
例の構成は、燃料電池システムの始動時や、停止時、負
荷変動時などの電解質膜中の水分量の制御が比較的困難
な場合に、特に有効である。In the first embodiment, since the rotation speed of the rotating member 330 is adjusted using the absolute humidity of the oxidizing gas, it is determined whether the water content in the electrolyte membrane 112 is kept within an appropriate range. It is actually unknown. Therefore, the output voltage of the fuel cell 100 may decrease. However, in the present embodiment, since the rotation speed of the rotating member 330 is adjusted using the output voltage of the fuel cell 100, it is possible to reliably suppress the decrease in the output voltage of the fuel cell 100, and also the electrolyte membrane. The amount of water in 112 can be kept within an appropriate range. Therefore, the configuration of the present embodiment is particularly effective when it is relatively difficult to control the amount of water in the electrolyte membrane when the fuel cell system is started, stopped, or when the load changes.
【0084】C.第3実施例:図11は、第3実施例に
おける回転部材330の回転数を調整するための電気的
構成を示す説明図である。図示するように、本実施例で
は、燃料電池100の下流側の酸化オフガス通路354
(図4)に、圧力計432と温度計434とが設けられ
ている。また、燃料電池100には、電流・電圧計43
0が接続されている。圧力計432と温度計434と
は、それぞれ燃料電池100から排出される酸化オフガ
スの圧力と温度とを測定して、測定結果を制御ユニット
400Cに与える。また、電流・電圧計430は、燃料
電池100の出力電流および出力電圧を測定して、測定
結果を制御ユニット400Cに与える。C. Third Embodiment: FIG. 11 is an explanatory diagram showing an electrical configuration for adjusting the rotation speed of the rotating member 330 in the third embodiment. As shown, in the present embodiment, the oxidation-off gas passage 354 on the downstream side of the fuel cell 100 is provided.
In FIG. 4, a pressure gauge 432 and a thermometer 434 are provided. The fuel cell 100 also includes an ammeter / voltmeter 43.
0 is connected. The pressure gauge 432 and the thermometer 434 respectively measure the pressure and temperature of the oxidizing off gas discharged from the fuel cell 100, and give the measurement result to the control unit 400C. Further, the ammeter / voltmeter 430 measures the output current and the output voltage of the fuel cell 100 and gives the measurement result to the control unit 400C.
【0085】なお、図11の制御ユニット400Cとモ
ータ402と3つの測定器430,432,434と
が、本発明における制御部に相当する。The control unit 400C, the motor 402, and the three measuring instruments 430, 432, 434 shown in FIG. 11 correspond to the control section in the present invention.
【0086】ところで、燃料電池100の電解質膜11
2から奪われる水分が、吸脱湿部320から排出される
酸化ガスに含まれる水分によって補充される場合には、
電解質膜112中の水分量はほぼ一定に保たれる。した
がって、次の式(7)が満足される場合には、電解質膜
112中の水分量はほぼ一定に保たれる。By the way, the electrolyte membrane 11 of the fuel cell 100.
When the water depleted from No. 2 is replenished by the water contained in the oxidizing gas discharged from the adsorption / dehumidification unit 320,
The water content in the electrolyte membrane 112 is kept substantially constant. Therefore, when the following equation (7) is satisfied, the water content in the electrolyte membrane 112 is kept substantially constant.
【0087】 Wo − Wg = Wht …(7)[0087] Wo-Wg = Wht (7)
【0088】ここで、「Wo」は、単位時間あたりに燃
料電池100から排出される酸化オフガス(すなわち、
吸脱湿部に供給されるオフガス)に含まれる水量(mol
/min)である。「Wg」は、単位時間あたりに燃料電
池100において生成される生成水量(mol/min)であ
る。なお、水量Woには、生成水量Wgと、単位時間あ
たりに電解質膜112から奪われる水分量とが、含まれ
ている。そして、「Wht」は、単位時間あたりに吸脱
湿部320から排出される酸化ガスに含まれるべき水量
(mol/min)、すなわち、酸化ガスの理論加湿量であ
る。Here, “Wo” is the oxidation off gas (that is,
The amount of water contained in the off gas supplied to the adsorption / dehumidification unit (mol)
/ Min). “Wg” is the amount of generated water (mol / min) generated in the fuel cell 100 per unit time. The water amount Wo includes the generated water amount Wg and the amount of water deprived from the electrolyte membrane 112 per unit time. Further, “Wht” is the amount of water (mol / min) that should be contained in the oxidizing gas discharged from the adsorption / dehumidification unit 320 per unit time, that is, the theoretical amount of humidification of the oxidizing gas.
【0089】上記の説明から分かるように、2つの水量
Wo,Wgの差分が所定の範囲内に保たれる場合、換言
すれば、2つの水量Wo,Wgの差分が理論加湿量Wh
tとほぼ等しい場合には、電解質膜112中の水分量は
適切な範囲内に保たれる。As can be seen from the above description, when the difference between the two water amounts Wo and Wg is kept within a predetermined range, in other words, the difference between the two water amounts Wo and Wg is the theoretical humidification amount Wh.
When it is substantially equal to t, the water content in the electrolyte membrane 112 is kept within an appropriate range.
【0090】本実施例の制御ユニット400Cは、各測
定器432,434,430から与えられる測定結果を
用いて、式(7)が満足されるように、換言すれば、酸
化ガスの加湿量Whが理論加湿量Whtとほぼ等しくな
るように、回転部材330の回転数を調整する。The control unit 400C of the present embodiment uses the measurement results provided from the respective measuring instruments 432, 434, 430 so that the equation (7) is satisfied, in other words, the humidifying amount Wh of the oxidizing gas Wh. The rotational speed of the rotating member 330 is adjusted so that is substantially equal to the theoretical humidification amount Wht.
【0091】なお、水量Woは、酸化オフガスの圧力と
温度とから求めることができる。すなわち、燃料電池1
00から排出された直後の酸化オフガスは、通常、相対
湿度が100%の湿り空気(飽和湿り空気)である。こ
のため、酸化オフガスの圧力と温度とから、酸化オフガ
スの飽和水蒸気圧が分かる。また、燃料電池100の負
荷に応じて酸化ガス流量が決定されるので、酸化オフガ
ス流量は既知である。したがって、状態方程式を用い
て、水量Woを決定することができる。また、生成水量
Wgは、電流・電圧計430によって測定される電流お
よび電圧から決定される。そして、2つの水量Wo,W
gを用いて、単位時間あたりに燃料電池に供給すべき水
量、すなわち、理論加湿量Whtを求めることができ
る。The water amount Wo can be obtained from the pressure and temperature of the oxidizing off gas. That is, the fuel cell 1
Immediately after being discharged from 00, the oxidizing off gas is usually moist air (saturated moist air) having a relative humidity of 100%. Therefore, the saturated vapor pressure of the oxidizing off gas can be known from the pressure and the temperature of the oxidizing off gas. Further, since the oxidizing gas flow rate is determined according to the load of the fuel cell 100, the oxidizing off gas flow rate is known. Therefore, the state equation can be used to determine the water amount Wo. Further, the generated water amount Wg is determined from the current and voltage measured by the ammeter / voltmeter 430. And two water volumes Wo, W
By using g, the amount of water to be supplied to the fuel cell per unit time, that is, the theoretical humidification amount Wht can be obtained.
【0092】図12は、第3実施例(図11)の変形例
を示す説明図である。図12は、図11とほぼ同じであ
るが、湿度計436が追加されている。湿度計436
は、燃料電池100の下流側の酸化オフガス通路354
(図4)に設けられており、燃料電池100から排出さ
れる酸化オフガスの相対湿度を測定して、測定結果を制
御ユニット400Caに与える。FIG. 12 is an explanatory view showing a modification of the third embodiment (FIG. 11). FIG. 12 is almost the same as FIG. 11, but a hygrometer 436 is added. Hygrometer 436
Is the oxidation off-gas passage 354 on the downstream side of the fuel cell 100.
(FIG. 4), the relative humidity of the oxidizing off gas discharged from the fuel cell 100 is measured, and the measurement result is given to the control unit 400Ca.
【0093】なお、図12の制御ユニット400Caと
モータ402と4つの測定器430,432,434,
436とが、本発明における制御部に相当する。The control unit 400Ca, the motor 402 and the four measuring instruments 430, 432, 434 shown in FIG.
436 corresponds to the control unit in the present invention.
【0094】図11では、酸化オフガスは、相対湿度1
00%の飽和湿り空気として扱われているが、実際に
は、相対湿度が100%未満の湿り空気の場合もある。
そこで、本実施例では、酸化オフガスの相対湿度を用い
て、理論加湿量Whtをより正確に求めている。すなわ
ち、酸化オフガスの圧力と温度とから、酸化オフガスの
飽和水蒸気圧が分かるため、相対湿度を用いれば、酸化
オフガスの水蒸気圧が分かる。この水蒸気圧を用いれ
ば、水量Woをより正確に求めることができるので、理
論加湿量Whtをより正確に求めることが可能となる。
このようにすれば、制御ユニット400Caは、回転部
材330の回転数を精度良く調整することが可能とな
る。In FIG. 11, the oxidizing off gas has a relative humidity of 1
Although treated as 00% saturated humid air, in some cases, relative humidity may be less than 100%.
Therefore, in this embodiment, the theoretical humidification amount Wht is obtained more accurately by using the relative humidity of the oxidizing off gas. That is, since the saturated vapor pressure of the oxidizing off gas is known from the pressure and the temperature of the oxidizing off gas, the vapor pressure of the oxidizing off gas can be known by using the relative humidity. If this water vapor pressure is used, the water amount Wo can be obtained more accurately, and therefore the theoretical humidification amount Wht can be obtained more accurately.
With this configuration, the control unit 400Ca can accurately adjust the rotation speed of the rotating member 330.
【0095】以上説明したように、本実施例の制御部
は、2つの水量Wo,Wgの差分が所定の範囲内に保た
れるように、回転部材330の回転数を調整するので、
電解質膜112中の水分量を適切な範囲内に容易に保つ
ことができ、この結果、燃料電池100の出力電圧をほ
ぼ一定に保つことが可能となる。As described above, the control unit of the present embodiment adjusts the rotation speed of the rotating member 330 so that the difference between the two water amounts Wo and Wg is kept within a predetermined range.
The amount of water in the electrolyte membrane 112 can be easily kept within an appropriate range, and as a result, the output voltage of the fuel cell 100 can be kept substantially constant.
【0096】D.第4実施例:図13は、第4実施例に
おける回転部材330の回転数を調整するための電気的
構成を示す説明図である。図13では、図12の電流・
電圧計430に代えて、圧力計442と温度計444と
湿度計446とが設けられている。3つの測定器44
2,444,446は、吸脱湿部320の下流側の酸化
オフガス通路354(図4)に設けられており、それぞ
れ吸脱湿部320から排出される酸化オフガスの圧力と
温度と相対湿度とを測定して、測定結果を制御ユニット
400Dに与える。D. Fourth Embodiment: FIG. 13 is an explanatory diagram showing an electrical configuration for adjusting the rotation speed of the rotating member 330 in the fourth embodiment. In FIG. 13, the current of FIG.
Instead of the voltmeter 430, a pressure gauge 442, a thermometer 444 and a hygrometer 446 are provided. Three measuring instruments 44
2, 444 and 446 are provided in the oxidation off-gas passage 354 (FIG. 4) on the downstream side of the adsorption / dehumidification section 320, and the pressure, temperature, and relative humidity of the oxidation off-gas discharged from the adsorption / dehumidification section 320, respectively. Is measured and the measurement result is given to the control unit 400D.
【0097】なお、図13の制御ユニット400Dとモ
ータ402と6つの測定器432,434,436,4
42,444,446とが、本発明における制御部に相
当する。The control unit 400D, the motor 402, and the six measuring instruments 432, 434, 436, 4 of FIG.
42, 444 and 446 correspond to the control unit in the present invention.
【0098】ところで、吸脱湿部320においては、次
の式(8)が成り立つ。By the way, in the adsorption / desorption unit 320, the following equation (8) is established.
【0099】 Wo − Wd = Whp …(8)[0099] Wo-Wd = Whp (8)
【0100】ここで、「Wo」は、式(7)と同じであ
る。「Wd」は、単位時間あたりに吸脱湿部320から
排出される酸化オフガスに含まれる水量(mol/min)で
ある。「Whp」は、単位時間あたりに吸脱湿部320
から排出される酸化ガスに含まれている水量(mol/mi
n)、すなわち、酸化ガスの現行加湿量である。Here, “Wo” is the same as the equation (7). “Wd” is the amount of water (mol / min) contained in the oxidation off gas discharged from the adsorption / dehumidification unit 320 per unit time. “Whp” is the adsorption / desorption unit 320 per unit time.
Amount of water (mol / mi contained in the oxidizing gas discharged from the
n), that is, the current humidification amount of the oxidizing gas.
【0101】式(8)から分かるように、2つの水量W
o,Wdの差分は、酸化ガスの現行加湿量Whpにほぼ
等しい。したがって、2つの水量Wo,Wdの差分(す
なわち、現行加湿量Whp)が所定の範囲内に保たれる
場合には、電解質膜112中の水分量は適切な範囲内に
保たれる。As can be seen from the equation (8), the two water amounts W
The difference between o and Wd is substantially equal to the current humidification amount Whp of the oxidizing gas. Therefore, when the difference between the two water amounts Wo and Wd (that is, the current humidification amount Whp) is kept within a predetermined range, the water amount in the electrolyte membrane 112 is kept within an appropriate range.
【0102】本実施例の制御ユニット400Dは、各測
定器432,434,436,442,444,446
から与えられる測定結果を用いて、現行加湿量Whpが
図6に示す適切な範囲Wh1〜Wh2内に保たれるよう
に、回転部材330の回転数を調整する。The control unit 400D according to the present embodiment includes measuring devices 432, 434, 436, 442, 444 and 446.
The rotation speed of the rotating member 330 is adjusted so that the current humidification amount Whp is maintained within the appropriate range Wh1 to Wh2 shown in FIG.
【0103】なお、水量Woは、前述のように、燃料電
池100から排出される酸化オフガスの圧力と温度と相
対湿度とを用いて求めることができる。同様に、水量W
dも、吸脱湿部320から排出される酸化オフガスの圧
力と温度と相対湿度とを用いて求めることができる。そ
して、2つの水量Wo,Wdを用いて、現行加湿量Wh
pを求めることができる。The water amount Wo can be obtained by using the pressure, temperature and relative humidity of the oxidizing off gas discharged from the fuel cell 100, as described above. Similarly, the amount of water W
d can also be calculated using the pressure, temperature, and relative humidity of the oxidizing off gas discharged from the adsorption / dehumidification unit 320. Then, using the two water amounts Wo and Wd, the current humidification amount Wh
p can be obtained.
【0104】制御ユニット400Dは、現行加湿量Wh
pが第1の制限加湿量Wh1より小さくなった場合に
は、現行加湿量Whpが大きくなるように回転部材33
0の回転数を大きくする。一方、制御ユニット400D
は、現行加湿量Whpが第2の制限加湿量Wh2より大
きくなった場合には、現行加湿量Whpが小さくなるよ
うに回転部材330の回転数を小さくする。なお、2つ
の制限加湿量Wh1,Wh2は、制御ユニット400D
内の図示しないメモリ内に予め格納されている。The control unit 400D uses the current humidification amount Wh
When p becomes smaller than the first limited humidification amount Wh1, the rotation member 33 is set so that the current humidification amount Whp becomes large.
Increase the 0 rpm. On the other hand, the control unit 400D
When the current humidification amount Whp is larger than the second limited humidification amount Wh2, the rotational speed of the rotating member 330 is reduced so that the current humidification amount Whp becomes smaller. The two limited humidification amounts Wh1 and Wh2 are determined by the control unit 400D.
It is stored in advance in a memory (not shown).
【0105】図14は、第4実施例(図13)の変形例
を示す説明図である。図14は、図13とほぼ同じであ
るが、3つの測定器442,444,446に代えて、
水量計448が設けられている。水量計448は、吸脱
湿部320の下流側に配置された凝縮器390(図1)
に接続されており、単位時間あたりに凝縮器390で凝
縮される水量を測定し、測定結果を制御ユニット400
Daに与える。FIG. 14 is an explanatory view showing a modification of the fourth embodiment (FIG. 13). FIG. 14 is almost the same as FIG. 13, but instead of the three measuring devices 442, 444, 446,
A water meter 448 is provided. The water meter 448 is a condenser 390 (FIG. 1) arranged on the downstream side of the adsorption / desorption unit 320.
Is connected to the control unit 400, and measures the amount of water condensed by the condenser 390 per unit time.
Give to Da.
【0106】なお、図14の制御ユニット400Daと
モータ402と4つの測定器432,434,436,
448とが、本発明における制御部に相当する。The control unit 400Da, the motor 402 and the four measuring instruments 432, 434, 436 shown in FIG.
Reference numeral 448 corresponds to the control unit in the present invention.
【0107】凝縮器390で凝縮される水量、すなわ
ち、水量計448で得られる測定結果は、水量Wdとほ
ぼ等しいと考えられる。したがって、制御ユニット40
0Daは、各測定器432,434,436,448か
ら与えられる測定結果を用いても、式(8)の現行加湿
量Whpが図6に示す適切な範囲Wh1〜Wh2内に保
たれるように、回転部材330の回転数を調整すること
ができる。The amount of water condensed in the condenser 390, that is, the measurement result obtained by the water amount meter 448 is considered to be substantially equal to the amount Wd of water. Therefore, the control unit 40
0 Da is set so that the current humidification amount Whp of the formula (8) is kept within the appropriate range Wh1 to Wh2 shown in FIG. 6 even if the measurement results given from the respective measuring devices 432, 434, 436, 448 are used. The rotation speed of the rotating member 330 can be adjusted.
【0108】なお、水量計448の測定結果は、凝縮温
度が充分に低い場合には、水量Wdとほぼ等しいが、凝
縮温度が比較的高い場合には、水量Wdよりも小さくな
る。このような場合には、さらに、凝縮温度や圧力など
を測定し、より正確に水量Wdを求めるようにしてもよ
い。こうすれば、制御ユニット400Daは、比較的精
度良く回転部材330の回転数を調整することができ
る。The measurement result of the water amount meter 448 is almost equal to the water amount Wd when the condensation temperature is sufficiently low, but becomes smaller than the water amount Wd when the condensation temperature is relatively high. In such a case, the water temperature Wd may be obtained more accurately by measuring the condensation temperature, the pressure, and the like. In this way, the control unit 400Da can adjust the rotation speed of the rotating member 330 with relatively high accuracy.
【0109】以上説明したように、本実施例の制御部
は、2つの水量Wo,Wdの差分が所定の範囲内に保た
れるように、回転部材330の回転数を調整するので、
電解質膜112中の水分量を適切な範囲内に容易に保つ
ことができ、この結果、燃料電池100の出力電圧をほ
ぼ一定に保つことが可能となる。As described above, the control unit of the present embodiment adjusts the rotation speed of the rotating member 330 so that the difference between the two water amounts Wo and Wd is kept within a predetermined range.
The amount of water in the electrolyte membrane 112 can be easily kept within an appropriate range, and as a result, the output voltage of the fuel cell 100 can be kept substantially constant.
【0110】E.第5実施例:図15は、第5実施例に
おける回転部材330の回転数を調整するための電気的
構成を示す説明図である。図15では、図12の3つの
測定器432,434,436に代えて、図14と同じ
水量計448が設けられている。本実施例の制御ユニッ
ト400Eは、電流・電圧計430および水量計448
から与えられる測定結果を用いて、回転部材330の回
転数を調整する。E. Fifth Embodiment: FIG. 15 is an explanatory diagram showing an electrical configuration for adjusting the rotation speed of the rotating member 330 in the fifth embodiment. 15, instead of the three measuring instruments 432, 434, 436 of FIG. 12, the same water meter 448 as that of FIG. 14 is provided. The control unit 400E of the present embodiment includes a current / voltmeter 430 and a water meter 448.
The rotation speed of the rotating member 330 is adjusted using the measurement result given by
【0111】なお、図15の制御ユニット400Eとモ
ータ402と2つの測定器430,448とが、本発明
における制御部に相当する。The control unit 400E, the motor 402, and the two measuring instruments 430 and 448 shown in FIG. 15 correspond to the control section in the present invention.
【0112】上記の式(7),式(8)を比較して分か
るように、式(8)の水量Wdが式(7)の生成水量W
gとほぼ等しい場合には、式(8)の現行加湿量Whp
は式(7)の理論加湿量Whtとほぼ等しい。このと
き、前述のように、電解質膜112中の水分量はほぼ一
定に保たれる。換言すれば、水量Wdと生成水量Wgと
の差分が所定の範囲内に保たれる場合には、電解質膜1
12中の水分量は適切な範囲内に保たれる。As can be seen by comparing the above equations (7) and (8), the water amount Wd of the equation (8) is the generated water amount W of the equation (7).
When it is almost equal to g, the current humidification amount Whp in equation (8)
Is approximately equal to the theoretical humidification amount Wht in equation (7). At this time, as described above, the amount of water in the electrolyte membrane 112 is kept substantially constant. In other words, when the difference between the water amount Wd and the generated water amount Wg is kept within a predetermined range, the electrolyte membrane 1
The amount of water in 12 is kept within an appropriate range.
【0113】本実施例の制御ユニット400Eは、水量
Wdと生成水量Wgとが等しくなるように、回転部材3
30の回転数を調整する。具体的には、水量Wdが生成
水量Wgより大きい場合には、現行加湿量Whpが比較
的小さいので、制御ユニット400Eは、回転部材33
0の回転数を増大させて現行加湿量Whpを大きくす
る。一方、水量Wdが生成水量Wgより小さい場合に
は、現行加湿量Whpが比較的大きいので、制御ユニッ
ト400Eは、回転部材330の回転数を減少させて現
行加湿量Whpを小さくする。これにより、制御ユニッ
ト400Eは、現行加湿量Whpが図6に示す適切な範
囲Wh1〜Wh2内にほぼ一定に保たれるように、回転
部材330の回転数を調整することができる。The control unit 400E of this embodiment uses the rotating member 3 so that the water amount Wd is equal to the generated water amount Wg.
Adjust the rotation speed of 30. Specifically, when the water amount Wd is larger than the generated water amount Wg, the current humidification amount Whp is relatively small, so the control unit 400E causes the rotating member 33 to rotate.
The number of rotations of 0 is increased to increase the current humidification amount Whp. On the other hand, when the water amount Wd is smaller than the generated water amount Wg, the current humidification amount Whp is relatively large, so the control unit 400E reduces the rotation speed of the rotating member 330 to reduce the current humidification amount Whp. Accordingly, the control unit 400E can adjust the rotation speed of the rotating member 330 so that the current humidification amount Whp is kept substantially constant within the appropriate range Wh1 to Wh2 shown in FIG.
【0114】以上説明したように、本実施例の制御部
は、2つの水量Wd,Wgの差分が所定の範囲内に保た
れるように、回転部材330の回転数を調整するので、
電解質膜112中の水分量を適切な範囲内に容易に保つ
ことができ、この結果、燃料電池100の出力電圧をほ
ぼ一定に保つことが可能となる。As described above, the control unit of the present embodiment adjusts the rotation speed of the rotating member 330 so that the difference between the two water amounts Wd and Wg is kept within a predetermined range.
The amount of water in the electrolyte membrane 112 can be easily kept within an appropriate range, and as a result, the output voltage of the fuel cell 100 can be kept substantially constant.
【0115】また、本実施例の制御ユニット400E
は、第3および第4実施例の制御ユニット400C,4
00Ca,400D,400Daと異なり、気体の状態
量を用いて水量を求めずに済むので、比較的簡単に回転
部材330の回転数を調整することができるという利点
もある。Also, the control unit 400E of this embodiment.
Are control units 400C, 4 of the third and fourth embodiments.
Unlike 00Ca, 400D, and 400Da, it is not necessary to obtain the amount of water using the state quantity of gas, and therefore, there is an advantage that the rotation speed of the rotating member 330 can be adjusted relatively easily.
【0116】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。The present invention is not limited to the above embodiments and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
For example, the following modifications are possible.
【0117】(1)上記実施例では、図1に示すよう
に、改質部232の下流側には、改質反応で生成された
一酸化炭素ガスを処理するための燃焼部240が設けら
れているが、これに代えて、シフト部とCO酸化部とを
設けるようにしてもよい。なお、シフト部は、一酸化炭
素ガスと水蒸気とから水素ガスと二酸化炭素ガスを生成
する。CO酸化部は、シフト部で処理されない一酸化炭
素ガスを酸化して、二酸化炭素ガスを生成する。このよ
うにシフト部を設ける場合には、シフト部で生成される
水素ガスを抽出部236から排出される燃料ガスと合流
させて、燃料電池100に供給することが好ましい。こ
うすれば、水素ガスの利用効率を向上させることが可能
となる。(1) In the above embodiment, as shown in FIG. 1, the combustion section 240 for treating the carbon monoxide gas generated by the reforming reaction is provided on the downstream side of the reforming section 232. However, instead of this, a shift section and a CO oxidation section may be provided. The shift unit produces hydrogen gas and carbon dioxide gas from carbon monoxide gas and water vapor. The CO oxidation unit oxidizes the carbon monoxide gas that is not processed in the shift unit to generate carbon dioxide gas. When the shift unit is provided as described above, it is preferable that the hydrogen gas generated in the shift unit is merged with the fuel gas discharged from the extraction unit 236 and supplied to the fuel cell 100. This makes it possible to improve the utilization efficiency of hydrogen gas.
【0118】(2)上記実施例では、制御部は、種々の
測定器を備えているが、他の測定器を用いるようにして
もよい。一般に、制御部は、燃料電池の電解質層に含ま
れる水量に関係する特定の情報の測定に用いられる測定
器を備えていればよい。(2) In the above embodiment, the control unit is equipped with various measuring instruments, but other measuring instruments may be used. Generally, the control unit may include a measuring device used for measuring specific information relating to the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell.
【0119】(3)上記実施例では、吸脱湿部320
は、酸化ガス通路352と酸化オフガス通路354との
双方の通路途中に配置されているが、これに代えて、ま
たは、これと共に、吸脱湿部を燃料ガス通路と燃料オフ
ガス通路との双方の通路途中に配置するようにしてもよ
い。(3) In the above embodiment, the adsorption / desorption unit 320
Is disposed in the middle of both the oxidizing gas passage 352 and the oxidizing off gas passage 354, but instead of this or together with this, the adsorption / dehumidification portion is provided in both the fuel gas passage and the fuel off gas passage. It may be arranged in the middle of the passage.
【0120】一般に、吸脱湿部は、燃料電池に供給され
る反応ガスが通る反応ガス通路と、燃料電池から排出さ
れるオフガスが通るオフガス通路との、双方の通路途中
に配置さていればよい。In general, the adsorbing / dehumidifying portion may be arranged in the middle of both the reaction gas passage through which the reaction gas supplied to the fuel cell passes and the off gas passage through which the off gas discharged from the fuel cell passes. .
【0121】(4)上記実施例では、吸脱湿部320
は、ハニカム部材の各通路の壁面にゼオライトが塗布さ
れた回転部材330を備えているが、これに代えて、例
えば、アルミナなどの多孔質材料で形成された回転部材
を備えるようにしてもよい。(4) In the above embodiment, the adsorption / desorption unit 320
Includes a rotating member 330 in which the wall surface of each passage of the honeycomb member is coated with zeolite, but instead of this, a rotating member formed of a porous material such as alumina may be provided. .
【0122】一般に、吸脱湿部は、オフガス中の水分を
吸収し、反応ガス中に水分を放出可能な回転部材を含ん
でいればよい。In general, the adsorbing / dehumidifying portion may include a rotating member capable of absorbing the water in the off gas and releasing the water in the reaction gas.
【0123】(5)上記実施例では、燃料電池システム
は、メタノールを用いて水素ガスを含む燃料ガスを生成
する燃料ガス供給部200を備えているが、これに代え
て、他のアルコールや、天然ガス、ガソリン、エーテ
ル、アルデヒドなどを用いて水素ガスを含む燃料ガスを
生成する燃料ガス供給部を備えるようにしてもよい。一
般に、原料としては、水素原子が含有された種々の炭化
水素系化合物を用いることができる。(5) In the above embodiment, the fuel cell system is provided with the fuel gas supply section 200 for producing a fuel gas containing hydrogen gas using methanol, but instead of this, another alcohol or A fuel gas supply unit for generating a fuel gas containing hydrogen gas using natural gas, gasoline, ether, aldehyde or the like may be provided. In general, various hydrocarbon compounds containing hydrogen atoms can be used as the raw material.
【0124】また、上記実施例では、燃料電池システム
は、メタノールを改質することにより水素ガスを生成す
る燃料ガス供給部200を備えているが、これに代え
て、水素吸蔵合金や水素ボンベなどから水素ガスを得る
燃料ガス供給部を備えるようにしてもよい。Further, in the above-mentioned embodiment, the fuel cell system is provided with the fuel gas supply section 200 for producing hydrogen gas by reforming methanol, but instead of this, a hydrogen storage alloy, a hydrogen cylinder, etc. A fuel gas supply unit for obtaining hydrogen gas from may be provided.
【0125】(6)上記実施例では、固体高分子型の燃
料電池に本発明を適用した場合について説明したが、本
発明は、燃料電池の電解質層に含まれる水量の管理が必
要な他のタイプの燃料電池にも適用可能である。(6) In the above embodiments, the case where the present invention is applied to a polymer electrolyte fuel cell has been described. However, the present invention is directed to other cases where the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell needs to be controlled. It is also applicable to fuel cells of the type.
【図1】本発明の第1実施例における燃料電池システム
の概略構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
【図2】燃料電池100内部の概略構成を示す説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration inside a fuel cell 100.
【図3】吸脱湿部320(図1)の外観を示す説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an appearance of a moisture absorption / dehumidification unit 320 (FIG. 1).
【図4】図3に示す吸脱湿部320の概略断面図であ
る。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a moisture absorption / dehumidification unit 320 shown in FIG.
【図5】図4の回転部材330の外観を示す説明図であ
る。5 is an explanatory diagram showing an appearance of a rotating member 330 of FIG.
【図6】吸脱湿部320による酸化ガスの加湿量と燃料
電池100の出力電圧との関係を模式的に示すグラフで
ある。6 is a graph schematically showing the relationship between the humidification amount of oxidizing gas by the adsorption / desorption unit 320 and the output voltage of the fuel cell 100. FIG.
【図7】回転部材330の回転数と酸化ガスの加湿量と
の関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the number of rotations of a rotating member 330 and the humidification amount of oxidizing gas.
【図8】第1実施例における回転部材330の回転数を
調整するための電気的構成を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an electrical configuration for adjusting the rotation speed of the rotating member 330 in the first embodiment.
【図9】第2実施例における回転部材330の回転数を
調整するための電気的構成を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an electrical configuration for adjusting the rotation speed of the rotating member 330 in the second embodiment.
【図10】第2実施例(図9)の変形例を示す説明図で
ある。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a modified example of the second embodiment (FIG. 9).
【図11】第3実施例における回転部材330の回転数
を調整するための電気的構成を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an electrical configuration for adjusting the rotation speed of the rotating member 330 in the third embodiment.
【図12】第3実施例(図11)の変形例を示す説明図
である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a modification of the third embodiment (FIG. 11).
【図13】第4実施例における回転部材330の回転数
を調整するための電気的構成を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing an electrical configuration for adjusting the rotation speed of the rotating member 330 in the fourth embodiment.
【図14】第4実施例(図13)の変形例を示す説明図
である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing a modification of the fourth embodiment (FIG. 13).
【図15】第5実施例における回転部材330の回転数
を調整するための電気的構成を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing an electrical configuration for adjusting the rotation speed of the rotating member 330 in the fifth embodiment.
100…燃料電池
110…単セル
112…電解質膜
114a…アノード
114c…カソード
114ap…アノード側通路
114cp…カソード側通路
116…セパレータ
200…燃料ガス供給部
212…原料タンク
214…水タンク
222,224…蒸発器
230…燃料ガス生成部
232…改質部
234…水素分離膜
236…抽出部
240…燃焼部
250…凝縮器
300…酸化ガス供給部
310…ブロワ
320…吸脱湿部
330…回転部材
332…軸部材
334…水分交換部
340…収納部
341,342…仕切板
345,346…シール部材
352…酸化ガス通路
354…酸化オフガス通路
390…凝縮器
400A,B,Ba,C,Ca,D,Da,E…制御ユ
ニット
402…モータ
410…湿度計
420…電圧計
430…電流・電圧計
432…圧力計
434…温度計
436…湿度計
442…圧力計
444…温度計
446…湿度計
448…水量計100 ... Fuel cell 110 ... Single cell 112 ... Electrolyte membrane 114a ... Anode 114c ... Cathode 114ap ... Anode side passage 114cp ... Cathode side passage 116 ... Separator 200 ... Fuel gas supply section 212 ... Raw material tank 214 ... Water tank 222, 224 ... Evaporation Unit 230 ... Fuel gas generation unit 232 ... Reforming unit 234 ... Hydrogen separation membrane 236 ... Extraction unit 240 ... Combustion unit 250 ... Condenser 300 ... Oxidizing gas supply unit 310 ... Blower 320 ... Adsorption / dehumidification unit 330 ... Rotating member 332 ... Shaft member 334 ... Moisture exchange part 340 ... Storage parts 341, 342 ... Partition plates 345, 346 ... Seal member 352 ... Oxidizing gas passage 354 ... Oxidizing off gas passage 390 ... Condenser 400A, B, Ba, C, Ca, D, Da , E ... Control unit 402 ... Motor 410 ... Hygrometer 420 ... Voltmeter 430 ... Current / voltmeter 4 2 ... pressure gauge 434 ... thermometer 436 ... hygrometer 442 ... pressure gauge 444 ... thermometer 446 ... hygrometer 448 ... water meter
Claims (8)
と、 前記燃料電池から排出されるオフガスが通るオフガス通
路と、 前記反応ガス通路と前記オフガス通路との双方の通路途
中に配置された吸脱湿部であって、前記オフガス中の水
分を吸収し、前記反応ガス中に水分を放出可能な回転部
材を含む前記吸脱湿部と、 前記回転部材を回転させ、前記回転部材の回転数を調整
するための制御部と、を備えることを特徴とする燃料電
池システム。1. A fuel cell system comprising: a fuel cell; a reaction gas passage through which a reaction gas supplied to the fuel cell passes; an off gas passage through which an off gas discharged from the fuel cell passes; and a reaction gas passage. And a dehumidifying / dehumidifying portion disposed in the middle of both the offgas passage and the offgas passage, the absorbing / dehumidifying portion including a rotating member capable of absorbing the moisture in the offgas and releasing the moisture into the reaction gas. And a control unit for rotating the rotating member and adjusting the number of rotations of the rotating member.
て、 前記制御部は、前記燃料電池の電解質層に含まれる水量
に関係する特定の情報の測定に用いられる測定器を備
え、 前記制御部は、前記情報を用いて、前記回転部材の回転
数を調整する、燃料電池システム。2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit includes a measuring device used for measuring specific information related to the amount of water contained in the electrolyte layer of the fuel cell, The unit adjusts the rotation speed of the rotating member using the information, and the fuel cell system.
て、 前記制御部は、前記反応ガスの流量を調整するための流
量調整部を備え、 前記制御部は、前記回転部材の回転数が所定範囲外の値
となる場合に、前記反応ガスの流量を調整する、燃料電
池システム。3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the control unit includes a flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the reaction gas, and the control unit controls the rotation speed of the rotating member. A fuel cell system for adjusting the flow rate of the reaction gas when the value is outside a predetermined range.
て、 前記情報は、前記吸脱湿部から排出される前記反応ガス
の湿度を含み、 前記制御部は、前記反応ガスの湿度が所定の範囲内に保
たれるように、前記回転部材の回転数を調整する、燃料
電池システム。4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the information includes a humidity of the reaction gas discharged from the adsorption / dehumidification unit, and the control unit determines a humidity of the reaction gas to be a predetermined value. A fuel cell system in which the number of rotations of the rotating member is adjusted so as to be maintained within the range.
て、 前記情報は、前記燃料電池の出力電圧を含み、 前記制御部は、前記燃料電池の出力電圧が所定の範囲内
に保たれるように、前記回転部材の回転数を調整する、
燃料電池システム。5. The fuel cell system according to claim 2, wherein the information includes an output voltage of the fuel cell, and the control unit keeps the output voltage of the fuel cell within a predetermined range. To adjust the number of rotations of the rotating member,
Fuel cell system.
て、 前記情報は、前記燃料電池から排出される前記オフガス
に含まれる第1の水量と、前記燃料電池において生成さ
れる第2の水量と、を含み、 前記制御部は、前記第1の水量と前記第2の水量との差
分が所定の範囲内に保たれるように、前記回転部材の回
転数を調整する、燃料電池システム。6. The fuel cell system according to claim 2, wherein the information includes a first amount of water contained in the off gas discharged from the fuel cell and a second amount of water generated in the fuel cell. The fuel cell system, wherein the control unit adjusts the rotation speed of the rotating member such that the difference between the first water amount and the second water amount is maintained within a predetermined range.
て、 前記情報は、前記燃料電池から排出される前記オフガス
に含まれる第1の水量と、前記吸脱湿部から排出される
前記オフガスに含まれる第2の水量と、を含み、 前記制御部は、前記第1の水量と前記第2の水量との差
分が所定の範囲内に保たれるように、前記回転部材の回
転数を調整する、燃料電池システム。7. The fuel cell system according to claim 2, wherein the information includes a first amount of water contained in the off gas discharged from the fuel cell and the off gas discharged from the adsorption / dehumidification unit. And a second water amount included in, wherein the control unit controls the rotation speed of the rotating member so that the difference between the first water amount and the second water amount is kept within a predetermined range. Adjust the fuel cell system.
て、 前記情報は、前記燃料電池において生成される第1の水
量と、前記吸脱湿部から排出される前記オフガスに含ま
れる第2の水量と、を含み、 前記制御部は、前記第1の水量と前記第2の水量との差
分が所定の範囲内に保たれるように、前記回転部材の回
転数を調整する、燃料電池システム。8. The fuel cell system according to claim 2, wherein the information is a second amount contained in the first amount of water generated in the fuel cell and the off-gas discharged from the adsorbing / dehumidifying portion. The fuel cell, wherein the controller adjusts the rotation speed of the rotating member so that the difference between the first water quantity and the second water quantity is kept within a predetermined range. system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001205703A JP2003022829A (en) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | Humidification of reaction gas for fuel cell |
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ID=19041962
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JP (1) | JP2003022829A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006351506A (en) * | 2005-05-17 | 2006-12-28 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
KR101181857B1 (en) | 2004-08-27 | 2012-09-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | Humidification apparatus for fuel cell and fuel cell system having the same |
JP2020042942A (en) * | 2018-09-07 | 2020-03-19 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
JP2021154193A (en) * | 2020-03-25 | 2021-10-07 | 東京瓦斯株式会社 | Dehumidifier and fuel cell unit |
JP2022518279A (en) * | 2019-04-24 | 2022-03-14 | アウディ アクチェンゲゼルシャフト | A humidifier module, a humidifier, a fuel cell system with the humidifier, and a method of humidifying gas. |
-
2001
- 2001-07-06 JP JP2001205703A patent/JP2003022829A/en active Pending
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