JP2006244786A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス供給手段と加湿装置とセルスタックとをガス配管で連結した構造の燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell having a structure in which a gas supply means, a humidifier, and a cell stack are connected by a gas pipe.
固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に電極触媒層を接合し、表面に溝状のガス流路を形成したセパレータを電極触媒層の両側に接合してセルを形成し、複数のセルを積層することによりしてセルスタックを構成している。セルスタックは安定的に発電するために固体高分子電解質膜を湿潤状態に保つ必要があり、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを加湿装置で加湿した後にセルスタックに供給するようになっている。そのため、セルスタックと加湿装置とガス供給手段はガス配管で連結されているが、ガス配管の温度が内部に流れるガスの露点温度より低くなると結露が発生する問題があり、これを解決するためにガス配管の外周にヒータを巻き付けて温度を調節している(例えば、特許文献1参照。)。 The polymer electrolyte fuel cell has a cell formed by joining an electrode catalyst layer on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and joining a separator having a groove-like gas flow channel on the surface on both sides of the electrode catalyst layer, A cell stack is configured by stacking a plurality of cells. The cell stack needs to keep the solid polymer electrolyte membrane in a wet state in order to generate power stably. After the fuel gas containing hydrogen and the oxidant gas containing oxygen are humidified by the humidifier, the cell stack is supplied to the cell stack. It is like that. For this reason, the cell stack, the humidifier, and the gas supply means are connected by gas pipes. A heater is wound around the outer periphery of the gas pipe to adjust the temperature (for example, see Patent Document 1).
そのため、ガス供給手段と加湿装置間や加湿装置とセルスタック間を連結するガス配管の結露防止に消費されるエネルギーが大きくなっていた。 Therefore, the energy consumed for preventing dew condensation in the gas pipe connecting the gas supply means and the humidifier or between the humidifier and the cell stack has been increased.
本発明は、ガス供給手段から供給されるガスを加湿装置で加湿してセルスタックに供給する燃料電池において、加湿装置からセルスタックにガスを供給するガス供給管、または加湿装置にガス供給手段からガスを導入するガス導入管の少なくとも一方の外側に外管を設けて二重管構造とし、外管の内面とガス供給管の外面で形成される流路にセルスタックの温度調節に使用された排温水を流すようにしたことを特徴とする。 The present invention relates to a fuel cell in which a gas supplied from a gas supply unit is humidified by a humidifier and supplied to the cell stack, a gas supply pipe for supplying gas from the humidifier to the cell stack, or a humidifier from the gas supply unit An outer tube was provided outside at least one of the gas introduction tubes for introducing gas to form a double tube structure, and the flow path formed by the inner surface of the outer tube and the outer surface of the gas supply tube was used to adjust the temperature of the cell stack. It is characterized by flowing waste water.
本発明によれば、発電によって発生する熱量を有効に利用することができ、ガス供給手段と加湿装置間や加湿装置とセルスタック間を連結するガス配管の結露防止に消費されるエネルギーを低減したり、加湿装置におけるガスの加湿をより確実に行うことができるという効果がある。 According to the present invention, the amount of heat generated by power generation can be used effectively, and energy consumed for preventing condensation in the gas pipe connecting the gas supply means and the humidifier or between the humidifier and the cell stack can be reduced. In addition, there is an effect that the humidification of the gas in the humidifier can be performed more reliably.
ガス供給手段から供給されるガスを加湿装置で加湿してセルスタックに供給する燃料電池において、加湿装置からセルスタックにガスを供給するガス供給管の外側に外管を設けて二重管構造とし、外管の内面とガス供給管の外面で形成される流路にセルスタックの温度調節に使用された排温水を流す。 In a fuel cell in which gas supplied from a gas supply means is humidified by a humidifier and supplied to the cell stack, an outer pipe is provided outside the gas supply pipe for supplying gas from the humidifier to the cell stack to form a double pipe structure. The exhaust hot water used for adjusting the temperature of the cell stack is passed through a flow path formed by the inner surface of the outer tube and the outer surface of the gas supply tube.
本発明に係る燃料電池の実施例1を図1の添付図面に基づいて説明する。 A fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawing of FIG.
燃料電池1は水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを化学反応させて発電を行うセルスタック2と、セルスタック2の固体高分子電解質膜を湿潤状態にするために燃料ガスと酸化剤ガスを加湿してセルスタック2に供給する2つの加湿装置3と、これらの加湿装置3に燃料ガスと酸化剤ガスを供給する2つのガス供給手段4とで構成されている。
The
ガス供給手段4と加湿装置3間はガス導入管5で連結されて燃料ガス又は酸化剤ガスが破線の矢印で示すようにガス供給手段4から加湿装置3に流れるようになっている。また、加湿装置3とセルスタック2間はガス供給管6で連結され、ガス供給管6は外側に外管7が設けられて二重管構造になっている。ガス供給管6は加湿装置3からセルスタック2に燃料ガス又は酸化剤ガスが破線の矢印で示すように流れるようになっており、外管7はセルスタック2の近傍に接続された導入部8がセルスタック2の排温水の排出口9と接続され、また、加湿装置3の近傍に排出部10が設けられ、外管7の内面とガス供給管6の外面で形成される流路にセルスタック2から加湿装置3に向けて排温水が実線の矢印で示すように流れるようになっている。
The gas supply means 4 and the
セルスタック2から排出される排温水はセルスタック2が発電時に発生する熱を冷却するためにセルスタック2内を流れて冷却水として利用されたものであり、セルスタック2から排出される際にはセルスタック2とほぼ同じ温度の温水となって排出される。これはセルスタック2は内部で燃料ガス及び酸化剤ガスが結露しないように燃料ガス及び酸化剤ガスの露点温度より高くなるように制御されているためであり、この排温水を外管7とガス供給管6の間に流すことによりガス供給管6の温度をセルスタック2とほぼ同じ温度にすることができ、ガス供給管6は燃料ガス及び酸化剤ガスの露点温度より高くなるので結露を防止することができる。尚、外管7の排出部10から排出される排温水の利用について限定はない。
The discharged hot water discharged from the
本発明に係る燃料電池の実施例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。 Example 2 of the fuel cell according to the present invention will be described with reference to the attached drawing of FIG. Note that the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施例ではガス供給手段4と加湿装置3間を連結するガス導入管5の外側に外管11が設けられて二重管構造になっている。ガス導入管5の外管11は一方端に接続された導入部12がセルスタック2の排温水の排出口9と接続され、また、他方端に排出部13が設けられ、外管11の内面とガス導入管5の外面で形成される流路にセルスタック2から排出された排温水が実線の矢印で示すように流れるようになっている。これにより、ガス導入管5の温度をセルスタック2とほぼ同じ温度にすることができ、燃料ガス及び酸化剤ガスへ予熱を与えるので加湿装置3における燃料ガス及び酸化剤ガスの加湿をより確実に行うことができる。尚、外管11の排出部13から排出された排温水の利用について限定はない。
In this embodiment, an
本発明に係る燃料電池の実施例3を図3の添付図面に基づいて説明する。尚、実施例1及び実施例2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。 A fuel cell according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawing of FIG. The same parts as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施例では加湿装置3とセルスタック2間を連結するガス供給管6及びガス供給手段4と加湿装置3間を連結するガス導入管5の両方の外側に外管7,11が設けられて二重管構造になっている。ガス供給管6の外管7はセルスタック2の近傍に接続された導入部8がセルスタック2の排温水の排出口9と接続され、また、加湿装置3の近傍に排出部10が設けられ、排出部10はガス導入管5の外管11の一方端に接続されている。また、ガス導入管5の外管11の他方端に排出部13が設けられている。これにより、セルスタック2から排出された排温水は、実線の矢印で示すようにガス供給管6の外管7の導入部8を通ってガス供給管6の外面と外管7の内面で形成される流路を流れ、それから外管7の排出部10を通り、ガス導入管5の外面と外管11の内面で形成される流路を流れて排出部13から排出されるようになっている。これにより、ガス導入管5及びガス供給管6の温度をセルスタック2とほぼ同じ温度にすることができ、ガス導入管5においては燃料ガス及び酸化剤ガスへ予熱を与えるので加湿装置3における燃料ガス及び酸化剤ガスの加湿をより確実に行うことができ、ガス供給管6においては燃料ガス及び酸化剤ガスの露点温度より高くなるので結露を防止することができる。尚、外管11の排出部13から排出された排温水の利用について限定はない。
In this embodiment,
2 セルスタック
3 加湿装置
4 ガス供給手段
5 ガス導入管
6 ガス供給管
7 外管
2
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- 2005-03-01 JP JP2005056538A patent/JP2006244786A/en active Pending
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