JP2004303443A

JP2004303443A - 固体高分子型燃料電池の加湿装置

Info

Publication number: JP2004303443A
Application number: JP2003091566A
Authority: JP
Inventors: Fumio Ito; 文美男伊藤; Osamu Akimoto; 攻秋元
Original assignee: Chino Corp
Current assignee: Chino Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】危険を伴うことなく、安定した高温加湿が行え、目標の露点温度のガスを得る。
【解決手段】加湿装置１Ａは、燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池に用いられる。この加湿装置１Ａは、ガス供給手段２からガス流量制御手段４を介して流量制御された常温のガスと、蒸気供給手段３から蒸気流量制御手段５を介して流量制御された蒸気とを混合手段６で混合し、常温のガスを蒸気で加熱する。この加熱されたガスは、温調手段７により目標の露点温度に温度調整され、ガス温度に対応する蒸気圧の加湿気体となる。この加湿気体による湿ガスは、セパレータ９により余剰水分が除去される。さらに、湿ガスは、再加熱手段１０により余計な水分が除去され、乾き蒸気状態のガスとして燃料電池に送り出される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素などの燃料と、空気などの酸化剤を電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置である。この種の燃料電池の中でも、電解質に高分子イオン交換膜を用いた固体高分子型燃料電池は、出力密度が高く、作動温度が約７０℃〜９０℃と低いこと、構造が単純で電解質を含めて燃料電池全体を固体で構成できること、高分子膜が差圧に強いことなどの特徴がある。そして、出力密度が高いことは、コンパクトで大きな出力が得られ、低温作動であることは、起動時などの取り扱いが容易になることを意味するので、上述した固体高分子型燃料電池は、例えば自動車用、家庭用、可搬用など様々な分野での利用が可能である。
【０００３】
ところで、この種の燃料電池では、電解質に送り込まれるガスの加湿が重要な問題になる。特に、燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の場合、電解質の湿度によって出力が大きく変化するので、加湿が非常に重要な要素となる。
【０００４】
そこで、従来、この種の燃料電池の電解質に送り込まれるガスの加湿には、加湿するガスを加湿器内でバブリングさせて温水温度付近の加湿ガスを生成するバブラー加湿方式を採用している。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２９５９１号公報
【０００６】
図８は上記特許文献１に開示される固体高分子型燃料電池発電装置の概略構成を示す図である。図８に示す固体高分子型燃料電池発電装置５１では、燃料電池５２の燃料極と改質器５３の改質部５４との間にバブリング室５５を設け、改質部５４から得られる改質ガスをこのバブリング室５５の水中を気泡として通過させている。これにより、高温の改質ガスとバブリング室５５内の水との間で熱交換が効率的に行われ、バブリング室５５内の水が加熱されて得られる水蒸気と１００℃近くに下げられた改質ガスとが燃料極に供給される。そして、水蒸気が燃料極を介して燃料電池５２の電解質を加湿する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、燃料電池の膜開発が種々の面から検討され、高温での加湿（例えば１００℃以上の露点温度）の要望がある。また、負荷変動やシステム試験において、湿度を早く応答させる要望がある。
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１の固体高分子型燃料電池発電装置５１でも利用されているバブラー加湿方式では、加湿水温度でガスの露点温度が決まり、加湿水温度の応答性により目的の露点温度に達して安定するまでの時間も決まってくる。従って、バブラー加湿方式では、湿度を高速に可変したくても、温度変化がゆっくりであり、目的の露点温度に達して安定するまで数十分から数時間の時間を必要とし、目的の露点温度を得るのに時間がかかるという問題があった。具体的には、図９に示すように、バブラー加湿方式の場合、目的の露点温度を６８℃とした場合、６８℃に達するまでに２０００ｓｅｃという時間を要していた。また、バブラー加湿方式により１００℃以上の露点温度を得ようとした場合には、圧力開放時に内部水が突沸するため、危険を伴い使用できないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、危険を伴うことなく高温加湿を行うことができる固体高分子型燃料電池の加湿装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置において、
所定流量のガスを供給するガス供給手段と、
所定流量の蒸気を供給する蒸気供給手段と、
前記ガス供給手段から供給されるガスと前記蒸気供給手段から供給される蒸気とを混合する混合手段と、
該混合手段で混合された蒸気を含むガスの温度を調整する温調手段と、
該温調手段から送り込まれるガスに含まれる余分な水分を除去するセパレータと、
該セパレータから送り込まれるガスを乾き蒸気の状態に再加熱する再加熱手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置において、
目的の露点温度に応じた所定流量のドライガスを供給するドライガス供給手段と、
目的の露点温度に応じた所定流量のウェットガスを供給するウェットガス供給手段と、
前記ドライガス供給手段から供給されるドライガスを予熱する予熱手段と、
前記ウェットガス供給手段から供給されるウェットガスを加湿する加湿手段と、
前記予熱手段で予熱されたドライガスと前記加湿手段で加湿されたウェットガスとを混合する混合手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１記載の固体高分子型燃料電池の加湿装置において、前記再加熱手段から送り出される蒸気を含むガスの湿度に基づいて前記蒸気供給手段が前記混合手段に送り出す蒸気の流量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の第１実施の形態を示す図、図２は蒸気流量制御手段の構成例を示す図、図３は同固体高分子型燃料電池の加湿装置の第２実施の形態を示す図、図４は同固体高分子型燃料電池の加湿装置の第３実施の形態を示す図である。
【００１５】
まず、本発明に係る加湿装置の第１実施の形態について図１を参照しながら説明する。
【００１６】
図１に示すように、第１実施の形態の加湿装置１（１Ａ）は、ガス供給手段２、蒸気供給手段３、ガス流量制御手段４、蒸気流量制御手段５、混合手段６、温調手段７、温調制御手段８、セパレータ９、再加熱手段１０、再加熱制御手段１１、湿度検出手段１２、流量制御手段１３を備えて概略構成される。
【００１７】
ガス供給手段２は、被加湿対象となる常温のガスをガス流量制御手段４に供給している。また、蒸気供給手段３は、蒸気を作り出し、この作り出された所定量の蒸気を蒸気流量制御手段５に供給している。
【００１８】
ガス流量制御手段４は、ガス供給手段２から供給される常温のガスが所定量ずつ混合手段６に供給されるようにガスの流量を制御している。また、蒸気流量制御手段５は、蒸気供給手段３から供給される蒸気の流量を後述する流量制御手段１３からの蒸気量の制御信号によって制御している。基本的に、蒸気流量制御手段５は、ガス流量制御手段４のガスの最大流量に合わせて蒸気の流量を制御すれば良いが、省エネの観点からガス流量に合わせて、加湿に不足しない適当な蒸気の流量に制御すれば良い。
【００１９】
ここで、図２は蒸気流量制御手段５の構成の一例を示している。図２の蒸気流量制御手段５は、開閉弁（例えば電磁弁や自動弁など）５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３と流量制限手段（例えば異なる径のオリフィスやニードル弁など）５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３が対をなし、３組の開閉弁５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３と流量制限手段５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３とが蒸気供給手段３と混合手段６との間の流路に並列接続されている。この構成による蒸気流量制御手段５は、後述する流量制御手段１３からの制御信号によって開閉弁５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３の開閉制御がなされる。
【００２０】
図２の蒸気流量制御手段５では、開閉弁５Ａ１が開状態であれば、この開閉弁５Ａ１と対をなす流量制限手段５Ｂ１によって流量が決まる。すなわち、開状態にある開閉弁（５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３の何れか）と対をなす流量制限手段（５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３の何れか）によって流量が制御される。
【００２１】
なお、図２において、流量制限手段５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３を省いた構成とすることもできる。この場合、複数組の開閉弁（図２では３組の開閉弁５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３）を後述する流量制御手段１３からの制御信号によって開閉制御する。これにより、使用する開閉弁の能力に応じて流量を決定することができる。
【００２２】
混合手段６は、ガス供給手段２からガス流量制御手段４を介して供給されるガスと、蒸気供給手段３から蒸気流量制御手段５を介して供給される蒸気とを混合し、この蒸気と混合されたガスを温調手段７に送り込んでいる。
【００２３】
温調手段７は、温調制御手段８で温度制御された例えばヒータなどで混合手段６から送り込まれる蒸気を含むガスを加熱し、この加熱された湿ガスを目的の露点温度に温度調整してセパレータ９に送り込んでいる。
【００２４】
セパレータ９は、温調手段７から送り込まれる湿ガスに含まれる余分な水分を除去し、この余分な水分が除去された湿ガスを再加熱手段１０に送り込んでいる。
【００２５】
再加熱手段１０は、再加熱制御手段１１で温度制御された例えばヒータなどでセパレータ９から送り込まれる湿ガスを再加熱して結露を防止し、乾き蒸気のガスにして不図示の燃料電池に送り出している。
【００２６】
湿度検出手段１２は、再加熱手段１０から送り出される乾き蒸気のガスの湿度を検出し、その検出信号を流量制御手段１３に出力している。
【００２７】
流量制御手段１３は、湿度検出手段１２からの検出信号による湿度と、例えば予め設定入力された設定湿度（目標の露点温度）とを比較し、この比較結果に基づいて設定湿度を得るのに必要な蒸気量を算出し、この算出された蒸気量に応じた制御信号を蒸気流量制御手段５に出力している。
【００２８】
上記構成による第１実施の形態の加湿装置１Ａでは、ガス流量制御手段４により流量制御されたガス供給手段２からの常温のガスと、蒸気流量制御手段５により流量制御された蒸気供給手段３からの蒸気とを混合手段６で混合する。これにより、常温のガスが蒸気によって加熱され、ガス温度に対応する蒸気圧の加湿気体ができる。この加湿気体による湿ガスは、温調手段７により目的の湿度（露点温度）に温度調整されてセパレータ９に送り込まれ、セパレータ９によって結露した余剰水分が除去される。余剰水分が除去された湿ガスは、そのままの状態ではすぐに結露してしまう弱い飽和蒸気のため、再加熱手段１０により再加熱される。これにより、さらに余分な水分が除去されて乾き蒸気のガスとなって不図示の燃料電池に送り出される。その際、湿度検出手段１２により乾き蒸気のガスの湿度が検出され、この検出された湿度に基づいて流量制御手段１３が設定湿度（目標の露点温度）を得るのに必要な蒸気量を算出する。そして、流量制御手段１３は、算出した蒸気量の制御信号を蒸気流量制御手段５に出力する。蒸気流量制御手段５は、流量制御手段１３からの制御信号によって蒸気供給手段３が供給する蒸気の流量を制御する。以上の動作を繰り返すことにより、再加熱手段１０から送り出されるガスの湿度が設定湿度（目標の露点温度）に制御される。
【００２９】
この第１実施の形態の加湿装置１Ａによれば、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度（露点温度）まで早く変化させることができる。しかも、ガスに蒸気を混合する方式なので、バブラー加湿方式のような突沸現象による危険を伴うことなく、また不確定物性の排除ができ、安定した加湿を実現することができる。さらに、ガス予熱が不要で、ガスの流量に合わせて蒸気流量を設定しておけば、ガス加熱と加湿を同時に行うことができる。そして、このガスの温度を一定温度（目標の露点温度）に制御すれば、目標の露点温度を得ることができる。
【００３０】
なお、上述した第１実施の形態の加湿装置１Ａでは、湿度の検出に基づいて蒸気の流量が制御されるフィードバック方式を採用しているが、図１の一点鎖線で示す湿度検出手段７と流量制御手段８を省く構成としても良い。この場合、目的の露点温度に応じた固定流量の蒸気が混合手段６に送り込まれるべく、ユーザの設定操作により蒸気流量制御手段５が蒸気の流量を制御する。例えば図２の蒸気流量制御手段５を採用した場合には、ユーザの設定操作により開閉弁５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３の開閉を行う。この構成によれば、図１の構成に比べ、目標の湿度（露点温度）を得るまでにある程度の時間を要するが、構成の簡略化を図ってコストを低減することができる。
【００３１】
次に、本発明に係る加湿装置の第２実施の形態について図３を参照しながら説明する。
【００３２】
図３に示すように、第２実施の形態の加湿装置１（１Ｂ）は、ドライガス供給手段２１、ウェットガス供給手段２２、ドライガス流量制御手段２３、ウェットガス流量制御手段２４、予熱手段２５、加湿手段２６、混合手段２７を備えて概略構成される。
【００３３】
ドライガス供給手段２１はドライガスを予熱手段２３に供給している。また、ウェットガス供給手段２２はウェットガスを加湿手段２４に供給している。
【００３４】
ドライガス流量制御手段２３は、目的の湿度（露点温度）に応じたドライガスが予熱手段２５に送り込まれるべく、ドライガス供給手段２１から供給されるドライガスの流量をユーザの設定に基づく操作量により制御している。ウェットガス流量制御手段２４は、目的の湿度（露点温度）に応じたウェットガスが加湿手段２６に送り込まれるべく、ウェットガス供給手段２２から供給されるウェットガスの流量をユーザの設定に基づく操作量により制御している。
【００３５】
予熱手段２５は、結露を防止するため、ドライガス供給手段２１からドライガス流量制御手段２３を介して供給されるドライガスを予熱して混合手段２５に送り込んでいる。加湿手段２６は、例えばバブラー加湿器を用いることができる。この加湿手段２６では、ウェットガス供給手段２２からウェットガス流量制御手段２４を介して供給されるウェットガスをバブラー水温付近の露点温度に加湿して混合手段２７に送り込んでいる。
【００３６】
混合手段２７は、予熱手段２５で予熱されたドライガスと、加湿手段２６で加湿されたウェットガスとを混合して不図示の燃料電池に送り出している。
【００３７】
上記構成による第２実施の形態の加湿装置１Ｂでは、ドライガス流量制御手段２３により目的の湿度（露点温度）に応じて流量制御されたドライガス供給手段２１からのドライガスを予熱手段２５で予熱して混合手段２７に送り込む。また、同様にウェットガス流量制御手段２４により目的の湿度（露点温度）に応じて流量制御されたウェットガス供給手段２２からのウェットガスを加湿手段２６で加湿して混合手段２７に送り込む。混合手段２７では、予熱手段２５からのドライガスと、加湿手段２６からのウェットガスを混合する。以上の動作により、混合手段２７から送り出される混合ガスの湿度が設定温度（露点温度）に制御され、この混合されたガスが不図示の燃料電池に送り出される。
【００３８】
この第２実施の形態の加湿装置１Ｂによれば、第１実施の形態と同様、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度（露点温度）まで早く変化させることができる。また、ドライガスとウェットガスの両方の流量をユーザの設定に基づく操作量によって制御するので、目的の湿度（露点温度）のガスを目的の量だけ作り出すことができる。
【００３９】
次に、本発明に係る加湿装置の第３実施の形態について図４を参照しながら説明する。なお、図４において、第１実施の形態の加湿装置１Ａと同一の構成要素には同一番号を付して説明する。
【００４０】
図４に示すように、第３実施の形態の加湿装置１（１Ｃ）は、ガス供給手段２、蒸気供給手段３、ガス流量制御手段４、蒸気流量制御手段５、混合手段６、湿度検出手段１２、流量制御手段１３を備えて概略構成される。
【００４１】
ガス供給手段２は、被加湿対象となる常温のガスをガス流量制御手段４に供給している。また、蒸気供給手段３は、蒸気を作り出し、この作り出された所定量の蒸気を蒸気流量制御手段５に供給している。
【００４２】
ガス流量制御手段４は、ガス供給手段２から供給されるガスを、予め設定された流量で混合手段６に供給するようにガスの流量を制御している。また、蒸気流量制御手段５は、ガス流量制御手段４から送り出されるガスの流量に合わせ、蒸気供給手段３から供給される蒸気の流量を後述する流量制御手段１３からの蒸気量の制御信号によって制御している。基本的に、蒸気流量制御手段５は、ガス流量制御手段４のガスの最大流量に合わせて蒸気の流量を制御すれば良いが、省エネの観点からガス流量に合わせて、加湿に不足しない適当な蒸気の流量に制御すれば良い。
【００４３】
混合手段６は、ガス供給手段２からガス流量制御手段４を介して供給されるガスと、蒸気供給手段３から蒸気流量制御手段５を介して供給される蒸気とを混合し、この混合された蒸気を含むガスを不図示の燃料電池に送り出している。
【００４４】
湿度検出手段１２は、混合手段６から送り出されるガスの湿度を検出し、その検出信号を流量制御手段１３に出力している。
【００４５】
流量制御手段１３は、湿度検出手段１２からの検出信号による湿度と、例えば予め設定入力された設定湿度（目標の露点温度）とを比較し、この比較結果に基づいて設定湿度を得るのに必要な蒸気量を算出し、この算出された蒸気量に応じた制御信号を蒸気流量制御手段５に出力している。
【００４６】
上記構成による第３実施の形態の加湿装置１Ｃでは、ガス流量制御手段４により流量制御されたガス供給手段２からのガスと、蒸気流量制御手段５により流量制御された蒸気供給手段３からの蒸気とを混合手段６で混合する。そして、この混合されたガスが不図示の燃料電池に送り出される。その際、湿度検出手段１２によりガスの湿度が検出され、この検出された湿度に基づいて流量制御手段１３が設定湿度（目標の露点温度）を得るのに必要な蒸気量を算出する。そして、流量制御手段１３は、算出した蒸気量の制御信号を蒸気流量制御手段５に出力する。蒸気流量制御手段５は、流量制御手段１３からの制御信号によって蒸気供給手段３が供給する蒸気の流量を制御する。以上の動作を繰り返すことにより、混合手段６から送り出されるガスの湿度が設定温度（露点温度）に制御される。
【００４７】
この第３実施の形態の加湿装置１Ｃによれば、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度（露点温度）まで早く変化させることができる。しかも、ガスに蒸気を混合する方式なので、バブラー加湿方式のような突沸現象による危険を伴うことなく、また不確定物性の排除ができ、安定した加湿を実現することができる。
【００４８】
なお、上述した第３実施の形態の加湿装置１Ｃでは、第１実施の形態の加湿装置１Ａと同様に、湿度の検出に基づいて蒸気の流量が制御されるフィードバック方式を採用しているが、図４の一点鎖線で示す湿度検出手段１２、流量制御手段１３を省く構成としても良い。この場合、目的の露点温度に応じた固定流量の蒸気が混合手段６に送り込まれるべく、ユーザの設定操作により蒸気流量制御手段５が蒸気の流量を制御する。例えば図２の蒸気流量制御手段５を採用した場合には、ユーザの設定操作により開閉弁５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３の開閉を行う。この構成によれば、図４の構成に比べ、目標の湿度（露点温度）を得るまでにある程度の時間を要するが、構成の簡略化を図ってコストを低減することができる。
【００４９】
このように、本例の加湿装置によれば、危険を伴うことなく安定した高温加湿が行え、１００℃以上の露点温度を得ることができる。
【００５０】
また、供給されるガスの量は、例えば数十ｃｃから数千ｌと広範囲であるので、上述した第１乃至第３実施の形態の加湿装置１Ａ〜１Ｃは、供給されるガスの流量やコストによって使い分けることができる。例えば供給されるガスの流量が多い場合には第２実施の形態の加湿装置１Ｂを用い、ガスの流量が比較的少ない場合には第１又は第３実施の形態の加湿装置１Ａ，１Ｃを用いる。これにより、加湿されるガスの露点温度の可変範囲を広げることができる。
【００５１】
ここで、図５乃至図７は本発明による湿度装置（ガスと蒸気を混合して湿ガスを得る方式のもの：第１又は第３実施の形態）を採用した場合の特性を示している。図５はガス流量一定で蒸気流量を増加した場合の経過時間に対する露点の変化を示す図、図６はガス流量一定で蒸気流量を減少した場合の経過時間に対する露点の変化を示す図、図７は露点の安定性を示す図である。
【００５２】
図５を見ても明らかなように、露点上昇時には約１５ｓｅｃで露点１０７℃に達し、その露点１０７℃を維持していることが判る。また、露点を１１０℃から９８℃に下降させる場合においても、図６に示すように、約２０ｓｅｃで目的の露点９８℃に下降させることができる。このことから、本例の湿度装置によれば、安定して目的の露点まで変化させることができる。さらに、図７に示すように、本例の湿度装置によれば、目的の露点（約１１２℃）に変化させた場合、長時間にわたってその温度を維持することができることが判る。
【００５３】
ところで、図２の加湿装置１Ｂに図１の加湿装置１Ａ又は図３の加湿装置１Ｃを組み合わせた構成とすることもできる。この場合、図２の加湿装置１Ｂにおいて、ウエットガス供給手段２２に供給されるウェットガスとして、図１の加湿装置１Ａの再加熱手段１０から送り出されるガス、又は図３の加湿装置１Ｃの混合手段６から送り出されるガスを供給する。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、危険を伴うことなく１００℃以上の安定した露点温度の高温加湿を行うことができる。
【００５５】
請求項１の加湿装置によれば、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度（露点温度）まで早く変化させることができる。しかも、ガスに蒸気を混合する方式なので、バブラー加湿方式のような突沸現象による危険を伴うことなく、また不確定物性の排除ができ、安定した加湿を実現することができる。
【００５６】
請求項２の加湿装置によれば、バブラー加湿方式に比べ、数十倍〜数百倍の応答時間で目標の湿度（露点温度）まで早く変化させることができる。また、ドライガスとウェットガスの両方の流量を制御することにより、目的の湿度（露点温度）のガスを目的の量だけ作り出すことができる。
【００５７】
請求項３の加湿装置によれば、湿度検出によって蒸気量をフィードバック制御するので、より早く目標の湿度（露点温度）を得ることができる。
【００５８】
そして、供給されるガスの流量やコストによって各請求項の湿度装置を使い分ければ、加湿されるガスの露点温度の可変範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の第１実施の形態を示す図である。
【図２】蒸気流量制御手段の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の第３実施の形態を示す図である。
【図４】本発明に係る固体高分子型燃料電池の加湿装置の第３実施の形態を示す図である。
【図５】本発明に係る固定高分子型燃料電池の加湿装置において、ガス流量一定で蒸気流量を増加した場合の経過時間に対する露点の変化を示す図である。
【図６】本発明に係る固定高分子型燃料電池の加湿装置において、ガス流量一定で蒸気流量を減少した場合の経過時間に対する露点の変化を示す図である。
【図７】本発明に係る固定高分子型燃料電池の加湿装置において、露点の安定性を示す図である。
【図８】従来の固体高分子型燃料電池の加湿装置の一例を示す図である。
【図９】バブラー加湿方式において、露点上昇時の経過時間に対する露点の変化を示す図である。
【符号の説明】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）…加湿装置、２…ガス供給手段、３…蒸気供給手段、４…ガス流量制御手段、５…蒸気流量制御手段、５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３…開閉弁、５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３…流量制限手段、６…混合手段、７…温調手段、８…温調制御手段、９…セパレータ、１０…再加熱手段、１１…再加熱制御手段、１２…湿度検出手段、１３…流量制御手段、２１…ドライガス供給手段、２２…ウェットガス供給手段、２３…ドライガス流量制御手段、２４…ウェットガス流量制御手段、２５…予熱手段、２６…加湿手段、２７…混合手段。

Claims

燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置において、
所定流量のガスを供給するガス供給手段と、
所定流量の蒸気を供給する蒸気供給手段と、
前記ガス供給手段から供給されるガスと前記蒸気供給手段から供給される蒸気とを混合する混合手段と、
該混合手段で混合された蒸気を含むガスの温度を調整する温調手段と、
該温調手段から送り込まれるガスに含まれる余分な水分を除去するセパレータと、
該セパレータから送り込まれるガスを乾き蒸気の状態に再加熱する再加熱手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池の加湿装置。
燃料極と空気極との間に固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池の加湿装置において、
目的の露点温度に応じた所定流量のドライガスを供給するドライガス供給手段と、
目的の露点温度に応じた所定流量のウェットガスを供給するウェットガス供給手段と、
前記ドライガス供給手段から供給されるドライガスを予熱する予熱手段と、
前記ウェットガス供給手段から供給されるウェットガスを加湿する加湿手段と、
前記予熱手段で予熱されたドライガスと前記加湿手段で加湿されたウェットガスとを混合する混合手段とを備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池の加湿装置。
前記再加熱手段から送り出される蒸気を含むガスの湿度に基づいて前記蒸気供給手段が前記混合手段に送り出す蒸気の流量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池の加湿装置。