JP2006244785A

JP2006244785A - 燃料電池の加湿装置

Info

Publication number: JP2006244785A
Application number: JP2005056537A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kitagawa; 隆北川
Original assignee: Kawamura Electric Inc
Current assignee: Kawamura Electric Inc
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】加湿の調節が容易にでき、電力消費量が少なく、寒冷地においても凍結防止手段が必要なく、装置を小型化すること。
【解決手段】加湿装置１は、加湿円筒容器２の内部に多数の散水孔９ａを外周に設けた散水円筒９を回転可能に設け、加湿円筒容器２内にガス導入管３からガスを導入し、散水円筒９内に水導入管１１から水を導入し、散水円筒９を回転することにより水が遠心力によって散水孔９ａを通して加湿円筒容器２内に霧状に放出し、ガスを加湿してガス排出管１４から燃料電池本体１０に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の加湿装置に関する。

燃料電池の加湿方式は大きく２つに分けることができ、１つは燃料電池の外部で加湿を行う外部加湿方式であり、もう１つは燃料電池の内部で加湿を行う内部加湿方式である。外部加湿方式として代表的なものはバブリング方式であり、これは図３に示すようにステンレスなどの金属製の加湿用容器３１の外周にヒータ３２を巻き付け、その上を断熱材３３で覆い、加湿用容器３１の中に半分くらいまでイオン交換水３４を入れた構造であり、ガス導入管３５からイオン交換水３４の中にドライガスを注入し、このガスがイオン交換水３４内で気泡となり、湿度を含んだウェットガスとなってガス排出管３６から出て燃料電池本体に供給されるようになっている（例えば、非特許文献１参照。）。また、内部加湿方式として代表的なものは膜加湿方式であり、これは図４に示すように両側に溝状の第１流路４１と第２流路４２を形成したセパレータ４３の外側に膜４４，４５を接合し、この膜４４，４５の外側に第３流路４６，第４流路４７を片側に形成したセパレータ４８，４９を接合し、セパレータ４８，４９の外側に隔壁５０，５１を接合させたで構造であり、第１流路４１にはドライ水素が流れ、第２流路４２にはドライ空気が流れるようになっている。そして、第３流路４６と第４流路４７には燃料電池本体の冷却に用いられた冷却水が流れ、この水が膜４４，４５を通過してドライ水素側とドライ空気側にしみ出してウェット水素とウェット空気となって燃料電池本体に供給されるようになっている（例えば、特許文献２参照。）。

「固体高分子型燃料電池の開発動向」，株式会社エヌ・ティー・エス，２０００年４月２８日，ｐ．１７６−１７７特許第２６７０１４６号公報（第３図）

しかしながら、バブリング方式はイオン交換水の高さ、気泡の大きさによって加湿度合いが変化するので調節が困難であり、加湿度合いを高くするには加湿用容器の高さ寸法を大きくしたり、気泡の大きさを小さくしてイオン交換水との接触面積を大きくする必要がある。加湿用容器を大きくすれば装置が大型化してしまい、大量のイオン交換水を温める必要が出てくるために消費電力量が多くなる。気泡の大きさを小さくすると供給する水素、空気の圧力を上げるための補器類の追加が必要となる。而も、バブリング方式では寒冷地において凍結防止の為の装置が必要であるという問題があった。また、膜加湿方式では膜の含水量の調節が難しいという問題があった。

本発明は、請求項１に記載の発明によれば、加湿円筒容器の内部に多数の散水孔を外周に設けた散水円筒を回転可能に設け、加湿円筒容器内にガス導入管からガスを導入し、散水円筒内に水導入管から水を導入し、散水円筒を回転することにより水が遠心力によって散水孔を通して加湿円筒容器内に霧状に放出し、ガスを加湿してガス排出管から燃料電池本体に供給することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の燃料電池の加湿装置において、燃料電池本体の電池電圧を監視し、電池電圧に応じて散水円筒の回転数を制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池の加湿装置において、加湿用容器の内側に複数のフィンを突設したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、加湿の調節が容易で、電力消費量が少なく、寒冷地においても凍結防止手段が必要なく、メンテナンス性が良好で、装置を小型化することができるという効果がある。

請求項２に記載の発明によれば、加湿の調節を容易に行うことができるという効果がある。

請求項３に記載の発明によれば、加湿用容器内におけるガスの滞留時間が長くなり、加湿度合いを良くすることができるという効果がある。

加湿装置は、加湿円筒容器の内部に多数の散水孔を外周に設けた散水円筒を回転可能に設け、加湿円筒容器内にガス導入管からガスを導入し、散水円筒内に水導入管から水を導入し、散水円筒を回転することにより水が遠心力によって散水孔を通して加湿円筒容器内に霧状に放出し、ガスを加湿してガス排出管から燃料電池本体に供給する。

本発明に係る燃料電池の加湿装置の実施例１を図１の添付図面に基づいて説明する。

加湿装置１は、金属製の加湿円筒容器２にガス導入管３からドライガスが導入されるようになっている。このガスの導入量はマスフローコントローラ４によって調節される。

加湿円筒容器２は外周に保温用ヒータ６が設けられ、更に外面全体が断熱材７で覆われている。保温用ヒータ６は燃料電池の運転開始時には作動温度まで加熱される。加湿円筒容器２の材料は、耐食性、強度、美観などの点からステンレスが好適に用いられ、熱伝導率も良いため、電力消費量も少なくすることができる。

また、加湿円筒容器２の内部に中心線上に回転軸８が設けられ、回転軸８の略中央には散水円筒９が設けられている。散水円筒９は燃料電池本体１０で使われた冷却水が水導入管１１を通して導入されるようになっており、散水円筒９の外周には多数の散水孔９ａが穿設されている。

また、回転軸８の一方端にはモータ１２が接続されている。モータ１２の回転は制御装置１３によって制御され、モータ１２を回転させると回転軸８が回転し、散水円筒９が回転するようになっている。これにより、散水円筒９が回転すると導入された水が散水孔９ａを通して加湿円筒容器２の内部に霧状に放出されるようになっている。

散水円筒９から水が霧状に放出されると加湿円筒容器２の内部ではドライガスが水分を吸収してウェットガスとなる。ウェットガスはガス排出管１４から排出されて燃料電池本体１０に供給される。ウェットガスの加湿度合いはモータ１２の回転数を変化させて加湿円筒容器２内に放出される水分の量を調節することで行われ、燃料電池本体１０の電池電圧を監視し、電池電圧に応じて制御装置１３が散水円筒９の回転数を制御することにより安定した電池電圧を発生させることができる。

このように、加湿装置１はモータ１２の回転数制御により加湿の調節が容易にでき、容器内に水を貯めないため加熱・保温による電力消費量が少ない上に寒冷地においても凍結防止手段が必要なく、構造が簡単なのでメンテナンス性が良好であり、加湿度合いを高くする場合でも加湿円筒容器２の高さ寸法が大きくなくても良いので装置を小型化することができる。

本発明に係る燃料電池の加湿装置の実施例２を図２の添付図面に基づいて説明する。尚、実施例１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。

本実施例では、加湿円筒容器２の内部側面に上面２ａ及び底面２ｂと平行なフィン１５が複数突設されている。これにより、ガスがフィン１５間に滞留するので軽い水素ガスでも加湿円筒容器２内に長い時間留まり、加湿度合いを良くすることができる。

本発明の実施例１に係る燃料電池を示す説明図である。本発明の実施例２に係る燃料電池を示す説明図である。従来の燃料電池を示す説明図である。従来の燃料電池を示す説明図である。

符号の説明

１加湿装置
２加湿円筒容器
３ガス導入管
８回転軸
９散水円筒
９ａ散水孔
１０燃料電池本体
１１水導入管
１２モータ
１３制御装置
１４ガス排出管

Claims

加湿円筒容器の内部に多数の散水孔を外周に設けた散水円筒を回転可能に設け、前記加湿円筒容器内にガス導入管からガスを導入し、前記散水円筒内に水導入管から水を導入し、前記散水円筒を回転することにより前記水が遠心力によって散水孔を通して前記加湿円筒容器内に霧状に放出し、前記ガスを加湿してガス排出管から燃料電池本体に供給することを特徴とする燃料電池の加湿装置。
前記燃料電池本体の電池電圧を監視し、電池電圧に応じて前記散水円筒の回転数を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の加湿装置。
前記加湿用容器の内側に複数のフィンを突設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池の加湿装置。