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JPH08138704A - Fuel cell humidifier, humidification control device, and manufacture of humidifier - Google Patents

Fuel cell humidifier, humidification control device, and manufacture of humidifier

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Publication number
JPH08138704A
JPH08138704A JP6301507A JP30150794A JPH08138704A JP H08138704 A JPH08138704 A JP H08138704A JP 6301507 A JP6301507 A JP 6301507A JP 30150794 A JP30150794 A JP 30150794A JP H08138704 A JPH08138704 A JP H08138704A
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JP
Japan
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water
fuel cell
gas
pressure
humidifier
Prior art date
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Application number
JP6301507A
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Japanese (ja)
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JP3632228B2 (en
Inventor
Nariyuki Kawazu
成之 河津
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH08138704A publication Critical patent/JPH08138704A/en
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Publication of JP3632228B2 publication Critical patent/JP3632228B2/en
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    • HELECTRICITY
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Abstract

PURPOSE: To prevent excess wetting of a supply electrode, and prevent drop in output of a fuel cell by supplying water in a good state of steam. CONSTITUTION: A hydrogen gas humidifier 110 is constituted with a porous film 111, and separators 113, 115 which interpose the porous 111 from both sides and form a hydrogen gas flow path 113p and a water flow path 115p respectively. The porous film 111 is a polyolefin porous film and has hydrophilic nature. In the hydrogen gas humidifier 110, water in the water flow path 115p permeates the porous film 111 according to the difference between the pressure of water flowing in the water flow path 115p and the pressure of hydrogen gas flowing in the hydrogen gas flow path 113p. Since the porous film 111 has hydrophilic nature, permeated water comes in contact with the porous film 111 in a wide contact area. Water is easily vaporized by receiving heat from both the porous film 111 and the hydrogen gas, humidification is conducted in a good state of steam.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の電極に供給
する材料ガスを加湿する燃料電池の加湿装置と、その加
湿量を制御する燃料電池の加湿制御装置と、その加湿装
置の製造方法とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell humidifier for humidifying a material gas supplied to an electrode of a fuel cell, a fuel cell humidifier controller for controlling the amount of humidification, and a method for manufacturing the humidifier. And about.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池の一つである固体高分子型燃料
電池では、次式に示すように、アノードでは水素ガスを
水素イオンと電子にする反応が、カソードでは酸素ガス
と水素イオンおよび電子から水を生成する反応が行なわ
れる。
2. Description of the Related Art In a polymer electrolyte fuel cell, which is one of the fuel cells, the reaction of converting hydrogen gas into hydrogen ions and electrons at the anode and oxygen gas, hydrogen ions and electrons at the cathode are as shown in the following equation. From which water is produced.

【0003】アノード反応:H2→2H++2e- カソード反応:2H++2e-+(1/2)O2→H2Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e - Cathode reaction: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O

【0004】アノードで発生した水素イオンは、水和状
態(H+・xH2O)となって電解質膜中をカソードに移
動する。このため、電解質膜のアノード側表面付近で
は、水が不足する状態となり、上述の反応を連続して行
なうには、この不足する水を補給する必要がある。固体
高分子型燃料電池に用いられる電解質膜は、湿潤状態で
良好な電気伝導性を有するが、含水率が低下すると、電
解質膜の電気抵抗が大きくなって電解質として十分に機
能しなくなり、場合によっては、電極反応を停止させて
しまう。
The hydrogen ions generated at the anode become hydrated (H + .xH 2 O) and move to the cathode in the electrolyte membrane. For this reason, water becomes insufficient in the vicinity of the surface of the electrolyte membrane on the anode side, and in order to continuously carry out the above-mentioned reaction, it is necessary to replenish this insufficient water. The electrolyte membrane used in the polymer electrolyte fuel cell has good electric conductivity in a wet state, but when the water content decreases, the electric resistance of the electrolyte membrane increases and the electrolyte membrane does not sufficiently function as an electrolyte. Will stop the electrode reaction.

【0005】この水の補給は、燃料ガスを加湿すること
により行なうのが一般的である。燃料ガスを加湿する装
置としては、燃料ガスをバブリングして加湿する装置が
よく知られている。ところが、例えば電気自動車に搭載
された燃料電池スタックへこのバブリング加湿装置を用
いようとすると、大容積のバブラーを用意し、電気ヒー
タで加熱しなければならず、容積、消費エネルギーの点
で現実的とは言いがたい。
This water replenishment is generally performed by humidifying the fuel gas. As a device for humidifying the fuel gas, a device for bubbling the fuel gas to humidify is well known. However, for example, when trying to use this bubbling humidifier for a fuel cell stack mounted on an electric vehicle, a bubbler with a large volume must be prepared and heated by an electric heater, which is practical in terms of volume and energy consumption. Hard to say.

【0006】そこで、他の加湿装置として、四フッ化エ
チレン樹脂製の多孔質膜を介して燃料ガスを加湿する装
置(例えば、特開平3−269958号公報)が提案さ
れている。これは、水とガスを多孔質膜をはさんで流
し、水の圧力をガスの圧力よりも高くすることにより、
圧力差によって、多孔質膜を介して水をガス側に透過さ
せて、しかも、その多孔質膜の表面で水を気化すること
により、ガスを加湿しようとするものである。
Therefore, as another humidifying device, a device for humidifying the fuel gas through a porous membrane made of tetrafluoroethylene resin has been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-269958). This is because water and gas are made to flow through the porous membrane and the pressure of water is made higher than that of gas,
Due to the pressure difference, water is permeated to the gas side through the porous membrane, and the water is vaporized on the surface of the porous membrane to try to humidify the gas.

【0007】こうした多孔質膜を用いた加湿装置は、固
体高分子型燃料電池スタック内部に組み込んだり、固体
高分子型燃料電池スタックの外側に一体として組み付け
たりすることが可能であり、加湿部をコンパクト化する
ことができ、さらには、燃料電池の反応に伴う発熱を水
の気化のための熱として使うことができるので、電気ヒ
ータのような加熱手段を必要とせず、消費エネルギーの
点でも優れている。
The humidifying device using such a porous membrane can be incorporated inside the solid polymer fuel cell stack or can be assembled integrally on the outside of the solid polymer fuel cell stack, and the humidifying part can be provided. It can be made compact, and since the heat generated by the reaction of the fuel cell can be used as heat for vaporizing water, it does not require a heating means such as an electric heater and is excellent in terms of energy consumption. ing.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この加
湿装置では、水を良好な水蒸気の状態ではなく、水滴の
状態でしか供給することができないといった問題があっ
た。この加湿装置では、四フッ化エチレン樹脂製といっ
た撥水性の多孔質膜を用いているために、ガス流路側に
通過してきた水は、多孔質膜のガス側の表面で球状の水
滴になってしまう。この水滴はガスとの接触面積が少な
いために、なかなか気化できず、次々に多孔質膜を通過
して供給される水を受けて、さらに大きな水滴に成長す
る。そして、ついには、重力で落下するか、ガスに吹き
飛ばされるかして、多量の水滴となって飛散する。こう
して、加湿する水は期待される水蒸気の状態とならず、
多量の水滴となってアノードに供給される。
However, this humidifying device has a problem that water can be supplied only in the state of water droplets, not in the state of good water vapor. In this humidifier, since a water-repellent porous membrane made of tetrafluoroethylene resin is used, water that has passed to the gas flow path side becomes spherical water droplets on the gas side surface of the porous membrane. I will end up. Since the water droplets have a small contact area with the gas, they cannot be easily vaporized, and successively receive water supplied through the porous membrane to grow into larger water droplets. Then, at last, it falls by gravity or is blown off by the gas, and a large amount of water drops are scattered. In this way, the humidifying water does not reach the expected steam state,
A large amount of water droplets are supplied to the anode.

【0009】同じ水でありながら、水滴の状態で加湿が
なされると、アノードにおいて、濡れ過ぎの状態となっ
て電極基材の細孔を閉塞させることになる。この結果、
アノードへの燃料ガスの拡散を阻害し、その固体高分子
型燃料電池の出力の低下を招いた。
If the same water is used but is moistened in the form of water droplets, the anode becomes too wet and the pores of the electrode base material are blocked. As a result,
This hindered the diffusion of fuel gas to the anode, resulting in a decrease in the output of the polymer electrolyte fuel cell.

【0010】特開平3−269958号公報には、四フ
ッ化エチレン樹脂製の多孔質膜として、住友電工社製の
フロロポアと、ジャパンゴアテックス社製の膜を用いた
実施例が記載されていることから、本発明者はこの膜を
用いて実験を行なってみた。この実験では、これらの膜
の中で、市販されている最も孔径が小さく、かつ厚みの
厚い製品、即ち、多孔質膜として最も水を通過させにく
い製品を使った。結果は、それでも水滴の状態で水が供
給されるばかりで、期待される良好な水蒸気は発生しな
かった。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 3-269958 describes an example in which a fluorophore made by Sumitomo Electric Co., Ltd. and a membrane made by Japan Gore-Tex are used as a porous membrane made of tetrafluoroethylene resin. Therefore, the present inventor conducted an experiment using this film. In this experiment, among these membranes, the commercially available product having the smallest pore size and the largest thickness, that is, the product having the least water permeation as the porous membrane was used. As a result, the water was still supplied only in the form of water drops, and the expected good steam was not generated.

【0011】この発明の燃料電池の加湿装置は、こうし
た問題に鑑みてなされたもので、水を良好な水蒸気の状
態で供給可能とすることにより、供給電極が濡れ過ぎの
状態となることを防ぎ、延いては燃料電池の出力の低下
を防止することを目的としている。
The fuel cell humidifier according to the present invention has been made in view of these problems. It is possible to supply water in a good water vapor state to prevent the supply electrode from becoming too wet. The purpose is to prevent the output of the fuel cell from decreasing.

【0012】一方、この発明の燃料電池の加湿制御装置
は、加湿量を最適に調整することを目的としている。
On the other hand, the humidification control device for a fuel cell according to the present invention aims to optimally adjust the humidification amount.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、前記課題を解決するための手段として、以下に示
す構成をとった。
In order to achieve such an object, the following constitution is adopted as a means for solving the above problems.

【0014】即ち、本発明の燃料電池の加湿装置は、燃
料電池の電極に供給する材料ガスを加湿する加湿装置で
あって、水の流路と前記材料ガスの流路とに接し、該水
と該材料ガスとの圧力差に応じて該水を透過する多孔質
膜を備えるとともに、前記多孔質膜は親水性を有したも
のであることを、その要旨としている。
That is, the humidifying device for a fuel cell of the present invention is a humidifying device for humidifying a material gas supplied to an electrode of a fuel cell, which is in contact with a water flow path and the material gas flow path. The gist of the present invention is to provide a porous membrane that permeates the water according to the pressure difference between the material gas and the material gas, and the porous membrane has hydrophilicity.

【0015】こうした構成の燃料電池の加湿装置におい
て、前記多孔質膜は、直径10-8mないし10-7mの孔
を多数有するポリオレフィン系(Cn2n)樹脂フィル
ムである構成としてもよい。また、前記多孔質膜は、シ
リコーンにて孔径が狭められた孔を多数有するものであ
る構成としてもよい。前記多孔質膜は、屈曲させて立体
的に配置された構成としてもよい。
In the fuel cell humidifier having such a structure, the porous membrane may be a polyolefin (C n H 2n ) resin film having a large number of pores having a diameter of 10 -8 m to 10 -7 m. . Further, the porous membrane may be configured to have a large number of pores whose pore diameter is narrowed by silicone. The porous film may be bent and arranged three-dimensionally.

【0016】本発明の燃料電池の加湿制御装置は、燃料
電池の電極に供給する材料ガスの加湿量を制御する加湿
制御装置であって、水の流路と前記材料ガスの流路とに
接し、該水と該材料ガスとの圧力差に応じて該水を透過
する多孔質膜と、前記水の流路の水圧を検出する水圧検
出手段と、前記材料ガスの流路のガス圧を検出するガス
圧検出手段と、前記燃料電池の運転状態を検出する運転
状態検出手段と、該検出した燃料電池の運転状態から前
記燃料電池が必要とする前記材料ガス中の必要水蒸気量
を算出する必要水蒸気量算出手段と、該算出した必要水
蒸気量から前記水と材料ガスとの理想的な圧力差を算出
する理想圧力差算出手段と、前記水圧検出手段で検出し
た水圧と前記ガス圧検出手段で検出したガス圧とに基づ
いて、該水と材料ガスとの圧力差が前記理想的な圧力差
となるように前記水圧または前記ガス圧の少なくともい
ずれか一方を制御する制御手段とを備えたことを、その
要旨としている。
A humidification control device for a fuel cell according to the present invention is a humidification control device for controlling a humidification amount of a material gas supplied to an electrode of a fuel cell, which is in contact with a water flow path and the material gas flow path. A porous membrane that permeates the water in accordance with the pressure difference between the water and the material gas, a water pressure detection unit that detects the water pressure of the water flow path, and a gas pressure of the material gas flow path. Gas pressure detecting means, operating state detecting means for detecting the operating state of the fuel cell, and necessary vapor amount in the material gas required by the fuel cell from the detected operating state of the fuel cell With the water vapor amount calculation means, the ideal pressure difference calculation means for calculating the ideal pressure difference between the water and the material gas from the calculated required water vapor amount, and the water pressure detected by the water pressure detection means and the gas pressure detection means. The water and material based on the detected gas pressure Scan and that the pressure difference and control means for controlling at least one of the water pressure or the gas pressure so that the ideal pressure differential, and the gist thereof.

【0017】こうした構成の燃料電池の加湿制御装置に
おいて、前記運転状態検出手段は、燃料電池の温度を検
出する温度検出手段を備えた構成としてもよい、また、
前記運転状態検出手段は、燃料電池のインピーダンスを
検出するインピーダンス検出手段を備えた構成としても
よい。さらに、前記運転状態検出手段は、燃料電池から
排出される前記材料ガスの流量を検出するガス流量検出
手段を備えた構成としてもよいし、燃料電池の負荷電流
を検出する電流検出手段を備えた構成としてもよい。
In the fuel cell humidification control device having such a configuration, the operating state detecting means may be provided with a temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell.
The operating state detecting means may include an impedance detecting means for detecting the impedance of the fuel cell. Further, the operating state detecting means may be configured to include a gas flow rate detecting means for detecting a flow rate of the material gas discharged from the fuel cell, or a current detecting means for detecting a load current of the fuel cell. It may be configured.

【0018】さらに、前記構成の燃料電池の加湿制御装
置において、さらに、前記燃料電池の停止時を判定する
停止時判定手段と、該停止時が判定されたとき、前記水
と材料ガスとの圧力差を所定の圧力差以上の大きな圧力
差となるように前記水圧または前記ガス圧の少なくとも
いずれか一方を制御する停止時制御手段とを備えた構成
としてもよい。
Further, in the humidification control device for a fuel cell having the above-described structure, a stop time determination means for determining a stop time of the fuel cell, and a pressure of the water and the material gas when the stop time is determined. It may be configured to include a stop time control unit that controls at least one of the water pressure and the gas pressure so that the difference becomes a large pressure difference equal to or larger than a predetermined pressure difference.

【0019】本発明の燃料電池の加湿装置の製造方法
は、請求項3記載の燃料電池の加湿装置を製造する方法
であって、シリコーン接着剤を有機溶剤で希釈する工程
と、該希釈されたシリコーン接着剤の溶液を前記多孔質
膜を用いて加圧下でろ過する工程と、を備えることを、
その要旨としている。
A method for manufacturing a humidifying device for a fuel cell according to the present invention is a method for manufacturing a humidifying device for a fuel cell according to claim 3, which comprises a step of diluting a silicone adhesive with an organic solvent and the dilution. Filtering a solution of the silicone adhesive under pressure using the porous membrane,
The summary is.

【0020】[0020]

【作用】以上のように構成された請求項1記載の燃料電
池の加湿装置によれば、多孔質膜が親水性を有している
ことから、多孔質膜を透過して材料ガス側表面に染み出
た水は、多孔質膜に対して大きな接触面積で接する。こ
のため、多孔質膜と材料ガスとの双方から熱を受けるこ
とができることから、その水は容易に気化して、良好な
水蒸気の状態で材料ガス中に供給される。これに対し
て、従来の撥水性の多孔質膜では、多孔質膜の材料ガス
側表面に染み出てきた水は、球状の水滴となってしまう
ことから、多孔質膜に対して点でしか接することができ
ず、このため、その水滴は多孔質膜から熱を受けること
ができず、気化されない。
According to the humidifier for a fuel cell of the present invention having the above-mentioned structure, since the porous membrane has hydrophilicity, it permeates through the porous membrane to reach the material gas side surface. The water that has exuded comes into contact with the porous membrane with a large contact area. Therefore, since heat can be received from both the porous membrane and the material gas, the water is easily vaporized and is supplied into the material gas in the state of good water vapor. On the other hand, in the case of the conventional water-repellent porous film, the water leached on the material gas side surface of the porous film becomes spherical water droplets, which is only a point for the porous film. They cannot come into contact with each other, so that the water droplet cannot receive heat from the porous membrane and is not vaporized.

【0021】請求項3記載の燃料電池の加湿装置によれ
ば、孔径を狭めることで、多孔質膜から透過する水の量
が少なくなる。このため、加湿量が多すぎてそのままで
は使用できない多孔質膜を使用することが可能となる。
According to the humidifier of the third aspect of the fuel cell, the amount of water permeating from the porous membrane is reduced by narrowing the pore diameter. For this reason, it becomes possible to use a porous membrane which cannot be used as it is because the amount of humidification is too large.

【0022】請求項4記載の燃料電池の加湿装置によれ
ば、多孔質膜が、屈曲させて立体的に配置されているこ
とから、少ない容積の加湿装置でより表面積の大きい多
孔質膜を組み込むことが可能となる。このため、少ない
容積の加湿装置でより大きな加湿量を実現する。
In the fuel cell humidifier of the fourth aspect, since the porous membrane is bent and arranged three-dimensionally, the porous membrane having a larger surface area is incorporated in the humidifier having a small volume. It becomes possible. Therefore, a larger amount of humidification can be realized with a humidifier having a small volume.

【0023】請求項5記載の燃料電池の加湿制御装置に
よれば、運転状態検出手段により検出した燃料電池の運
転状態から燃料電池が必要とする材料ガス中の必要水蒸
気量を、必要水蒸気量算出手段により算出し、その必要
水蒸気量から水と材料ガスとの理想的な圧力差を、理想
圧力差算出手段により算出する。そして、制御手段によ
り水圧またはガス圧の少なくともいずれか一方を制御す
ることにより、水と材料ガスとの圧力差をその理想的な
圧力差に制御する。多孔質膜は制御手段により制御され
たその理想的な圧力差に応じて水を透過する。透過した
水は、気化して水蒸気となり材料ガスに供給される。こ
の結果、多孔質膜を透過する水量が燃料電池の運転状態
に応じて理想的に定まる。
According to the humidification control device for a fuel cell of the fifth aspect, the required water vapor amount in the material gas required by the fuel cell is calculated from the operating state of the fuel cell detected by the operating state detecting means. The ideal pressure difference between water and the material gas is calculated by the ideal pressure difference calculation means from the required amount of water vapor. Then, by controlling at least one of the water pressure and the gas pressure by the control means, the pressure difference between water and the material gas is controlled to the ideal pressure difference. The porous membrane permeates water according to its ideal pressure difference controlled by the control means. The permeated water is vaporized into water vapor and supplied to the material gas. As a result, the amount of water that permeates the porous membrane is ideally determined according to the operating state of the fuel cell.

【0024】請求項6記載の燃料電池の加湿制御装置に
よれば、温度検出手段により検出した燃料電池の温度に
応じて、必要水蒸気量算出手段により、材料ガス中の必
要水蒸気量が算出される。このため、燃料電池の温度が
高いほど、ガス中の飽和水蒸気量が多くなるので、燃料
電池の温度の上昇に応じて必要水蒸気量を高めることが
可能となり、その結果、燃料電池の温度の上昇に応じて
加湿量が増大する。
According to the humidification control device for a fuel cell of the sixth aspect, the required water vapor amount calculating means calculates the required water vapor amount in the material gas in accordance with the temperature of the fuel cell detected by the temperature detecting means. . Therefore, the higher the temperature of the fuel cell, the greater the amount of saturated water vapor in the gas, so that it becomes possible to increase the required amount of water vapor according to the increase in the temperature of the fuel cell, and as a result, the temperature of the fuel cell rises. The amount of humidification increases accordingly.

【0025】請求項7記載の燃料電池の加湿制御装置に
よれば、インピーダンス検出手段により検出した燃料電
池のインピーダンスに応じて、必要水蒸気量算出手段に
より、材料ガス中の必要水蒸気量が算出される。インピ
ーダンスが高いほど、膜−電極接合体つまり燃料電池セ
ルが乾いているので、インピーダンスの上昇に応じて水
圧とガス圧との圧力差を大きくして加湿量を増大させ
る。
According to the humidification control device for a fuel cell of the seventh aspect, the required water vapor amount calculation means calculates the required water vapor amount in the material gas in accordance with the impedance of the fuel cell detected by the impedance detection means. . The higher the impedance, the drier the membrane-electrode assembly, that is, the fuel cell unit. Therefore, the pressure difference between the water pressure and the gas pressure is increased according to the increase in the impedance to increase the amount of humidification.

【0026】請求項8記載の燃料電池の加湿制御装置に
よれば、ガス流量検出手段により検出した燃料電池から
の材料ガスの流量に応じて、必要水蒸気量算出手段によ
り、材料ガス中の必要水蒸気量が算出される。ガス流量
が高いほど、燃料電池で必要となる加湿水量が多くなる
ので、ガス流量の上昇に応じて水圧とガス圧との圧力差
を大きくして加湿量を増大させる。
According to the humidification control device of the fuel cell of the present invention, the required water vapor amount calculation means calculates the required water vapor content in the material gas in accordance with the flow rate of the material gas from the fuel cell detected by the gas flow rate detection means. The amount is calculated. The higher the gas flow rate, the larger the amount of humidifying water required in the fuel cell. Therefore, the pressure difference between the water pressure and the gas pressure is increased in accordance with the increase in the gas flow rate to increase the humidifying amount.

【0027】請求項9記載の燃料電池の加湿制御装置に
よれば、電流検出手段により検出した燃料電池の負荷電
流に応じて、必要水蒸気量算出手段により、材料ガス中
の必要水蒸気量が算出される。負荷電流に応じて燃料電
池のガス流量は決定されることから、ガス流量と同様、
負荷電流が高いほど、燃料電池で必要となる加湿水量が
多くなるので、ガス流量の上昇に応じて水圧とガス圧と
の圧力差を大きくして加湿量を増大させる。
According to the humidification control device of the fuel cell of the ninth aspect, the required water vapor amount calculation means calculates the required water vapor amount in the material gas in accordance with the load current of the fuel cell detected by the current detection means. It Since the gas flow rate of the fuel cell is determined according to the load current, like the gas flow rate,
The higher the load current, the larger the amount of humidifying water required in the fuel cell. Therefore, the humidification amount is increased by increasing the pressure difference between the water pressure and the gas pressure as the gas flow rate increases.

【0028】請求項10記載の燃料電池の加湿制御装置
によれば、停止時判定手段により、燃料電池の停止時が
判定されたとき、水と材料ガスとの圧力差を所定の圧力
差以上の大きな圧力差となるように水圧またはガス圧の
少なくともいずれか一方を、停止時制御手段により制御
する。
According to the humidification controller for a fuel cell of the tenth aspect, when the stop determination means determines that the fuel cell is stopped, the pressure difference between the water and the material gas is equal to or more than a predetermined pressure difference. At least one of water pressure and gas pressure is controlled by the stop time control means so that a large pressure difference is obtained.

【0029】請求項11記載の加湿装置の製造方法によ
れば、有機溶剤で希釈されたシリコーン接着剤の溶液
を、多孔質膜を用いて加圧下でろ過することにより、溶
媒のみは多孔質膜を通過させ、シリコーン接着剤の一部
は多孔質膜表面及び内部に残留させるように働く。
According to the method of manufacturing a humidifying device of claim 11, the solution of the silicone adhesive diluted with the organic solvent is filtered under pressure using the porous membrane, so that only the solvent is the porous membrane. Of the silicone adhesive, and a part of the silicone adhesive acts so as to remain on the surface and inside of the porous membrane.

【0030】[0030]

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in order to further clarify the structure and operation of the present invention described above.

【0031】図1は、本発明の燃料電池の加湿装置を適
用した第1実施例としての固体高分子型燃料電池のスタ
ック(以下、燃料電池スタックと呼ぶ)1の概略構成図
である。燃料電池スタック1は、複数の単電池のセル1
0を備える発電ユニット100と、水素ガスを加湿する
水素ガス加湿器110および酸素含有ガス(空気)を加
湿する酸素含有ガス加湿器120からなる加湿ユニット
200とを備える。発電ユニット100は2つのエンド
プレート300,310の間に締め付けボルト312,
314により組み付けられており、さらに一方のエンド
プレート310と第3のエンドプレート320との間に
加湿ユニット200が締め付けボルト322,324に
より組み付けられている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell stack (hereinafter referred to as a fuel cell stack) 1 as a first embodiment to which a fuel cell humidifying device of the present invention is applied. The fuel cell stack 1 includes a plurality of unit cells 1
A power generation unit 100 including 0, and a humidification unit 200 including a hydrogen gas humidifier 110 that humidifies hydrogen gas and an oxygen-containing gas humidifier 120 that humidifies oxygen-containing gas (air). The power generation unit 100 includes a tightening bolt 312, between the two end plates 300, 310.
The humidifying unit 200 is assembled between the one end plate 310 and the third end plate 320 by tightening bolts 322 and 324.

【0032】発電ユニット100は、セル10を複数
(この実施例では3つ)積層し、その積層方向の両側に
冷却水流路20,30を設け、さらに冷却水流路20,
30の外側に集電板40,50を設けた構成である。
In the power generation unit 100, a plurality of cells 10 (three in this embodiment) are laminated, cooling water passages 20 and 30 are provided on both sides in the laminating direction, and further cooling water passages 20 and 30 are provided.
The configuration is such that the current collectors 40 and 50 are provided outside the 30.

【0033】セル10の構成について次に説明する。セ
ル10は、図2の構造図に示すように、電解質膜11
と、この電解質膜11を両側から挟んでサンドイッチ構
造とするガス拡散電極としてのカソード12およびアノ
ード13と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつ
カソード12およびアノード13とで酸素含有ガスおよ
び燃料ガスの流路を形成するセパレータ14,15とに
より構成されている。
The structure of the cell 10 will be described below. The cell 10 has an electrolyte membrane 11 as shown in the structural diagram of FIG.
And a cathode 12 and an anode 13 serving as a gas diffusion electrode sandwiching the electrolyte membrane 11 from both sides, and an oxygen-containing gas and a fuel gas flow between the cathode 12 and the anode 13 sandwiching the sandwich structure from both sides. It is composed of separators 14 and 15 that form a passage.

【0034】電解質膜11は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状
態で良好な電気電導性を示す。カソード12およびアノ
ード13は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンク
ロスにより形成されており、このカーボンクロスには、
触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金等
を担持したカーボン粉がクロスの隙間に練り込まれてい
る。セパレータ14,15は、ち密質のカーボンプレー
トにより形成されている。カソード12側のセパレータ
14は、カソード12の表面とで材料ガスである酸素含
有ガスの流路をなすと共にカソード12で生成する水の
集水路をなす酸素ガス流路14pを形成する。また、ア
ノード13側のセパレータ15は、アノード13の表面
とで燃料ガスである水素ガスと水蒸気との混合ガスの流
路をなす水素ガス流路15pを形成する。
The electrolyte membrane 11 is an ion-exchange membrane made of a polymer material, for example, a fluororesin, and exhibits good electric conductivity in a wet state. The cathode 12 and the anode 13 are made of carbon cloth woven with a yarn made of carbon fiber.
Carbon powder carrying platinum or an alloy of platinum and another metal as a catalyst is kneaded into the gap of the cloth. The separators 14 and 15 are formed of a dense carbon plate. The separator 14 on the cathode 12 side forms a flow path for the oxygen-containing gas, which is a material gas, with the surface of the cathode 12, and also forms an oxygen gas flow path 14p that serves as a water collection path for water generated in the cathode 12. In addition, the separator 15 on the anode 13 side forms a hydrogen gas flow path 15p that forms a flow path of a mixed gas of hydrogen gas that is a fuel gas and water vapor with the surface of the anode 13.

【0035】これがセル10の基本的な構成であり、セ
ル10の外側に配設された集電板40,50(図1)は
これらセル10のカソード12およびアノード13の集
電極の役割を果たす。集電板40,50は、銅(Cu)
により形成されている。なお集電板40とエンドプレー
ト300との間、集電板50とエンドプレート310と
の間には、絶縁板60,70が介在している。
This is the basic structure of the cell 10, and the current collector plates 40 and 50 (FIG. 1) arranged outside the cell 10 serve as the collector electrodes of the cathode 12 and the anode 13 of these cells 10. . The collector plates 40 and 50 are made of copper (Cu)
It is formed by. Insulating plates 60 and 70 are interposed between the current collector plate 40 and the end plate 300 and between the current collector plate 50 and the end plate 310.

【0036】水素ガス加湿器110の構成について次に
説明する。水素ガス加湿器110は、図3の構造図に示
すように、多孔質膜111と、この多孔質膜111を両
側から挟みつつ水素ガスおよび水の流路を形成するセパ
レータ113,115とにより構成されている。
The structure of the hydrogen gas humidifier 110 will be described below. As shown in the structural diagram of FIG. 3, the hydrogen gas humidifier 110 is composed of a porous film 111 and separators 113 and 115 that sandwich the porous film 111 from both sides and form hydrogen gas and water flow paths. Has been done.

【0037】多孔質膜111は、ポリオレフィン系の多
孔質のフィルムであって、親水性を備えるとともに、空
孔率が50[%]以上で、平均孔径が0.05[μm]
程度のものである。この多孔質膜111は、フィルムを
境とした両側の圧力差に応じて水を透過するものであ
る。多孔質膜111は、例えば、旭化成工業から商品名
「ハイポア1000」として入手することができる。
The porous membrane 111 is a polyolefin-based porous film having hydrophilicity, a porosity of 50 [%] or more, and an average pore diameter of 0.05 [μm].
It is of a degree. The porous membrane 111 allows water to permeate according to the pressure difference between both sides of the film. The porous membrane 111 can be obtained, for example, from Asahi Kasei Kogyo under the trade name “HIPORE 1000”.

【0038】セパレータ113,115は、カーボンを
圧縮してガス不透過とした緻密質のカーボンプレートに
より形成されている。セパレータ113,115の多孔
質膜111側の表面には、平行に配列された複数の凸部
が設けられており、複数の凸部と多孔質膜111とで複
数の水素ガス流路113pおよび水流路115pを形成
する。また、セパレータ113,115と多孔質膜11
1とは、Oリング116,117によりシールされてお
り、また、多孔質膜111の長手方向の両側はシール部
材118,119によりシールされている。
The separators 113 and 115 are formed of a dense carbon plate which is made by impressing carbon to make gas impermeable. A plurality of convex portions arranged in parallel are provided on the surface of the separators 113 and 115 on the side of the porous membrane 111, and the plurality of convex portions and the porous membrane 111 form a plurality of hydrogen gas flow passages 113p and water flow. Forming a path 115p. In addition, the separators 113 and 115 and the porous film 11
1 is sealed by O-rings 116 and 117, and both sides of the porous membrane 111 in the longitudinal direction are sealed by seal members 118 and 119.

【0039】なお、実施例ではセパレータ113をガス
不透過カーボンにより形成したが、水素ガスに侵されな
い材質かつ熱伝導性に優れている材質であれば如何なる
材質により形成してもかまわない。また、セパレータ1
15は水に対して安定な材質でかつ熱伝導性に優れてい
材質であれば如何なる材質により形成しても構わない。
Although the separator 113 is formed of gas impermeable carbon in the embodiment, it may be formed of any material as long as it is not corroded by hydrogen gas and has excellent thermal conductivity. Also, the separator 1
The material 15 may be formed of any material as long as it is a material stable to water and excellent in thermal conductivity.

【0040】こうして構成された水素ガス加湿器110
は、水素ガスの循環路C1中に前述した水素ガス流路1
13pが位置し、水の循環路C2中に前述した水流路1
15pが位置するように配設される。この結果、水流路
115pを流れる水の圧力と水素ガス流路113pを流
れる水素ガスの圧力との差に応じて水流路115p中の
水が多孔質膜111を透過する。この透過した水は、多
孔質膜111表面で気化して水素ガスを加湿する。
The hydrogen gas humidifier 110 thus constructed
Is the hydrogen gas flow path 1 described above in the hydrogen gas circulation path C1.
13p is located and the above-mentioned water flow path 1 is provided in the water circulation path C2.
It is arranged so that 15p is located. As a result, the water in the water channel 115p permeates the porous membrane 111 according to the difference between the pressure of the water flowing in the water channel 115p and the pressure of the hydrogen gas flowing in the hydrogen gas channel 113p. The permeated water vaporizes on the surface of the porous membrane 111 to humidify the hydrogen gas.

【0041】燃料電池のセル10に用いられる酸素含有
ガスを加湿する酸素含有ガス加湿器120は、前述した
水素ガス加湿器110と同一の多孔質膜121およびセ
パレータ123,125(図1)を備えており、セパレ
ータ123の酸素ガス流路123pに酸素含有ガスが流
される。したがって、酸素含有ガス加湿器120は、水
流路125pを流れる水の圧力と酸素ガス流路123p
を流れる酸素含有ガスの圧力との差に応じて水流路12
5p中の水が多孔質膜121を透過する。この透過した
水は、多孔質膜121表面で気化して酸素含有ガスを加
湿する。
The oxygen-containing gas humidifier 120 for humidifying the oxygen-containing gas used in the cell 10 of the fuel cell has the same porous membrane 121 and separators 123 and 125 (FIG. 1) as the hydrogen gas humidifier 110 described above. Therefore, the oxygen-containing gas is caused to flow through the oxygen gas passage 123p of the separator 123. Therefore, the oxygen-containing gas humidifier 120 is configured so that the pressure of the water flowing through the water flow passage 125p and the oxygen gas flow passage 123p.
Depending on the pressure difference between the oxygen-containing gas flowing through the water channel 12
Water in 5p passes through the porous membrane 121. The permeated water vaporizes on the surface of the porous membrane 121 to humidify the oxygen-containing gas.

【0042】次に、セル10の燃料ガスおよび酸素含有
ガスの流路14pおよび15p,冷却水流路20,水素
ガス加湿器110の水流路115pおよび水素ガス流路
113p,酸素含有ガス加湿器120の水流路125p
および酸素ガス流路123p等の接続状態について説明
する。発電ユニット100の冷却水流路20,30の入
口は、水通路510,ポンプ500を介して図示しない
貯水槽に接続されており、冷却水流路20,30の出口
は、水通路520を介して水素ガス加湿器110の水流
路115pおよび酸素含有ガス加湿器120の水流路1
25pの入口に接続されている。したがって、発電ユニ
ット100で冷却水として用いられた水が、水素ガス加
湿器110の水流路115pおよび酸素含有ガス加湿器
120の水流路125pへ供給される。また、両水流路
115p,125pの出口は、水通路530を介して図
示しない熱交換器および貯水槽に接続されている。
Next, the fuel gas and oxygen-containing gas passages 14p and 15p of the cell 10, the cooling water passage 20, the water passage 115p and hydrogen gas passage 113p of the hydrogen gas humidifier 110, and the oxygen-containing gas humidifier 120 are formed. Water channel 125p
A connection state of the oxygen gas flow path 123p and the like will be described. The inlets of the cooling water passages 20 and 30 of the power generation unit 100 are connected to a water tank (not shown) via a water passage 510 and a pump 500, and the outlets of the cooling water passages 20 and 30 are connected to hydrogen via the water passage 520. Water channel 115p of the gas humidifier 110 and water channel 1 of the oxygen-containing gas humidifier 120
It is connected to the entrance of 25p. Therefore, the water used as the cooling water in the power generation unit 100 is supplied to the water flow passage 115p of the hydrogen gas humidifier 110 and the water flow passage 125p of the oxygen-containing gas humidifier 120. Further, the outlets of both water flow paths 115p and 125p are connected to a heat exchanger and a water storage tank (not shown) via a water passage 530.

【0043】なお、ポンプ500には、ポンプ500の
回転数を可変する電動機500aが設けられている。こ
の電動機500aは、外部からの制御信号に基づいく回
転数でポンプ500を駆動する。したがって、ポンプ5
00の回転数を変えることで、冷却水流路20および水
流路115p,125p内の水圧を調整することができ
る。
The pump 500 is provided with an electric motor 500a for varying the rotation speed of the pump 500. The electric motor 500a drives the pump 500 at a rotation speed based on a control signal from the outside. Therefore, pump 5
The water pressure in the cooling water flow passage 20 and the water flow passages 115p and 125p can be adjusted by changing the rotation speed of 00.

【0044】水素ガス加湿器110のセパレータ113
に形成された水素ガス流路113pの入口は、水素ガス
通路540,ブロワ550を介して水素ガス貯蔵槽(図
示せず)に接続されており、水素ガス流路113pの出
口は、水素ガス通路560を介してセル10のセパレー
タ15に形成された水素ガス流路15pの入口に接続さ
れている。したがって、水素ガス流路15pには、水素
ガスと水蒸気との混合ガスが流入する。また、水素ガス
流路15pの出口は、水素ガス通路570を介して水素
ガス回収槽(図示せず)に接続されている。
Separator 113 of the hydrogen gas humidifier 110
The inlet of the hydrogen gas flow passage 113p formed in the above is connected to a hydrogen gas storage tank (not shown) via the hydrogen gas passage 540 and the blower 550, and the outlet of the hydrogen gas flow passage 113p is connected to the hydrogen gas passage It is connected via 560 to the inlet of the hydrogen gas flow path 15p formed in the separator 15 of the cell 10. Therefore, the mixed gas of hydrogen gas and water vapor flows into the hydrogen gas flow path 15p. The outlet of the hydrogen gas flow path 15p is connected to a hydrogen gas recovery tank (not shown) via a hydrogen gas passage 570.

【0045】酸素含有ガス加湿器120のセパレータ1
23に形成された酸素ガス流路123pの入口は、酸素
ガス通路580を介してブロワ590に接続されてお
り、酸素ガス流路123pの出口は、酸素ガス通路59
2を介してセル10のセパレータ14に形成された酸素
ガス流路14pの入口に接続されている。したがって、
酸素ガス流路14pには、酸素含有ガスと水蒸気との混
合ガスが流入する。また、酸素ガス流路14pの出口
は、酸素ガス通路594を介して外部大気と接続されて
いる。
Separator 1 of the oxygen-containing gas humidifier 120
The inlet of the oxygen gas flow passage 123p formed in 23 is connected to the blower 590 via the oxygen gas passage 580, and the outlet of the oxygen gas flow passage 123p is connected to the oxygen gas passage 59.
2 is connected to the inlet of the oxygen gas flow path 14p formed in the separator 14 of the cell 10 through the line 2. Therefore,
A mixed gas of an oxygen-containing gas and water vapor flows into the oxygen gas flow path 14p. Further, the outlet of the oxygen gas flow path 14p is connected to the external atmosphere via the oxygen gas passage 594.

【0046】こうして構成された燃料電池スタック1
は、上述した化学反応により化学エネルギを直接電気エ
ネルギに変換するが、加湿ユニット200で加湿された
材料ガス(水素ガスおよび酸素含有ガス)により、この
化学反応がスムーズに行なわれている。
Fuel cell stack 1 constructed in this way
In the above, the chemical energy is directly converted into electric energy by the above-mentioned chemical reaction, but this chemical reaction is smoothly performed by the material gas (hydrogen gas and oxygen-containing gas) humidified by the humidification unit 200.

【0047】すなわち、セル10のアノード13では、
水素が水素イオンと電子となる反応が行なわれ、生じた
水素イオンが、アノード13付近の水と結合して水和状
態となって電解質膜11内を移動する。このため、その
ままでは電解質膜11のアノード13付近で水が不足す
るが、この不足は、水素ガスと水蒸気との混合ガス中の
水蒸気により補給される。この結果、電解質膜11は常
に湿潤状態となり、水素イオンは電解質膜11内をスム
ーズに移動することができ、陰極反応がスムーズに行な
われる。カソード12では、水素イオンと電子と酸素と
により水を生成する反応が行なわれる。酸素含有ガスと
水蒸気の混合ガス中の水蒸気は、運転開始直後の電解質
膜11の湿潤状態を確保すると共にカソード12とセパ
レータ14等との接触抵抗を低減させる。
That is, in the anode 13 of the cell 10,
Hydrogen reacts with hydrogen ions to become electrons, and the generated hydrogen ions combine with water near the anode 13 to be in a hydrated state and move in the electrolyte membrane 11. Therefore, if water is left as it is in the vicinity of the anode 13 of the electrolyte membrane 11, this shortage is replenished by the water vapor in the mixed gas of hydrogen gas and water vapor. As a result, the electrolyte membrane 11 is always in a wet state, hydrogen ions can move smoothly in the electrolyte membrane 11, and the cathode reaction is smoothly performed. At the cathode 12, a reaction for producing water is carried out by hydrogen ions, electrons and oxygen. The water vapor in the mixed gas of the oxygen-containing gas and the water vapor secures the wet state of the electrolyte membrane 11 immediately after the start of operation and reduces the contact resistance between the cathode 12 and the separator 14 or the like.

【0048】以上詳述したように、この第1実施例の燃
料電池スタック1では、燃料電池に供給する材料ガスで
ある水素ガスおよび酸素含有ガスを水素ガス加湿器11
0および酸素含有ガス加湿器120で加湿している。こ
の水素ガス加湿器110は、多孔質膜111が親水性を
有するポリオレフィン系のものであることから、多孔質
膜111を透過してきた水は、多孔質膜111に対して
大きな接触面積で接する。このため、多孔質膜111と
水素ガスとの双方から熱を受けることができることか
ら、その水を容易に気化して、水滴の状態でなく良好な
水蒸気の状態で水素ガス中に含ませることができる。こ
のため、水素ガスの供給先であるセル10のアノード1
3が濡れ過ぎの状態となり、燃料電池スタック1の出力
が低下するのを防止することができる。
As described above in detail, in the fuel cell stack 1 of the first embodiment, the hydrogen gas and oxygen-containing gas, which are the material gases to be supplied to the fuel cell, are used as the hydrogen gas humidifier 11.
0 and oxygen-containing gas humidifier 120 humidifies. In this hydrogen gas humidifier 110, since the porous film 111 is of a polyolefin type having hydrophilicity, water that has permeated the porous film 111 contacts the porous film 111 with a large contact area. Therefore, since heat can be received from both the porous film 111 and the hydrogen gas, the water can be easily vaporized and contained in the hydrogen gas in the state of good water vapor, not in the state of water droplets. it can. Therefore, the anode 1 of the cell 10 to which hydrogen gas is supplied
It is possible to prevent the output of the fuel cell stack 1 from being lowered due to the excessively wet state of the fuel cell stack 3.

【0049】また、酸素含有ガス加湿器120も、多孔
質膜121が親水性を有するポリオレフィン系のもので
あることから、多孔質膜121を透過してきた水を容易
に気化して、水を水滴の状態でなく良好な水蒸気の状態
で酸素含有ガス中に含ませることができる。このため、
水素ガスの供給先であるセル10のカソード12の濡れ
過ぎを防止することができる。
Further, also in the oxygen-containing gas humidifier 120, since the porous film 121 is made of a hydrophilic polyolefin, the water that has permeated the porous film 121 can be easily vaporized to form water droplets. It can be contained in the oxygen-containing gas in a good water vapor state instead of the above state. For this reason,
It is possible to prevent the cathode 12 of the cell 10, which is the supply destination of the hydrogen gas, from getting too wet.

【0050】なお、多孔質膜111の一例として旭化成
工業のハイポア1000を使って、加湿量の測定をした
結果を図4のグラフに示した。この実験の条件は、カソ
ード12に供給する酸素含有ガスを空気とし、その圧力
を1.5気圧とし、燃料電池のガス利用率を100
[%]、燃料電池の電流密度を0.3[A/cm2]として
いる。この実験では、測定範囲内において、霧状の良好
な水蒸気を得ることができるとともに、図4のグラフに
示すように、多孔質膜111に作用する圧力差△Pと加
湿量Wとの関係を、△Pが0.2〜1[kgf/cm2]の
時、Wが0.01〜1[ミリリットル/cm2・分]の範囲とする
ことができた。これは固体高分子型燃料電池を電気自動
車の用途に適用する際の実用的な範囲である。
The graph of FIG. 4 shows the result of measurement of the amount of humidification using Hypore 1000 manufactured by Asahi Kasei Corporation as an example of the porous film 111. The conditions of this experiment were that the oxygen-containing gas supplied to the cathode 12 was air, the pressure thereof was 1.5 atm, and the gas utilization rate of the fuel cell was 100.
[%] And the current density of the fuel cell is 0.3 [A / cm 2 ]. In this experiment, water vapor with good mist can be obtained within the measurement range, and as shown in the graph of FIG. 4, the relationship between the pressure difference ΔP acting on the porous membrane 111 and the humidification amount W is shown. , ΔP was 0.2 to 1 [kgf / cm 2 ], W could be in the range of 0.01 to 1 [milliliter / cm 2 · minute]. This is a practical range when the polymer electrolyte fuel cell is applied to electric vehicle applications.

【0051】水の通過量の異なる各種の多孔質膜を用意
し実際にどのように加湿されるかを実験してみた。その
観察結果を次に示した。
Various porous membranes having different amounts of water passing were prepared and experiments were conducted to see how they were actually humidified. The observation results are shown below.

【0052】加湿量が0.001[ミリリットル/cm2・分]
程度では、加湿量が少なく、ガスは加湿されているのか
否か目視で判断できない。加湿量が0.01[ミリリットル/
cm2・分] 程度では、ガスは加湿され、薄い霧状の良好
な水蒸気が得られる。加湿量が0.1[ミリリットル/cm2
分] 程度では、ガスは加湿され、霧状の良好な水蒸気
が得られる。加湿量が1[ミリリットル/cm2・分] 程度で
は、ガスは加湿され、濃い霧状の良好な水蒸気が得られ
る。加湿量が10[ミリリットル/cm2・分] 程度では、ガス
は加湿されているものの、多数の水滴が飛散してきて、
霧状の水蒸気は得られない。加湿量が100[ミリリットル/
cm2・分] 程度では、ガスではなく、水が吹き出すかの
ごとく多量の水が飛散してきて、水蒸気の状態ではな
い。
Humidification amount is 0.001 [milliliter / cm 2 · min]
The degree of humidification is small, and it is not possible to visually judge whether the gas is humidified. The amount of humidification is 0.01 [ml /
In the case of about cm 2 · min], the gas is humidified, and a good vapor in the form of a thin mist is obtained. Humidification amount is 0.1 [ml / cm 2 ·
In a minute], the gas is humidified and good mist-like water vapor is obtained. When the amount of humidification is about 1 [milliliter / cm 2 · min], the gas is humidified and good vapor in the form of a thick mist is obtained. When the amount of humidification is about 10 [milliliter / cm 2 · min], the gas is humidified, but many water droplets are scattered,
No mist-like water vapor can be obtained. Humidification amount is 100 [ml /
cm 2 · min], a large amount of water is scattered as if it were not a gas but water, and it is not in the state of water vapor.

【0053】即ち、良好な加湿を実現できるのは、加湿
量が0.01〜1[ミリリットル/cm2・分]の範囲であり、こ
のことからも、前述したハイポア1000を用いた加湿
装置では良好な加湿を行なうことができることがわか
る。
That is, it is in the range of 0.01 to 1 [milliliter / cm 2 · min] that good humidification can be realized. From this fact as well, in the humidifier using the Hypore 1000 described above. It can be seen that good humidification can be performed.

【0054】なお、この第1実施例の燃料電池スタック
1では、発電ユニット100と加湿ユニット200とが
別体に組み付けられていることから、次のような効果を
奏する。まず、第1に、発電ユニット100と加湿ユニ
ット200とが別体となっていることから、発電ユニッ
ト100と加湿ユニット200との締め付け圧力(トル
ク)を別々の大きさにすることができるという効果を奏
する。
In the fuel cell stack 1 of the first embodiment, the power generation unit 100 and the humidification unit 200 are assembled separately, so that the following effects are obtained. Firstly, since the power generation unit 100 and the humidification unit 200 are separate bodies, the tightening pressure (torque) between the power generation unit 100 and the humidification unit 200 can be set to different magnitudes. Play.

【0055】発電ユニット100の締め付け圧力は、燃
料電池からガス漏れが発生しないようにすること、燃料
電池のセル抵抗(電池抵抗)が発電に支障のない程度に
まで低下すること、の2点から決められる。通常はガス
シールはわずかな締め付け圧力で確保できるので、実際
においては、セル抵抗値によって締め付け圧力が決めら
れる。一方、加湿ユニット200の締め付け圧力は、発
電をしているわけではないから、その締め付け圧力は、
ガスシール性のみから決められる。
The tightening pressure of the power generation unit 100 is to prevent gas leakage from the fuel cell and to reduce the cell resistance (cell resistance) of the fuel cell to such an extent that power generation is not hindered. Can be decided In general, the gas seal can be secured with a slight tightening pressure, so that the tightening pressure is actually determined by the cell resistance value. On the other hand, since the tightening pressure of the humidifying unit 200 does not generate electricity, the tightening pressure is
It is determined only by the gas sealability.

【0056】加湿装置が発電ユニットと一体になって組
み付けられた従来の構成では、セル抵抗で決められる締
め付け圧力、つまり、大きな締め付け圧力で、締め付け
られることから、加湿装置側に支障が生じた。本実施例
のように、加湿装置において多孔質膜を用いた場合、膜
が薄く、強度も低いことから、加湿装置を大きな締め付
け圧力で締め付けた場合、多孔質膜が、ガス流路、水流
路の溝のエッジに強く押しつけられて、その多孔質膜が
破れてしまった。
In the conventional structure in which the humidifying device is integrated with the power generation unit, the humidifying device is hindered by the tightening pressure determined by the cell resistance, that is, the large tightening pressure. When a porous membrane is used in the humidifier as in this example, the membrane is thin and has low strength. Therefore, when the humidifier is tightened with a large tightening pressure, the porous membrane has a gas flow path and a water flow path. It was strongly pressed against the edge of the groove, and the porous membrane was torn.

【0057】これに対してこの第1実施例では、加湿ユ
ニット200の締め付け圧力は、発電ユニット100の
締め付け圧力の制限を何等受けることがないことから、
前述したような大きな締め付け圧力で加湿ユニット20
0を締め付ける必要がない。従って、多孔質膜の破損を
防ぐことができる。
On the other hand, in the first embodiment, the tightening pressure of the humidifying unit 200 is not limited by the tightening pressure of the power generation unit 100.
Humidification unit 20 with a large tightening pressure as described above
No need to tighten 0. Therefore, damage to the porous membrane can be prevented.

【0058】また、この第1実施例の燃料電池スタック
1は、発電ユニット100と加湿ユニット200とが別
体に組み付けられていることから、その補修が容易であ
るという効果を奏する。例えば、電池特性に異常が見つ
かったときに、従来は、発電部分は勿論のこと加湿装置
を含め、完全に分解する必要があった。これに対して、
この実施例では、発電ユニット100と加湿ユニット2
00とが別々に組み付けられているため、発電ユニット
100と加湿ユニット200とをそれぞれ単独で分解す
ることが出来、その補修が容易である。
Further, in the fuel cell stack 1 of the first embodiment, since the power generation unit 100 and the humidification unit 200 are assembled separately, there is an effect that the repair is easy. For example, when an abnormality is found in the battery characteristics, conventionally, it is necessary to completely disassemble not only the power generation part but also the humidifier. On the contrary,
In this embodiment, the power generation unit 100 and the humidification unit 2
Since 00 and 00 are separately assembled, the power generation unit 100 and the humidification unit 200 can be disassembled independently, and the repair thereof is easy.

【0059】一般に、発電ユニット100と加湿ユニッ
ト200とを別体にすると、両者100,200は、熱
的にも隔離されることから、燃料電池本体の熱を加湿ユ
ニットに伝えることができない。このため、加湿ユニッ
ト200において加湿の効率を低下させることになる
が、この第1実施例では、燃料電池本体の冷却に用いた
冷却水を水流路115p,125pに利用していること
から、発電ユニット100と加湿ユニット200とを熱
的に結合させることができる。従って、加湿ユニット2
00において加湿の効率低下を引き起こすこともない。
In general, when the power generation unit 100 and the humidification unit 200 are separated, the heat generation of the fuel cell main body cannot be transferred to the humidification unit because both of them are also thermally isolated. Therefore, the efficiency of humidification is reduced in the humidifying unit 200. However, in the first embodiment, since the cooling water used for cooling the fuel cell main body is used for the water flow paths 115p and 125p, power generation is performed. The unit 100 and the humidification unit 200 can be thermally coupled. Therefore, the humidifying unit 2
At 00, the efficiency of humidification is not lowered.

【0060】なお、この第1実施例では、水素ガス加湿
器110の水流路115p(および酸素含有ガス加湿器
120の水流路125p)を循環路として発電ユニット
100の冷却水流路20に連結していたが、これに替え
て、水流路115pを冷却水流路20と別系統の流路と
して、水流路115pの出口側を閉じた構造としてもよ
い。
In the first embodiment, the water passage 115p of the hydrogen gas humidifier 110 (and the water passage 125p of the oxygen-containing gas humidifier 120) is connected to the cooling water passage 20 of the power generation unit 100 as a circulation passage. However, instead of this, the water flow path 115p may be a flow path of a system different from the cooling water flow path 20, and the outlet side of the water flow path 115p may be closed.

【0061】この第1実施例では、多孔質膜111とし
て、ポリオレフィン系のフィルムを用いていたが、これ
に替えて、セルロース系、ポリアミド系、ポリスルホン
系、ポリプロピレン系を用いる構成としてもよい。要
は、制御可能な圧力差でもって0.01〜1[ミリリットル/
cm2・分]の範囲の加湿量を得られる親水性の多孔質膜で
あればどのようなものであってもよい。ここで言う、親
水性の多孔質膜とは、多孔質膜の表面に水滴が付着した
ときの水滴の形状によって、撥水性の多孔質膜と区別で
きるものである。即ち、撥水性の多孔質膜の表面におい
ては、水滴はまさに水滴、つまり球状となって付着する
が、親水性の膜の表面においては、水滴は球状になるこ
となく、膜表面に平面的に広がるのである。なお、親水
性の多孔質膜を定量的に示すと、膜の表面に水滴が付着
した際の、水滴と多孔質膜表面との接触角度が、好まし
くは30度以下の場合を親水性の多孔質膜と定めるもの
とする。
In the first embodiment, the polyolefin film is used as the porous film 111. However, instead of this, a cellulose type, a polyamide type, a polysulfone type, or a polypropylene type may be used. In short, 0.01 to 1 [ml /
Any hydrophilic porous membrane can be used as long as it can provide a humidification amount in the range of [cm 2 · min]. Here, the hydrophilic porous membrane can be distinguished from the water-repellent porous membrane by the shape of the water droplet when the water droplet adheres to the surface of the porous membrane. That is, on the surface of the water-repellent porous film, the water drops are exactly water drops, that is, in the form of spheres, but on the surface of the hydrophilic film, the water drops are not in the form of spheres and are flat on the film surface. It spreads. In addition, when a hydrophilic porous membrane is quantitatively shown, when the contact angle between the water droplet and the surface of the porous membrane when the water droplet adheres to the surface of the membrane is preferably 30 degrees or less, the hydrophilic porous membrane is It shall be defined as a quality membrane.

【0062】本発明の第2実施例について次に説明す
る。図5は、第2実施例の燃料電池の加湿器600の構
造図である。この図5に示すように、この第2実施例の
燃料電池の加湿器600は、第1実施例の水素ガス加湿
器110と比較して、多孔質膜602とセパレータ60
4,606との間に多孔質のカーボンのシート608,
610を設けた点が相違する。なお、両シート608,
610の長手方向の両外側には、緻密性のカーボンから
なるシール部材612〜615が接合されており、その
方向へのガス漏れを防いでいる。なお、図5中には詳し
く示さなかったが、第1実施例の水素ガス加湿器110
と同じようにOリングを用いてさらにシール性を高めた
構成としてもよい。
The second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 5 is a structural diagram of the humidifier 600 of the fuel cell of the second embodiment. As shown in FIG. 5, the humidifier 600 of the fuel cell according to the second embodiment is different from the hydrogen gas humidifier 110 according to the first embodiment in that the porous membrane 602 and the separator 60.
4, 606 and a porous carbon sheet 608,
The difference is that 610 is provided. Both sheets 608,
Sealing members 612 to 615 made of dense carbon are joined to both outer sides in the longitudinal direction of 610 to prevent gas leakage in that direction. Although not shown in detail in FIG. 5, the hydrogen gas humidifier 110 of the first embodiment is used.
Similarly to the above, an O-ring may be used to further improve the sealing performance.

【0063】以上のように構成された第2実施例では、
多孔質膜111はシート608,610により覆われ
る。多孔質膜111は、数十〜数百ミクロンと薄い為、
そのままでは多孔質膜111に作用する圧力差ΔPによ
り破損する恐れがあるが、このようにシート608,6
10で覆うことにより、多孔質膜111の破損を確実に
防止することができる。
In the second embodiment constructed as described above,
The porous film 111 is covered with the sheets 608 and 610. Since the porous film 111 is as thin as tens to hundreds of microns,
If it is left as it is, it may be damaged due to the pressure difference ΔP acting on the porous film 111.
By covering with 10, it is possible to reliably prevent damage to the porous film 111.

【0064】なお、シート608,610は、ガスや水
の透過性に優れ、且つある程度の強度があるものであれ
ば、どのようなものでもよく、多孔質のカーボンに替え
て、発泡質のカーボン、発泡ニッケル、ガラス、或いは
メッシュ状のシートとしてもよい。
The sheets 608 and 610 may be of any type as long as they are excellent in gas and water permeability and have a certain level of strength. Instead of porous carbon, foamed carbon is used. Alternatively, foamed nickel, glass, or a mesh sheet may be used.

【0065】本発明の第3実施例について次に説明す
る。図6は、第3実施例の燃料電池の加湿器700の構
造図である。この図6に示すように、この第3実施例の
燃料電池の加湿器700は、第1実施例の水素ガス加湿
器110と比較して、多孔質膜702が屈曲させて立体
的に配置されている点が相違する。なお、図6中には詳
しく示さなかったが、第1実施例の水素ガス加湿器11
0と同じようにOリングを用いてシール性を高めた構成
となっている。
The third embodiment of the present invention will be described below. FIG. 6 is a structural diagram of the humidifier 700 of the fuel cell of the third embodiment. As shown in FIG. 6, in the humidifier 700 of the fuel cell according to the third embodiment, the porous membrane 702 is bent and arranged three-dimensionally as compared with the hydrogen gas humidifier 110 according to the first embodiment. The difference is. Although not shown in detail in FIG. 6, the hydrogen gas humidifier 11 according to the first embodiment is used.
As in the case of 0, an O-ring is used to improve the sealing performance.

【0066】以上のように構成された第3実施例では、
多孔質膜702が屈曲させて立体的に配置されているこ
とから、少ない容積の加湿装置でより表面積の大きい多
孔質膜を組み込むことが可能となる。多孔質膜702を
屈曲させると加湿装置の1枚当りの厚みは増えるが、加
湿装置の枚数を増すよりも、一つの加湿装置で多量の加
湿する方が、トータルの加湿部分の厚みは減らすことが
できる。このため、少ない容積の加湿装置でより大きな
加湿量を実現することができる。
In the third embodiment constructed as described above,
Since the porous membrane 702 is bent and arranged three-dimensionally, it is possible to incorporate a porous membrane having a larger surface area with a humidifier having a small volume. When the porous membrane 702 is bent, the thickness of each humidifying device increases, but rather than increasing the number of humidifying devices, a large amount of humidifying with one humidifying device reduces the total thickness of the humidifying portion. You can Therefore, a larger amount of humidification can be realized with a humidifier having a small volume.

【0067】なお、この第3実施例において、多孔質膜
702の破損を防止するために、第2実施例と同様に多
孔質膜702にサポート用のフィルムを沿わした構成と
してもよい。
In the third embodiment, in order to prevent damage to the porous film 702, a support film may be provided along the porous film 702 as in the second embodiment.

【0068】本発明の第4実施例について次に説明す
る。図7は、第4実施例の燃料電池の加湿器800の構
造図である。この図7に示すように、この第4実施例の
燃料電池の加湿器800は、第1実施例の水素ガス加湿
器110と比較して、多孔質膜802の形状が相違す
る。この多孔質膜802は、四角形の筒状の形状をして
おり、その内部を水を流す水流路804とし、その外部
には第2実施例と同じサポート用のフィルム806を設
けた。セパレータ808,810で形成する流路808
p,810pは、双方ともガス(水素ガスまたは酸素含
有ガス)用の流路とする。なお、図7中には詳しく示さ
なかったが、第1実施例の水素ガス加湿器110と同じ
ようにOリングを用いてシール性を高めた構成となって
いる。
The fourth embodiment of the present invention will be described below. FIG. 7 is a structural diagram of a humidifier 800 for a fuel cell according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, the humidifier 800 of the fuel cell of the fourth embodiment differs from the hydrogen gas humidifier 110 of the first embodiment in the shape of the porous membrane 802. The porous film 802 has a rectangular tubular shape, and a water flow path 804 through which water flows is provided inside the porous film 802, and a support film 806 similar to that of the second embodiment is provided outside the water flow path 804. Flow path 808 formed by separators 808 and 810
Both p and 810p are channels for gas (hydrogen gas or oxygen-containing gas). Although not shown in detail in FIG. 7, the hydrogen gas humidifier 110 of the first embodiment has an O-ring as in the hydrogen gas humidifier 110 to improve the sealing performance.

【0069】以上のように構成された第4実施例では、
多孔質膜802が3次元構造となっていることから、よ
り広い表面積で加湿を実現することができ、よりコンパ
クト性に優れている。なお、この実施例では、多孔質膜
802の外側の両流路808p,810pに水素ガスま
たは酸素含有ガスのいずれか一方の流す構成としたが、
これに替えて、一方の流路に水素ガスを他方の流路に酸
素含有ガスを流す構成としてもよい。この構成により、
一つの加湿装置で、アノード13に供給する水素ガス
と、カソード12に供給する酸素含有ガスとの両方に同
時に加湿を行なうことができる。
In the fourth embodiment constructed as described above,
Since the porous film 802 has a three-dimensional structure, it is possible to realize humidification with a larger surface area, and it is more compact. In this embodiment, either the hydrogen gas or the oxygen-containing gas is made to flow in both flow paths 808p and 810p outside the porous membrane 802.
Instead of this, a configuration may be adopted in which hydrogen gas is passed through one channel and oxygen-containing gas is passed through the other channel. With this configuration,
It is possible to simultaneously humidify both the hydrogen gas supplied to the anode 13 and the oxygen-containing gas supplied to the cathode 12 with one humidifier.

【0070】前述した第1ないし第4実施例では、多孔
質膜111(602,702,802)として「ハイポ
ア1000」を用いることで良好な加湿を得ていたが、
これに替えて、ポリオレフィン系であっても径孔が大き
すぎるフィルムを用いた場合、加湿量過多となることが
ある。そこでこうした径孔が大きすぎるフィルムを、孔
の一部を塞いだり、孔径を狭めたりすることにより、最
適な多孔質膜に変身させる技術について、次に説明す
る。
In the above-described first to fourth embodiments, good humidification is obtained by using "HYPORE 1000" as the porous membrane 111 (602, 702, 802).
Alternatively, if a polyolefin film having too large pores is used, the amount of humidification may be excessive. Therefore, a technique for transforming such a film having too large pores into an optimal porous membrane by blocking a part of the pores or narrowing the pore diameter will be described below.

【0071】多孔質膜として孔径0.80ミクロン、多
孔度72%、厚さ125ミクロンの親水性セルロースタ
イプメンブランフィルタ、例えばアドバンテック製C0
80Aを使用する。付加型反応で重合する、熱硬化型シ
リコーン接着剤、例えば、東レダウコーニングシリコー
ン製のCY52−227使用する。これらを用いて次の
〜の手順で作業を行なう。
As a porous membrane, a hydrophilic cellulose type membrane filter having a pore size of 0.80 micron, a porosity of 72% and a thickness of 125 micron, such as C0 manufactured by Advantech.
Use 80A. A thermosetting silicone adhesive that polymerizes in an addition type reaction, for example, CY52-227 manufactured by Toray Dow Corning Silicone is used. Using these, work is performed according to the following procedures.

【0072】シリコーン接着剤を有機溶剤(キシレン
またはトルエン)で希釈する。シリコーン接着剤と有機
溶剤の重量比は、1:100〜2:100程度とする。
この際、全量のシリコーン接着剤に、少量ずつ徐々に有
機溶剤を加えながら攪拌し、希釈する。ここで、順序を
逆にして、全量の有機溶剤の中に、少量ずつ徐々にシリ
コーン接着剤を加えながら攪拌すると、うまく希釈でき
ないので注意する。 有機溶剤で希釈されたシリコーン接着剤溶液を、室温
で、真空脱泡して、溶液中の気泡を取り除く。 多孔質膜を加圧ろ過用ホルダにセットし、このシリコ
ーン接着剤溶液を加圧ろ過することにより、溶媒のみは
多孔質膜を通過し、シリコーン接着剤の一部が多孔質膜
表面及び内部に残留する。 この状態の多孔質膜を室温で30分ほど自然乾燥させ
た後、60〜80[℃]で30分加熱乾燥させて、多孔
質膜表面及び内部に残留していた有機溶剤を完全に気化
させる。 次に120[℃]で1時間加熱して、多孔質膜の表面
及び内部に残留していたシリコーン接着剤を硬化させ
る。
The silicone adhesive is diluted with an organic solvent (xylene or toluene). The weight ratio of the silicone adhesive and the organic solvent is about 1: 100 to 2: 100.
At this time, the whole amount of the silicone adhesive is diluted by gradually adding an organic solvent little by little while stirring. Note that if the order is reversed and the silicone adhesive is gradually added to the entire amount of the organic solvent while stirring, the dilution cannot be performed well, so be careful. The silicone adhesive solution diluted with an organic solvent is vacuum degassed at room temperature to remove air bubbles in the solution. By setting the porous membrane in the holder for pressure filtration and filtering this silicone adhesive solution under pressure, only the solvent passes through the porous membrane, and part of the silicone adhesive is deposited on the surface and inside the porous membrane. To remain. The porous membrane in this state is naturally dried at room temperature for about 30 minutes, and then dried by heating at 60 to 80 [° C.] for 30 minutes to completely vaporize the organic solvent remaining on the surface and inside of the porous membrane. . Next, it is heated at 120 [° C.] for 1 hour to cure the silicone adhesive remaining on the surface and inside of the porous film.

【0073】このようにして処理した多孔質膜は、処理
前に比べ、表面及び内部の孔の一部がシリコーン接着剤
によって塞がれるとともに、大部分の孔の径がシリコー
ン接着剤によって狭めらる。従って、処理後の多孔質膜
の加湿量は、処理前に比べて大幅に小さくなる。
In the porous membrane treated in this way, a part of the pores on the surface and inside is blocked by the silicone adhesive and the diameter of most of the pores is narrowed by the silicone adhesive as compared with before treatment. It Therefore, the amount of humidification of the porous film after the treatment is significantly smaller than that before the treatment.

【0074】このように処理することにより、加湿量が
多すぎて、うまく加湿出来ない多孔質膜も第1実施例な
いし第4実施例の多孔質膜として使用できるようになる
のである。
By carrying out such a treatment, the porous membrane which cannot be humidified well due to too much humidification can be used as the porous membrane of the first to fourth embodiments.

【0075】なお処理後の加湿量は、シリコーン接着剤
と有機溶剤の比率、つまり、希釈率と、多孔質膜を加圧
ろ過用ホルダにセットし、シリコーン接着剤溶液を加圧
ろ過するする際の、多孔質膜の面積と、シリコーン接着
剤溶液の体積の比率、つまり、単位面積当りのろ過量に
より、決めることが出来るので、使用する多孔質膜の処
理前の加湿量と、所望の加湿量の値から適当に決めるこ
とが出来る。
The amount of moistening after the treatment is the ratio of the silicone adhesive to the organic solvent, that is, the dilution rate, and the porous membrane is set in a holder for pressure filtration, and the silicone adhesive solution is pressure filtered. It can be determined by the ratio of the area of the porous membrane to the volume of the silicone adhesive solution, that is, the filtration amount per unit area. It can be appropriately determined from the quantity value.

【0076】本発明の燃料電池の加湿制御装置を適用し
た第5実施例としての燃料電池システムについて、次に
説明する。図8は、その燃料電池システムの概略構成図
である。同図に示すように、燃料電池システムは、第1
実施例と同じ燃料電池スタック1と、この燃料電池スタ
ック1における水素ガス加湿器110による水素ガスの
加湿量を制御する制御系1100とを備える。
A fuel cell system as a fifth embodiment to which the fuel cell humidification controller of the present invention is applied will be described below. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system. As shown in the figure, the fuel cell system is
The fuel cell stack 1 is the same as that of the embodiment, and a control system 1100 for controlling the humidification amount of hydrogen gas by the hydrogen gas humidifier 110 in the fuel cell stack 1.

【0077】制御系1100は、発電ユニット100の
温度を検出する熱電対からなる温度センサ1105と、
加湿ユニット200の水素ガス流路113pへ供給する
水素ガスの圧力を検出する第1の圧力センサ1110
と、水流路115pへ供給する水の圧力を検出する第2
の圧力センサ1120とを備えている。制御系1100
は、さらに、これらセンサ1105,1110,112
0と接続される電子制御ユニット1200を備える。
The control system 1100 includes a temperature sensor 1105 composed of a thermocouple for detecting the temperature of the power generation unit 100,
A first pressure sensor 1110 that detects the pressure of hydrogen gas supplied to the hydrogen gas flow path 113p of the humidification unit 200.
And a second for detecting the pressure of water supplied to the water flow path 115p.
Pressure sensor 1120 of FIG. Control system 1100
In addition, these sensors 1105, 1110, 112
It comprises an electronic control unit 1200 connected to 0.

【0078】電子制御ユニット1200は、マイクロコ
ンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳し
くは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演
算等を実行するCPU1210、CPU1210で各種
演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御デ
ータ等が予め格納されたROM1220、同じくCPU
1210で各種演算処理を実行するのに必要な各種デー
タが一時的に読み書きされるRAM1230、第1の圧
力センサ1110および第2の圧力センサ1120から
の検出信号を入力する入力インターフェース1240、
CPU1210での演算結果に応じて電動機500aに
制御信号を出力する出力インターフェース1250を備
えている。
The electronic control unit 1200 is configured as a logic circuit centering on a microcomputer, and more specifically, the CPU 1210 and the CPU 1210, which execute predetermined arithmetic operations according to a preset control program, execute various arithmetic operations. ROM 1220 in which necessary control programs and control data are stored in advance, and CPU
A RAM 1230 in which various data necessary for executing various arithmetic processes in 1210 are temporarily read and written, an input interface 1240 for inputting detection signals from the first pressure sensor 1110 and the second pressure sensor 1120,
An output interface 1250 that outputs a control signal to the electric motor 500a according to the calculation result of the CPU 1210 is provided.

【0079】こうした構成の電子制御ユニット1200
によって、温度センサ1105,第1の圧力センサ11
10および第2の圧力センサ1120からの出力信号に
応じて電動機500aが制御されて、水素ガス加湿器1
10による加湿量が調整される。
The electronic control unit 1200 having such a configuration
The temperature sensor 1105 and the first pressure sensor 11
10 and the second pressure sensor 1120, the electric motor 500a is controlled according to the output signals from the hydrogen gas humidifier 1.
The humidification amount by 10 is adjusted.

【0080】この加湿量は多孔質膜111を境とした圧
力差△Pを調整することにより制御される。以下、この
圧力差△Pを制御する圧力差制御ルーチンについて、図
9のフローチャートに沿って詳しく説明する。この圧力
差制御ルーチンは、ROM1220にプログラムの形で
記憶されており、発電ユニット100の運転開始後、所
定時間毎(例えば10msec毎)に実行される。
This amount of humidification is controlled by adjusting the pressure difference ΔP with the porous membrane 111 as a boundary. The pressure difference control routine for controlling the pressure difference ΔP will be described in detail below with reference to the flowchart of FIG. This pressure difference control routine is stored in the ROM 1220 in the form of a program, and is executed every predetermined time (for example, every 10 msec) after the operation of the power generation unit 100 is started.

【0081】本ルーチンが実行開始されると、まずCP
U1210は、温度センサ1105により検出される発
電ユニット100の温度Tと、第1の圧力センサ111
0により検出される水素ガス圧Phと、第2の圧力セン
サ1120により検出される水圧Pwとを入力インター
フェース1240を介して読み込む(ステップS10
0)。次に、その読み込んだ温度Tに基づいて燃料電池
スタック1の発電ユニット100が必要とする必要水蒸
気量Hを算出する(ステップS110)。
When this routine is started, first the CP
U1210 is the temperature T of the power generation unit 100 detected by the temperature sensor 1105, and the first pressure sensor 111.
The hydrogen gas pressure Ph detected by 0 and the water pressure Pw detected by the second pressure sensor 1120 are read via the input interface 1240 (step S10).
0). Next, the required amount H of steam required by the power generation unit 100 of the fuel cell stack 1 is calculated based on the read temperature T (step S110).

【0082】この必要水蒸気量Hの算出は、予めROM
1220に格納しておいた温度Tと必要水蒸気量Hとの
相関を示すマップAを用いて行なう。マップAの一例を
図10に示した。図10に示すように、このマップA
は、温度Tの上昇につれて加湿量Hが大きくなるように
設定されている。ステップS110では、ステップS1
00で読み込んだ温度TをマップAに照らし合わせて必
要水蒸気量Hを求める。
The calculation of the required water vapor amount H is made in advance in the ROM.
This is performed using the map A stored in 1220 and showing the correlation between the temperature T and the required amount H of steam. An example of map A is shown in FIG. As shown in FIG. 10, this map A
Is set so that the humidification amount H increases as the temperature T increases. In step S110, step S1
The temperature T read in 00 is compared with the map A to obtain the required amount H of water vapor.

【0083】続いて、その求めた必要水蒸気量Hに基づ
いて水圧と水素ガス圧との設定差圧△Psetを定める
(ステップS120)。必要水蒸気量Hと設定差圧△P
setとは、互いの対数logH,log△Psetが
図11に示すようにリニアに変化する相関をもち、計算
により必要水蒸気量Hから設定差圧△Psetが求めら
れる。
Then, the set differential pressure ΔPset between the water pressure and the hydrogen gas pressure is determined based on the obtained required water vapor amount H (step S120). Required water vapor amount H and set pressure difference ΔP
The set has a correlation in which the logarithms logH and logΔPset of each other change linearly as shown in FIG. 11, and the set differential pressure ΔPset can be calculated from the required water vapor amount H by calculation.

【0084】続いて、CPU1210は、ステップS1
00で読み込んだ水圧Pwから水素ガス圧Phを減じて
差圧△Pを求める(ステップS130)。その後、この
差圧△Pと設定差圧△Psetとの差の絶対値を求め、
この絶対値と閾値Prefとを比較する(ステップS1
30)。ここで、閾値Prefは、差圧△Pが設定差圧
△Psetから許容される圧力差の最大値である。この
閾値Prefは、ポンプ500の回転数を制御できる最
小値等により定められる。
Subsequently, the CPU 1210 causes the step S1.
The hydrogen gas pressure Ph is subtracted from the water pressure Pw read at 00 to obtain the differential pressure ΔP (step S130). After that, the absolute value of the difference between this pressure difference ΔP and the set pressure difference ΔPset is calculated,
This absolute value is compared with the threshold value Pref (step S1).
30). Here, the threshold value Pref is the maximum value of the pressure difference allowed for the differential pressure ΔP from the set differential pressure ΔPset. This threshold value Pref is determined by a minimum value or the like that can control the rotation speed of the pump 500.

【0085】差圧△Pと設定差圧△Psetとの差の絶
対値が閾値Pref以下のときには、適正な加湿量を得
るのに適切な圧力差の範囲内であると判断して本ルーチ
ンを終了する。閾値Prefより大きいときには、差圧
△Pと設定差圧△Psetとの差に制御ゲインKを乗じ
て回転数増減量△Fを求め(ステップS150)、CP
U1210から出力インターフェース1250を介して
電動機500aに制御信号を出力して、ポンプ500の
回転数を回転数増減量△Fだけ増減させる(ステップS
160)。こうして水圧Pwと水素ガス圧Phとの差圧
△Pを設定差圧△Psetに制御して、適正な加湿量と
する。
When the absolute value of the difference between the differential pressure ΔP and the set differential pressure ΔPset is less than or equal to the threshold value Pref, it is determined that the pressure difference is within the range suitable for obtaining an appropriate amount of humidification, and this routine is executed. finish. When it is larger than the threshold value Pref, the difference between the differential pressure ΔP and the set differential pressure ΔPset is multiplied by the control gain K to obtain the rotational speed increase / decrease amount ΔF (step S150), and CP
The U1210 outputs a control signal to the electric motor 500a via the output interface 1250 to increase or decrease the rotation speed of the pump 500 by the rotation speed increase / decrease amount ΔF (step S
160). In this way, the pressure difference ΔP between the water pressure Pw and the hydrogen gas pressure Ph is controlled to the set pressure difference ΔPset to obtain an appropriate amount of humidification.

【0086】以上説明した第5実施例の加湿制御装置に
よれば、温度センサ1105により検出された発電ユニ
ット100の温度Tに基づいて必要水蒸気量Hを算出
し、この必要水蒸気量Hに応じて、多孔質膜111に作
用する圧力差△Pを理想的な圧力差に制御する。このた
め、この加湿制御装置では、多孔質膜111を透過する
水量を発電ユニット100の温度Tに応じて理想的に定
めることができる。即ち、燃料電池の温度が高いほど、
水素ガス中の飽和水蒸気量は多くなるので、多孔質膜1
11にかかる圧力差△Pを大きくして水素ガスの加湿量
を増大させることができる。従って、発電ユニット10
0へ供給する水素ガスの加湿を適正に行なうことができ
る。
According to the humidification controller of the fifth embodiment described above, the required water vapor amount H is calculated based on the temperature T of the power generation unit 100 detected by the temperature sensor 1105, and the required water vapor amount H is calculated according to the required water vapor amount H. , The pressure difference ΔP acting on the porous membrane 111 is controlled to an ideal pressure difference. Therefore, in this humidification control device, the amount of water that permeates the porous membrane 111 can be ideally determined according to the temperature T of the power generation unit 100. That is, the higher the temperature of the fuel cell,
Since the amount of saturated water vapor in hydrogen gas increases, the porous membrane 1
The pressure difference ΔP applied to 11 can be increased to increase the humidification amount of hydrogen gas. Therefore, the power generation unit 10
The hydrogen gas supplied to 0 can be properly humidified.

【0087】本発明の第6実施例について次に説明す
る。この第6実施例は、第5実施例と比較して、そのハ
ードウェアは、温度センサ1105に替えて、発電ユニ
ット100のインピーダンスZを検出するインピーダン
スセンサを設けた点が相違しており、その他の構成は同
じものである。一方、そのソフトウェアは、電子制御ユ
ニット1200で実行する圧力差制御ルーチンにおける
ステップS110の処理の内容が相違する。
The sixth embodiment of the present invention will be described below. The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that its hardware is provided with an impedance sensor for detecting the impedance Z of the power generation unit 100, instead of the temperature sensor 1105. Have the same configuration. On the other hand, the software is different in the content of the process of step S110 in the pressure difference control routine executed by the electronic control unit 1200.

【0088】本実施例の圧力差制御ルーチンにおけるス
テップS110では、インピーダンスセンサで検出した
インピーダンスZに基づいて発電ユニット100が必要
とする必要水蒸気量Hを算出している。
In step S110 of the pressure difference control routine of this embodiment, the required amount of water vapor H required by the power generation unit 100 is calculated based on the impedance Z detected by the impedance sensor.

【0089】この必要水蒸気量Hの算出は、予めROM
1220に格納しておいたインピーダンスZと必要水蒸
気量Hとの相関を示すマップBを用いて行なう。マップ
Bの一例を図12に示した。図12に示すように、この
マップBは、インピーダンスZの対数値logZの上昇
につれリニアに加湿量Hが大きくなるように設定されて
いる。このステップでは、インピーダンスZをマップB
に照らし合わせて必要水蒸気量Hを求める。この必要水
蒸気量Hを求めるステップの処理を終えると、第5実施
例と同様に、ステップS130以後の処理を実行する。
The calculation of the required water vapor amount H is made in advance in the ROM.
This is performed using the map B stored in 1220 and showing the correlation between the impedance Z and the required amount H of water vapor. An example of map B is shown in FIG. As shown in FIG. 12, this map B is set so that the humidification amount H linearly increases as the logarithmic value logZ of the impedance Z increases. In this step, impedance Z is mapped to map B
The required amount of water vapor H is obtained by comparing with. When the processing of the step of obtaining the required amount H of water vapor is completed, the processing after step S130 is executed as in the fifth embodiment.

【0090】以上説明した第6実施例の加湿制御装置に
よれば、インピーダンスセンサにより検出された発電ユ
ニット100のインピーダンスZに基づいて必要水蒸気
量Hを算出し、この必要水蒸気量Hに応じて、多孔質膜
111に作用する圧力差△Pを理想的な圧力差に制御す
る。このため、この加湿制御装置では、多孔質膜111
を透過する水量を発電ユニット100のインピーダンス
Zに応じて理想的に定めることができる。即ち、インピ
ーダンスが高いほど発電ユニット100のセル10が乾
いた状態となるので、圧力差△Pを大きくして水素ガス
の加湿量を増大させることができる。従って、発電ユニ
ット100へ供給する水素ガスの加湿を適正に行なうこ
とができる。
According to the humidification control apparatus of the sixth embodiment described above, the required water vapor amount H is calculated based on the impedance Z of the power generation unit 100 detected by the impedance sensor, and the required water vapor amount H is calculated in accordance with the required water vapor amount H. The pressure difference ΔP acting on the porous membrane 111 is controlled to an ideal pressure difference. Therefore, in this humidification control device, the porous film 111
The amount of water that permeates through can be ideally determined according to the impedance Z of the power generation unit 100. That is, as the impedance is higher, the cell 10 of the power generation unit 100 is in a dry state, so that the pressure difference ΔP can be increased to increase the humidification amount of hydrogen gas. Therefore, the hydrogen gas supplied to the power generation unit 100 can be properly humidified.

【0091】本発明の第7実施例について次に説明す
る。この第7実施例は、第5実施例と比較して、そのハ
ードウェアは、温度センサ1105に替えて、発電ユニ
ット100から排出される燃料ガスの流量を検出するガ
ス流量センサを設けた点が相違しており、その他の構成
は同じものである。一方、そのソフトウェアは、電子制
御ユニット1200で実行する圧力差制御ルーチンにお
けるステップS110の処理の内容が相違する。
The seventh embodiment of the present invention will be described below. The seventh embodiment is different from the fifth embodiment in that its hardware is provided with a gas flow rate sensor for detecting the flow rate of the fuel gas discharged from the power generation unit 100, instead of the temperature sensor 1105. They are different, and the other configurations are the same. On the other hand, the software is different in the content of the process of step S110 in the pressure difference control routine executed by the electronic control unit 1200.

【0092】本実施例の圧力差制御ルーチンにおけるス
テップS110では、ガス流量センサで検出したガス流
量Mに基づいて発電ユニット100が必要とする必要水
蒸気量Hを算出している。
In step S110 of the pressure difference control routine of this embodiment, the required amount of water vapor H required by the power generation unit 100 is calculated based on the gas flow rate M detected by the gas flow rate sensor.

【0093】この必要水蒸気量Hの算出は、予めROM
1220に格納しておいたガス流量Mと必要水蒸気量H
との相関を示すマップCを用いて行なう。マップCの一
例を図13に示した。図13に示すように、このマップ
Cは、ガス流量Mの上昇につれ湿量Hがリニアに大きく
なるように設定されている。このステップでは、ガス流
量MをマップCに照らし合わせて必要水蒸気量Hを求め
る。この必要水蒸気量Hを求めるステップの処理を終え
ると、第5実施例と同様に、ステップS130以後の処
理を実行する。
Calculation of the required water vapor amount H is performed in advance in the ROM.
Gas flow rate M stored in 1220 and required water vapor amount H
This is performed using map C showing the correlation with. An example of map C is shown in FIG. As shown in FIG. 13, this map C is set so that the moisture amount H linearly increases as the gas flow rate M increases. In this step, the required water vapor amount H is obtained by comparing the gas flow rate M with the map C. When the processing of the step of obtaining the required amount H of water vapor is completed, the processing after step S130 is executed as in the fifth embodiment.

【0094】以上説明した第7実施例の加湿制御装置に
よれば、ガス流量センサにより検出された発電ユニット
100から排出されるガス流量Mに基づいて必要水蒸気
量Hを算出し、この必要水蒸気量Hに応じて、多孔質膜
111に作用する圧力差△Pを理想的な圧力差に制御す
る。このため、この加湿制御装置では、多孔質膜111
を透過する水量を発電ユニット100のガス流量Mに応
じて理想的に定めることができる。即ち、ガス流量が高
いほど発電ユニット100で必要となる加湿水量は多く
なるので、圧力差△Pを大きくして水素ガスの加湿量を
増大させることができる。従って、発電ユニット100
へ供給する水素ガスの加湿を適正に行なうことができ
る。
According to the humidification control apparatus of the seventh embodiment described above, the required water vapor amount H is calculated based on the gas flow rate M discharged from the power generation unit 100 detected by the gas flow rate sensor, and the required water vapor amount is obtained. According to H, the pressure difference ΔP acting on the porous film 111 is controlled to an ideal pressure difference. Therefore, in this humidification control device, the porous film 111
The amount of water that permeates through can be ideally determined according to the gas flow rate M of the power generation unit 100. That is, the higher the gas flow rate, the larger the amount of humidifying water required in the power generation unit 100. Therefore, the pressure difference ΔP can be increased to increase the amount of humidifying the hydrogen gas. Therefore, the power generation unit 100
It is possible to properly humidify the hydrogen gas supplied to.

【0095】本発明の第8実施例について、次に説明す
る。この第8実施例は、第5実施例と比較して、そのハ
ードウェアは、温度センサ1105に替えて、発電ユニ
ット100の負荷電流を検出する電流センサを設けた点
が相違しており、その他の構成は同じものである。一
方、そのソフトウェアは、電子制御ユニット1200で
実行する圧力差制御ルーチンにおけるステップS110
の処理の内容が相違する。
The eighth embodiment of the present invention will be described below. The eighth embodiment is different from the fifth embodiment in that the hardware is provided with a current sensor for detecting the load current of the power generation unit 100, instead of the temperature sensor 1105, and the others. Have the same configuration. On the other hand, the software executes step S110 in the pressure difference control routine executed by the electronic control unit 1200.
The contents of the process are different.

【0096】本実施例の圧力差制御ルーチンにおけるス
テップS110では、電流センサで検出した負荷電流I
に基づいて発電ユニット100が必要とする必要水蒸気
量Hを算出している。
In step S110 of the pressure difference control routine of this embodiment, the load current I detected by the current sensor is detected.
The required amount H of steam required by the power generation unit 100 is calculated based on the above.

【0097】この必要水蒸気量Hの算出は、予めROM
1220に格納しておいた負荷電流Iと必要水蒸気量H
との相関を示すマップDを用いて行なう。マップDの一
例を図14に示した。図14に示すように、このマップ
Dは、負荷電流Iの上昇につれ湿量Hがリニアに大きく
なるように設定されている。このステップでは、負荷電
流IをマップCに照らし合わせて必要水蒸気量Hを求め
る。この必要水蒸気量Hを求めるステップの処理を終え
ると、第5実施例と同様に、ステップS130以後の処
理を実行する。
The calculation of the required water vapor amount H is made in advance in the ROM.
Load current I stored in 1220 and required water vapor amount H
This is done using map D showing the correlation with. An example of the map D is shown in FIG. As shown in FIG. 14, this map D is set so that the moisture amount H linearly increases as the load current I increases. In this step, the required steam amount H is obtained by comparing the load current I with the map C. When the processing of the step of obtaining the required amount H of water vapor is completed, the processing after step S130 is executed as in the fifth embodiment.

【0098】以上説明した第8実施例の加湿制御装置に
よれば、電流センサにより検出された発電ユニット10
0の負荷電流Iに基づいて必要水蒸気量Hを算出し、こ
の必要水蒸気量Hに応じて、多孔質膜111に作用する
圧力差△Pを理想的な圧力差に制御する。このため、こ
の加湿制御装置では、多孔質膜111を透過する水量を
発電ユニット100の負荷電流Iに応じて理想的に定め
ることができる。即ち、負荷電流に応じて燃料電池から
のガス流量は決定されることから、ガス流量Mと同様、
負荷電流Iが高いほど発電ユニット100で必要となる
加湿水量は多くなるので、圧力差△Pを大きくして水素
ガスの加湿量を増大させることができる。従って、発電
ユニット100へ供給する水素ガスの加湿を適正に行な
うことができる。
According to the humidification controller of the eighth embodiment described above, the power generation unit 10 detected by the current sensor is used.
The required water vapor amount H is calculated based on the load current I of 0, and the pressure difference ΔP acting on the porous membrane 111 is controlled to an ideal pressure difference according to the required water vapor amount H. Therefore, in this humidification control device, the amount of water that permeates the porous membrane 111 can be ideally determined according to the load current I of the power generation unit 100. That is, since the gas flow rate from the fuel cell is determined according to the load current, like the gas flow rate M,
The higher the load current I, the larger the amount of humidifying water required in the power generation unit 100. Therefore, the pressure difference ΔP can be increased to increase the humidifying amount of hydrogen gas. Therefore, the hydrogen gas supplied to the power generation unit 100 can be properly humidified.

【0099】前記第5ないし第8実施例では、必要水蒸
気量Hの算出を、燃料電池の温度、インピーダンス、負
荷電流、または燃料電池から排出される水素ガスガスの
流量に基づいて行なっていたが、これに替えて、必要水
蒸気量Hを常に一定の値としてもよい。燃料電池が定常
状態で駆動している場合、必要な水蒸気量Hは比較的安
定した量となることから、その燃料電池固有に定めた一
定の値を必要水蒸気量Hと定めても、比較的精度高く加
湿量を制御することができる。
In the fifth to eighth embodiments, the required water vapor amount H is calculated based on the temperature of the fuel cell, the impedance, the load current, or the flow rate of the hydrogen gas gas discharged from the fuel cell. Instead of this, the required water vapor amount H may always be a constant value. When the fuel cell is operating in a steady state, the required amount of water vapor H is a relatively stable amount. Therefore, even if a constant value determined uniquely to the fuel cell is set as the required amount of water vapor H, The amount of humidification can be controlled with high accuracy.

【0100】また、前記第5ないし第8実施例では、必
要水蒸気量Hの算出を、燃料電池の温度、インピーダン
ス、負荷電流およびガス流量の内のいずれか一つに基づ
いて行なっていたが、これらの内の2つ以上のパラメー
タを用いて必要水蒸気量Hの算出を行なうように構成し
てもよい。
In the fifth to eighth embodiments, the required amount of water vapor H is calculated based on any one of the temperature, impedance, load current and gas flow rate of the fuel cell. The required water vapor amount H may be calculated using two or more of these parameters.

【0101】据置用途のりん酸型燃料電池や、溶融炭酸
塩型燃料電池や、固体電解質型燃料電池では、出力一定
状態で連続的に運転することが前提になっているが、固
体高分子型燃料電池を電気自動車に適用する場合には、
電気自動車は当然のことながら、走行、停止、加速、制
動を繰り返すことになり、固体高分子型燃料電池の運転
状態もそれに応じて複雑に変化する。こうしたことか
ら、固体高分子型燃料電池を電気自動車に適用する場合
には、より精度の高い制御を行なう必要がある。このた
め、2つ以上のパラメータを用いて必要水蒸気量Hの算
出を行なうことにより、より精度が高く、安定で、高効
率で当該固体高分子型燃料電池を運転することが可能に
なる。
The phosphoric acid type fuel cell, the molten carbonate type fuel cell, and the solid electrolyte type fuel cell for stationary use are premised on continuous operation at a constant output state. When applying a fuel cell to an electric vehicle,
As a matter of course, the electric vehicle repeats running, stopping, accelerating and braking, and the operating state of the polymer electrolyte fuel cell changes in a complicated manner. Therefore, when the polymer electrolyte fuel cell is applied to an electric vehicle, it is necessary to perform more precise control. Therefore, by calculating the required amount of water vapor H using two or more parameters, it becomes possible to operate the polymer electrolyte fuel cell with higher accuracy, stability, and high efficiency.

【0102】2つ以上のパラメータを用いて必要水蒸気
量Hの算出をどのように行なうかを、第9実施例として
詳細に説明する。ここでは、パラメータとして、インピ
ーダンスZと負荷電流Iとを用いた場合を例にあげて説
明する。
How to calculate the required water vapor amount H using two or more parameters will be described in detail as a ninth embodiment. Here, the case where the impedance Z and the load current I are used as parameters will be described as an example.

【0103】パラメータとしてインピーダンスZを用い
た第6実施例では、負荷電流I=大→△P=大、負荷電
流I=小→△P=小、なる論理で制御している。一方、
パラメータとして負荷電流Iを用いた第8実施例では、
インピーダンスZ=大→△P=大、インピーダンスZ=
小→△P=小、なる論理で制御している。
In the sixth embodiment in which the impedance Z is used as a parameter, the load current I = large → ΔP = large and the load current I = small → ΔP = small are controlled. on the other hand,
In the eighth embodiment using the load current I as a parameter,
Impedance Z = Large → △ P = Large, Impedance Z =
It is controlled by the logic of small → ΔP = small.

【0104】ところが、燃料電池スタックにおいて、必
ずしも負荷電流I=大の時にインピーダンスZ=大にな
るわけもなく、負荷電流I=小の時にインピーダンスZ
=小になるわけもない。これは、先にも述べたように、
電気自動車用途に固体高分子型燃料電池を適用するとそ
の運転条件は刻々と変化するからである。
However, in the fuel cell stack, the impedance Z does not necessarily become large when the load current I = large, and the impedance Z does not become large when the load current I = small.
= It cannot be small. This is, as I said,
This is because when a polymer electrolyte fuel cell is applied to an electric vehicle, its operating conditions change every moment.

【0105】そこで、前記第6実施例の論理と第8実施
例の論理とを組み合わせることにより、 負荷電流I=大で、かつインピーダンスZ=大→△P=
大、 負荷電流I=小で、かつインピーダンスZ=小→△P=
小、 とするが、 負荷電流I=大で、インピーダンスZ=小 負荷電流I=小で、インピーダンスZ=大 では、△Pは変化させず、しばらく様子を見るような制
御をさせるのである。
Therefore, by combining the logic of the sixth embodiment and the logic of the eighth embodiment, the load current I = large and the impedance Z = large → ΔP =
Large, load current I = small, and impedance Z = small → ΔP =
However, if the load current I = large and the impedance Z = small, and the load current I = small and the impedance Z = large, ΔP is not changed, and control is performed to see the situation for a while.

【0106】これは、例えば、負荷電流I=大で、イン
ピーダンスZ=小の時には、負荷電流Iは大きくなるか
ら加湿量を増やさなくてはならないが、既にインピーダ
ンスZが低く、濡れすぎの傾向があるから、このまま加
湿量を増やすと、完全に濡れすぎになり、当該燃料電池
が失速してしまう可能性があるからである。しばらく様
子を見る中で、インピーダンスZがしだいに回復して、
負荷電流I=大で、かつインピーダンスZ=大の状態に
なれば、その時点で、△P=大の制御をすればよい。
This is because, for example, when the load current I = high and the impedance Z = small, the load current I increases, so the amount of humidification must be increased. However, the impedance Z is already low and there is a tendency for over-wetting. Therefore, if the humidification amount is increased as it is, the fuel cell may be completely wetted and the fuel cell may stall. While watching the situation for a while, the impedance Z gradually recovered,
If the load current I = high and the impedance Z = high, the control of ΔP = high may be performed at that time.

【0107】また、負荷電流I=小で、インピーダンス
Z=大の時には、負荷電流Iは小さくなるから加湿量を
減らさなくてはならないが、既にインピーダンスZが大
きく、乾きすぎの傾向があるから、このまま加湿量を減
らすと、完全に乾きすぎになり、当該固体高分子型燃料
電池が失速してしまう可能性があるからである。しばら
く様子を見る中で、インピーダンスZがしだいに回復し
て、負荷電流I=小で、かつインピーダンスZ=小の状
態になれば、その時点で、△P=小の制御をすればよ
い。
When the load current I is small and the impedance Z is large, the load current I is small and the amount of humidification must be reduced. However, since the impedance Z is already large and there is a tendency to be too dry, This is because if the amount of humidification is reduced as it is, the polymer electrolyte will be completely overdried, and the polymer electrolyte fuel cell may stall. While watching the situation for a while, if the impedance Z gradually recovers and the load current I = small and the impedance Z = small, the control of ΔP = small may be performed at that point.

【0108】したがって、こうした論理に従って、イン
ピーダンスZおよび負荷電流Iから必要水蒸気量Hを算
出すればよい。具体的には、 負荷電流I=大で、かつインピーダンスZ=大→H=
大、 負荷電流I=小で、かつインピーダンスZ=小→H=
小、 負荷電流I=大で、かつインピーダンスZ=小→H=変
化させず 負荷電流I=小で、かつインピーダンスZ=大→H=変
化させず の関係を示す、インピーダンスZ、負荷電流Iおよび必
要水蒸気量Hを3軸とする3次元のマップを用いて算出
する。
Therefore, the required water vapor amount H may be calculated from the impedance Z and the load current I according to such a logic. Specifically, load current I = large and impedance Z = large → H =
Large, load current I = small, and impedance Z = small → H =
Small, load current I = large and impedance Z = small → H = not changed Load current I = small and impedance Z = large → H = not changed, showing impedance Z, load current I and It is calculated using a three-dimensional map having the required water vapor amount H as three axes.

【0109】こうした構成の第9実施例によれば、より
的確に水素ガスの加湿を行なうことができ、延いては精
度の高い固体高分子型燃料電池の制御が可能となる。
According to the ninth embodiment having such a construction, the hydrogen gas can be humidified more accurately, and the polymer electrolyte fuel cell can be controlled with high accuracy.

【0110】前記第5実施例ないし第9実施例では、ア
ノード側ガス系統、即ち、水素ガス系統のみに着目して
説明をしたが、ポンプ500の回転数を増減することで
酸素含有ガス加湿器120側の水圧Pwも同時に調整さ
れることから、カソード側ガス系統、即ち酸素含有ガス
系統についても、水素ガス系統同様、適正な加湿量とす
ることができる。
Although the fifth to ninth embodiments have been described focusing only on the anode gas system, that is, the hydrogen gas system, the oxygen-containing gas humidifier can be adjusted by increasing or decreasing the number of revolutions of the pump 500. Since the water pressure Pw on the 120 side is also adjusted at the same time, the cathode side gas system, that is, the oxygen-containing gas system can have an appropriate amount of humidification as in the hydrogen gas system.

【0111】また、前記第5実施例ないし第9実施例で
は、水圧Pwと水素ガス圧Phとの差圧△Pをポンプ5
00の回転数を変えることにより調整したが、ブロワ5
50の加圧量を変えることにより水素ガス圧Phを調整
する構成としてもよい。また、ポンプ500の回転数お
よびブロワ550の加圧量の双方を変えることにより調
整する構成も好適である。さらに、前述した実施例では
酸素含有ガスの加湿量は、水素ガスの加湿量の調整に伴
って調整される構成としたが、ブロワ590の加圧量を
調整することにより水素ガスの加湿量とは独立に調整す
る構成も好適である。
Further, in the fifth to ninth embodiments, the pump 5 determines the pressure difference ΔP between the water pressure Pw and the hydrogen gas pressure Ph.
It was adjusted by changing the rotation speed of 00, but blower 5
The hydrogen gas pressure Ph may be adjusted by changing the amount of pressurization of 50. Further, a configuration in which the rotation speed of the pump 500 and the pressurization amount of the blower 550 are both changed is also suitable. Further, in the above-described embodiment, the humidification amount of the oxygen-containing gas is adjusted according to the adjustment of the humidification amount of hydrogen gas. However, by adjusting the pressurization amount of the blower 590, It is also preferable to adjust independently.

【0112】本発明の第10実施例について次に説明す
る。固体高分子型燃料電池が大型化すると、加湿ユニッ
ト200も、1枚のプレートでは必要な加湿量を加湿で
きないので、複数枚の加湿プレートを並列に接続して、
加湿量を確保する必要がある。一般には固体高分子型燃
料電池スタックのセル枚数の5枚から10枚に対して、
加湿ユニットのプレートが1枚必要になるので、出力が
数kW〜数十kWに達する大型の固体高分子型燃料電池
スタックでは、セル枚数は数百枚の規模になり、従っ
て、加湿プレートの枚数も数十枚に達することになる。
The tenth embodiment of the present invention will be described below. When the polymer electrolyte fuel cell becomes large, even the humidifying unit 200 cannot humidify a necessary amount of humidification with one plate, so that a plurality of humidifying plates are connected in parallel,
It is necessary to secure the amount of humidification. Generally, for 5 to 10 cells of the polymer electrolyte fuel cell stack,
Since one plate of the humidifying unit is required, the number of cells in a large polymer electrolyte fuel cell stack with an output of several kW to several tens of kW is several hundred, and therefore the number of humidifying plates is large. Will reach dozens.

【0113】このような大規模な加湿システムにおいて
は、全ての加湿プレートに対して、同時に加湿量を制御
しようとすると、大きな容量の水加圧ポンプを制御しな
ければならない。特に、固体高分子型燃料電池と2次電
池(例えば鉛電池)を組み合わせたシステム(固体高分
子型燃料電池ハイブリッドシステムとも呼ばれる)で
は、大きな負荷の変動や、短期的な負荷の変動は2次電
池によって吸収させることができるので、燃料電池自体
は比較的一定の運転条件で運転することが出来る。そこ
で、こうした用途のために、図15に示すように、この
加湿システム2000では、システム全体としては大型
の水加圧ポンプ2010で水を供給しつつ、一部の加湿
ユニット2100には、小型の水加圧ポンプ2020を
使い、固体高分子型燃料電池(発電ユニット100)の
負荷変動にともなう加湿量の変動をこの小型の水加圧ポ
ンプ2020で起動的に対応しようとするものである。
In such a large-scale humidification system, if it is attempted to control the amount of humidification for all the humidification plates at the same time, it is necessary to control the water pressurizing pump having a large capacity. In particular, in a system (also called a solid polymer fuel cell hybrid system) in which a polymer electrolyte fuel cell and a secondary battery (for example, a lead battery) are combined, a large load fluctuation or a short-term load fluctuation causes a secondary load fluctuation. Since it can be absorbed by the cell, the fuel cell itself can be operated under relatively constant operating conditions. Therefore, for this purpose, as shown in FIG. 15, in this humidifying system 2000, while supplying water with a large water pressurizing pump 2010 as a whole system, some of the humidifying units 2100 have a small size. The water pressurizing pump 2020 is used to start the small water pressurizing pump 2020 so as to actuate the fluctuation of the humidification amount due to the load fluctuation of the polymer electrolyte fuel cell (power generation unit 100).

【0114】この第10実施例によれば、加圧の応答性
が上がり、水加圧ポンプ全体の消費電力も少なくするこ
とが出来る。なお、図15ではシステムの構成を分かり
やすく説明するために、加湿ユニット2100,220
0,2300が独立しているように書いたが、加湿ユニ
ット2100〜2300は一体になって、互いに熱的に
結合していることが望ましい。従って、第1実施例と同
様に、発電ユニット100で用いた冷却水を加湿ユニッ
ト2100〜2300にも流して、発電ユニット100
で発生した熱を加湿部に伝えるようにするのが望まし
い。
According to the tenth embodiment, the responsiveness of pressurization is improved and the power consumption of the entire water pressurizing pump can be reduced. In addition, in FIG. 15, in order to explain the system configuration in an easy-to-understand manner, the humidifying units 2100 and 220
Although 0 and 2300 are written as independent, it is preferable that the humidifying units 2100 to 2300 are integrated and thermally coupled to each other. Therefore, as in the first embodiment, the cooling water used in the power generation unit 100 is also supplied to the humidification units 2100 to 2300 to generate the power generation unit 100.
It is desirable to transfer the heat generated in step 1 to the humidifying part.

【0115】本発明の第11実施例について次に説明す
る。自動車の搭載した固体高分子型燃料電池において
は、停止時に固体高分子型燃料電池の温度Tを速やかに
下げる必要がある。そこで、この第11実施例では、こ
れまで説明してきた加湿ユニット200を用いて燃料電
池の温度Tを低下させる構成について示す。
The eleventh embodiment of the present invention will be described below. In a polymer electrolyte fuel cell mounted on an automobile, it is necessary to quickly lower the temperature T of the polymer electrolyte fuel cell when stopped. Therefore, in the eleventh embodiment, a configuration for lowering the temperature T of the fuel cell by using the humidifying unit 200 described so far is shown.

【0116】この第11実施例の加湿制御装置は、第5
実施例としての燃料電池システムと同じハードウェアお
よびソフトウェアの構成を備える。さらに、この実施例
の加湿制御装置は、電子制御ユニット1200で実行さ
れる制御処理として、図16で示す停止制御ルーチンも
実行する。以下、この停止制御ルーチンについて詳しく
説明する。この停止制御ルーチンは、ROM1220に
プログラムの形で記憶されており、発電ユニット100
の運転開始後、所定時間毎(例えば50msec毎)に
実行される。
The humidification controller of the eleventh embodiment is the fifth embodiment.
It has the same hardware and software configuration as the fuel cell system as an example. Further, the humidification control device of this embodiment also executes a stop control routine shown in FIG. 16 as a control process executed by the electronic control unit 1200. Hereinafter, this stop control routine will be described in detail. This stop control routine is stored in the ROM 1220 in the form of a program, and the power generation unit 100
After the operation is started, the operation is performed every predetermined time (for example, every 50 msec).

【0117】この停止制御ルーチンが実行されると、ま
ずCPU1210は、発電ユニット100の停止時か否
かを判定する(ステップS200)。この判定は、例え
ば、負荷側から負荷の停止を指示する指令を受けたか否
かから判定する。ここで、発電ユニット100の停止時
であると判定されると、固体高分子型燃料電池(発電ユ
ニット100)の停止を行なう(ステップS210)。
この固体高分子型燃料電池の停止を行なう処理は、発電
ユニット100を一般的な手法で冷却する処理も含まれ
ており、さらには、材料ガス(水素ガスおよび酸素含有
ガス)の圧力を降圧される処理も含まれている。
When this stop control routine is executed, the CPU 1210 first determines whether or not the power generation unit 100 is stopped (step S200). This determination is made based on, for example, whether or not a command to stop the load is received from the load side. If it is determined that the power generation unit 100 is stopped, the polymer electrolyte fuel cell (power generation unit 100) is stopped (step S210).
The process of stopping the polymer electrolyte fuel cell includes a process of cooling the power generation unit 100 by a general method, and further, the pressure of the material gas (hydrogen gas and oxygen-containing gas) is reduced. Processing is also included.

【0118】続いて、水通路510に設けられたポンプ
500の電動機500aに制御信号を出力して、ポンプ
500の加圧力を現在の状態で保持する(ステップS2
20)。ステップS210で水素ガス圧Ph(および酸
素含有ガス圧)が降圧したにも拘らず、ステップS22
0により水圧Pwは一定圧となることから、結果とし
て、多孔質膜111に作用する圧力差ΔPは所定圧以上
の大きな圧力差となり、多孔質膜111を通過して、水
流路115pからガス流路113pに流れ込む加湿水の
量が増大される。この結果、発電ユニット100の内部
に大量の水分が供給されて、この水分の気化熱により、
発電ユニット100をさらに一層冷却する。
Then, a control signal is output to the electric motor 500a of the pump 500 provided in the water passage 510 to maintain the pressure of the pump 500 in the current state (step S2).
20). Although the hydrogen gas pressure Ph (and the oxygen-containing gas pressure) is lowered in step S210, step S22
Since the water pressure Pw becomes a constant pressure due to 0, as a result, the pressure difference ΔP acting on the porous membrane 111 becomes a large pressure difference equal to or larger than a predetermined pressure, passes through the porous membrane 111, and flows from the water channel 115p to the gas flow. The amount of humidifying water flowing into the passage 113p is increased. As a result, a large amount of water is supplied to the inside of the power generation unit 100, and due to the heat of vaporization of this water,
The power generation unit 100 is further cooled.

【0119】ステップS220の実行後、所定時間経過
したか否かを判定し(ステップS230)、その時間経
過するまで、ステップS220の処理を繰り返して、発
電ユニット100の冷却を継続する。所定時間が経過す
ると、この停止制御ルーチンの処理を一旦終了する。
After execution of step S220, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed (step S230), and the process of step S220 is repeated until the time has elapsed, and cooling of the power generation unit 100 is continued. When the predetermined time has elapsed, the processing of this stop control routine is temporarily terminated.

【0120】以上詳述したように、この第11実施例に
よれば、発電ユニット100の停止時に、水素ガス加湿
器110および酸素含有ガス加湿器120を用いて、水
素ガスおよび酸素含有ガスに供給する加湿量を積極的に
増大させる。このため、その増大した水分の気化熱によ
り、発電ユニット100を早急に冷却することができ
る。
As described in detail above, according to the eleventh embodiment, when the power generation unit 100 is stopped, the hydrogen gas humidifier 110 and the oxygen-containing gas humidifier 120 are used to supply hydrogen gas and oxygen-containing gas. Actively increase the amount of humidification. For this reason, the increased heat of vaporization of water can quickly cool the power generation unit 100.

【0121】なお、この実施例において、水圧Pwを積
極的に昇圧させて圧力差ΔPを所定圧以上の大きな圧力
差とすることにより、加湿量を増大させる構成としても
よい。また、この実施例では、アノードガス系統および
カソードガス系統の双方を加湿の対象としていたが、カ
ソードガス系統またはカソードガス系統のどちらか一方
を加湿の対象としても構わない。
In this embodiment, the amount of humidification may be increased by positively increasing the water pressure Pw to make the pressure difference ΔP a large pressure difference equal to or larger than a predetermined pressure. In addition, in this embodiment, both the anode gas system and the cathode gas system are targeted for humidification, but either the cathode gas system or the cathode gas system may be targeted for humidification.

【0122】なお、前記第11実施例は、発電ユニット
100の通常の停止時における処理について述べていた
が、緊急停止時においては次に示す処理を行なう。
In the eleventh embodiment, the processing when the power generation unit 100 is normally stopped is described, but the following processing is performed when the power is stopped urgently.

【0123】ここで言う緊急時というのは、固体高分子
型燃料電池の温度が異常上昇した時(冷却系統が機能せ
ず熱暴走の恐れが生じた時)を言う。固体高分子型燃料
電池が熱暴走したときには、ガス系統と電気系統(負荷
への電気系統)を直ちに遮断する必要があるが、これら
を直ちに遮断したとしても、固体高分子型燃料電池スタ
ック自体の熱容量のために、スタックの温度(電池温
度)を直ちに下げることが難しい。
The emergency here means when the temperature of the polymer electrolyte fuel cell abnormally rises (when the cooling system does not function and thermal runaway occurs). When the polymer electrolyte fuel cell undergoes thermal runaway, it is necessary to immediately cut off the gas system and the electric system (electric system to the load). Even if these are immediately cut off, the polymer electrolyte fuel cell stack itself Due to the heat capacity, it is difficult to immediately reduce the temperature of the stack (battery temperature).

【0124】この緊急時の対応の仕方は、固体高分子型
燃料電池の緊急停止時のガス系統の制御方法により異な
ってくる。緊急停止時にガス系統のバルブを閉鎖し、緊
急停止が作動した状態で、いわばガスを閉じこめてしま
うような制御をする場合については、水圧Pwを昇圧さ
せて、圧力差ΔPを大きくし、多孔質膜111を通過し
て、水流路115pからガス流路113pに流れ込む加
湿水の量を増大させる。
The method of dealing with this emergency differs depending on the control method of the gas system at the time of emergency shutdown of the polymer electrolyte fuel cell. When the valve of the gas system is closed at the time of an emergency stop and the control is performed so that the gas is trapped in a state where the emergency stop is activated, the water pressure Pw is increased to increase the pressure difference ΔP and to increase the porosity. The amount of humidifying water that passes through the membrane 111 and flows into the gas flow passage 113p from the water flow passage 115p is increased.

【0125】一方、緊急停止時にガス系統の安全弁から
ガスを開放し(排気系統へ排気する)、ガスを放出して
大気圧にするような制御をする場合には、固体高分子型
燃料電池の緊急停止とともに、ガスの圧力は降圧される
が、この時に、加湿水の水ポンプの加圧圧力を降圧させ
ずに保持するのである(第11実施例の方法)。
On the other hand, in the case of performing control such that the gas is released from the safety valve of the gas system (exhaust to the exhaust system) at the time of emergency stop and the gas is released to the atmospheric pressure, the solid polymer fuel cell With the emergency stop, the pressure of the gas is lowered, but at this time, the pressurization pressure of the water pump for the humidifying water is maintained without being lowered (the method of the 11th embodiment).

【0126】こうして発電ユニット100の緊急停止時
においても、発電ユニット100のより早い冷却が可能
となる。
In this way, even when the power generation unit 100 is in an emergency stop, the power generation unit 100 can be cooled more quickly.

【0127】さらに他の実施例について説明する。前述
した第5ないし第11実施例では、水素ガス加湿器11
0および酸素含有ガス加湿器120により発電ユニット
100に供給する材料ガスの加湿を調整していたが、こ
れに換えて、水素ガス加湿器110(および酸素含有ガ
ス加湿器120)を迂回するバイパス流路を設け、この
バイパス流路を通過する乾燥ガスと水素ガス加湿器11
0からの加湿ガスとの混合比率を調整することにより、
材料ガスの加湿を制御する構成としてもよい。
Still another embodiment will be described. In the fifth to eleventh embodiments described above, the hydrogen gas humidifier 11 is used.
0 and the oxygen-containing gas humidifier 120 were used to adjust the humidification of the material gas supplied to the power generation unit 100. Instead, the bypass flow bypassing the hydrogen gas humidifier 110 (and the oxygen-containing gas humidifier 120) is used. A passage is provided, and the humidifier for dry gas and hydrogen gas passing through this bypass passage 11
By adjusting the mixing ratio with the humidified gas from 0,
It may be configured to control humidification of the material gas.

【0128】燃料電池の加湿装置についての他の実施例
を以下説明する。メンブランフィルタ(ろ過膜)を用い
た従来の加湿装置では、加湿量が多すぎるために、固体
高分子型の燃料電池スタックに必要な加湿量を供給する
ための加湿面積(ガス、水両方の流路に接する面積)は
少なくてよい。しかしながら、このような少ない面積で
は、水流路側からガス流路側に通過してきた、液体の水
を気体の水にしようとしても、少ない面積に比較的多量
の液体の水が存在しているために、例え、燃料電池スタ
ックの発熱が熱伝達されていたとしても容易に気化する
ことはできない。この状態で、ガス流路にガスが流れて
いると、液体の水はガスに吹き飛ばされて飛散し、燃料
電池スタックのガス入口に、求められる水蒸気の状態で
はなく、水滴の状態で供給されてしまう。
Another embodiment of the humidifier of the fuel cell will be described below. In a conventional humidifier using a membrane filter (filtration membrane), the amount of humidification is too large, so the humidification area (both gas and water flow) to supply the required amount of humidification to the polymer electrolyte fuel cell stack. The area in contact with the road) may be small. However, in such a small area, even when trying to change the liquid water that has passed from the water flow path side to the gas flow path side to the gaseous water, since a relatively large amount of liquid water exists in a small area, Even if the heat generated by the fuel cell stack is transferred, it cannot be easily vaporized. In this state, when gas is flowing in the gas flow path, liquid water is blown off by the gas and scattered, and is supplied to the gas inlet of the fuel cell stack in the state of water droplets, not in the required state of water vapor. I will end up.

【0129】以下に説明する実施例の加湿装置は、少な
い加湿面積において、比較的多量の水が存在している状
況下でも、この水を水蒸気の状態に気化させるための構
成である。図17は、そうした燃料電池の加湿装置とし
ての第12実施例のガス加湿器の一部分の構造を示す構
造図である。なお、図17の(イ)は、(ロ)のA−A
線断面図である。図17の(ロ)は、(イ)のB−B線
断面図である。
The humidifying device of the embodiments described below has a structure for vaporizing this water into a steam state even in the presence of a relatively large amount of water in a small humidifying area. FIG. 17 is a structural diagram showing a part of the structure of the gas humidifier of the twelfth embodiment as the humidifier for such a fuel cell. Note that (A) in FIG. 17 is A-A in (B).
It is a line sectional view. 17B is a sectional view taken along the line BB of FIG.

【0130】図17に示すように、ガス加湿器3000
は、複数(図では一つだけ表示)の多孔質膜3100と
その多孔質膜3100を側面から保持するプレート31
10とから、前記第1実施例の多孔質膜111に相当す
る中心層を形成し、その中心層を第1実施例と同じセパ
レータ3113,3115で挟持することでガス流路3
113p,3115pを形成する。さらに、その中心層
とガス流路3113p側のセパレータ3113との間
に、この多孔質膜3100(以下、第1多孔質膜と呼
ぶ)よりもさらに多孔質な第2多孔質膜3200を設け
る。
As shown in FIG. 17, a gas humidifier 3000.
Is a plurality (only one is shown in the figure) of the porous membranes 3100 and the plate 31 that holds the porous membranes 3100 from the side.
10, a central layer corresponding to the porous membrane 111 of the first embodiment is formed, and the central layer is sandwiched by the same separators 3113 and 3115 as in the first embodiment, so that the gas flow path 3 is formed.
113p and 3115p are formed. Further, a second porous film 3200, which is more porous than the porous film 3100 (hereinafter referred to as the first porous film), is provided between the central layer and the separator 3113 on the gas flow channel 3113p side.

【0131】第1多孔質膜3100としては、孔径1ミ
クロン、多孔度83%、厚さ35ミクロンの親水性フッ
素系精密ろ過膜を使用する。第2多孔質膜3200とし
ては、孔径55ミクロン、多孔度55%、厚さ2ミリの
多孔質カーボン板を使用する。プレート3020として
は熱伝導性が優れた緻密質カーボン板を使用する。
As the first porous membrane 3100, a hydrophilic fluorine-based microfiltration membrane having a pore size of 1 micron, a porosity of 83% and a thickness of 35 microns is used. As the second porous film 3200, a porous carbon plate having a pore diameter of 55 μm, a porosity of 55% and a thickness of 2 mm is used. As the plate 3020, a dense carbon plate having excellent thermal conductivity is used.

【0132】こうして構成されたガス加湿器3000で
は、第1多孔質膜3100を水流路3115p側からガ
ス流路3113p側に通過した水(加湿水)は第1多孔
質膜3100と第2多孔質膜3200の界面に析出す
る。その界面に析出した水は、第2多孔質膜3200の
中に浸透して第2多孔質膜3200全体に広がりなが
ら、第2多孔質膜3200のガス流路側表面からガスの
中に気化していく。第2多孔質膜3200は第1多孔質
膜3100に比べ、面積が大きいから、気化にともなっ
て局部的に熱が奪われることがなく、第2多孔質膜32
00のガス流路側表面からガスの中に気化させることが
できる。
In the gas humidifier 3000 thus constructed, the water (humidifying water) which has passed through the first porous membrane 3100 from the water flow passage 3115p side to the gas flow passage 3113p side has the first porous membrane 3100 and the second porous membrane 3100. It is deposited at the interface of the film 3200. The water deposited on the interface permeates into the second porous membrane 3200 and spreads over the entire second porous membrane 3200, and is vaporized into gas from the gas flow channel side surface of the second porous membrane 3200. Go. Since the second porous film 3200 has a larger area than the first porous film 3100, heat is not locally taken away due to vaporization, and the second porous film 32
00 can be vaporized into the gas from the gas flow path side surface.

【0133】したがって、第1多孔質膜3100とし
て、孔径1ミクロン、多孔度83%、厚さ35ミクロン
の親水性弗素系精密ろ過膜を使用する場合、第2多孔質
膜3200と組み合わせることで、水を良好な水蒸気の
状態に気化させることができる。このため、水素ガスの
供給先である燃料電池のアノードの濡れすぎを防いで、
燃料電池の出力が低下するのを防止することができる。
Therefore, when a hydrophilic fluorine-based microfiltration membrane having a pore size of 1 micron, a porosity of 83%, and a thickness of 35 microns is used as the first porous membrane 3100, by combining it with the second porous membrane 3200, Water can be vaporized to a good water vapor state. Therefore, it is possible to prevent the anode of the fuel cell, which is the destination of the hydrogen gas, from getting too wet,
It is possible to prevent the output of the fuel cell from decreasing.

【0134】なお、この第2多孔質膜3200は、その
中心層のセパレータ3115側の全表面に設けられてい
るが、これに換えて、各第1多孔質膜3100からガス
流路3113pの下流側に向かって一定の範囲に限って
設けられた構成としてもよい。この構成によっても、第
2多孔質膜3200は第1多孔質膜3100に比べ、面
積が大きいから、気化にともなって局部的に熱が奪われ
ることがなく、第2多孔質膜3200のガス流路側表面
からの気化を促進させることができる。
The second porous membrane 3200 is provided on the entire surface of the center layer on the side of the separator 3115. Instead, however, the second porous membrane 3200 is provided downstream of each of the first porous membranes 3100 to the gas channel 3113p. The configuration may be limited to a certain range toward the side. Also with this configuration, since the second porous membrane 3200 has a larger area than the first porous membrane 3100, heat is not locally taken away due to vaporization, and the gas flow of the second porous membrane 3200 is reduced. Vaporization from the roadside surface can be promoted.

【0135】第13実施例について次に説明する。図1
8は、第13実施例のガス加湿器の一部分の構造を示す
説明図である。なお、図18の(イ)は、(ロ)のC−
C線断面図である。図18の(ロ)は、(イ)のD−D
線断面図である。
The thirteenth embodiment will be described below. FIG.
FIG. 8 is an explanatory view showing the structure of a part of the gas humidifier of the thirteenth embodiment. In addition, (a) of FIG. 18 is C- of (b).
It is a C line sectional view. 18B is the DD of FIG.
It is a line sectional view.

【0136】図18に示すように、この第13実施例の
ガス加湿器4000は、第12実施例のガス加湿器30
00と比較して、第2多孔質膜3200の構成が相違
し、その他の構成については同一である(同一の部分に
は第12実施例と同じ番号を付けた)。即ち、第12実
施例のガス加湿器3000では、第2多孔質膜3200
の上にガス流路があるのに対して、この実施例のガス加
湿器400では、ガス流路3113pそのものが第2多
孔質膜4200になっている。
As shown in FIG. 18, the gas humidifier 4000 of the thirteenth embodiment is the same as the gas humidifier 30 of the twelfth embodiment.
Compared with No. 00, the configuration of the second porous membrane 3200 is different, and other configurations are the same (the same parts are denoted by the same numbers as in the twelfth embodiment). That is, in the gas humidifier 3000 of the twelfth embodiment, the second porous film 3200 is used.
On the other hand, in the gas humidifier 400 of this embodiment, the gas flow passage 3113p itself is the second porous membrane 4200, whereas the gas flow passage is above the above.

【0137】なお、第2多孔質膜4200は、ガス流路
3113pの全域に渡って充填されているではなく、各
第1多孔質膜3100からガス流路3113pの下流側
に向かって一定の範囲に限って充填されている。この第
2多孔質膜4200は、ガス流路3113p側に設けら
れた多孔質膜3111よりもさらに多孔質なもので、前
述した第12実施例の第2多孔質膜3200と比べても
さらに多孔質なものとなっている。具体的には、第2多
孔質膜4200としては、孔径1.5ミリ、多孔度95
%の発泡ニッケル板を使用する。
The second porous film 4200 is not filled over the entire area of the gas flow channel 3113p, but is in a constant range from each first porous film 3100 toward the downstream side of the gas flow path 3113p. It is filled only. The second porous film 4200 is more porous than the porous film 3111 provided on the gas flow channel 3113p side, and is more porous than the second porous film 3200 of the twelfth embodiment described above. It is of quality. Specifically, the second porous membrane 4200 has a pore diameter of 1.5 mm and a porosity of 95.
% Foamed nickel plate is used.

【0138】こうして構成されたガス加湿器4000で
は、第1多孔質膜3100のガス流路側に析出した水
(加湿水)は、ガスにより吹き飛ばされて、第2多孔質
膜4200の中に付着する。第2多孔質膜4200は水
が析出した地点を含めて、ガスの流れの下流側に設置さ
れているので、水は第2多孔質膜4200全体に広がり
ながら、第2多孔質膜4200の中を不規則に流れる
(乱流)ガスの中に気化していく。第2多孔質膜420
0は第1多孔質膜3100に比べ、面積も大きいから、
気化にともなって局部的に熱が奪われることがなく、第
2多孔質膜4200の内部で、ガスの中に気化させるこ
とができる。
In the gas humidifier 4000 thus constructed, the water (humidifying water) deposited on the gas channel side of the first porous membrane 3100 is blown off by the gas and adheres to the second porous membrane 4200. . Since the second porous membrane 4200 is installed on the downstream side of the gas flow including the point where water is deposited, the water spreads throughout the second porous membrane 4200, and Is vaporized into irregularly flowing (turbulent) gas. Second porous membrane 420
0 has a larger area than the first porous membrane 3100,
The heat is not locally absorbed due to the vaporization, and the vapor can be vaporized into the gas inside the second porous film 4200.

【0139】したがって、この第13実施例のガス加湿
器4000では、前記第12実施例と同様に、水を良好
な水蒸気の状態に気化させることができ、水素ガスの供
給先である燃料電池のアノードの濡れすぎを防いで、燃
料電池の出力が低下するのを防止することができる。
Therefore, in the gas humidifier 4000 of the thirteenth embodiment, as in the twelfth embodiment, water can be vaporized into a good water vapor state, and the fuel cell of the hydrogen gas supply destination can be used. By preventing the anode from getting too wet, it is possible to prevent the output of the fuel cell from decreasing.

【0140】なお、前記第13実施例のガス加湿器40
00において、図19に示すように、ガス流路3113
pを形成するセパレータ3113の内部に加熱用の電気
ヒータ4500を内蔵する構成としてもよい。図19に
おいて、(イ)は(ロ)のE−E線断面図であり、
(ロ)は(イ)のF−F線断面図である。この構成によ
り、水流路3115p側からガス流路3113p側に第
1多孔質膜3100を通過してきた水の気化を、電気ヒ
ータの発熱により助けることができる。このため、水を
より一層良好な水蒸気の状態に気化させることができ
る。なお、この気化の促進の結果、第13実施例の構成
に比べて、第2多孔質膜4200の体積を小さくするこ
とができ、これにより加湿器をより一層小型化できると
いう副次的な効果を奏する。
Incidentally, the gas humidifier 40 of the thirteenth embodiment
00, as shown in FIG.
An electric heater 4500 for heating may be incorporated inside the separator 3113 forming p. 19, (a) is a sectional view taken along line EE of (b),
(B) is the FF sectional view taken on the line of (A). With this configuration, vaporization of water that has passed through the first porous membrane 3100 from the water flow channel 3115p side to the gas flow channel 3113p side can be assisted by heat generation of the electric heater. Therefore, water can be vaporized into a more preferable state of water vapor. As a result of the promotion of vaporization, the volume of the second porous membrane 4200 can be made smaller than that of the configuration of the thirteenth embodiment, and as a result, the humidifier can be further downsized. Play.

【0141】さらに、この電気ヒータ4500を用いた
構成では、第2多孔質膜4200より下流側の水滴状態
を検出し、その検出結果に応じて電気ヒータ4500の
オン/オフを制御する構成としてもよい。この構成によ
り、より一層的確な加湿を行なうことができる。
Further, in the structure using the electric heater 4500, the water droplet state on the downstream side of the second porous film 4200 may be detected and the electric heater 4500 may be turned on / off in accordance with the detection result. Good. With this configuration, more accurate humidification can be performed.

【0142】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to these examples, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.

【0143】[0143]

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃料電池の
加湿装置では、多孔質膜が親水性を有するものであるこ
とから、多孔質膜を透過してきた水を容易に気化して、
水を水滴の状態でなく良好な水蒸気の状態で材料ガス中
に含ませることができる。このため、材料ガスの供給先
である燃料電池の電極が濡れ過ぎの状態となり、燃料電
池の出力が低下するのを防止することができる。
As described above, in the humidifier for a fuel cell of the present invention, since the porous membrane has hydrophilicity, water that has permeated through the porous membrane is easily vaporized,
Water can be included in the material gas in the state of good water vapor, not in the state of water droplets. For this reason, it is possible to prevent the electrode of the fuel cell, which is the supply destination of the material gas, from becoming too wet and the output of the fuel cell from decreasing.

【0144】また、シリコーンにて孔径を狭めた構成と
すれば、多孔質膜から透過する水の量を少なく調整する
ことができることから、加湿量が多すぎてそのままでは
使用できないような多孔質膜であっても使用できる。
If the pore size is narrowed with silicone, the amount of water that permeates from the porous membrane can be adjusted to a small amount. Therefore, the amount of humidification is too large to use as it is. Can be used even.

【0145】多孔質膜を屈曲させて立体的に配置した構
成とすれば、少ない容積の加湿装置でより大きな加湿量
を実現することができ、装置のコンパクト化を図ること
ができる。
If the porous membrane is bent and arranged three-dimensionally, it is possible to realize a larger amount of humidification with a humidifier having a small volume and to make the apparatus compact.

【0146】以上説明した本発明の燃料電池の加湿制御
装置によれば、多孔質膜を透過する水量を燃料電池の運
転状態に応じて理想的に定めることができる。このた
め、燃料電池へ供給する材料ガスの加湿を適正に行なう
ことができる。
According to the humidification control device for a fuel cell of the present invention described above, the amount of water that permeates the porous membrane can be ideally determined according to the operating state of the fuel cell. For this reason, the material gas supplied to the fuel cell can be properly humidified.

【0147】燃料電池の運転状態を、燃料電池の温度と
した構成、燃料電池のインピーダンスとした構成、燃料
電池から排出される材料ガスの流量とした構成、燃料電
池の負荷電流とした構成によれば、これらのパラメータ
に応じて、燃料電池へ供給する材料ガスの加湿を適正に
行なうことができる。
The operation state of the fuel cell depends on the temperature of the fuel cell, the impedance of the fuel cell, the flow rate of the material gas discharged from the fuel cell, and the load current of the fuel cell. For example, the material gas supplied to the fuel cell can be properly humidified according to these parameters.

【0148】請求項10記載の加湿制御装置によれば、
燃料電池の停止時において、多孔質膜に接する水と材料
ガスとの圧力差が大きな圧力差となり、多孔質膜を通過
して、水の流路から材料ガスの流路に流れ込む水の量が
増大される。この結果、燃料電池の内部に大量の水分が
供給されて、この水分の気化熱により、燃料電池を冷却
することができる。即ち、燃料電池の停止時において、
この加湿制御装置を利用して、燃料電池を早急に冷却す
ることができる。
According to the humidification control device of the tenth aspect,
When the fuel cell is stopped, the pressure difference between the water in contact with the porous membrane and the material gas becomes a large pressure difference, and the amount of water that passes through the porous membrane and flows from the water channel to the material gas channel is Will be increased. As a result, a large amount of water is supplied into the fuel cell, and the heat of vaporization of the water can cool the fuel cell. That is, when the fuel cell is stopped,
Using this humidification control device, the fuel cell can be cooled immediately.

【0149】本発明の加湿装置の製造方法では、シリコ
ーン接着剤の一部を多孔質膜表面及び内部に残留させる
ことができる。このため、多孔質膜は、シリコーンにて
孔径が狭められた孔を多数有するものとなり、この結
果、多孔質膜から透過する水の量を少なく調整すること
ができる。
In the method of manufacturing the humidifying device of the present invention, a part of the silicone adhesive can be left on the surface and inside of the porous film. Therefore, the porous membrane has a large number of pores whose pore diameter is narrowed by silicone, and as a result, the amount of water permeating from the porous membrane can be adjusted to be small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の燃料電池の加湿装置を適用した第1実
施例としての燃料電池スタックの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell stack as a first embodiment to which a humidifying device for a fuel cell according to the present invention is applied.

【図2】燃料電池のセルの構造図である。FIG. 2 is a structural diagram of a cell of a fuel cell.

【図3】水素ガス加湿器110の構造図である。FIG. 3 is a structural diagram of a hydrogen gas humidifier 110.

【図4】多孔質膜111における圧力差△Pと加湿量と
の相関を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a correlation between a pressure difference ΔP and a humidification amount in a porous film 111.

【図5】第2実施例の燃料電池の加湿器600の構造図
である。
FIG. 5 is a structural diagram of a humidifier 600 for a fuel cell according to a second embodiment.

【図6】第3実施例の燃料電池の加湿器700の構造図
である。
FIG. 6 is a structural diagram of a humidifier 700 of a fuel cell according to a third embodiment.

【図7】第4実施例の燃料電池の加湿器800の構造図
である。
FIG. 7 is a structural diagram of a humidifier 800 for a fuel cell according to a fourth embodiment.

【図8】本発明の燃料電池の加湿制御装置を適用した第
5実施例としての燃料電池システムの概略構成図であ
る。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system as a fifth embodiment to which the humidification control device for a fuel cell of the present invention is applied.

【図9】その燃料電池システムの電子制御ユニット12
00により実行される圧力差制御ルーチンを示すフロー
チャートである。
FIG. 9 is an electronic control unit 12 of the fuel cell system.
10 is a flowchart showing a pressure difference control routine executed by No. 00.

【図10】燃料電池の温度Tと必要水蒸気量Hとの相関
を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the correlation between the temperature T of the fuel cell and the required water vapor amount H.

【図11】必要水蒸気量Hと設定差圧△Psetとの相
関を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the correlation between the required water vapor amount H and the set pressure difference ΔPset.

【図12】第6実施例で用いたインピーダンスZと必要
水蒸気量Hとの相関を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the correlation between the impedance Z and the required water vapor amount H used in the sixth embodiment.

【図13】第7実施例で用いたガス流量Mと必要水蒸気
量Hとの相関を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the correlation between the gas flow rate M and the required water vapor amount H used in the seventh example.

【図14】第8実施例で用いた負荷電流Iと必要水蒸気
量Hとの相関を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the correlation between the load current I and the required water vapor amount H used in the eighth embodiment.

【図15】第10実施例としての燃料電池の加湿システ
ムを示す概略構成図である。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a humidification system for a fuel cell as a tenth embodiment.

【図16】第11実施例における電子制御ユニットで実
行される停止制御ルーチンを示すフローチャートであ
る。
FIG. 16 is a flowchart showing a stop control routine executed by the electronic control unit in the eleventh embodiment.

【図17】第12実施例のガス加湿器3000の一部分
の構造を示す構造図である。
FIG. 17 is a structural diagram showing a partial structure of a gas humidifier 3000 of the twelfth embodiment.

【図18】第13実施例のガス加湿器4000の一部分
の構造を示す構造図である。
FIG. 18 is a structural diagram showing a partial structure of a gas humidifier 4000 of the thirteenth embodiment.

【図19】第13実施例の変形例の構造図である。FIG. 19 is a structural diagram of a modified example of the thirteenth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料電池スタック 10…セル 11…電解質膜 12…カソード 13…アノード 14…セパレータ 14p…酸素ガス流路 15…セパレータ 15p…水素ガス流路 20,30…冷却水流路 20…冷却水流路 40,50…集電板 60,70…絶縁板 100…発電ユニット 110…水素ガス加湿器 111…多孔質膜 113…セパレータ 113p…ガス流路 113p…水素ガス流路 115…セパレータ 115p…水流路 116,117…Oリング 118,119…シール部材 120…酸素含有ガス加湿器 121…多孔質膜 123,125…セパレータ 123p…酸素ガス流路 125p…水流路 200…加湿ユニット 300…エンドプレート 310…エンドプレート 312,314…ボルト 320…第3のエンドプレート 322,324…ボルト 400…ガス加湿器 500…ポンプ 500a…電動機 510…水通路 520…水通路 530…水通路 540…水素ガス通路 550…ブロワ 560…水素ガス通路 570…水素ガス通路 580…酸素ガス通路 590…ブロワ 592…酸素ガス通路 594…酸素ガス通路 600…加湿器 602…多孔質膜 604,606…セパレータ 608,610…シート 612〜615…シール部材 700…加湿器 702…多孔質膜 800…加湿器 802…多孔質膜 804…水流路 806…フィルム 808,810…セパレータ 808p,810p…流路 1100…制御系 1105…温度センサ 1110…第1の圧力センサ 1120…第2の圧力センサ 1200…電子制御ユニット 1210…CPU 1220…ROM 1230…RAM 1240…入力インターフェース 1250…出力インターフェース 2000…加湿システム 2010…水加圧ポンプ 2020…水加圧ポンプ 2100〜2300…加湿ユニット 3000…ガス加湿器 3020…プレート 3100…第1多孔質膜 3110…プレート 3113…セパレータ 3113p…ガス流路 3115…セパレータ 3115p…水流路 3200…第2多孔質膜 4000…ガス加湿器 4200…第2多孔質膜 4500…電気ヒータ C1…循環路 C2…循環路 H…必要水蒸気量 I…負荷電流 M…ガス流量 Ph…水素ガス圧 Pw…水圧 T…温度 Z…インピーダンス ΔP…圧力差 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack 10 ... Cell 11 ... Electrolyte membrane 12 ... Cathode 13 ... Anode 14 ... Separator 14p ... Oxygen gas channel 15 ... Separator 15p ... Hydrogen gas channel 20, 30 ... Cooling water channel 20 ... Cooling water channel 40, 50 ... Current collecting plate 60, 70 ... Insulating plate 100 ... Power generation unit 110 ... Hydrogen gas humidifier 111 ... Porous membrane 113 ... Separator 113p ... Gas channel 113p ... Hydrogen gas channel 115 ... Separator 115p ... Water channel 116, 117 O-ring 118, 119 ... Sealing member 120 ... Oxygen-containing gas humidifier 121 ... Porous membrane 123, 125 ... Separator 123p ... Oxygen gas flow path 125p ... Water flow path 200 ... Humidification unit 300 ... End plate 310 ... End plate 312, 314 ... Bolt 320 ... Third end plate 322 324 ... Volt 400 ... Gas humidifier 500 ... Pump 500a ... Electric motor 510 ... Water passage 520 ... Water passage 530 ... Water passage 540 ... Hydrogen gas passage 550 ... Blower 560 ... Hydrogen gas passage 570 ... Hydrogen gas passage 580 ... Oxygen gas passage 590 ... Blower 592 ... Oxygen gas passage 594 ... Oxygen gas passage 600 ... Humidifier 602 ... Porous membrane 604, 606 ... Separator 608, 610 ... Sheet 612-615 ... Seal member 700 ... Humidifier 702 ... Porous membrane 800 ... Humidifier 802 ... Porous membrane 804 ... Water channel 806 ... Film 808, 810 ... Separator 808p, 810p ... Channel 1100 ... Control system 1105 ... Temperature sensor 1110 ... First pressure sensor 1120 ... Second pressure sensor 1200 ... Electronic control unit 1210 ... CPU 1220 ... ROM 1230 ... RAM 1240 ... Input interface 1250 ... Output interface 2000 ... Humidification system 2010 ... Water pressurizing pump 2020 ... Water pressurizing pump 2100-2300 ... Humidifying unit 3000 ... Gas humidifier 3020 ... Plate 3100 ... First porous membrane 3110 ... Plate 3113 ... Separator 3113p ... Gas flow path 3115 ... Separator 3115p ... Water flow path 3200 ... Second porous membrane 4000 ... Gas humidifier 4200 ... Second porous membrane 4500 ... Electric heater C1 ... Circulation path C2 ... Circulation path H ... Necessary Water vapor amount I ... Load current M ... Gas flow rate Ph ... Hydrogen gas pressure Pw ... Water pressure T ... Temperature Z ... Impedance ΔP ... Pressure difference

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池の電極に供給する材料ガスを加
湿する加湿装置であって、 水の流路と前記材料ガスの流路とに接し、該水と該材料
ガスとの圧力差に応じて該水を透過する多孔質膜を備え
るとともに、 前記多孔質膜は親水性を有したものである燃料電池の加
湿装置。
1. A humidifier for humidifying a material gas to be supplied to an electrode of a fuel cell, the humidifier being in contact with a water flow path and the material gas flow path, and depending on a pressure difference between the water and the material gas. A humidifier for a fuel cell, which comprises a porous membrane that permeates the water, and the porous membrane has hydrophilicity.
【請求項2】 前記多孔質膜は、直径10-8mないし1
-7mの孔を多数有するポリオレフィン系(Cn2n
樹脂フィルムである請求項1記載の燃料電池の加湿装
置。
2. The porous membrane has a diameter of 10 −8 m to 1
0 -7 polyolefin having a large number of m holes (C n H 2n)
The humidifying device for a fuel cell according to claim 1, which is a resin film.
【請求項3】 前記多孔質膜は、シリコーンにて孔径が
狭められた孔を多数有するものである請求項1記載の燃
料電池の加湿装置。
3. The humidifier for a fuel cell according to claim 1, wherein the porous membrane has a large number of pores whose pore diameter is narrowed by silicone.
【請求項4】 前記多孔質膜は、屈曲させて立体的に配
置された請求項1記載の燃料電池の加湿装置。
4. The humidifying device for a fuel cell according to claim 1, wherein the porous membrane is bent and arranged three-dimensionally.
【請求項5】 燃料電池の電極に供給する材料ガスの加
湿量を制御する加湿制御装置であって、 水の流路と前記材料ガスの流路とに接し、該水と該材料
ガスとの圧力差に応じて該水を透過する多孔質膜と、 前記水の流路の水圧を検出する水圧検出手段と、 前記材料ガスの流路のガス圧を検出するガス圧検出手段
と、 前記燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、 該検出した燃料電池の運転状態から前記燃料電池が必要
とする前記材料ガス中の必要水蒸気量を算出する必要水
蒸気量算出手段と、 該算出した必要水蒸気量から前記水と材料ガスとの理想
的な圧力差を算出する理想圧力差算出手段と、 前記水圧検出手段で検出した水圧と前記ガス圧検出手段
で検出したガス圧とに基づいて、該水と材料ガスとの圧
力差が前記理想的な圧力差となるように前記水圧または
前記ガス圧の少なくともいずれか一方を制御する制御手
段とを備えた燃料電池の加湿制御装置。
5. A humidification control device for controlling the amount of humidification of a material gas supplied to an electrode of a fuel cell, the device being in contact with a water flow path and the material gas flow path, A porous membrane that permeates the water according to a pressure difference, a water pressure detection unit that detects the water pressure of the water channel, a gas pressure detection unit that detects the gas pressure of the material gas channel, and the fuel. An operating state detecting means for detecting an operating state of the cell; a necessary water vapor amount calculating means for calculating a required water vapor amount in the material gas required by the fuel cell from the detected operating state of the fuel cell; Based on the ideal pressure difference calculating means for calculating the ideal pressure difference between the water and the material gas from the required amount of water vapor, and the water pressure detected by the water pressure detecting means and the gas pressure detected by the gas pressure detecting means, The pressure difference between the water and the material gas is the ideal The fuel cell humidification control and control means for controlling at least one of the water pressure or the gas pressure so that the force difference.
【請求項6】 前記運転状態検出手段は、燃料電池の温
度を検出する温度検出手段を備えたものである請求項5
記載の燃料電池の加湿制御装置。
6. The operating state detecting means includes a temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell.
A humidification control device for a fuel cell as described above.
【請求項7】 前記運転状態検出手段は、燃料電池のイ
ンピーダンスを検出するインピーダンス検出手段を備え
たものである請求項5記載の燃料電池の加湿制御装置。
7. The humidification control device for a fuel cell according to claim 5, wherein the operating state detection means includes impedance detection means for detecting the impedance of the fuel cell.
【請求項8】 前記運転状態検出手段は、燃料電池から
排出される前記材料ガスの流量を検出するガス流量検出
手段を備えたものである請求項5記載の燃料電池の加湿
制御装置。
8. The humidification control device for a fuel cell according to claim 5, wherein the operating state detecting means includes a gas flow rate detecting means for detecting a flow rate of the material gas discharged from the fuel cell.
【請求項9】 前記運転状態検出手段は、燃料電池の負
荷電流を検出する電流検出手段を備えたものである請求
項5記載の燃料電池の加湿制御装置。
9. The humidification control device for a fuel cell according to claim 5, wherein the operating state detecting means includes a current detecting means for detecting a load current of the fuel cell.
【請求項10】 請求項5記載の燃料電池の加湿制御装
置であって、 さらに、 前記燃料電池の停止時を判定する停止時判定手段と、 該停止時が判定されたとき、前記水と材料ガスとの圧力
差を所定の圧力差以上の大きな圧力差となるように前記
水圧または前記ガス圧の少なくともいずれか一方を制御
する停止時制御手段とを備える燃料電池の加湿制御装
置。
10. The humidification control device for a fuel cell according to claim 5, further comprising a stop time determination means for determining a stop time of the fuel cell, and the water and the material when the stop time is determined. A humidification control device for a fuel cell, comprising: a stop control means for controlling at least one of the water pressure and the gas pressure so that the pressure difference between the gas and the gas becomes a large pressure difference equal to or larger than a predetermined pressure difference.
【請求項11】 請求項3記載の燃料電池の加湿装置を
製造する方法であって、 シリコーン接着剤を有機溶剤で希釈する工程と、 該希釈されたシリコーン接着剤の溶液を前記多孔質膜を
用いて加圧下でろ過する工程と、 を備える加湿装置の製造方法。
11. A method of manufacturing a humidifier for a fuel cell according to claim 3, wherein a step of diluting the silicone adhesive with an organic solvent, and a step of diluting the silicone adhesive solution with the porous membrane. And a step of filtering under pressure, the method of manufacturing a humidifier.
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003500802A (en) * 1999-05-18 2003-01-07 ヌベラ・フュエル・セルズ・ヨーロッパ・ソチエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータ Humidifier for polymer membrane fuel cells
EP1298749A1 (en) * 2000-11-30 2003-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Humidification cell and fuel cell installation
EP1298750A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Fuel cell battery with humidification cells
JP2004206951A (en) * 2002-12-24 2004-07-22 Honda Motor Co Ltd Fuel cell with dehumidification/humidification device
JP2006210151A (en) * 2005-01-28 2006-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system
JP2006210150A (en) * 2005-01-28 2006-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system
JP2006278276A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Toyota Motor Corp Fuel cell system, control method thereof, and vehicle equipped with the same
JP2006302909A (en) * 2006-07-03 2006-11-02 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell system
JP2007012636A (en) * 2006-10-23 2007-01-18 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell system
JP2007123177A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Honda Motor Co Ltd Humidifier for reaction gas
US7258329B2 (en) 2004-06-15 2007-08-21 Honda Motor Co., Ltd. Reactant gas humidification apparatus and reactant gas humidification method
WO2009037864A1 (en) * 2007-09-21 2009-03-26 Panasonic Corporation Fuel cell system
WO2009060706A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2010506365A (en) * 2006-11-10 2010-02-25 ライドール ソリューテック ビー. ブイ. Humidifier membrane
US7745032B2 (en) 2002-10-18 2010-06-29 Hitachi, Ltd. Fuel cell with humidifier
JP2011222508A (en) * 2010-04-06 2011-11-04 Samsung Sdi Co Ltd Moisture exchange unit and fuel cell stack
JP2012109079A (en) * 2010-11-16 2012-06-07 Fuji Electric Co Ltd Operational method of fuel cell and fuel cell power generation device
US8492039B2 (en) 2008-04-15 2013-07-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell system and method of controlling the same

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003500802A (en) * 1999-05-18 2003-01-07 ヌベラ・フュエル・セルズ・ヨーロッパ・ソチエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータ Humidifier for polymer membrane fuel cells
EP1298749A1 (en) * 2000-11-30 2003-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Humidification cell and fuel cell installation
WO2003030287A3 (en) * 2001-09-27 2003-10-23 Siemens Ag Fuel-cell stack
EP1298750A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Fuel cell battery with humidification cells
WO2003030288A3 (en) * 2001-09-27 2004-01-08 Siemens Ag Humidification cell
WO2003030287A2 (en) * 2001-09-27 2003-04-10 Siemens Aktiengesellschaft Fuel-cell stack
KR100604700B1 (en) * 2001-09-27 2006-07-31 지멘스 악티엔게젤샤프트 Fuel cell stack
US7314676B2 (en) 2001-09-27 2008-01-01 Siemens Aktiengesellschaft Fuel-cell stack
US7745032B2 (en) 2002-10-18 2010-06-29 Hitachi, Ltd. Fuel cell with humidifier
JP2004206951A (en) * 2002-12-24 2004-07-22 Honda Motor Co Ltd Fuel cell with dehumidification/humidification device
US7258329B2 (en) 2004-06-15 2007-08-21 Honda Motor Co., Ltd. Reactant gas humidification apparatus and reactant gas humidification method
JP2006210150A (en) * 2005-01-28 2006-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system
JP2006210151A (en) * 2005-01-28 2006-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system
JP2006278276A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Toyota Motor Corp Fuel cell system, control method thereof, and vehicle equipped with the same
JP4696643B2 (en) * 2005-03-30 2011-06-08 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system, control method thereof, and vehicle equipped with the same
JP2007123177A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Honda Motor Co Ltd Humidifier for reaction gas
JP2006302909A (en) * 2006-07-03 2006-11-02 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell system
JP4543015B2 (en) * 2006-07-03 2010-09-15 株式会社東芝 Polymer electrolyte fuel cell system
JP2007012636A (en) * 2006-10-23 2007-01-18 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell system
JP4746511B2 (en) * 2006-10-23 2011-08-10 株式会社東芝 Polymer electrolyte fuel cell system
JP2010506365A (en) * 2006-11-10 2010-02-25 ライドール ソリューテック ビー. ブイ. Humidifier membrane
WO2009037864A1 (en) * 2007-09-21 2009-03-26 Panasonic Corporation Fuel cell system
WO2009060706A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US8492039B2 (en) 2008-04-15 2013-07-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell system and method of controlling the same
JP2011222508A (en) * 2010-04-06 2011-11-04 Samsung Sdi Co Ltd Moisture exchange unit and fuel cell stack
US8877394B2 (en) 2010-04-06 2014-11-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell system
JP2012109079A (en) * 2010-11-16 2012-06-07 Fuji Electric Co Ltd Operational method of fuel cell and fuel cell power generation device

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