JPH06124722A - 加温・加湿システム装置及び燃料電池 - Google Patents
加温・加湿システム装置及び燃料電池Info
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- JPH06124722A JPH06124722A JP4271855A JP27185592A JPH06124722A JP H06124722 A JPH06124722 A JP H06124722A JP 4271855 A JP4271855 A JP 4271855A JP 27185592 A JP27185592 A JP 27185592A JP H06124722 A JPH06124722 A JP H06124722A
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- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、加温・加湿装置をコンパクト化で
き、かつ加湿量を積層数の変化により飽和蒸気圧の範囲
で任意に設定でき、更に高分子膜の採用により気体側と
冷却水側の差圧を大きくとることができることを主要な
目的とする。 【構成】高分子膜(44,45) 又は水を透過できる多孔質体
の両面に、加温・加湿させる気体、及び温水となった冷
却水を夫々導き、前記温水を高分子膜(44,45) 又は多孔
質体に吸水させ、その吸水した水を他方の面の加温・加
湿させる気体中に蒸発させるか、あるいは温水の持つ熱
により同時に加湿させることを特徴とする加温・加湿シ
ステム装置、及びこの装置を固体電解質の両側に電極を
夫々配置した電極接合体と該電極接合体の両側に配置し
たセパレータとを有する燃料電池本体に一体に積層した
ことを特徴とする燃料電池。
き、かつ加湿量を積層数の変化により飽和蒸気圧の範囲
で任意に設定でき、更に高分子膜の採用により気体側と
冷却水側の差圧を大きくとることができることを主要な
目的とする。 【構成】高分子膜(44,45) 又は水を透過できる多孔質体
の両面に、加温・加湿させる気体、及び温水となった冷
却水を夫々導き、前記温水を高分子膜(44,45) 又は多孔
質体に吸水させ、その吸水した水を他方の面の加温・加
湿させる気体中に蒸発させるか、あるいは温水の持つ熱
により同時に加湿させることを特徴とする加温・加湿シ
ステム装置、及びこの装置を固体電解質の両側に電極を
夫々配置した電極接合体と該電極接合体の両側に配置し
たセパレータとを有する燃料電池本体に一体に積層した
ことを特徴とする燃料電池。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加温・加湿システム装
置及びこの装置と燃料電池本体を一体化させた燃料電池
に関する。
置及びこの装置と燃料電池本体を一体化させた燃料電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知の如く、固体高分子電解質燃料電池
の発電原理は図１に示す通りである。電極接合体１は、
電解質（イオン交換膜）２としてフッ素樹脂系の高分子
イオン交換膜（例えば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂
系イオン交換膜）を用い、これを中央にして両面に例え
ば白金からなる触媒電極（負極）３，触媒電極（陽極）
４を付着させ、更にその両面をポーラスなカーボン電極
（負極）５，カーボン電極（陽極）６でサンドイッチ状
に挟み重ねた構成となっている。
の発電原理は図１に示す通りである。電極接合体１は、
電解質（イオン交換膜）２としてフッ素樹脂系の高分子
イオン交換膜（例えば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂
系イオン交換膜）を用い、これを中央にして両面に例え
ば白金からなる触媒電極（負極）３，触媒電極（陽極）
４を付着させ、更にその両面をポーラスなカーボン電極
（負極）５，カーボン電極（陽極）６でサンドイッチ状
に挟み重ねた構成となっている。
【０００３】燃料として供給された水素は、触媒電極３
上で水素イオン化され、水素イオンは電解質２中をＨ+
・Ｈ2 Ｏとして陽極へ向かって移動する。
上で水素イオン化され、水素イオンは電解質２中をＨ+
・Ｈ2 Ｏとして陽極へ向かって移動する。
【０００４】触媒電極４上で酸化剤として供給された酸
素又は空気中の酸素及び外部回路７を流通してきた電子
と反応し、水を生成，排出される。この時、外部回路７
を流通してきた電子の流れが直流の電気エネルギーとし
て利用できる。
素又は空気中の酸素及び外部回路７を流通してきた電子
と反応し、水を生成，排出される。この時、外部回路７
を流通してきた電子の流れが直流の電気エネルギーとし
て利用できる。
【０００５】電解質２となるイオン交換膜において、前
述のような水素イオン透過性を実現させるためには、イ
オン交換膜を常に十分なる保水状態に保持し続ける必要
がある。イオン交換膜は乾燥状態になると水素イオン透
過性が低減し、燃料電池としてはその電気抵抗が大きく
なり発電不可能な状況に陥いる。
述のような水素イオン透過性を実現させるためには、イ
オン交換膜を常に十分なる保水状態に保持し続ける必要
がある。イオン交換膜は乾燥状態になると水素イオン透
過性が低減し、燃料電池としてはその電気抵抗が大きく
なり発電不可能な状況に陥いる。
【０００６】電解質２となるイオン交換膜の保水状態を
保つために、通常燃料として供給される水素又は酸化剤
として供給される酸素又は空気、あるいは両者を燃料電
池の運転温度である８０℃前後まで加温し、その温度に
おける飽和水蒸気分圧相当の水蒸気で加湿させた水素，
酸素又は空気として電極接合体１に供給し、電解質２で
あるイオン交換膜の保水状態を保持し続けるようにして
いる。以下に、図１の燃料電池における負極側，陽極側
等の化学反応式を示す。
保つために、通常燃料として供給される水素又は酸化剤
として供給される酸素又は空気、あるいは両者を燃料電
池の運転温度である８０℃前後まで加温し、その温度に
おける飽和水蒸気分圧相当の水蒸気で加湿させた水素，
酸素又は空気として電極接合体１に供給し、電解質２で
あるイオン交換膜の保水状態を保持し続けるようにして
いる。以下に、図１の燃料電池における負極側，陽極側
等の化学反応式を示す。
【０００７】 負極側： Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 陽極側： (1/2)Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ 全反応： Ｈ2 ＋(1/2) Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ また、従来の固体高分子電解質燃料電池の加湿・加湿シ
ステム装置，即ち気体燃料である水素，気体酸化剤であ
る酸素又は空気，この両者を加温・加湿して燃料電池へ
供給する加温・加湿システム装置は、図２に示す通りで
ある。なお、図２では、両者を加温・加湿しているが、
水素のみあるいは酸素又は空気のみを本システム装置に
より加温・加湿する場合もある。
ステム装置，即ち気体燃料である水素，気体酸化剤であ
る酸素又は空気，この両者を加温・加湿して燃料電池へ
供給する加温・加湿システム装置は、図２に示す通りで
ある。なお、図２では、両者を加温・加湿しているが、
水素のみあるいは酸素又は空気のみを本システム装置に
より加温・加湿する場合もある。
【０００８】水素、酸素又は空気を電気ヒータ11で燃料
電池の運転温度と略同等の温度４０℃前後から１００℃
前後に加温された純水12中を通過させることにより、水
素、酸素又は空気は飽和蒸気圧分相当に充分加湿させる
ことができる。この充分に加湿させられた水素、酸素又
は空気を燃料電池本体13に供給することにより、電解質
２であるイオン交換膜に水分が常に供給され、保水状態
を保持し続けることが可能となる。なお、燃料電池本体
13の冷却水を加温・加湿装置14，15に導き、その温水を
加温・加湿水源として利用することも可能である。
電池の運転温度と略同等の温度４０℃前後から１００℃
前後に加温された純水12中を通過させることにより、水
素、酸素又は空気は飽和蒸気圧分相当に充分加湿させる
ことができる。この充分に加湿させられた水素、酸素又
は空気を燃料電池本体13に供給することにより、電解質
２であるイオン交換膜に水分が常に供給され、保水状態
を保持し続けることが可能となる。なお、燃料電池本体
13の冷却水を加温・加湿装置14，15に導き、その温水を
加温・加湿水源として利用することも可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
加温・加湿システム装置は以下の課題を有する。
加温・加湿システム装置は以下の課題を有する。
【００１０】(1) 加温・加湿装置（燃料側）14，加温・
加湿装置（酸化剤側）15として純水12の小型容器が必要
であり、コンパクト性に欠ける。
加湿装置（酸化剤側）15として純水12の小型容器が必要
であり、コンパクト性に欠ける。
【００１１】(2) 加湿量を外部からの電気ネルギー（例
えば電気ヒータ11）等を利用した温度調整でしか制御で
きない。
えば電気ヒータ11）等を利用した温度調整でしか制御で
きない。
【００１２】(3) 電気ヒータ11等、制御項目が多くな
り、システム全体が複雑となる。
り、システム全体が複雑となる。
【００１３】(4) 圧力をもった気体を加温・加湿させる
場合、容器の耐圧性を配慮せねばならず、設計が複雑と
なる。
場合、容器の耐圧性を配慮せねばならず、設計が複雑と
なる。
【００１４】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、高分子膜又は多孔質板を利用した気体の加温
・加湿システムを利用することにより加温・加湿装置を
コンパクト化でき、かつ加湿量を積層数の変化により飽
和蒸気圧の範囲で任意に設定でき、更に高分子膜の採用
により気体側と冷却水側の差圧を大きくとることが可能
な加温・加湿システム装置及び燃料電池を提供すること
を目的とする。
たもので、高分子膜又は多孔質板を利用した気体の加温
・加湿システムを利用することにより加温・加湿装置を
コンパクト化でき、かつ加湿量を積層数の変化により飽
和蒸気圧の範囲で任意に設定でき、更に高分子膜の採用
により気体側と冷却水側の差圧を大きくとることが可能
な加温・加湿システム装置及び燃料電池を提供すること
を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、高分
子膜又は水を透過できる多孔質体の両面に、加温・加湿
させる気体、及び温水となった冷却水を夫々導き、前記
温水を高分子膜又は多孔質体に吸水させ、その吸水した
水を他方の面の加温・加湿させる気体中に蒸発させる
か、あるいは温水の持つ熱により同時に加湿させること
を特徴とする加温・加湿システム装置である。
子膜又は水を透過できる多孔質体の両面に、加温・加湿
させる気体、及び温水となった冷却水を夫々導き、前記
温水を高分子膜又は多孔質体に吸水させ、その吸水した
水を他方の面の加温・加湿させる気体中に蒸発させる
か、あるいは温水の持つ熱により同時に加湿させること
を特徴とする加温・加湿システム装置である。
【００１６】本願第２の発明は、固体高分子電解質の両
側に電極を夫々配置した電極接合体と該電極接合体の両
側に配置したセパレータとを有する燃料電池本体に、請
求項２記載の加温・加湿システム装置を一体に積層した
ことを特徴とする燃料電池である。
側に電極を夫々配置した電極接合体と該電極接合体の両
側に配置したセパレータとを有する燃料電池本体に、請
求項２記載の加温・加湿システム装置を一体に積層した
ことを特徴とする燃料電池である。
【００１７】図３は、この発明に係る高分子膜（例え
ば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を
利用した気体の加温・加湿システム装置の原理図を示
す。図中の21は中央に配置された高分子膜を示し、両側
に気体（例えば、水素、酸素又は空気）、及び排熱等を
回収し温水となった燃料電池本体の冷却水を導くように
なっている。
ば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を
利用した気体の加温・加湿システム装置の原理図を示
す。図中の21は中央に配置された高分子膜を示し、両側
に気体（例えば、水素、酸素又は空気）、及び排熱等を
回収し温水となった燃料電池本体の冷却水を導くように
なっている。
【００１８】図４（Ａ），（Ｂ）は、高分子膜21を利用
した加温・加湿システム装置の概略構成図を示し、図４
（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は同図（Ａ）の側面図であ
る。図中の22，23は、高分子膜21の両側に配置された第
１セパレータ（加温・加湿気体側），第２セパレータ
（冷却水側）を示す。これらのセパレータ22，23の材質
は、カーボン製又は金属製である。前記高分子側21の第
１セパレータ22には、加温・加湿させたい気体（例え
ば、水素、酸素又は空気）を導く加温・加湿気体流路溝
24が設けられている。前記高分子側21の第２セパレータ
23には、温水となった冷却水を導く冷却水流路溝25が設
けられている。
した加温・加湿システム装置の概略構成図を示し、図４
（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は同図（Ａ）の側面図であ
る。図中の22，23は、高分子膜21の両側に配置された第
１セパレータ（加温・加湿気体側），第２セパレータ
（冷却水側）を示す。これらのセパレータ22，23の材質
は、カーボン製又は金属製である。前記高分子側21の第
１セパレータ22には、加温・加湿させたい気体（例え
ば、水素、酸素又は空気）を導く加温・加湿気体流路溝
24が設けられている。前記高分子側21の第２セパレータ
23には、温水となった冷却水を導く冷却水流路溝25が設
けられている。
【００１９】なお、前記加温・加湿気体流路溝24、冷却
水流路溝25の代りに、気体，冷却水を高分子膜21の両面
に導入する方法として、ポーラスなカーボン板で高分子
膜21を挟み、その空隙中を気体，冷却水を通過させるこ
とにより、加温・加湿させることも可能である。
水流路溝25の代りに、気体，冷却水を高分子膜21の両面
に導入する方法として、ポーラスなカーボン板で高分子
膜21を挟み、その空隙中を気体，冷却水を通過させるこ
とにより、加温・加湿させることも可能である。
【００２０】図５は、この発明に係る水の透過できる多
孔質体（例えば、セラミック板，カーボン板）を利用し
た気体の加温・加湿システム装置の原理図を示す。図中
の31は中央に配置された多孔質体を示し、両側に気体
（例えば、水素、酸素又は空気）、及び排熱等を回収し
温水となった燃料電池本体の冷却水を導くようになって
いる。
孔質体（例えば、セラミック板，カーボン板）を利用し
た気体の加温・加湿システム装置の原理図を示す。図中
の31は中央に配置された多孔質体を示し、両側に気体
（例えば、水素、酸素又は空気）、及び排熱等を回収し
温水となった燃料電池本体の冷却水を導くようになって
いる。
【００２１】図６（Ａ），（Ｂ）は、多孔質体31を利用
した加温・加湿システム装置の概略構成図を示し、図６
（Ａ）は上面図、図６（Ｂ）は同図（Ａ）の側面図であ
る。図中の32，33は、多孔質体31の両側に配置された第
１セパレータ（加温・加湿気体側），第２セパレータ
（冷却水側）を示す。これらのセパレータ32，33の材質
は、カーボン又は金属製である。前記高分子側31の第１
セパレータ32には、加温・加湿させたい気体（例えば、
水素、酸素又は空気）を導く加温・加湿気体流路溝34が
設けられている。前記高分子側31の第２セパレータ32に
は、温水となった冷却水を導く冷却水流路溝35が設けら
れている。
した加温・加湿システム装置の概略構成図を示し、図６
（Ａ）は上面図、図６（Ｂ）は同図（Ａ）の側面図であ
る。図中の32，33は、多孔質体31の両側に配置された第
１セパレータ（加温・加湿気体側），第２セパレータ
（冷却水側）を示す。これらのセパレータ32，33の材質
は、カーボン又は金属製である。前記高分子側31の第１
セパレータ32には、加温・加湿させたい気体（例えば、
水素、酸素又は空気）を導く加温・加湿気体流路溝34が
設けられている。前記高分子側31の第２セパレータ32に
は、温水となった冷却水を導く冷却水流路溝35が設けら
れている。
【００２２】図７（Ａ），（Ｂ）は、溝付き多孔質体36
を利用した加温・加湿システム装置の概略構成図を示
し、図７（Ａ）は上面図、図７（Ｂ）は同図（Ａ）の側
面図である。図中の37，38は、それぞれ前記多孔質体36
の両側に配置された第１セパレータ（加温・加湿気体
側），第２セパレータ（冷却水側）を示す。これらのセ
パレータ37，38の材質は、カーボン製又は金属製であ
る。前記第１セパレータ37側の前記多孔質体36には、加
温・加湿させたい気体（例えば、水素、酸素又は空気）
を導く加温・加湿気体流路溝39が設けられている。第２
セパレータ38側の前記多孔質体36には、温水となった冷
却水を導く冷却水流路溝40が設けられている。
を利用した加温・加湿システム装置の概略構成図を示
し、図７（Ａ）は上面図、図７（Ｂ）は同図（Ａ）の側
面図である。図中の37，38は、それぞれ前記多孔質体36
の両側に配置された第１セパレータ（加温・加湿気体
側），第２セパレータ（冷却水側）を示す。これらのセ
パレータ37，38の材質は、カーボン製又は金属製であ
る。前記第１セパレータ37側の前記多孔質体36には、加
温・加湿させたい気体（例えば、水素、酸素又は空気）
を導く加温・加湿気体流路溝39が設けられている。第２
セパレータ38側の前記多孔質体36には、温水となった冷
却水を導く冷却水流路溝40が設けられている。
【００２３】
【作用】本発明に係る加温・加湿システム装置の作用
は、次に述べる通りである。
は、次に述べる通りである。
【００２４】図３，図４の高分子膜を利用した気体の加
温・加湿システム装置の場合、高分子膜21を挟み、その
両側に加温・加湿させる気体、排熱等を回収し温水とな
った冷却水を導くことにより、温水は高分子膜21に吸水
され、その吸水された水は他面の加温・加湿させたい気
体中に蒸発、又は温水の持つ熱により同時に加温させる
ことも可能であり、本原理を利用することで同時に加温
・加湿システムを構成させることが可能である。また、
図４のように、第１セパレータ22，高分子膜21及び第２
セパレータ23を積層した構成とし、加温・加湿気体流路
溝24を通過する流速を調整することにより、加湿量を飽
和蒸気圧分圧の範囲内で任意に調整できる。
温・加湿システム装置の場合、高分子膜21を挟み、その
両側に加温・加湿させる気体、排熱等を回収し温水とな
った冷却水を導くことにより、温水は高分子膜21に吸水
され、その吸水された水は他面の加温・加湿させたい気
体中に蒸発、又は温水の持つ熱により同時に加温させる
ことも可能であり、本原理を利用することで同時に加温
・加湿システムを構成させることが可能である。また、
図４のように、第１セパレータ22，高分子膜21及び第２
セパレータ23を積層した構成とし、加温・加湿気体流路
溝24を通過する流速を調整することにより、加湿量を飽
和蒸気圧分圧の範囲内で任意に調整できる。
【００２５】図５，図６及び図７の多孔質体を利用した
気体の加温・加湿システム装置の場合、水の多孔質体を
中央に配置し、その両側に加温・加湿させる気体（例え
ば、水素，酸素又は空気）、排熱等を回収し終った温水
を導くことにより、温水は多孔質体中に給水，含水さ
れ、多面の加温・加湿させたい気体中に蒸発，又は温水
の持つ熱により同時に加温させることも可能であり、本
原理を利用することで同時に加温・加湿システムを構成
させることが可能である。図６，図７は気体を温水を多
孔質体に導く一例を示すが、第１セパレータ，高分子膜
及び第２セパレータを積層した構成とし、加温・加湿気
体流路溝を通過する流速を調整することにより、加湿量
を飽和蒸気圧分圧の範囲内で任意に調整できる。
気体の加温・加湿システム装置の場合、水の多孔質体を
中央に配置し、その両側に加温・加湿させる気体（例え
ば、水素，酸素又は空気）、排熱等を回収し終った温水
を導くことにより、温水は多孔質体中に給水，含水さ
れ、多面の加温・加湿させたい気体中に蒸発，又は温水
の持つ熱により同時に加温させることも可能であり、本
原理を利用することで同時に加温・加湿システムを構成
させることが可能である。図６，図７は気体を温水を多
孔質体に導く一例を示すが、第１セパレータ，高分子膜
及び第２セパレータを積層した構成とし、加温・加湿気
体流路溝を通過する流速を調整することにより、加湿量
を飽和蒸気圧分圧の範囲内で任意に調整できる。
【００２６】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００２７】（実施例１）図８を参照する。図中の41，
42，43は、それぞれ第１セパレータ（水素用），第２セ
パレータ（冷却水／酸素又は空気用）及び第３セパレー
タ（冷却水用）である。ここで、各セパレータの材質
は、カーボン製又は金属製である。前記第１セパレータ
41と第２セパレータ42間には第１高分子膜44が配置さ
れ、第２セパレータ42と第３セパレータ43間には第２高
分子膜45が配置されている。ここで、各高分子膜の材質
は、スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜であ
る。なお、前記第１〜３セパレータの主面を、便宜上、
図の左側から順にＡ面，Ｂ面，Ｃ面，Ｄ面，Ｅ面と呼
ぶ。
42，43は、それぞれ第１セパレータ（水素用），第２セ
パレータ（冷却水／酸素又は空気用）及び第３セパレー
タ（冷却水用）である。ここで、各セパレータの材質
は、カーボン製又は金属製である。前記第１セパレータ
41と第２セパレータ42間には第１高分子膜44が配置さ
れ、第２セパレータ42と第３セパレータ43間には第２高
分子膜45が配置されている。ここで、各高分子膜の材質
は、スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜であ
る。なお、前記第１〜３セパレータの主面を、便宜上、
図の左側から順にＡ面，Ｂ面，Ｃ面，Ｄ面，Ｅ面と呼
ぶ。
【００２８】前記第１セパレータ41のＢ面（第１高分子
膜44側）には、水素を導く第１水素流路46が設けられて
いる。前記第２セパレータ42のＣ面（第１高分子膜44
側）には、（燃料電池より）温水となった冷却水を導く
第１冷却水流路（水素用）47が設けられている。前記第
２セパレータ42のＤ面（第２高分子膜45側）には、酸素
又は空気を導く第１酸素又は空気流路48が設けられてい
る。前記第３セパレータ43のＥ面（第３高分子膜45側）
には、第２冷却水流路（酸素又は空気用）49が設けられ
ている。前記第１水素流路46と第１冷却水流路47は第１
高分子膜44を挟んだ合わせ面（Ｂ−Ｃ面）で直交するよ
うに配置され、前記第１酸素又は空気流路48と第２冷却
水流路49は第２高分子膜45を挾んだ合わせ面（Ｄ−Ｅ
面）で直交するように配置されている。
膜44側）には、水素を導く第１水素流路46が設けられて
いる。前記第２セパレータ42のＣ面（第１高分子膜44
側）には、（燃料電池より）温水となった冷却水を導く
第１冷却水流路（水素用）47が設けられている。前記第
２セパレータ42のＤ面（第２高分子膜45側）には、酸素
又は空気を導く第１酸素又は空気流路48が設けられてい
る。前記第３セパレータ43のＥ面（第３高分子膜45側）
には、第２冷却水流路（酸素又は空気用）49が設けられ
ている。前記第１水素流路46と第１冷却水流路47は第１
高分子膜44を挟んだ合わせ面（Ｂ−Ｃ面）で直交するよ
うに配置され、前記第１酸素又は空気流路48と第２冷却
水流路49は第２高分子膜45を挾んだ合わせ面（Ｄ−Ｅ
面）で直交するように配置されている。
【００２９】こうした構成の加温・加湿システム装置に
おいて、例えば固体高分子電解質燃料電池に供給される
水素は第１セパレータ41のＡ面より導入され、第１セパ
レータ41のＢ面へ供給される。一方、酸素又は空気は第
１セパレータ41のＡ面より導入され、第２セパレータ42
のＤ面へ供給される。前記水素は、第１セパレータ41の
Ｂ面上を第１高分子膜44に沿って分岐，流れるようにな
っている。また、酸素又は空気は、第２セパレータ42の
Ｄ面上を第２高分子膜45に沿って分岐，流れるようにな
っている。
おいて、例えば固体高分子電解質燃料電池に供給される
水素は第１セパレータ41のＡ面より導入され、第１セパ
レータ41のＢ面へ供給される。一方、酸素又は空気は第
１セパレータ41のＡ面より導入され、第２セパレータ42
のＤ面へ供給される。前記水素は、第１セパレータ41の
Ｂ面上を第１高分子膜44に沿って分岐，流れるようにな
っている。また、酸素又は空気は、第２セパレータ42の
Ｄ面上を第２高分子膜45に沿って分岐，流れるようにな
っている。
【００３０】また、固体高分子電解質燃料電池の排熱を
回収して温水（８０℃程度）となった冷却水は、第１セ
パレータ41のＡ面より導入され、第２セパレータ42のＣ
面及び第３セパレータ43のＥ面へ分岐，供給される。Ｃ
面，Ｅ面に分岐，供給された温水は、各々第１高分子膜
44，第２高分子膜45を介し、水素、酸素又は空気を加温
・加湿し、加温・加湿し終った温水は再び集められ、第
１セパレータ41より取出すことが可能となる。なお、加
湿量は、本構造を積層化することにより、飽和水蒸気分
圧の範囲内で任意に調整される。
回収して温水（８０℃程度）となった冷却水は、第１セ
パレータ41のＡ面より導入され、第２セパレータ42のＣ
面及び第３セパレータ43のＥ面へ分岐，供給される。Ｃ
面，Ｅ面に分岐，供給された温水は、各々第１高分子膜
44，第２高分子膜45を介し、水素、酸素又は空気を加温
・加湿し、加温・加湿し終った温水は再び集められ、第
１セパレータ41より取出すことが可能となる。なお、加
湿量は、本構造を積層化することにより、飽和水蒸気分
圧の範囲内で任意に調整される。
【００３１】上記実施例１に係る加温・加湿システム装
置は、第１セパレータ41，第２セパレータ42及び第３セ
パレータ43間に夫々第１高分子膜44，第２高分子膜45を
配置して積層し、前記第１高分子膜44の両面には水素，
温水となった冷却水を夫々導き、第２高分子膜45の両面
には酸素又は空気，温水となった冷却水を夫々導く構成
になっているため、加温・加湿装置をコンパクト化で
き、かつ加湿量を積層数の変化により飽和蒸気圧の範囲
で任意に設定でき、更に高分子膜の採用により気体側と
冷却水側の差圧を大きくとることができる。
置は、第１セパレータ41，第２セパレータ42及び第３セ
パレータ43間に夫々第１高分子膜44，第２高分子膜45を
配置して積層し、前記第１高分子膜44の両面には水素，
温水となった冷却水を夫々導き、第２高分子膜45の両面
には酸素又は空気，温水となった冷却水を夫々導く構成
になっているため、加温・加湿装置をコンパクト化で
き、かつ加湿量を積層数の変化により飽和蒸気圧の範囲
で任意に設定でき、更に高分子膜の採用により気体側と
冷却水側の差圧を大きくとることができる。
【００３２】（実施例２）この実施例２は、図８の場合
と比べ、第１高分子膜44を第１多孔質板とし、第２高分
子膜45を第２多孔質板に変わる点を除いて、実施例１の
場合と構成，作用が同じである。
と比べ、第１高分子膜44を第１多孔質板とし、第２高分
子膜45を第２多孔質板に変わる点を除いて、実施例１の
場合と構成，作用が同じである。
【００３３】この実施例２によれば、上記実施例と同
様、加温・加湿装置のコンパクト化を実現でき、加湿量
を積層数の変化により飽和蒸気圧の範囲で任意に設定で
き、更に多孔質板の採用により気体側と冷却水側の差圧
を大きくとることができる。
様、加温・加湿装置のコンパクト化を実現でき、加湿量
を積層数の変化により飽和蒸気圧の範囲で任意に設定で
き、更に多孔質板の採用により気体側と冷却水側の差圧
を大きくとることができる。
【００３４】（実施例３）図７を参照する。但し、図８
と同部材は同符号を付して説明を省略する。また、各セ
パレータ41〜43と各高分子膜44，45を積層した積層体
を、便宜上加温・加湿部51と呼ぶ。
と同部材は同符号を付して説明を省略する。また、各セ
パレータ41〜43と各高分子膜44，45を積層した積層体
を、便宜上加温・加湿部51と呼ぶ。
【００３５】図中の52は前記加温・加湿部51と一体化さ
れる燃料電池本体部であり、電極接合体53と両サイドの
第３セパレータ54，第４セパレータ55とから構成され
る。これらのセパレータ54，55の材質は、カーボン製又
は金属製である。前記電極接合体53側の第４セパレータ
54の主面（Ｇ面）には、第２水素流路56が設けられてい
る。前記電極接合体53側の第５セパレータ55の主面（Ｈ
面）には第２酸素又は空気流路57が設けられ、Ｈ面と反
対側の第５セパレータ55の主面（Ｉ面）には第３冷却水
流路58が設けられている。前記水素流路56と酸素又は空
気流路57は、電極接合体53を挾んだ合わせ面（Ｇ−Ｈ
面）で直交するように配置されている。
れる燃料電池本体部であり、電極接合体53と両サイドの
第３セパレータ54，第４セパレータ55とから構成され
る。これらのセパレータ54，55の材質は、カーボン製又
は金属製である。前記電極接合体53側の第４セパレータ
54の主面（Ｇ面）には、第２水素流路56が設けられてい
る。前記電極接合体53側の第５セパレータ55の主面（Ｈ
面）には第２酸素又は空気流路57が設けられ、Ｈ面と反
対側の第５セパレータ55の主面（Ｉ面）には第３冷却水
流路58が設けられている。前記水素流路56と酸素又は空
気流路57は、電極接合体53を挾んだ合わせ面（Ｇ−Ｈ
面）で直交するように配置されている。
【００３６】こうした構成の燃料電池において、燃料で
ある水素（加温・加湿前）、酸化剤である酸素又は空気
（加温・加湿前）は、各々燃料電池本体52の第４セパレ
ータ54のＦ面の２ケの両隅の穴より導入し、加温・加湿
部51へ直接導入される。又、冷却水は第４セパレータ54
のＦ面のもう一隅の穴より導入し、第５セパレータ55の
Ｉ面でＧ−Ｈ面で起る電池反応の発熱を吸収し、温水と
なった後同じく加温・加湿部51へ導入される。
ある水素（加温・加湿前）、酸化剤である酸素又は空気
（加温・加湿前）は、各々燃料電池本体52の第４セパレ
ータ54のＦ面の２ケの両隅の穴より導入し、加温・加湿
部51へ直接導入される。又、冷却水は第４セパレータ54
のＦ面のもう一隅の穴より導入し、第５セパレータ55の
Ｉ面でＧ−Ｈ面で起る電池反応の発熱を吸収し、温水と
なった後同じく加温・加湿部51へ導入される。
【００３７】加温・加湿部51へ導入された水素，酸素又
は空気は、湿水となった冷却水と第１・第２高分子膜4
4，45を挟み、互いに直交するように流される。ここ
で、冷却水（温水）の一部は第１・第２高分子膜44，45
に吸湿され、更に対面流れる水素，酸素又は空気宙に水
蒸気分圧差により蒸発していく。なお、加湿量は、燃料
電池運転温度における飽和水蒸気分圧の範囲内で、この
第１・第２高分子膜44，45を挟み同一構造を必要に応じ
積層することで可能である。
は空気は、湿水となった冷却水と第１・第２高分子膜4
4，45を挟み、互いに直交するように流される。ここ
で、冷却水（温水）の一部は第１・第２高分子膜44，45
に吸湿され、更に対面流れる水素，酸素又は空気宙に水
蒸気分圧差により蒸発していく。なお、加湿量は、燃料
電池運転温度における飽和水蒸気分圧の範囲内で、この
第１・第２高分子膜44，45を挟み同一構造を必要に応じ
積層することで可能である。
【００３８】加温・加湿された水素，酸素又は空気は、
加温・加湿部51で再度各々一端に集められ、燃料電池本
体部52に戻される。燃料電池本体部52へ戻された水素，
酸素又は空気は、電極接合体53を挟み、互いに直交に流
され、電池反応が起る。反応を終え、加湿，生成水分を
含む残った水素，酸素又は空気は、各々第４セパレータ
54のＦ面で導入された穴の近傍から排出される。
加温・加湿部51で再度各々一端に集められ、燃料電池本
体部52に戻される。燃料電池本体部52へ戻された水素，
酸素又は空気は、電極接合体53を挟み、互いに直交に流
され、電池反応が起る。反応を終え、加湿，生成水分を
含む残った水素，酸素又は空気は、各々第４セパレータ
54のＦ面で導入された穴の近傍から排出される。
【００３９】なお、加温・加湿し終わり、残った冷却水
（温水）は加温・加湿部51で一端に集められ、燃料電池
本体部52の一隅を貫通して、冷却水導入穴近傍から排出
される。
（温水）は加温・加湿部51で一端に集められ、燃料電池
本体部52の一隅を貫通して、冷却水導入穴近傍から排出
される。
【００４０】上記実施例３によれば、第１〜第３セパレ
ータ41，42，43間に第１・第２高分子膜44，45を配置し
て積層した加温・加湿部51を、電極接合体53の両サイド
に第４・第５セパレータ54，55を配置した燃料電池本体
部52に一体に組み込ませた構成になっているため、燃料
電池本体部52を冷却し温水となった冷却水を外部に取り
出すことなく、直接内部で水素，酸素又は空気を加温・
加湿させることが可能となり、燃料電池出力、冷却水
（温水）温度、水素又は空気の加湿量をセパレータ，電
極接合体，高分子膜を積層することで、任意に調整する
設定することが可能である。また、冷却水（温水）を加
温・加湿部51へ導く配管も不要でシステム全体が非常に
コンパクトで平易である。更に、水素，酸素又は空気及
び冷却水の流路を互いにに直交するように配置できるた
め、セパレータ構造も非常に簡単である。
ータ41，42，43間に第１・第２高分子膜44，45を配置し
て積層した加温・加湿部51を、電極接合体53の両サイド
に第４・第５セパレータ54，55を配置した燃料電池本体
部52に一体に組み込ませた構成になっているため、燃料
電池本体部52を冷却し温水となった冷却水を外部に取り
出すことなく、直接内部で水素，酸素又は空気を加温・
加湿させることが可能となり、燃料電池出力、冷却水
（温水）温度、水素又は空気の加湿量をセパレータ，電
極接合体，高分子膜を積層することで、任意に調整する
設定することが可能である。また、冷却水（温水）を加
温・加湿部51へ導く配管も不要でシステム全体が非常に
コンパクトで平易である。更に、水素，酸素又は空気及
び冷却水の流路を互いにに直交するように配置できるた
め、セパレータ構造も非常に簡単である。
【００４１】なお、上記実施例では、第１〜第３セパレ
ータ間に高分子膜を配置した場合について述べたが、こ
れに限らず、多孔質体を配置してもよい。
ータ間に高分子膜を配置した場合について述べたが、こ
れに限らず、多孔質体を配置してもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
高分子膜又は多孔質板を利用した気体の加温・加湿シス
テムを利用することにより加温・加湿装置をコンパクト
化でき、かつ加湿量を積層数の変化により飽和蒸気圧の
範囲で任意に設定でき、更に高分子膜の採用により気体
側と冷却水側の差圧を大きくとることが可能な加温・加
湿システム装置及び燃料電池を提供できる。
高分子膜又は多孔質板を利用した気体の加温・加湿シス
テムを利用することにより加温・加湿装置をコンパクト
化でき、かつ加湿量を積層数の変化により飽和蒸気圧の
範囲で任意に設定でき、更に高分子膜の採用により気体
側と冷却水側の差圧を大きくとることが可能な加温・加
湿システム装置及び燃料電池を提供できる。
【図１】固体高分子電解質燃料電池の発電原理を示す説
明図。
明図。
【図２】従来の燃料電池の加温・加湿システム装置の説
明図。
明図。
【図３】高分子膜を用いた燃料電池の加温・加湿システ
ム装置の原理を示す説明図。
ム装置の原理を示す説明図。
【図４】高分子膜を用いた燃料電池の燃料電池の加温・
加湿システム装置の説明図であり、図４（Ａ）は上面
図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の側面図。
加湿システム装置の説明図であり、図４（Ａ）は上面
図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の側面図。
【図５】多孔質板を用いた燃料電池の加温・加湿システ
ム装置の原理を示す説明図。
ム装置の原理を示す説明図。
【図６】多孔質板を用いた燃料電池の燃料電池の加温・
加湿システム装置の説明図であり、図６（Ａ）は上面
図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の側面図。
加湿システム装置の説明図であり、図６（Ａ）は上面
図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の側面図。
【図７】溝付き多孔質板を用いた燃料電池の燃料電池の
加温・加湿システム装置の説明図であり、図７（Ａ）は
上面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の側面図。
加温・加湿システム装置の説明図であり、図７（Ａ）は
上面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の側面図。
【図８】本発明の実施例１に係る燃料電池の加温・加湿
システム装置の説明図。
システム装置の説明図。
【図９】本発明の実施例３に係る燃料電池の説明図。
41，42，43，54，55…セパレータ、 44，45…高分子
膜、46，56…水素流路、 47，58…冷
却水流路、48，57…酸素又は空気流路。
膜、46，56…水素流路、 47，58…冷
却水流路、48，57…酸素又は空気流路。
Claims (3)
- 【請求項１】 高分子膜又は水を透過できる多孔質体の
両面に、加温・加湿させる気体、及び温水となった冷却
水を夫々導き、前記温水を高分子膜又は多孔質体に吸水
させ、その吸水した水を他方の面の加温・加湿させる気
体中に蒸発させるか、あるいは温水の持つ熱により同時
に加湿させることを特徴とする加温・加湿システム装
置。 - 【請求項２】 高分子膜又は水を透過できる多孔質体
と、前記高分子膜又は多孔質体の両側に配置されたセパ
レータと、前記高分子膜又は多孔質体の一方側の面に設
けられた冷却水流路と、前記高分子膜又は多孔質体の他
方側の面に設けられた加温・加湿気体流路とを具備し、
記加温・加湿させる気体を前記加湿気体流路に、また温
水となった冷却水を前記冷却水流路に夫々導き、前記温
水を高分子膜又は多孔質体に吸水させ、その吸水した水
を他方の面の加温・加湿させる気体中に蒸発させるか、
あるいは温水の持つ熱により同時に加湿させる請求項１
記載の加温・加湿システム装置。 - 【請求項３】 固体高分子電解質の両側に電極を夫々配
置した電極接合体と該電極接合体の両側に配置したセパ
レータとを有する燃料電池本体に、請求項２記載の加温
・加湿システム装置を一体に積層したことを特徴とする
燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4271855A JPH06124722A (ja) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | 加温・加湿システム装置及び燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4271855A JPH06124722A (ja) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | 加温・加湿システム装置及び燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06124722A true JPH06124722A (ja) | 1994-05-06 |
Family
ID=17505825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4271855A Pending JPH06124722A (ja) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | 加温・加湿システム装置及び燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06124722A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014819A1 (fr) * | 1998-09-04 | 2000-03-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Systeme de cellule a combustible du type a polymere solide |
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| EP1298750A1 (de) * | 2001-09-27 | 2003-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstoffzellenblock mit Befeuchtungszellen |
| JP2005085753A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Asia Pacific Fuel Cell Technology Ltd | 燃料電池セットの反応ガス温度／湿度調節装置 |
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| US8129062B2 (en) | 2002-04-15 | 2012-03-06 | Panasonic Corporation | Fuel cell system operation method |
-
1992
- 1992-10-09 JP JP4271855A patent/JPH06124722A/ja active Pending
Cited By (17)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020205 |