JP4500584B2 - Humidification device and method, and fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、加湿装置及び方法、並びに燃料電池システムの技術分野に関する。   The present invention relates to a humidifying apparatus and method, and a technical field of a fuel cell system.

例えば、燃料電池において、電解質膜は適度に湿潤している必要がある。そのため、カソード電極側で生じる反応水を利用して、カソード電極に供給される、例えば空気である酸化剤ガスを加湿している。この様な加湿構造を備えた燃料電池システムについては、特許文献１に開示されている。   For example, in a fuel cell, the electrolyte membrane needs to be moderately wet. For this reason, the reaction water generated on the cathode electrode side is used to humidify the oxidant gas, for example air, supplied to the cathode electrode. A fuel cell system having such a humidification structure is disclosed in Patent Document 1.

特許文献１に開示された技術（以下、「従来の技術」と称する）によれば、燃料電池において反応に供された反応済みの酸化剤ガスに含まれる水分を、多孔質体を介して未反応の酸化剤ガスに供給することによって、係る未反応の酸化剤ガスを加湿することが可能であるとされている。   According to the technique disclosed in Patent Document 1 (hereinafter referred to as “conventional technique”), moisture contained in the reacted oxidant gas subjected to the reaction in the fuel cell is not allowed to pass through the porous body. It is said that the unreacted oxidant gas can be humidified by supplying the oxidant gas to the reaction.

尚、この様な多孔体を利用した加湿技術については、特許文献２及び３にも開示されている。   In addition, the humidification technique using such a porous body is also disclosed in Patent Documents 2 and 3.

特開２００３−３１２４６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-31246 特開平９−２８３１５７号公報JP-A-9-283157 特表平１１−５０８７２６号公報Japanese National Patent Publication No. 11-508726

しかしながら、従来の技術は、以下に示す問題点を有している。   However, the conventional technology has the following problems.

従来の技術において、例えばコンプレッサにより加圧供給される空気である、未反応の酸化剤ガスの圧力は、反応済みの酸化剤ガスの圧力よりも高くなっている。この様な圧力差が生じた状態では、未反応の酸化剤ガスを加湿するためには、反応済みの酸化剤ガスに含まれる水分は、圧力の高い方へ向って多孔体を通過する必要があり、水分が多孔体を通過しにくくなっている。即ち、従来の技術では、未反応のガスを効率的に加湿することが困難である。   In the prior art, the pressure of unreacted oxidant gas, for example, air supplied under pressure by a compressor, is higher than the pressure of reacted oxidant gas. In a state where such a pressure difference occurs, in order to humidify the unreacted oxidant gas, the moisture contained in the reacted oxidant gas needs to pass through the porous body toward the higher pressure side. Yes, it is difficult for moisture to pass through the porous body. That is, it is difficult to efficiently humidify the unreacted gas with the conventional technique.

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ガスを効率的に加湿することが可能な加湿装置及び方法、並びにその様な加湿装置を備える燃料電池システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a humidifying device and method capable of efficiently humidifying gas, and a fuel cell system including such a humidifying device. And

上述した課題を解決するため、本発明に係る加湿装置は、水分を透過させることが可能な多孔質部材と、前記多孔質部材の一面に第１のガスを流すために形成された第１の流路と、前記多孔質部材における前記一面と対向する面に、前記第１のガスと共通の供給源から供給される第２のガスを流すために形成された第２の流路と、前記共通の供給源から供給されるガスを圧送する第１の圧送手段と、前記第１の圧送手段から前記第２の流路へと繋がる第１の圧送路と、前記多孔質部材を介さずに前記第１及び第２の流路を相互に連通させる連通管と、前記多孔質部材の含水状態に応じて、前記第１のガスの圧力が前記第２のガスの圧力よりも高くなるように前記第１及び第２のガスのうち少なくとも一方の圧力を調整する圧力調整手段とを具備し、前記第１のガスに含まれる水分が、前記多孔質部材を介して前記第２のガスに供給されることで、前記第２のガスが加湿されるように構成されると共に、前記圧送されるガスは、少なくとも前記圧力が調整されていない期間において、前記第１の圧送路、前記第２の流路、及び前記連通管を順次介して前記第１の流路へ供給されることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a humidifier according to the present invention includes a porous member capable of transmitting moisture, and a first member formed to flow a first gas over one surface of the porous member. and the flow path, to the one surface opposite to the surface in the porous member, a second channel formed to flow a second gas supplied from a common supply source and the first gas, the A first pumping means for pumping a gas supplied from a common supply source; a first pumping path connected from the first pumping means to the second flow path; and without passing through the porous member. The pressure of the first gas is higher than the pressure of the second gas in accordance with the communication pipe that allows the first and second flow paths to communicate with each other and the water content of the porous member. Pressure adjusting means for adjusting the pressure of at least one of the first and second gases. And, wherein the first moisture contained in the gas, the porous member by being supplied to the second gas through the second gas is configured to be humidified Rutotomoni, the pumping Gas to be supplied to the first flow path through the first pressure-feeding path, the second flow path, and the communication pipe at least in a period when the pressure is not adjusted. Features.

本発明に係る加湿装置によれば、その動作時には、第１及び第２のガスは、多孔質部材における相互に対向する面に形成された第１及び第２の流路を通って流れると共に、第１のガス中の水分は、多孔質部材を介して第２のガスに供給され、第２のガスが加湿される。   According to the humidifier according to the present invention, during the operation, the first and second gases flow through the first and second flow paths formed on the mutually facing surfaces of the porous member, Moisture in the first gas is supplied to the second gas via the porous member, and the second gas is humidified.

ここで、本発明に係る「多孔質部材」とは、例えば、黒鉛又はカーボン等を原料とし、水を透過させることが可能な孔が無数に形成された部材を指す。この多孔質部材の一面には、第１のガスを流すための第１の流路が、また、この第１の流路が形成される面と、ちょうどこの多孔質部材を挟んだ対向面には、第２のガスを流すための第２の流路が形成されている。
Here, the “porous member” according to the present invention refers to a member made of, for example, graphite or carbon as a raw material and innumerable holes through which water can permeate. On one surface of the porous member, there is a first flow path for flowing the first gas, a surface on which the first flow path is formed, and an opposite surface sandwiching the porous member. Has a second flow path for flowing the second gas.

ここで、本発明に係る「第１の流路」及び「第２の流路」とは、係る面に形成される限りにおいて、その形状は限定されない。例えば、係る面上で、蛇行する一本の流路であってもよいし、複数の流路が平行して形成された構成を有していてもよい。   Here, as long as the “first flow path” and the “second flow path” according to the present invention are formed on such a surface, the shapes thereof are not limited. For example, a single meandering flow path may be provided on the surface, or a plurality of flow paths may be formed in parallel.

この第１の流路を流れる第１のガスに含まれる水分は、多孔質部材中を、所謂「毛細管現象」或いは「毛管吸引力」と称される様な現象或いは力により、徐々に第２の流路に向って浸透する。本発明に係る多孔質部材とは、このように水分を浸透させることがものを広く含む趣旨である。また、本発明に係る多孔質部材は、気体に関しては良好な隔離性を有するものであって、第１のガスと第２のガスとが多孔質部材を介して相互に混合される可能性は無視できる程度に小さいものとする。   Moisture contained in the first gas flowing through the first flow path gradually increases in the porous member due to a phenomenon or force called a so-called “capillary phenomenon” or “capillary suction force”. Penetration toward the flow path. The porous member according to the present invention is intended to include a wide range of materials that permeate moisture in this way. Further, the porous member according to the present invention has good separability with respect to gas, and there is a possibility that the first gas and the second gas are mixed with each other through the porous member. It should be small enough to be ignored.

第１のガスに含まれる水分を第２のガスへ供給することによって第２のガスを加湿するためには、第１のガスが第２のガスよりも湿潤である必要がある。従って、本発明に係る第１のガスとは、予め実験的、経験的、又はシミュレーション等によって、所定の期間、特定の条件下、又は常時、係る湿潤な状態となることが予測されている、又は判明しているガスを表す趣旨である。
In order to humidify the second gas by supplying moisture contained in the first gas to the second gas, the first gas needs to be wetter than the second gas. Therefore, the first gas according to the present invention is predicted to be in a wet state for a predetermined period of time, under a specific condition, or at all times, by experimental, empirical, or simulation in advance. Or, it is intended to represent a known gas .

ここで特に、係る多孔質部材を介して水分を供給する際に、第１のガス（即ち、水分の供給源である方のガス）の圧力が、第２のガス（即ち、水分の供給先である方のガス）の圧力よりも小さい場合には、水分は圧力の低い方から高い方へと移動する必要があり、多孔質部材中を通過しにくくなる。この様な圧力の大小関係が、一時的にでも起こる可能性が無視できない場合は、多孔質部材の湿潤度が低下し、第２のガスの加湿性が低下する場合がある。ここで、「加湿性」とは、湿潤しやすさを定性的に規定する概念である。即ち、「加湿性が低下している状態」とは、相対的に加湿されにくい状態を指す。加湿性が低下した状態が続いた場合には、第２のガスは乾燥し易い。   Here, in particular, when water is supplied through the porous member, the pressure of the first gas (that is, the gas that is the water supply source) is changed to the second gas (that is, the water supply destination). When the pressure is smaller than the pressure of the gas, the water needs to move from the lower pressure to the higher pressure, and it is difficult for the moisture to pass through the porous member. If the possibility that such a magnitude relationship of pressures occurs temporarily cannot be ignored, the wetness of the porous member may be reduced, and the humidification of the second gas may be reduced. Here, “humidification” is a concept that qualitatively defines the ease of wetting. That is, the “state in which the humidification property is lowered” refers to a state in which humidification is relatively difficult. When the humidification state continues, the second gas is easy to dry.

然るに、本発明に係る加湿装置は、多孔質部材の含水状態に応じて、前記第１のガスの圧力が前記第２のガスの圧力よりも高くなるように前記第１及び第２のガスのうち少なくとも一方の圧力を調整する圧力調整手段を備えている。   However, in the humidifier according to the present invention, the first gas and the second gas are controlled so that the pressure of the first gas is higher than the pressure of the second gas according to the moisture content of the porous member. Pressure adjusting means for adjusting at least one of the pressures is provided.

ここで「多孔質部材の含水状態」とは、多孔質部材が、第２のガスに対し十分に水分を供給可能な状態にあるか否かの概念によって定性的又は定量的に規定されるものであって、例えば、湿度、含水量、又は含水率等の厳密な物理量に限定されるものではない。例えば、多孔質部材が乾燥し易い状況が予め実験的、経験的、又はシミュレーション等によって予測されている場合等には、予め係るシチュエーションにおいて、圧力調整手段によって圧力が調整されるように設定されていてもよい。また、湿度や含水量等の経時変化によって、多孔質部材の含水状態が判断され得る場合には、その様な経時変化に基づいて係る含水状態が規定されてもよい。   Here, “the water-containing state of the porous member” is defined qualitatively or quantitatively by the concept of whether or not the porous member is in a state in which moisture can be sufficiently supplied to the second gas. And, for example, it is not limited to a strict physical quantity such as humidity, water content, or water content. For example, when the situation in which the porous member is likely to dry is predicted in advance by experiment, empirical, simulation, or the like, the pressure is adjusted by the pressure adjusting means in advance in such a situation. May be. In addition, when the moisture content of the porous member can be determined by changes over time such as humidity and moisture content, the moisture content may be defined based on such changes over time.

このように、圧力調整手段は、第２のガスの加湿性を高める目的から第１及び第２のガスのうち少なくとも一方の圧力を調整する。このように圧力が調整された際には、第１のガスの圧力が第２のガスの圧力よりも高くなるため、第１のガス中の水分は、多孔質部材中を浸透し易くなる。従って、第２のガスの加湿性が改善される。また、本出願人が実験によって見出したところによれば、この様な多孔質部材中における水分の浸透し易い状態は、係る圧力の調整が行われる期間よりも遥かに長い期間持続する。これは、多孔質部材中に一旦水分の通路が形成されると、水分の透過性が向上することによるものと推察される。即ち、本発明に係る加湿装置によれば、比較的に短時間、係る圧力の調整を実行することによって、第２のガスの加湿性を高い状態で比較的長時間維持することが可能となる。従って、第２のガスを効率的に加湿することが可能となるのである。   Thus, the pressure adjusting means adjusts the pressure of at least one of the first and second gases for the purpose of increasing the humidification property of the second gas. When the pressure is adjusted in this way, the pressure of the first gas becomes higher than the pressure of the second gas, so that the moisture in the first gas easily penetrates into the porous member. Therefore, the humidification property of the second gas is improved. Moreover, according to what the present applicant has found through experiments, such a state in which moisture permeates easily into the porous member lasts for a period far longer than the period during which the pressure is adjusted. This is presumably because the moisture permeability is improved once the moisture passage is formed in the porous member. That is, according to the humidifier according to the present invention, it is possible to maintain the humidification property of the second gas in a high state for a relatively long time by adjusting the pressure for a relatively short time. . Therefore, the second gas can be efficiently humidified.

一方、本発明に係る加湿装置において、第１及び第２のガスは、共通の供給源から供給されるガスであり、また本発明に係る加湿装置は、この共通の供給源から供給されるガスを圧送する第１の圧送手段と、第１の圧送手段から第２の流路へと繋がる第１の圧送路と、多孔質部材を介さずに第１及び第２の流路を相互に連通させる連通管とを更に具備している。このような構成の下に圧送されるガスは、上述の如く圧力が調整されていない期間において、第１の圧送路、第２の流路、及び連通管を順次介して第１の流路へ供給される。即ち、第１及び第２のガスとは、第１及び第２の流路内に存在するガスと等価である。
On the other hand, in the humidifier according to the present invention, the first and second gases are gases supplied from a common supply source, and the humidifier according to the present invention is a gas supplied from this common supply source. interacting with a first pumping means for pumping a first pumping channel leading to the first pumping means or we second channel, the first and second flow paths without passing through the multi porosifying member And a communication pipe that communicates with each other. Such arrangement gas is pumped under in the period in which as described above pressure is not adjusted, the first pumping channel, second channel, the first flow successively through the及beauty communicating pipe Supplied to the road. That is, the first and second gases are equivalent to the gas present in the first and second flow paths.

ここで述べられる「共通の供給源」とは、例えば、ボンベやタンク等の何らかの貯蔵手段であってもよいし、第１及び第２のガスが空気である場合には、単に大気と連通する空間であってもよい。また、「圧送手段」とは、ガスを圧縮して送出可能な手段を総称し、例えば、コンプレッサ、ポンプ、或いはファン等に相当する。但し、圧送手段は係る概念が担保される限りにおいてこれらに限定されない。   The “common supply source” described here may be any storage means such as a cylinder or a tank, and when the first and second gases are air, they simply communicate with the atmosphere. It may be a space. The “pressure feeding means” is a generic term for means capable of compressing and sending gas, and corresponds to, for example, a compressor, a pump, a fan, or the like. However, the pumping means is not limited to these as long as the concept is secured.

尚、共通の供給源から供給されるからと言って、第１及び第２のガスの化学的な組成は厳密に等しくなくてもよい。即ち、第２の流路から連通管及び第１の流路を通過する過程で何らかの化学的又は物理的な変化が生じた結果、第１及び第２のガスが相互に異なる組成を有していてもよい。   Note that the chemical composition of the first and second gases does not have to be exactly equal just because they are supplied from a common source. That is, as a result of some chemical or physical change in the process of passing through the communication pipe and the first flow path from the second flow path, the first and second gases have different compositions. May be.

この構成によれば、ガスが共通の供給源から供給されると共に、第１及び第２の流路が相互に連通しているから、単一のガス内で水分の授受を行うことが可能となり、効率的に第２のガスを加湿することが可能となる。
According to this configuration , since the gas is supplied from a common supply source and the first and second flow paths communicate with each other, it is possible to exchange moisture within a single gas. Thus, the second gas can be efficiently humidified.

本発明に係る加湿装置の一の態様では、前記圧力調整手段は、前記連通管内における前記共通の供給源から供給されるガスの通過量を制限することが可能な制限手段を更に具備し、前記圧力を調整する際には、前記制限手段により前記通過量を制限する。
 In one aspect of the humidifier according to the present invention, the pressure adjusting unit further includes a limiting unit capable of limiting a passage amount of gas supplied from the common supply source in the communication pipe, When adjusting the pressure, the passing amount is limited by the limiting means.

ここで、「通過量を制限する」とは、通過量が低減される場合を含み、好適には連通管内部の気体の流通が遮断されることを指す。従って、「制限手段」とは、この様な制限を可能とする、例えば、電磁開閉弁等に相当する概念である。このように制限手段によって連通管内のガスの通過量が制限された場合には、第１のガスの圧力を第２のガスの圧力よりも上昇させることが簡便にして可能となると共に、第１の流路から第２の流路へのガスの逆流を防止することが可能である。   Here, “restricting the amount of passage” includes a case where the amount of passage is reduced, and preferably means that the flow of gas inside the communication pipe is blocked. Therefore, the “restricting means” is a concept corresponding to, for example, an electromagnetic on-off valve that enables such a restriction. As described above, when the amount of gas passing through the communication pipe is restricted by the restricting means, the pressure of the first gas can be increased more easily than the pressure of the second gas. It is possible to prevent the backflow of gas from the first flow path to the second flow path.

本発明に係る加湿装置の他の態様では、前記圧力調整手段は、前記第１の圧送路から分岐して前記第１のガス流路へと繋がる第２の圧送路と、前記圧送されるガスの経路を、前記第１の圧送路を介して前記第２のガス流路へ向かう第１の経路と、前記第1及び第２の圧送路を介して第１のガス流路へ向かう第２の経路との間で切換えることが可能な切換え手段とを更に具備し、前記圧力を調整する際には、前記圧送されるガスの経路が前記第２の経路となるように前記切換え手段を制御する。
 In another aspect of the humidifying device according to the present invention, the pressure adjusting means includes a second pressure feed path branched from the first pressure feed path and connected to the first gas flow path, and the pressure fed gas. The first path toward the second gas flow path via the first pressure feed path and the second path toward the first gas flow path via the first and second pressure feed paths Switching means capable of switching between the first and second paths, and when the pressure is adjusted, the switching means is controlled so that the path of the gas to be pumped becomes the second path. To do.

この態様によれば、圧力調整手段は、第１のガスの圧力を調整する際に、ガスが第２の経路を流通するように切換え手段を制御するため、ガスは第２の流路を介さずに第１の流路へ供給される。従って、必然的に第１の流路内の第１のガスの圧力は第２のガスの圧力よりも高まることとなって、第２のガスを加湿することが簡便にして可能となる。   According to this aspect, the pressure adjusting means controls the switching means so that the gas flows through the second path when adjusting the pressure of the first gas, so that the gas passes through the second flow path. Without being supplied to the first flow path. Therefore, the pressure of the first gas in the first flow path inevitably becomes higher than the pressure of the second gas, and it is possible to easily humidify the second gas.

尚、ここで述べられる「切換え手段」とは、共通の供給源から供給されるガスの供給経路を切替えることが可能である限りにおいて何ら限定されないが、例えば、第２の圧送路に何らかの制御弁を設けることによって、容易に実現可能である。   The “switching means” described here is not limited in any way as long as it is possible to switch the supply path of gas supplied from a common supply source. This can be easily realized.

本発明に係る加湿装置の他の態様では、前記圧力調整手段は、前記共通の供給源から供給されるガスを圧送する、前記第１の圧送手段とは異なる第２の圧送手段と、前記第２の圧送手段から前記第１の流路へと繋がる第３の圧送路とを更に具備し、前記圧力を調整する際には、前記共通の供給源から供給されるガスが前記第３の圧送路を介して前記第１の流路に供給されるように前記第２の圧送手段を制御する。
 In another aspect of the humidifying device according to the present invention, the pressure adjusting unit includes a second pumping unit that pumps the gas supplied from the common supply source, the second pumping unit being different from the first pumping unit, and the first pumping unit. And a third pumping path connected to the first flow path from the second pumping means, and when the pressure is adjusted, the gas supplied from the common supply source is the third pumping path. The second pumping means is controlled so as to be supplied to the first flow path via a path.

この態様によれば、圧力が調整される際には、共通の供給源から供給されるガスは、第２の圧送手段によって、第３の圧送路を介して第１の流路に供給される。   According to this aspect, when the pressure is adjusted, the gas supplied from the common supply source is supplied to the first flow path by the second pumping means via the third pumping path. .

ここで、「第２の圧送手段」とは、前述の第１の圧送手段と同等の構成を有していても、また、異なっていてもよい。第１の圧送手段は、第２の流路を介して第１の流路へガスを供給するのに対し、第２の圧送手段は、単に第１のガスの圧力を所定の期間（即ち、第２のガスの加湿性を向上させる必要がある期間）だけ上昇させられればよいのであり、その意味では、第２の圧送手段の規模は、第１の圧送手段のそれよりも小さくすることも可能である。また、第２の圧送手段にガスを供給するための配管は、第１の圧送手段にガスを供給するための配管と同一である必要はない。即ち、共通の供給源から供給される限りにおいて、夫々の圧送手段にガスを供給する経路は異なっていてもよい。   Here, the “second pumping means” may have the same configuration as the first pumping means described above, or may be different. The first pumping means supplies the gas to the first flow path via the second flow path, whereas the second pumping means simply changes the pressure of the first gas for a predetermined period (that is, It is only necessary to increase the second gas by a period during which it is necessary to improve the humidification of the second gas. In that sense, the scale of the second pumping means may be smaller than that of the first pumping means. Is possible. Further, the pipe for supplying the gas to the second pumping means need not be the same as the pipe for supplying the gas to the first pumping means. That is, as long as it supplies from a common supply source, the path | route which supplies gas to each pumping means may differ.

従って、この態様によれば、簡素な構成によって、第１のガスの圧力を第２のガスの圧力よりも高めることが可能となって、効率的に第２のガスを加湿することが可能となる。   Therefore, according to this aspect, it is possible to increase the pressure of the first gas more than the pressure of the second gas with a simple configuration, and it is possible to efficiently humidify the second gas. Become.

本発明に係る加湿装置の他の態様では、前記圧力調整手段は、前記第２のガスの圧力を低減させる低減手段を更に具備し、前記圧力を調整する際には、前記低減手段によって前記第２のガスの圧力を低減させる。
 In another aspect of the humidifier according to the present invention, the pressure adjusting means further includes a reducing means for reducing the pressure of the second gas, and the adjusting means adjusts the first gas by the reducing means. Reduce the pressure of the second gas.

この態様によれば、低減手段によって第２のガスの圧力を低減させることによって、相対的に第１のガスの圧力を第２のガスの圧力よりも高くすることが可能である。この様な低減手段の態様は、第２のガスの圧力を低減可能な限りにおいて、何ら限定されるものではなく、例えば、単に第２の流路を大気開放することが可能な開閉弁であってもよい。また、ポンプ等の吸引手段により、積極的に第２のガスの圧力を低減させてもよい。即ち、この態様によれば、圧力調整手段の構成は高い自由度を有しており、効率的に第２のガスを加湿することが可能となる。   According to this aspect, it is possible to make the pressure of the first gas relatively higher than the pressure of the second gas by reducing the pressure of the second gas by the reducing means. The aspect of such a reducing means is not limited as long as the pressure of the second gas can be reduced. For example, it is an on-off valve that can open the second flow path to the atmosphere. May be. Further, the pressure of the second gas may be positively reduced by suction means such as a pump. That is, according to this aspect, the configuration of the pressure adjusting means has a high degree of freedom, and it is possible to efficiently humidify the second gas.

本発明に係る加湿装置の他の態様では、前記第１のガス流路に水分を供給する水分供給手段を更に具備する。   In another aspect of the humidifier according to the present invention, the humidifier further comprises a moisture supply means for supplying moisture to the first gas flow path.

第１のガスが十分な水分を含有していない状態においては、圧力調整手段によって、第１のガスの圧力を高めたとしても多孔質部材を介して第２のガスに移動する水分量は少ない。この様な場合には、第２のガスの加湿性を高める必要が生じても適切な対応が難しいことがある。   In a state where the first gas does not contain sufficient moisture, the amount of moisture transferred to the second gas via the porous member is small even if the pressure of the first gas is increased by the pressure adjusting means. . In such a case, even if it is necessary to increase the humidification property of the second gas, it may be difficult to appropriately respond.

この態様によれば、水分供給手段によって第１のガスに水分が供給されるので、第１のガスを常に湿潤な状態に保持することが可能となり、第２のガスを適切に加湿することが可能である。尚、水分供給手段の態様は、何ら限定されるものではなく、例えば、タンクのように一定量の水を貯蔵可能なものから、開閉弁を介して第１の流路中に水分が供給されるものであってもよいし、更に、多孔質部材中への浸透性を高める目的から、ノズルやインジェクタを介して霧状の水分が供給されてもよい。   According to this aspect, since the moisture is supplied to the first gas by the moisture supply means, the first gas can be always kept in a wet state, and the second gas can be appropriately humidified. Is possible. The mode of the water supply means is not limited in any way. For example, water can be supplied into the first flow path via an on-off valve from a tank that can store a certain amount of water. In addition, for the purpose of enhancing the permeability into the porous member, mist-like moisture may be supplied through a nozzle or an injector.

本発明に係る加湿装置の他の態様では、前記圧力調整手段は、前記圧力を調整する際には、前記圧力を調整する期間を相互に連続しない複数の時間帯域に分割する。   In another aspect of the humidifying device according to the present invention, the pressure adjusting means divides the period for adjusting the pressure into a plurality of time bands that are not continuous with each other when adjusting the pressure.

この態様によれば、圧力調整手段は、第２のガスの加湿性を高める際に、第１のガスの圧力を第２のガスの圧力よりも高くする動作を断続的に実行する。このように断続的に圧力を制御した場合には、第１又は第２のガスの圧力を一定値に維持する場合と比較して多孔質部材の加湿量が向上する。従って、第２のガスの加湿性が更に改善され、一層効率的に第２のガスを加湿することが可能となる。   According to this aspect, the pressure adjusting means intermittently executes the operation of making the pressure of the first gas higher than the pressure of the second gas when increasing the humidification property of the second gas. When the pressure is controlled intermittently in this way, the humidification amount of the porous member is improved as compared with the case where the pressure of the first or second gas is maintained at a constant value. Therefore, the humidification property of the second gas is further improved, and the second gas can be humidified more efficiently.

本発明に係る加湿装置の他の態様では、前記多孔質部材の含水状態を検出する含水状態検出手段を更に具備し、前記圧力調整手段は、前記含水状態検出手段によって検出された前記多孔質部材の含水状態に応じて前記圧力を調整する。   In another aspect of the humidifier according to the present invention, the humidifier further comprises a moisture content detection means for detecting a moisture content state of the porous member, and the pressure adjusting means is the porous member detected by the moisture content detection means. The pressure is adjusted in accordance with the water content state.

本発明に係る「含水状態検出手段」とは、多孔質部材の含水状態を表す何らかの値、例えば、湿度等を直接的に測定又は取得するものであってもよいが、最終的に多孔質部材の含水状態を検出可能である限りにおいて、その形態は限定されない。例えば、第１の流路及び第２の流路の湿度を測定し、その測定結果に基づいて多孔質部材の含水状態を予測するようなものであってもよい。この態様によれば、多孔質部材の含水状態を比較的明確に検出することが可能であるから、一層効率的に第２のガスを加湿することが可能である。   The “moisture state detection means” according to the present invention may directly measure or acquire some value representing the moisture state of the porous member, for example, humidity, but finally the porous member. As long as it is possible to detect the water-containing state, the form is not limited. For example, the humidity of the first channel and the second channel may be measured, and the moisture content of the porous member may be predicted based on the measurement result. According to this aspect, the water-containing state of the porous member can be detected relatively clearly, and therefore the second gas can be humidified more efficiently.

上述した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスが供給されるアノード電極と、酸化剤ガスが供給されるカソード電極と、前記アノード電極とカソード電極との間に挟持される電解質膜と、前記カソード電極に対面するように設けられ、前記対面する側に前記カソード電極に対して前記酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路を備えたセパレータとを具備してなる燃料電池と、本発明に係る加湿装置とを具備し、前記セパレータは、前記多孔質部材を含んでなり、前記酸化剤ガス流路は、前記第１の流路を含んでなり、前記第１及び第２のガスは夫々前記酸化剤ガスであることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention is sandwiched between an anode electrode supplied with a fuel gas, a cathode electrode supplied with an oxidant gas, and the anode electrode and the cathode electrode. An electrolyte membrane, and a separator that is provided so as to face the cathode electrode and includes an oxidant gas passage for supplying the oxidant gas to the cathode electrode on the facing side. And the humidifier according to the present invention , wherein the separator includes the porous member, the oxidant gas flow path includes the first flow path, and the first flow path. The first gas and the second gas are the oxidant gas, respectively.

本発明に係る「燃料電池」とは、アノード電極の水素とカソード電極の酸素とを電気化学的に反応させることによって起電力を得る態様を有するものを総称し、典型的には、固体高分子型燃料電池の一セル又はそれらが積層されてなるスタックを指す。   The “fuel cell” according to the present invention is a generic term for a cell having an aspect in which an electromotive force is obtained by electrochemically reacting hydrogen of an anode electrode and oxygen of a cathode electrode. This refers to one cell of a type fuel cell or a stack formed by stacking them.

ここで述べられる「燃料ガス」とは、燃料電池内で起電力生成のための電気化学反応に供される水素を含んだガスであり、典型的には水素ガスである。但し、燃料ガスの態様は、最終的にアノード電極に水素を供給可能な限りにおいて何ら限定されない。また、燃料ガスは、ボンベ等の貯蔵手段から直接供給されてもよいし、原材料となるガスから何らかの改質処理を経た結果として供給されてもよい。また、「酸化剤ガス」とは、燃料ガスに含まれる燃料との間で係る電気化学反応を起こすことによって起電力を生成することが可能な、酸素を含むガスであり、その代表例としては、空気である。このように酸化剤ガスを空気とした場合には、その供給源を特別に設ける必要が生じないから効率的であるが、酸化剤ガスは、最終的にカソード電極に酸素を供給可能な限りにおいて空気に限定されない。   The “fuel gas” described here is a gas containing hydrogen that is subjected to an electrochemical reaction for generating an electromotive force in the fuel cell, and is typically hydrogen gas. However, the mode of the fuel gas is not limited as long as hydrogen can be finally supplied to the anode electrode. Further, the fuel gas may be supplied directly from a storage means such as a cylinder, or may be supplied as a result of undergoing some reforming process from the raw material gas. In addition, the “oxidant gas” is a gas containing oxygen that can generate an electromotive force by causing an electrochemical reaction with the fuel contained in the fuel gas. The air. Thus, when the oxidant gas is air, it is efficient because it is not necessary to provide a special supply source. However, the oxidant gas can be used as long as oxygen can be finally supplied to the cathode electrode. It is not limited to air.

本発明に係る「セパレータ」とは、カソード電極側のセパレータであり、カソード電極と対面する側に酸化剤ガスの流路が形成されている。この酸化剤ガス流路は、例えば、蛇行する一本の流路、又は複数の直線状の部分流路が並列したものである。この酸化剤ガス流路の少なくとも一部は、本発明に係る第１の流路を構成している。従って、係るセパレータの一部は多孔質部材で形成されている。多孔質部材における第１の流路が形成される面と対向する面には、第２の流路が形成されるが、係る面が、セパレータにおける酸化剤流路が形成される面と対向する面に含まれている必要はないため、第２の流路は、セパレータ内に埋め込まれていてもよい。   The “separator” according to the present invention is a separator on the cathode electrode side, and an oxidant gas flow path is formed on the side facing the cathode electrode. The oxidant gas flow path is, for example, one meandering flow path or a plurality of linear partial flow paths arranged in parallel. At least a part of the oxidant gas flow path constitutes the first flow path according to the present invention. Therefore, a part of the separator is formed of a porous member. The second channel is formed on the surface of the porous member that faces the surface on which the first channel is formed. The surface is opposed to the surface on which the oxidant channel is formed in the separator. Since it is not necessary to be included in the surface, the second flow path may be embedded in the separator.

本発明に係る燃料電池において、燃料ガスに含まれる水素は、アノード電極の一構成要素たる触媒層によって、プロトン（水素イオン）と電子とに分離し、電子は第１の拡散層及び外部経路を通って、また、プロトンは電解質膜を透過して、夫々カソード電極に到達する。また、カソード電極の一構成要素たる触媒層では、酸化剤ガスに含まれる酸素が、アノード電極から供給される電子を受け取って酸素イオンとなると共に、電解質膜を透過してきたプロトンと電気化学的に反応して起電力を生成する。この起電力を生成する際には、カソード電極にて副次的に水が生成される。   In the fuel cell according to the present invention, hydrogen contained in the fuel gas is separated into protons (hydrogen ions) and electrons by the catalyst layer, which is a component of the anode electrode, and the electrons pass through the first diffusion layer and the external path. The protons pass through the electrolyte membrane and reach the cathode electrodes, respectively. In the catalyst layer, which is one component of the cathode electrode, oxygen contained in the oxidant gas receives electrons supplied from the anode electrode to become oxygen ions, and electrochemically interacts with protons that have permeated the electrolyte membrane. In response, an electromotive force is generated. When this electromotive force is generated, water is secondarily generated at the cathode electrode.

この水は通常、セパレータに形成された酸化剤ガス流路の出口から排出されるが、本発明に係る燃料電池システムによれば、酸化剤ガス流路の少なくとも一部が第１の流路を構成するため、この生成水の一部は多孔質部材を介して第２の流路へ供給される。   This water is normally discharged from the outlet of the oxidant gas flow path formed in the separator. According to the fuel cell system of the present invention, at least a part of the oxidant gas flow path passes through the first flow path. In order to configure, a part of the generated water is supplied to the second flow path via the porous member.

一方、第２の流路を流れる酸化剤ガスは、係る電気化学反応に供される前の言わば未反応の酸化剤ガスである。燃料電池においては、電解質膜が乾燥し過ぎると起電力の低下が生じるため、電極に供給される未反応ガスは、適度に湿潤している必要がある。ここで、本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の電気化学反応によって生じた水を、未反応の酸化剤ガスの加湿に利用することが可能であるから、効率的に酸化剤ガスを加湿することが可能である。   On the other hand, the oxidant gas flowing through the second flow path is an unreacted oxidant gas before being subjected to the electrochemical reaction. In a fuel cell, if the electrolyte membrane is dried too much, the electromotive force is lowered, so that the unreacted gas supplied to the electrode needs to be appropriately moistened. Here, according to the fuel cell system of the present invention, water generated by the electrochemical reaction of the fuel cell can be used for humidifying the unreacted oxidant gas. Can be humidified.

尚、第２の流路に供給された水は、係る電気化学反応によって暖められたセパレータによって気化する際に、気化熱によってセパレータを冷却することも可能である。また、セパレータに、燃料電池を冷却するための冷媒流路（冷却水流路）が形成されている場合には、第２の流路は係る冷媒流路の一部として形成されていてもよい。   In addition, when the water supplied to the second flow path is vaporized by the separator heated by the electrochemical reaction, the separator can be cooled by heat of vaporization. Further, when the separator is provided with a coolant channel (cooling water channel) for cooling the fuel cell, the second channel may be formed as a part of the coolant channel.

本発明に係る燃料電池システムの一の態様では、前記燃料電池の発電電力を蓄積可能な蓄電手段と、該蓄電手段の蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段を更に具備し、前記圧力調整手段は、前記検出された蓄電残量が所定値以上であるとされた場合に、前記圧力を調整する。
In one aspect of the fuel cell system according to the present invention, the pressure adjustment further includes a power storage unit capable of storing the generated power of the fuel cell, and a remaining power storage detection unit for detecting a remaining power storage amount of the power storage unit. It means, if the previous danger out the storage residual amount is to be equal to or more than the predetermined value, adjusting the pressure.

燃料電池において、係る圧力の調整が行われる際には、発電を停止させる必要がある。従って、蓄電手段の蓄電残量が少ない場合に、係る圧力の調整が実行されると、最悪の場合には、所謂「ガス欠」が生じることがあって好ましくない。この態様によれば、蓄電手段の蓄電残量が所定値以上の場合に、圧力調整手段が圧力を調整するから、適切に酸化剤ガスを加湿することが可能である。尚、ここで述べられる「所定値」とは、蓄電残量検出手段によって検出された蓄電残量の値に対応づけて予め設定された値であり、予め経験的、実験的、又はシミュレーション等によって取得されている。
In the fuel cell, when such pressure adjustment is performed, it is necessary to stop power generation. Therefore, if the pressure adjustment is executed when the remaining amount of electricity stored in the electricity storage means is small, in the worst case, so-called “gas shortage” may occur, which is not preferable. According to this aspect, since the pressure adjusting unit adjusts the pressure when the remaining amount of power stored in the power storage unit is equal to or greater than a predetermined value, the oxidant gas can be appropriately humidified. Note that the “predetermined value” described here is a value set in advance in association with the value of the remaining amount of electricity detected by the remaining amount of electricity detection means, and is previously determined experimentally, experimentally, or by simulation. Has been acquired.

また、このように蓄電残量の少ない場合には、燃料電池を高負荷運転し、蓄電残量を増加させる処理が行われてもよい。このように高負荷運転を行った場合には、燃料電池のカソード電極で副次的に発生する水分の量も増加するから、第１のガスの含水量が増加して、第２のガスの加湿性が改善されるので好適である。
In addition, when the remaining amount of electricity stored is small, the fuel cell may be operated at a high load to increase the remaining amount of electricity stored . In such a high-load operation, the amount of water that is secondarily generated at the cathode electrode of the fuel cell also increases, so the water content of the first gas increases, and the second gas This is preferable because the humidification is improved.

上述した課題を解決するため、本発明に係る加湿方法は、水分を透過させることが可能な多孔質部材と、前記多孔質部材の一面に第１のガスを流すために形成された第１の流路と、前記多孔質部材における前記一面と対向する面に、前記第１のガスと共通の供給源から供給される第２のガスを流すために形成された第２の流路と、前記共通の供給源から供給されるガスを圧送する第１の圧送手段と、前記第１の圧送手段から前記第２の流路へと繋がる第１の圧送路と、前記多孔質部材を介さずに前記第１及び第２の流路を相互に連通させる連通管とを具備する物体に対し、前記第１のガスに含まれる水分を、前記多孔質部材を介して前記第２のガスに供給することで、前記第２のガスを加湿する加湿工程と、前記多孔質部材の含水状態に応じて、前記第１のガスの圧力が前記第２のガスの圧力よりも高くなるように前記第１及び第２のガスのうち少なくとも一方の圧力を調整する圧力調整工程と、前記圧送されるガスを、前記圧力が調整されていない期間において、前記第１の圧送路、前記第２の流路、及び前記連通管を順次介して前記第１の流路へ供給する供給工程とを具備することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a humidification method according to the present invention includes a porous member that allows moisture to permeate and a first member formed to flow a first gas over one surface of the porous member. A second flow path formed for flowing a second gas supplied from a common source with the first gas on a flow path, and a surface of the porous member facing the one surface ; A first pumping means for pumping a gas supplied from a common supply source; a first pumping path connected from the first pumping means to the second flow path; and without passing through the porous member. Moisture contained in the first gas is supplied to the second gas via the porous member with respect to an object including a communication pipe that allows the first and second flow paths to communicate with each other. In accordance with the humidification step of humidifying the second gas and the moisture content of the porous member A pressure adjusting step of adjusting at least one of the pressure of said first gas said first and second gas so as to make the pressure higher than the pressure of the second gas, the gas being the pumped And a supply step of supplying the first flow path, the second flow path, and the communication pipe to the first flow path in order during the period when the pressure is not adjusted. Features.

本発明に係る加湿方法によれば、加湿工程が行われる際には、多孔質部材の含水状態に応じて、圧力調整工程によって、第１のガスの圧力が第２のガスの圧力よりも大きくなるように第１及び第２のガスの圧力のうち少なくとも一方が調整されるので、効率的に第２のガスを加湿することが可能である。   According to the humidification method of the present invention, when the humidification step is performed, the pressure of the first gas is larger than the pressure of the second gas by the pressure adjustment step according to the moisture content of the porous member. Since at least one of the pressures of the first and second gases is adjusted so as to be, the second gas can be efficiently humidified.

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態により明らかにされる。   Such an operation and other advantages of the present invention will be clarified by embodiments described below.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。ここに、図１は、燃料電池システム１０のブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
<Configuration of Embodiment>
First, the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram of the fuel cell system 10.

図１において、燃料電池システム１０は、燃料電池セル１００、水素ガス供給部２００、水素ガス排出部３００、空気供給部４００、空気排出部５００、湿度センサ６００、充電部７００、圧力調整部８００、及び制御部９００を備える。   1, the fuel cell system 10 includes a fuel cell 100, a hydrogen gas supply unit 200, a hydrogen gas discharge unit 300, an air supply unit 400, an air discharge unit 500, a humidity sensor 600, a charging unit 700, a pressure adjustment unit 800, And a control unit 900.

燃料電池セル１００は、本発明に係る「燃料電池」の一例たる固体高分子型燃料電池の一セルである。ここで、図２を参照して燃料電池セル１００の詳細構成について説明する。ここに、図２は、燃料電池セル１００の模式断面図である。   The fuel cell 100 is a cell of a polymer electrolyte fuel cell which is an example of the “fuel cell” according to the present invention. Here, the detailed configuration of the fuel cell 100 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the fuel cell 100.

燃料電池セル１００は、膜電極接合体１１０、並びに、膜電極接合体１１０を挟持するセパレータ１２０及びセパレータ１３０を備える。   The fuel cell 100 includes a membrane electrode assembly 110, and a separator 120 and a separator 130 that sandwich the membrane electrode assembly 110.

膜電極接合体１１０は、紙面に垂直な方向に面的に広がるプロトン交換膜（図示略）を、アノード電極及びカソード電極（いずれも図示略）で挟持したものである。アノード電極及びカソード電極は、夫々、カーボン担体に白金触媒を担持した触媒層、及びセパレータから供給されるガスを夫々拡散させるための拡散層を備える。   The membrane / electrode assembly 110 is formed by sandwiching a proton exchange membrane (not shown) spreading in a direction perpendicular to the paper surface between an anode electrode and a cathode electrode (both not shown). Each of the anode electrode and the cathode electrode includes a catalyst layer in which a platinum catalyst is supported on a carbon support, and a diffusion layer for diffusing a gas supplied from the separator.

セパレータ１２０は、膜電極接合体１１０のアノード電極と対面するように形成されている。セパレータ１２０におけるこの対面する側には、本発明に係る「燃料ガス」の一例たる水素ガスの流路となる水素ガス流路１２１が形成されている。この水素ガス流路１２１は、紙面奥行き方向に並行して形成される複数の直線状の部分流路からなる。尚、本発明において、水素ガス流路の形状は何ら限定されるものではなく、これら部分流路の端部を相互に繋いで、蛇行する一本の流路として形成されていてもよい。   The separator 120 is formed so as to face the anode electrode of the membrane electrode assembly 110. On the facing side of the separator 120, a hydrogen gas passage 121 serving as a hydrogen gas passage which is an example of the “fuel gas” according to the present invention is formed. The hydrogen gas flow path 121 includes a plurality of linear partial flow paths formed in parallel with the depth direction of the drawing. In the present invention, the shape of the hydrogen gas flow path is not limited at all, and the end portions of these partial flow paths may be connected to each other to form a single meandering flow path.

セパレータ１３０は、膜電極接合体１１０のカソード電極と対面するように形成されている。セパレータ１３０は、多孔質部１３１と緻密部１３２からなり、カソード電極側に多孔質部１３１を対面させた状態で設置されている。多孔質部１３１は、例えば、黒鉛やカーボン材料からなり、製造過程で無数の微小な孔が形成されることにより、水分を透過させる性質を有する、本発明に係る「多孔質部材」の一例である。また、緻密部１３２は、水分及び気体の透過性を有さず、高い隔離性と物理的強度を燃料電池セル１００に付与している。緻密部１３１を構成する材料は、多孔質部１３１と同じく黒鉛やカーボン材料であってもよく、また、カーボンと樹脂の複合材料、アルミニウム、又はステンレス鋼等であってもよい。尚、前述のセパレータ１２０は、緻密部のみで形成されている。   The separator 130 is formed so as to face the cathode electrode of the membrane electrode assembly 110. The separator 130 includes a porous portion 131 and a dense portion 132, and is installed with the porous portion 131 facing the cathode electrode side. The porous portion 131 is an example of a “porous member” according to the present invention, which is made of, for example, graphite or carbon material and has a property of allowing moisture to pass through by forming innumerable minute holes in the manufacturing process. is there. In addition, the dense portion 132 does not have moisture and gas permeability, and imparts high isolation and physical strength to the fuel cell 100. The material constituting the dense portion 131 may be graphite or a carbon material, like the porous portion 131, or may be a composite material of carbon and resin, aluminum, stainless steel, or the like. In addition, the above-mentioned separator 120 is formed only by the dense part.

多孔質部１３１におけるカソード電極と対面する側には、本発明に係る「第１のガス」及び「酸化剤ガス」の一例たる空気の流路となる空気流路１３３が形成されている。空気流路１３３は、本発明に係る「第１の流路」の一例であり、水素ガス流路１２１と同様、複数の直線状の部分流路が並行するように形成されたものである。また、その延在方向は、水素ガス流路１２１と同じ向きとなっている。尚、空気流路１３３も、水素ガス流路１２１と同様、係る面内を蛇行する一本の流路として形成されていてもよい。また、水素ガス流路１２１及び空気流路１３３の延在方向は、夫々直交する方向であってもよい。   On the side facing the cathode electrode in the porous portion 131, an air flow path 133 is formed as an air flow path as an example of “first gas” and “oxidant gas” according to the present invention. The air flow path 133 is an example of the “first flow path” according to the present invention, and is formed so that a plurality of linear partial flow paths are arranged in parallel, like the hydrogen gas flow path 121. Further, the extending direction is the same direction as the hydrogen gas flow path 121. The air flow path 133 may also be formed as a single flow path meandering in the same plane as the hydrogen gas flow path 121. Further, the extending directions of the hydrogen gas passage 121 and the air passage 133 may be orthogonal to each other.

多孔質部１３１における、空気流路１３３の形成される面の反対側、即ち、緻密部１３２と対面する側には、本発明係る「第２の流路」の一例たる冷却流路１３４が形成されている。冷却流路１３４は、本発明に係る「第２のガス」の一例たる空気を通過させると共に、この空気の気化熱によりセパレータ１３０を冷却することが可能なように構成されている。冷却流路１３４は、水素ガス流路１２１及び空気流路１３３と同様、直線状の部分流路が並行するように形成された流路であるが、これらと同様、蛇行する一本の流路であってもよい。   A cooling channel 134 as an example of the “second channel” according to the present invention is formed on the opposite side of the surface where the air channel 133 is formed in the porous portion 131, that is, the side facing the dense portion 132. Has been. The cooling flow path 134 is configured to allow air as an example of the “second gas” according to the present invention to pass through and to cool the separator 130 by heat of vaporization of the air. The cooling flow path 134 is a flow path formed so that linear partial flow paths are parallel to each other, like the hydrogen gas flow path 121 and the air flow path 133. It may be.

尚、多孔質部１３１は、カソード電極と対面する面の全域に形成されていなくともよい。例えば、空気流路１３３の一部を含むように形成されていてもよい。この際、空気流路１３３内を流通する空気の含水率に何らかの分布が有る場合には、含水率の高い部分に相当する空気流路を含むように多孔質部１３１が形成されていてもよい。即ち、空気流路１３３及び冷却流路１３４の夫々少なくとも一部が多孔質部１３１を介して繋がっている限りにおいて、多孔質部１３１の形状は自由に決定されてよい。   In addition, the porous part 131 does not need to be formed in the whole area | region which faces a cathode electrode. For example, you may form so that a part of air flow path 133 may be included. At this time, when the moisture content of the air flowing through the air channel 133 has some distribution, the porous portion 131 may be formed so as to include an air channel corresponding to a portion with a high moisture content. . That is, as long as at least a part of each of the air flow path 133 and the cooling flow path 134 is connected via the porous portion 131, the shape of the porous portion 131 may be freely determined.

尚、燃料電池セル１００は、複数個積層されることによって、燃料電池スタックを構成してもよい。燃料電池スタックを構成する場合には、セパレータ１２０と、隣接する燃料電池セル１００のセパレータ１３０とが夫々相互に対面するように積層される。即ち、燃料電池スタックが形成される場合には、隣り合う膜電極接合体１１０は、セパレータ１２０及びセパレータ１３０によって、相互に隔てられる。この際、セパレータ１２０とセパレータ１３０との接触面に夫々の燃料電池セル１００を冷却するための冷却水流路が形成されていてもよい。また、このように冷却水流路は、複数の直線状の部分流路が並行するように形成されていてもよいし、蛇行する一本の流路であってもよい。また、冷却流路１３４は、係る冷却水流路と同一の面内に形成されていてもよい。更に、燃料電池スタックが形成される場合には、セパレータ１２０とセパレータ１３０とは相互に一体に形成されていてもよい。   The fuel cell stack 100 may be stacked to form a fuel cell stack. When configuring the fuel cell stack, the separator 120 and the separator 130 of the adjacent fuel cell 100 are stacked so as to face each other. That is, when the fuel cell stack is formed, the adjacent membrane electrode assemblies 110 are separated from each other by the separator 120 and the separator 130. At this time, a cooling water flow path for cooling each fuel cell 100 may be formed on the contact surface between the separator 120 and the separator 130. In addition, the cooling water channel may be formed such that a plurality of linear partial channels are arranged in parallel, or may be a single channel that meanders. The cooling flow path 134 may be formed in the same plane as the cooling water flow path. Further, when the fuel cell stack is formed, the separator 120 and the separator 130 may be integrally formed with each other.

図１に戻って、水素ガス供給部２００は、燃料電池セル１００のセパレータ１２０に水素ガスを供給可能に構成されている。水素ガス排出部３００は、燃料電池セル１００において使用された水素ガスをセパレータ１２０から排出可能に構成されている。尚、水素ガス供給部２００及び水素ガス排出部３００の詳細構成については後述する。   Returning to FIG. 1, the hydrogen gas supply unit 200 is configured to be able to supply hydrogen gas to the separator 120 of the fuel cell 100. The hydrogen gas discharge unit 300 is configured to be able to discharge the hydrogen gas used in the fuel cell 100 from the separator 120. The detailed configuration of the hydrogen gas supply unit 200 and the hydrogen gas discharge unit 300 will be described later.

空気供給部４００は、燃料電池セル１００のセパレータ１３０に空気を供給可能に構成されている。空気排出部５００は、燃料電池セル１００において使用された空気をセパレータ１３０から排出可能に構成されている。尚、空気供給部４００及び空気排出部５００の詳細構成については後述する。   The air supply unit 400 is configured to be able to supply air to the separator 130 of the fuel battery cell 100. The air discharge unit 500 is configured to be able to discharge air used in the fuel battery cell 100 from the separator 130. The detailed configuration of the air supply unit 400 and the air discharge unit 500 will be described later.

湿度センサ６００は、燃料電池セル１００のセパレータ１３０における多孔質部１３１に設置されており、多孔質部１３１の湿度を測定可能に構成された、本発明に係る「含水状態検出手段」の一例である。   The humidity sensor 600 is an example of the “moisture content detection means” according to the present invention, which is installed in the porous portion 131 of the separator 130 of the fuel cell 100 and configured to be able to measure the humidity of the porous portion 131. is there.

充電部７００は、例えば、蓄電池等の蓄電手段を含み、燃料電池セル１００で発生した起電力を蓄積することが可能に構成されている。また、この充電部７００は、蓄積された起電力の残量たる蓄電残量を、後述する制御部９００の制御により測定可能に構成された、本発明に係る「蓄電残量検出手段」の一例である。
The charging unit 700 includes, for example, power storage means such as a storage battery, and is configured to be able to store the electromotive force generated in the fuel cell 100. Further, the charging unit 700, an example of the remaining amount serving remaining power amount of stored electromotive force, which is configured to be measured by the control of the control unit 900 to be described later, according to the present invention, "storage residual amount detector" It is.

圧力調整部８００は、本発明に係る「圧力調整手段」の一例を構成しており、燃料電池セル１００における空気流路１３３の圧力を調整可能に構成されている。尚、圧力調整部８００の詳細構成については後述する。   The pressure adjustment unit 800 constitutes an example of the “pressure adjustment unit” according to the present invention, and is configured to be able to adjust the pressure of the air flow path 133 in the fuel cell 100. The detailed configuration of the pressure adjustment unit 800 will be described later.

制御部９００は、燃料電池システム１０の動作を制御するユニットであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１０、及びメモリ９２０を備える。ＣＰＵ９１０は、燃料電池システム１０における各部を上位に制御して、後述する加湿補助処理を実行可能に構成されている。メモリ９２０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の書き換え可能な記憶媒体と、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の読み出し専用の記憶媒体とを統括したものとして表される。メモリ９２０には、後述する加湿補助処理における、圧力調整の基準時間Ｔ０、湿度の基準値Ｇ０、及び電池残量の基準値Ｒ０等が予め記憶されている。 The control unit 900 is a unit that controls the operation of the fuel cell system 10 and includes a CPU (Central Processing Unit) 910 and a memory 920. The CPU 910 is configured to control each unit in the fuel cell system 10 to the upper level so as to execute a humidification assist process described later. The memory 920 is represented as a combination of a rewritable storage medium such as a RAM (Random Access Memory) and a read-only storage medium such as a ROM (Read Only Memory). The memory 920 stores in advance a pressure adjustment reference time T 0 , a humidity reference value G 0 , a battery remaining amount reference value R 0, and the like in a humidification assist process described later.

次に、図１及び図２に、更に図３を加えて、燃料電池システム１０の詳細構成について説明する。ここに、図３は、燃料電池システム１０のガス系統図である。尚、図３において、図２と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。尚、図３においては、図面の煩雑化を防ぐ目的から、図１に示した各部は適宜省略されており、夫々内部の構成要素が適宜示されている。また、図３において、燃料電池セル１００は、図２における矢線Ａ方向から見た断面構成が示されている。   Next, a detailed configuration of the fuel cell system 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a gas system diagram of the fuel cell system 10. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. In FIG. 3, for the purpose of preventing the drawing from being complicated, each part shown in FIG. 1 is omitted as appropriate, and the internal components are shown as appropriate. 3 shows a cross-sectional configuration of the fuel cell 100 as viewed from the direction of arrow A in FIG.

図３において、水素ガスタンク２１０、バルブ２２０、及び水素ガス供給路２３０は、夫々水素ガス供給部２００（図３においては不図示）の一構成要素である。   In FIG. 3, the hydrogen gas tank 210, the valve 220, and the hydrogen gas supply path 230 are components of the hydrogen gas supply unit 200 (not shown in FIG. 3).

水素ガスタンク２１０は、水素ガスを数百気圧の高圧で貯蔵するタンクである。水素ガス供給路２３０は、水素ガスタンク２１０から供給される水素ガスが燃料電池セル１００のセパレータ１２０に形成された水素ガス流路１２１へ供給されるように構成されている。また、バルブ２２０は、水素ガス供給路２２０上に設けられており、制御部９００（不図示）による制御に従って開放又は閉鎖状態に制御される。   The hydrogen gas tank 210 is a tank that stores hydrogen gas at a high pressure of several hundred atmospheres. The hydrogen gas supply path 230 is configured such that the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas tank 210 is supplied to the hydrogen gas flow path 121 formed in the separator 120 of the fuel cell 100. The valve 220 is provided on the hydrogen gas supply path 220 and is controlled to be in an open or closed state according to control by a control unit 900 (not shown).

水素ガス排出路３１０及びバルブ３２０は、夫々水素ガス排出部３００（不図示）の一構成要素である。水素ガス排出路３１０は、水素ガス流路１２１の終端部と接続されており、燃料電池セル１００において使用された水素ガスを排出することが可能に構成されている。また、水素ガス排出路３１０上には、バルブ３２０が設けられており、制御部９００の制御に従って、開放又は閉鎖状態に制御される。   The hydrogen gas discharge path 310 and the valve 320 are components of the hydrogen gas discharge unit 300 (not shown). The hydrogen gas discharge path 310 is connected to the terminal portion of the hydrogen gas flow path 121 and is configured to be able to discharge the hydrogen gas used in the fuel cell 100. Further, a valve 320 is provided on the hydrogen gas discharge path 310 and is controlled to be in an open or closed state according to the control of the control unit 900.

コンプレッサ４１０、バルブ４２０、空気供給路４３０、バルブ４４０、連通路４５０、及びバルブ４６０は、夫々空気供給部４００（不図示）の一構成要素である。   The compressor 410, the valve 420, the air supply path 430, the valve 440, the communication path 450, and the valve 460 are components of the air supply unit 400 (not shown).

コンプレッサ４１０は、図示略の空気供給源と接続されており、空気供給路４３０に圧縮空気を送出可能に構成された、本発明に係る「第１の圧送手段」の一例である。空気供給路４３０は、コンプレッサ４１０から送出される圧縮空気を燃料電池セル１００のカソード電極側のセパレータであるセパレータ１３０に設けられた冷却流路１３４に供給可能に構成された、本発明に係る「第１の圧送路」の一例である。バルブ４２０及びバルブ４４０は、夫々制御部９００による制御に従って、開放又は閉鎖状態に制御される。連通路４５０は、冷却流路１３４と空気流路１３３とを繋ぐ、本発明に係る「連通管」の一例であり、冷却流路１３４を通過した空気が空気流路１３３に供給されるように構成されている。バルブ４６０は、制御部９００による制御に従って、開放又は閉鎖状態に制御される。   The compressor 410 is an example of a “first pressure feeding unit” according to the present invention that is connected to an air supply source (not shown) and configured to be able to send compressed air to the air supply path 430. The air supply path 430 is configured to be able to supply compressed air delivered from the compressor 410 to a cooling flow path 134 provided in a separator 130 that is a separator on the cathode electrode side of the fuel cell 100 according to the present invention. It is an example of a “first pumping path”. The valve 420 and the valve 440 are controlled to be in an open state or a closed state according to control by the control unit 900, respectively. The communication path 450 is an example of a “communication pipe” according to the present invention that connects the cooling flow path 134 and the air flow path 133, so that air that has passed through the cooling flow path 134 is supplied to the air flow path 133. It is configured. The valve 460 is controlled to be in an open or closed state according to control by the control unit 900.

空気排出路５１０及びバルブ５２０は、夫々空気排出部５００の（不図示）一構成要素である。空気排出路５１０は、空気流路１３３の終端部と接続されており、燃料電池セル１００で使用された空気を排出することが可能に構成されている。バルブ５２０は、制御部９００による制御に従って、開放又は閉鎖状態に制御される。   The air discharge path 510 and the valve 520 are components of the air discharge unit 500 (not shown). The air discharge path 510 is connected to the terminal portion of the air flow path 133 and is configured to be able to discharge the air used in the fuel cell 100. The valve 520 is controlled to be in an open or closed state according to control by the control unit 900.

分岐路８１０及びバルブ８２０は、夫々圧力調整部８００（不図示）の一構成要素である。分岐路８１０は、空気供給路４３０において、バルブ４４０の燃料電池セル１００側とは異なる側から、空気排出路５１０におけるバルブ５２０の燃料電池セル１００側までを繋ぐ、本発明に係る「第２の圧送路」の一例である。バルブ８２０は制御部９００の制御に従って、開放又は閉鎖状態に制御される、本発明に係る「切換え手段」の一例である。
＜実施形態の動作＞
次に、図１及び図４を参照して、上記構成を有する燃料電池システム１０の動作について説明する。ここに、図４は、燃料電池システム１０における空気の流通経路を示す図である。 The branch path 810 and the valve 820 are components of the pressure adjusting unit 800 (not shown). The branch path 810 connects the side of the air supply path 430 that is different from the side of the fuel cell 100 of the valve 440 to the side of the fuel cell 100 of the valve 520 in the air discharge path 510. It is an example of a “pressure feeding path”. The valve 820 is an example of the “switching unit” according to the present invention that is controlled to be in an open or closed state according to the control of the control unit 900.
<Operation of Embodiment>
Next, the operation of the fuel cell system 10 having the above configuration will be described with reference to FIGS. 1 and 4. FIG. 4 is a view showing an air flow path in the fuel cell system 10.

図４（ａ）には、燃料電池セル１００の発電時の様子が示されている。   FIG. 4A shows the fuel cell 100 during power generation.

燃料電池セル１００を発電させる際、ＣＰＵ９１０は、バルブ２２０、３２０を開放して、セパレータ１２０に形成された水素ガス流路１２１に水素ガスを供給する。続いて、ＣＰＵ９１０は、バルブ８２０を閉鎖する。尚、発電前において、通常、バルブ８２０は閉鎖されている。次に、ＣＰＵ９１０は、コンプレッサ４１０を動作させ、空気の圧縮を開始すると共に、バルブ４２０、４４０、４６０、及び５２０を順次開放し、空気供給路４３０、冷却流路１３４、連通路４５０を順次介して、セパレータ１３０に形成された空気流路１３３に圧縮された空気を供給する。   When generating power in the fuel cell 100, the CPU 910 opens the valves 220 and 320 and supplies hydrogen gas to the hydrogen gas passage 121 formed in the separator 120. Subsequently, the CPU 910 closes the valve 820. Note that the valve 820 is normally closed before power generation. Next, the CPU 910 operates the compressor 410 to start air compression, and sequentially opens the valves 420, 440, 460, and 520, and sequentially passes through the air supply path 430, the cooling flow path 134, and the communication path 450. Thus, the compressed air is supplied to the air flow path 133 formed in the separator 130.

水素ガス流路１２１に供給される水素ガスは、係る流路内を進行する過程で、アノード電極側の拡散層内を拡散し、触媒層に到達する。また、空気流路１３３に供給される空気は、係る流路内を進行する過程で、カソード電極側の拡散層内を拡散し、触媒層に到達する。   The hydrogen gas supplied to the hydrogen gas channel 121 diffuses in the diffusion layer on the anode electrode side in the process of traveling through the channel and reaches the catalyst layer. In addition, the air supplied to the air flow path 133 diffuses in the diffusion layer on the cathode electrode side and reaches the catalyst layer in the process of traveling through the flow path.

アノード電極側の拡散層に水素ガスが供給されると、係る水素ガスを構成する水素分子が触媒層によって、下記化学式（１）に示す如き反応により電子とプロトンに分離される。係る電子は、アノード電極から図示略の外部回路を通ってカソード電極に到達すると共に、係るプロトンは、プロトン交換膜を介してカソード電極に移動する。   When hydrogen gas is supplied to the diffusion layer on the anode electrode side, the hydrogen molecules constituting the hydrogen gas are separated into electrons and protons by the reaction shown in the following chemical formula (1) by the catalyst layer. Such electrons reach the cathode electrode from the anode electrode through an external circuit (not shown), and the protons move to the cathode electrode through the proton exchange membrane.

Ｈ２ → ２Ｈ＋＋２ｅ− ・・・・・化学式（１）
一方、カソード電極では、下記化学式（２）に示す如き反応が生じる。即ち、カソード電極側の拡散層に供給される空気内の酸素分子が、外部回路を通ってきた電子を受け取って酸素イオンとなると共に、更に水素イオンと結合して水を生成する。 H 2 → 2H + + 2e - ····· chemical formula (1)
On the other hand, in the cathode electrode, the reaction shown in the following chemical formula (2) occurs. That is, oxygen molecules in the air supplied to the diffusion layer on the cathode electrode side receive electrons that have passed through the external circuit and become oxygen ions, and further combine with hydrogen ions to generate water.

２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ ・・・・・化学式（２）
燃料電池セル１００内では、この様な電気化学反応によって起電力が生じる。この起電力は、所定の負荷（不図示）を介して取り出される。燃料電池セル１００においては、このようにして発電が行われている。係る発電に供された水素ガス及び空気は、夫々水素ガス排出路３１０及び空気排出路５１０を介して排出される。この際、空気流路１３３内を流れる反応済みの空気は、上記理由から水分を含んでいる。 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
In the fuel cell 100, an electromotive force is generated by such an electrochemical reaction. This electromotive force is taken out via a predetermined load (not shown). In the fuel cell 100, power generation is performed in this way. The hydrogen gas and air used for such power generation are discharged through a hydrogen gas discharge path 310 and an air discharge path 510, respectively. At this time, the reacted air flowing in the air flow path 133 contains moisture for the above reason.

一方、膜電極接合体１１０を構成するプロトン交換膜は、適度に湿潤していないと性能が劣化する。従って、カソード電極に供給される空気はある程度湿潤している必要がある。そこで、燃料電池セル１００では、発電の際に生成された水を、空気流路１３３から多孔質部１３１を介して冷却流路１３４に供給している。その際、多孔質部１３１内において、水分は毛細管現象又はそれと類似する様な現象によって冷却流路１３４側へ徐々に浸透する。また、セパレータ１３０は、係る電気化学反応により発熱しており、冷却流路１３４に供給された水分はこの熱によって気化する。この気化の際、気化熱によってセパレータ１３０は冷却されると共に、気化した水分は、冷却流路を通過する乾燥した空気を加湿し、再び空気流路１３３に還元される。燃料電池セル１００では、このようにして、発電する際に生じた水分がカソード電極へ供給される空気の加湿に利用されている。   On the other hand, the performance of the proton exchange membrane constituting the membrane electrode assembly 110 deteriorates unless it is properly moistened. Therefore, the air supplied to the cathode electrode needs to be moistened to some extent. Therefore, in the fuel cell 100, water generated during power generation is supplied from the air flow path 133 to the cooling flow path 134 via the porous portion 131. At this time, in the porous portion 131, moisture gradually permeates toward the cooling flow path 134 by a capillary phenomenon or a phenomenon similar thereto. Further, the separator 130 generates heat due to the electrochemical reaction, and moisture supplied to the cooling channel 134 is vaporized by this heat. During the vaporization, the separator 130 is cooled by the heat of vaporization, and the vaporized moisture humidifies the dry air passing through the cooling flow path and is reduced again to the air flow path 133. In the fuel cell 100, the moisture generated during power generation is used for humidifying the air supplied to the cathode electrode.

図４（ａ）において、空気の流通経路は太線で示されている。即ち、空気は、空気供給路４３０、冷却流路１３４、連通路４５０、空気流路１３３、及び空気排出路５１０の順次通過する経路で燃料電池システム１０内を流通する。従って、この経路内の空気の圧力は上記した順に小さくなる。詰まり、発電時において、空気流路１３３内の圧力は、冷却流路１３４内の圧力よりも小さくなっている。   In FIG. 4A, the air flow path is indicated by a bold line. That is, the air flows through the fuel cell system 10 through a path through the air supply path 430, the cooling flow path 134, the communication path 450, the air flow path 133, and the air discharge path 510. Accordingly, the pressure of the air in this path decreases in the order described above. During clogging and power generation, the pressure in the air flow path 133 is smaller than the pressure in the cooling flow path 134.

この状態では、多孔質部１３１を浸透する水分は圧力差に逆行する向きで浸透する必要があり、水分の透過性が低下する結果、多孔質部１３１内の含水量は徐々に低下する。多孔質部１３１の含水量が低下すると、冷却流路１３４内に供給される水分量も低下し、本発明に係る「第２のガスの加湿性が低下」した状態となる。   In this state, the moisture permeating through the porous portion 131 needs to permeate in a direction opposite to the pressure difference. As a result, the moisture content in the porous portion 131 gradually decreases. When the water content of the porous portion 131 decreases, the amount of water supplied into the cooling flow path 134 also decreases, resulting in a state where “the humidification property of the second gas is decreased” according to the present invention.

そこで、本実施形態においては、ＣＰＵ９１０が加湿補助処理に基づいて、図４（ｂ）に示す如くに圧力を調整する。図４（ｂ）は、圧力調整時の空気の流通経路を示したものである。   Therefore, in this embodiment, the CPU 910 adjusts the pressure as shown in FIG. 4B based on the humidification assist process. FIG. 4B shows an air flow path during pressure adjustment.

即ち、ＣＰＵ９１０は、バルブ４４０、４６０、及び５２０を閉鎖すると共に、バルブ８２０を開放する。このようにバルブを制御することによって、空気の流通経路は、空気供給路４３０の一部、分岐路８１０、空気排出路５１０の一部、空気流路１３３、及び連通路４５０の一部に流通する。ここで、この経路には、コンプレッサ４１０から供給される空気の出口がないために、図中太線で示す経路内の圧力は徐々に上昇する。この圧力の上昇によって、空気流路１３３内の圧力を冷却流路内の圧力よりも高めることが可能となる。この様なＣＰＵ９１０の制御は、本発明に係る「圧力調整工程」の一例である。   That is, the CPU 910 closes the valves 440, 460, and 520 and opens the valve 820. By controlling the valves in this manner, the air flow path flows through a part of the air supply path 430, a part of the branch path 810, a part of the air discharge path 510, a part of the air flow path 133, and a part of the communication path 450. To do. Here, since there is no outlet for the air supplied from the compressor 410 in this path, the pressure in the path indicated by a thick line in the figure gradually increases. By this increase in pressure, the pressure in the air flow path 133 can be made higher than the pressure in the cooling flow path. Such control of the CPU 910 is an example of the “pressure adjustment step” according to the present invention.

ここで、図５を参照して、本実施形態に係る加湿補助処理の詳細について説明する。ここに、図５は、加湿補助処理のフローチャートである。   Here, with reference to FIG. 5, the detail of the humidification assistance process which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 5 is a flowchart of the humidification assist process.

図５において、ＣＰＵ９１０は、湿度センサ６００から、現時点における多孔質部１３１の湿度Ｇを取得する（ステップＳ１１０）。本実施形態において、ＣＰＵ９１０は、所定のクロックに同期して燃料電池の動作中は絶えず多孔質部１３１の湿度Ｇを測定している。   In FIG. 5, the CPU 910 acquires the humidity G of the porous portion 131 at the present time from the humidity sensor 600 (step S110). In the present embodiment, the CPU 910 continuously measures the humidity G of the porous portion 131 during the operation of the fuel cell in synchronization with a predetermined clock.

次に、ＣＰＵ９１０は、取得した多孔質部１３１の湿度Ｇが、基準値Ｇ０よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ１２０）。ここで、湿度の基準値とは、冷却流路１３４に水分を十分に供給することができないと判断し得る値であり、予め実験的、経験的、又はシミュレーション等によって取得され、メモリ９２０に格納されている。 Next, CPU 910, the humidity G porous portion 131 acquired to determine whether less or not than the reference value G 0 (step S120). Here, the reference value of humidity is a value with which it can be determined that sufficient moisture cannot be supplied to the cooling flow path 134, acquired in advance by experiment, experience, simulation, or the like, and stored in the memory 920. Has been.

現時点における多孔質部１３１の湿度Ｇが、基準値Ｇ０以上であった場合には（ステップＳ１２０：ＮＯ）、ＣＰＵ９１０は、処理をステップＳ１１０に戻し、多孔質部１３１の湿度Ｇを監視し続ける。一方、湿度Ｇが基準値Ｇ０よりも小さかった場合には、ＣＰＵ９１０は、充電部７００から現時点における蓄電残量Ｒを取得する（ステップＳ１３０）。次に、ＣＰＵ９１０は、蓄電残量Ｒを、蓄電残量の基準値Ｒ０と比較する（ステップＳ１４０）。ここで、蓄電残量の基準値Ｒ０は、予め実験的、経験的、又はシミュレーション等によって取得され、メモリ９２０に格納されている。
When the humidity G of the porous part 131 at the current time is equal to or higher than the reference value G0 (step S120: NO), the CPU 910 returns the process to step S110 and continues to monitor the humidity G of the porous part 131. On the other hand, if the humidity G is smaller than the reference value G0, the CPU 910 obtains the remaining power amount R at the present time from the charging unit 700 (step S130). Next, the CPU 910 compares the remaining power amount R with the reference value R0 of the remaining power amount (step S140). Here, the reference value R 0 of the remaining power amount is pre Me experimentally obtained by empirical or simulation or the like, are stored in the memory 920.

蓄電残量Ｒが基準値Ｒ０に満たなかった場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、ＣＰＵ９１０は、充電部７００を稼動させ、蓄電手段を充電する（ステップＳ１６０）。具体的には、燃料電池セル１００の発電量を増やし、余剰の電力を蓄電する。また、この発電量の増加に伴って、燃料電池セル１００のカソード電極において生成される水分量も増加するので、多孔質部１３１への水分の供給量も増え、結果的には冷却流路１３４内を通過する空気の加湿性は改善される。従って、ＣＰＵ９１０は、燃料電池セル１００の充電を実行した後は、処理を再び、ステップＳ１１０に戻して、多孔質部１３１の湿度Ｇの監視を行う。
 When the remaining amount of electricity R does not satisfy the reference value R0 (step S140: NO), the CPU 910 operates the charging unit 700 to charge the electricity storage means (step S160). Specifically, the power generation amount of the fuel battery cell 100 is increased, and surplus power is stored. Further, as the amount of power generation increases, the amount of water generated at the cathode electrode of the fuel cell 100 also increases, so the amount of water supplied to the porous portion 131 also increases, and as a result, the cooling channel 134. The humidification of the air passing through it is improved. Therefore, after charging the fuel cell 100, the CPU 910 returns the process to step S110 again and monitors the humidity G of the porous portion 131.

蓄電残量Ｒが基準値Ｒ０以上であった場合には（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ９１０は、圧力調整部８００を始めとする各部を動作させ、燃料電池システム１０内の圧力を調整する（ステップＳ１５０）。即ち、図４（ｂ）に示す如き各バルブの制御を実行する。 When the remaining power R is equal to or greater than the reference value R0 (step S140: YES), the CPU 910 operates each unit including the pressure adjustment unit 800 to adjust the pressure in the fuel cell system 10 (step S140). S150). That is, control of each valve as shown in FIG.

次に、ＣＰＵ９１０は、圧量調整の実行時間（即ち、バルブ８２０を開放している時間）Ｔが、基準値Ｔ０以上であるか否かを判別する（ステップＳ１７０）。ここで、圧力調整の実行時間の基準値Ｔ０とは、係る圧力の調整によって、多孔質部１３１が十分に湿潤したと判断し得る値であり、予め実験的、経験的、又はシミュレーション等によって与えられ、メモリ９２０に格納されている。 Next, the CPU 910 determines whether or not the pressure adjustment execution time (that is, the time during which the valve 820 is opened) T is equal to or greater than the reference value T 0 (step S170). Here, the reference value T 0 of the execution time of the pressure adjustment, by adjusting the pressure of a value that the porous portion 131 may determine that fully wetted in advance experimentally, empirically, or simulation or the like And stored in the memory 920.

ここで、図６を参照して、本実施形態に係る圧力の調整時間について説明する。ここに、図６は、圧力を調整する時間と、多孔質部１３１の加湿量との相関図である。尚、図６において、横軸は時間であり、縦軸は右側が多孔質部１３１の加湿量、左側が圧力である。   Here, the pressure adjustment time according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a correlation diagram between the time for adjusting the pressure and the humidification amount of the porous portion 131. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the humidified amount of the porous portion 131 on the right side and the pressure on the left side.

図６（ａ）から明らかなように、空気流路１３３の圧力を冷却流路１３４の圧力よりも高めることによって、多孔質部１３１の加湿量は上昇するが、一旦加湿量が上昇すると、圧力調整の時間の基準値Ｔ０を過ぎて空気流路１３３及び冷却流路１３４の圧力関係が元に戻っても、多孔質部１３１は湿潤な状態を保持する。これは、多孔質部１３１に、水分の通り道が形成される結果、多孔質部１３１内の水分の通り易さが改善されるためと考えられる。即ち、本実施形態において、多孔質部１３１の加湿量を上昇させるために必要とされる時間は、比較的に短時間でよい。従って、燃料電池システム１０によれば、非常に効率的に冷却流路１３４内の空気の加湿性を向上させることが可能となるのである。 As is clear from FIG. 6A, the humidification amount of the porous portion 131 is increased by increasing the pressure of the air flow path 133 to be higher than the pressure of the cooling flow path 134. Even when the adjustment time reference value T 0 is passed and the pressure relationship between the air flow path 133 and the cooling flow path 134 returns to the original state, the porous portion 131 remains wet. This is presumably because the passage of moisture in the porous portion 131 is improved, and as a result, the passage of moisture in the porous portion 131 is improved. That is, in this embodiment, the time required for increasing the humidification amount of the porous part 131 may be a relatively short time. Therefore, according to the fuel cell system 10, it becomes possible to improve the humidification of the air in the cooling flow path 134 very efficiently.

尚、圧力を調整する時間は、図６（ｂ）に示すが如く断続的に制御されてもよい。このように、圧力の調整を断続的に実行すると、一定の圧力を維持する場合よりも多孔質部１３１の加湿量は増加する。このように、空気流路１３３内の空気を脈動させることによって、多孔質部１３１の加湿量を一層改善することも可能であり、上述した時間の基準値Ｔ０とは、この様な断続的な圧力制御に要する総合的な時間に設定されていてもよい。 Note that the time for adjusting the pressure may be intermittently controlled as shown in FIG. As described above, when the pressure adjustment is intermittently performed, the amount of humidification of the porous portion 131 increases as compared with the case where the constant pressure is maintained. In this way, it is possible to further improve the humidification amount of the porous portion 131 by pulsating the air in the air flow path 133, and the above-described time reference value T 0 is intermittently in this manner. It may be set to the total time required for proper pressure control.

図５に戻って、圧力の調整時間Ｔが基準値Ｔ０に満たない場合には（ステップＳ１７０：ＮＯ）、ＣＰＵ９１０は圧力を調整し続けると共に、基準値Ｔ０以上となった場合には（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、圧力の調整を終了して（ステップＳ１８０）、処理をステップＳ１１０に戻す。尚、圧力の調整を終了するとは、燃料電池システム１０内の各バルブを再び繋ぎ替えて、通常の発電状態に戻すことを指す。 Returning to FIG. 5, when the pressure adjustment time T is less than the reference value T 0 (step S170: NO), the CPU 910 continues to adjust the pressure, and when the pressure becomes equal to or greater than the reference value T 0 ( Step S170: YES), the pressure adjustment is finished (step S180), and the process returns to step S110. Ending the pressure adjustment means that the valves in the fuel cell system 10 are reconnected to return to the normal power generation state.

以上説明したように、燃料電池システム１０は、効率的に冷却流路１３４内のガスの加湿性を高める（即ち、多孔質部１３１の加湿量を増やす）ことによって、当該ガスを適切に加湿することが可能なのである。
＜第２実施形態＞
空気流路１３３内の圧力を冷却流路１３４内の圧力よりも高める構成は、上述の第１実施形態に限定されない。ここで、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。ここに、図７は、燃料電池システム２０における空気の流通経路を示す図である。尚、図７において、図４と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。 As described above, the fuel cell system 10 appropriately humidifies the gas by efficiently increasing the humidification of the gas in the cooling flow path 134 (that is, increasing the humidification amount of the porous portion 131). It is possible.
<Second Embodiment>
The configuration in which the pressure in the air flow path 133 is higher than the pressure in the cooling flow path 134 is not limited to the above-described first embodiment. Here, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a view showing an air flow path in the fuel cell system 20. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same portions as those in FIG. 4 and the description thereof is omitted.

図７（ａ）は、発電時の空気の流通経路を示す図である。   FIG. 7A is a diagram showing air flow paths during power generation.

燃料電池システム２０は、圧力調整部８００が、分岐路８１０及びバルブ８２０を備える代わりに、コンプレッサ８３０、補助空気供給路８４０、及びバルブ８５０を備える点においてのみ第１実施形態と異なる。   The fuel cell system 20 differs from the first embodiment only in that the pressure adjustment unit 800 includes a compressor 830, an auxiliary air supply path 840, and a valve 850 instead of including the branch path 810 and the valve 820.

コンプレッサ８３０は、本発明に係る「第２の圧送手段」の一例であり、図示せぬ空気の供給源から取得した空気を圧縮することが可能である。尚、図７（ａ）においては明記されていないが、コンプレッサ４１０とコンプレッサ８３０とは、共に空気を圧縮するために設けられるのであり、従って、空気の取得経路は異なっていても、大気中から空気を取得する限りにおいては、本発明に係る「共通の供給源から供給される」範疇である。   The compressor 830 is an example of the “second pumping unit” according to the present invention, and can compress air acquired from an air supply source (not shown). Although not specified in FIG. 7 (a), the compressor 410 and the compressor 830 are both provided for compressing air. Therefore, even if the air acquisition path is different, the compressor 410 and the compressor 830 are out of the atmosphere. As long as air is acquired, it is a category “supplied from a common source” according to the present invention.

補助空気供給路８４０は、コンプレッサ８３０と空気排路５１０におけるバルブ５２０よりも燃料電池セル１００側とを接続する、本発明に係る「第３の圧送路」の一例である。バルブ８５０は、補助空気供給路８４０に設けられており、ＣＰＵ９１０の制御に従って、開放又は閉鎖状態に制御される。   The auxiliary air supply path 840 is an example of the “third pumping path” according to the present invention that connects the compressor 830 and the fuel cell 100 side of the valve 520 in the air exhaust path 510. The valve 850 is provided in the auxiliary air supply path 840 and is controlled to be open or closed according to the control of the CPU 910.

発電時において、燃料電池システム２０内の空気の流通経路は、燃料電池システム１０と変わらない。即ち、コンプレッサ４１０から供給される圧縮された空気は、空気供給路４３０、冷却流路１３４、連通路４５０、空気流路１３３、及び空気排出路５１０を順次通過する。この際、ＣＰＵ９１０は、バルブ８５０を閉鎖している。   During power generation, the air flow path in the fuel cell system 20 is the same as that of the fuel cell system 10. That is, the compressed air supplied from the compressor 410 sequentially passes through the air supply path 430, the cooling flow path 134, the communication path 450, the air flow path 133, and the air discharge path 510. At this time, the CPU 910 closes the valve 850.

一方、圧力を調整する際には、ＣＰＵ９１０は、図７（ｂ）に示すように、バルブ８５０を開放すると共に、コンプレッサ８３０を稼動させ、圧縮された空気を補助空気供給路８４０に供給する。その他のバルブの開閉動作は、燃料電池システム１０と変わらない。この様な制御を行うことによって、燃料電池システム２０内では、空気流路１３３内の圧力の方が冷却流路１３４内の圧力よりも上昇し、多孔質部１３１の加湿量が上昇する。   On the other hand, when adjusting the pressure, the CPU 910 opens the valve 850 and operates the compressor 830 to supply the compressed air to the auxiliary air supply path 840 as shown in FIG. Other valve opening / closing operations are the same as those of the fuel cell system 10. By performing such control, in the fuel cell system 20, the pressure in the air flow path 133 is higher than the pressure in the cooling flow path 134, and the humidification amount of the porous portion 131 is increased.

また、燃料電池システム２０は、図７（ｃ）に示す如き構成を採ることも可能である。即ち、補助空気供給路８４０とコンプレッサ８３０との間に水タンク８６０を備えることによって、圧力の調整時には、コンプレッサ８３０によって圧縮された空気と共に、水分を適量空気流路１３３に補充する。即ち、水タンク８６０は、本発明に係る「水分供給手段」の一例である。このように、水分が補充されることによって、圧力が調整されることによる多孔質部１３１の加湿量向上の効果と共に、多孔質部１３１に供給可能な水分の絶対量を増やすことが可能となる。従って、一層、多孔質部１３１の加湿量を向上させることが可能となる。また、このように水分を補充する際に、ノズルやインジェクタ等の噴霧手段を使用して、水分を霧状に供給してもよい。こうすることにより、多孔質部１３１への水分の浸透性を高めることが可能となって、多孔質部１３１の加湿量が一層向上する。尚、このように圧力を調整する際に空気流路１３３に水分を補充する構成は、上述の第１実施形態に係る燃料電池システム１０においても簡便に実現可能である。
＜第３実施形態＞
更に、本発明に係る圧力の調整は、第１の流路たる空気流路１３３の圧力を上昇させる態様に限定されない。ここで、図８を参照して、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。ここに、図８は、燃料電池システム３０における空気の流通経路を示す図である。尚、図８において、図４と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。 Further, the fuel cell system 20 can also take a configuration as shown in FIG. That is, by providing the water tank 860 between the auxiliary air supply path 840 and the compressor 830, when adjusting the pressure, the air flow path 133 is replenished with an appropriate amount of moisture together with the air compressed by the compressor 830. That is, the water tank 860 is an example of the “moisture supply unit” according to the present invention. Thus, by replenishing moisture, it is possible to increase the absolute amount of moisture that can be supplied to the porous portion 131, together with the effect of improving the humidification amount of the porous portion 131 by adjusting the pressure. . Therefore, the humidification amount of the porous part 131 can be further improved. Moreover, when replenishing moisture in this manner, the moisture may be supplied in a mist form by using a spraying means such as a nozzle or an injector. By doing so, it becomes possible to increase the permeability of moisture into the porous portion 131, and the humidification amount of the porous portion 131 is further improved. In addition, the structure which replenishes water | moisture content to the air flow path 133 when adjusting a pressure in this way is easily realizable also in the fuel cell system 10 which concerns on the above-mentioned 1st Embodiment.
<Third Embodiment>
Furthermore, the adjustment of the pressure according to the present invention is not limited to an aspect in which the pressure of the air flow path 133 as the first flow path is increased. Here, a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing air flow paths in the fuel cell system 30. 8 that are the same as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図８（ａ）は、発電時の空気の流通経路を示す図である。   FIG. 8A is a diagram showing air flow paths during power generation.

燃料電池システム３０は、圧力調整部８００が、分岐路８１０及びバルブ８２０を備える代わりに、減圧路８７０、バルブ８８０及び減圧ポンプ８９０を備える点においてのみ第１実施形態と異なる。   The fuel cell system 30 differs from the first embodiment only in that the pressure adjustment unit 800 includes a decompression path 870, a valve 880, and a decompression pump 890 instead of including the branch path 810 and the valve 820.

減圧路８７０は、空気供給路４３０におけるバルブ４４０よりも燃料電池セル１００側
において、空気供給路４３０から分岐し、減圧ポンプ８９０に繋がっている。減圧路８７０上には、バルブ８８０が設けられており、制御部９００の制御に従って、開放又は閉鎖状態に制御される。減圧路８７０、バルブ８８０及び減圧ポンプ８９０は、本発明に係る「低減手段」の一例である。 The decompression path 870 is branched from the air supply path 430 on the fuel cell 100 side of the valve 440 in the air supply path 430 and is connected to the decompression pump 890. A valve 880 is provided on the decompression path 870 and is controlled to be in an open or closed state according to the control of the control unit 900. The decompression path 870, the valve 880, and the decompression pump 890 are examples of the “reducing means” according to the present invention.

発電時において、燃料電池システム３０内の空気の流通経路は、燃料電池システム１０と変わらない。即ち、コンプレッサ４１０から供給される圧縮された空気は、空気供給路４３０、冷却流路１３４、連通路４５０、空気流路１３３、及び空気排出路５１０を順次通過する。この際、ＣＰＵ９１０は、バルブ８８０を閉鎖している。   During power generation, the air flow path in the fuel cell system 30 is the same as that of the fuel cell system 10. That is, the compressed air supplied from the compressor 410 sequentially passes through the air supply path 430, the cooling flow path 134, the communication path 450, the air flow path 133, and the air discharge path 510. At this time, the CPU 910 closes the valve 880.

一方、圧力を調整する際には、ＣＰＵ９１０は、図８（ｂ）に示すように、バルブ８８０を開放すると共に、減圧ポンプ８９０を稼動させ、減圧路８７０を介して冷却流路１３４内の空気を吸引し、冷却流路１３４内を減圧する。その他のバルブの開閉動作は、燃料電池システム１０と変わらない。この様な制御を行うことによって、燃料電池システム２０内では、空気流路１３４内の圧力の方が冷却流路１３３内の圧力よりも減少する。詰まり、相対的に空気流路１３４内の圧力の方が高くなって、上述の実施形態と同様、多孔質部１３１の加湿量が上昇する。   On the other hand, when adjusting the pressure, as shown in FIG. 8B, the CPU 910 opens the valve 880 and operates the pressure reducing pump 890, and the air in the cooling flow path 134 through the pressure reducing path 870. And the inside of the cooling channel 134 is depressurized. Other valve opening / closing operations are the same as those of the fuel cell system 10. By performing such control, in the fuel cell system 20, the pressure in the air flow path 134 is smaller than the pressure in the cooling flow path 133. As a result, the pressure in the air flow path 134 becomes relatively high, and the humidification amount of the porous portion 131 increases as in the above-described embodiment.

尚、低減手段の態様は、減圧ポンプ８９０等を使用して積極的に減圧するものに限定されない。例えば、減圧路８７０は、バルブ８８０を介して大気と連通するように構成されていてもよい。この場合には、圧力を調整する際に、バルブ８８０を開放するだけで冷却流路１３４内は大気圧近くまで減圧されるので、特に機械的な減圧手段を必要としないので経済的である。   In addition, the aspect of a reduction means is not limited to what reduces pressure actively using the pressure reduction pump 890 grade | etc.,. For example, the decompression path 870 may be configured to communicate with the atmosphere via the valve 880. In this case, when the pressure is adjusted, the inside of the cooling channel 134 is depressurized to near atmospheric pressure only by opening the valve 880, so that no mechanical depressurizing means is required, which is economical.

尚、本発明に係る加湿補助処理は、一燃料電池セル１００のみならず、燃料電池スタックについても適用可能である。この際は、上述した燃料電池システムが複数積層されることによって、燃料電池スタックを構成されるが、例えば、制御部９００、水素ガスタンク２１０、及びコンプレッサ４１０等、複数の燃料電池セル１００について共有可能な要素は、燃料電池スタック全体で共有されていてもよい。ここで、図９を参照して、燃料電池スタックの構成例を説明する。ここに、図９は、燃料電池スタック４０の斜視図である。   The humidification auxiliary process according to the present invention can be applied not only to one fuel cell 100 but also to a fuel cell stack. In this case, a fuel cell stack is configured by stacking a plurality of the above-described fuel cell systems. For example, the fuel cell system can be shared by a plurality of fuel cell units 100 such as the control unit 900, the hydrogen gas tank 210, and the compressor 410. These elements may be shared throughout the fuel cell stack. Here, a configuration example of the fuel cell stack will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a perspective view of the fuel cell stack 40. FIG.

図９において、燃料電池スタック４０は、複数の燃料電池セル１００が積層された構造を有するスタック４１とスタック４２とが、並列に配置された構成を有する。スタック４１及び４２は、夫々同一の構成を有しており、通常は、制御部９００の制御によって同時に駆動され、発電している。尚、制御部９００は、個々のスタックについて共通である。   In FIG. 9, the fuel cell stack 40 has a configuration in which a stack 41 and a stack 42 having a structure in which a plurality of fuel cells 100 are stacked are arranged in parallel. The stacks 41 and 42 have the same configuration, and are normally driven simultaneously by the control of the control unit 900 to generate power. The control unit 900 is common to the individual stacks.

ここで、燃料電池セル１００においては、圧力の調整が実行されている期間内は発電が停止するので、同時に異なるスタック内の燃料電池セル１００に対して圧力の調整を実行すると、燃料電池スタック４０全体の発電量が低下する可能性がある。従って、制御部９００は、上述した加湿補助処理を基本的には燃料電池セル１００毎に実行するが、異なるスタック（ここでは、スタック４１及び４２）に属する燃料電池セル１００については、同時に圧力の調整を行わないように、個々の燃料電池システムを制御している。尚、発電量が予め十分確保されている場合には、このように、燃料電池スタック４０を複数のスタックに分割して制御しなくてもよい。いずれにしても、本発明に係る効果は十分に担保される。   Here, in the fuel cell 100, power generation is stopped during the period in which the pressure adjustment is being performed. Therefore, if the pressure adjustment is simultaneously performed on the fuel cells 100 in different stacks, the fuel cell stack 40 Overall power generation may be reduced. Therefore, the control unit 900 basically executes the above-described humidification assist process for each fuel cell 100, but the fuel cell 100 belonging to different stacks (here, the stacks 41 and 42) simultaneously controls the pressure. Individual fuel cell systems are controlled so as not to make adjustments. If the power generation amount is sufficiently secured in advance, the fuel cell stack 40 does not have to be divided into a plurality of stacks in this way. In any case, the effect according to the present invention is sufficiently secured.

また、燃料電池スタック４０においては、個々の燃料電池セル１００における多孔質部１３１の加湿量向上のため、図１０に示す如き態様を採ることも可能である。ここに、図１０は、多孔質部１３１の加湿量を向上させ得る燃料電池スタック４０の斜視図である。   Further, in the fuel cell stack 40, it is possible to adopt a mode as shown in FIG. 10 in order to improve the humidification amount of the porous portion 131 in each fuel cell 100. FIG. 10 is a perspective view of the fuel cell stack 40 that can improve the humidification amount of the porous portion 131.

図１０において、燃料電池スタック４０は、個々の燃料電池セル１００の側面部分に、振動子４３を適宜備える。この振動子４３は、制御部９００によって制御可能に構成されており、制御部９００が圧力を調整する際に稼働し、個々の燃料電池セル１００における多孔質部１３１に振動を付与する。係る振動は、例えば、機械的な振動であっても、電磁的な振動であってもよく、またその際の振動周波数も何ら限定されない。このように何らかの振動が付与された場合には、多孔質部１３１内を水分が浸透しやすくなって、一層効率的に多孔質部１３１の加湿量を向上させ、冷却流路１３４内の空気の加湿性を向上させることが可能となる。   In FIG. 10, the fuel cell stack 40 appropriately includes a vibrator 43 on the side surface portion of each fuel cell 100. The vibrator 43 is configured to be controllable by the control unit 900 and operates when the control unit 900 adjusts the pressure, and applies vibration to the porous portion 131 in each fuel cell 100. Such vibration may be, for example, mechanical vibration or electromagnetic vibration, and the vibration frequency at that time is not limited at all. When some vibration is applied in this way, moisture easily penetrates into the porous portion 131, and the amount of humidification of the porous portion 131 is improved more efficiently. It becomes possible to improve humidification.

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う加湿装置及び方法、並びに燃料電池システムもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and a humidifying device and method with such a change. Fuel cell systems are also included in the technical scope of the present invention.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１０のブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system 10 according to a first embodiment of the present invention. 燃料電池システム１０における燃料電池セル１００の模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell 100 in a fuel cell system 10. FIG. 燃料電池システム１０におけるガス系統図である。2 is a gas system diagram in the fuel cell system 10. FIG. 燃料電池システム１０における空気の流通経路を示す図である。2 is a diagram showing air flow paths in the fuel cell system 10. FIG. 燃料電池システム１０における加湿補助処理のフローチャートである。4 is a flowchart of humidification assistance processing in the fuel cell system 10. 燃料電池システム１０における、圧力を調整する時間と多孔質部１３１の加湿量との相関図である。FIG. 3 is a correlation diagram between the pressure adjustment time and the humidification amount of a porous part 131 in the fuel cell system 10. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システム２０における空気の流通経路を示す図である。It is a figure which shows the distribution route of the air in the fuel cell system 20 which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システム３０における空気の流通経路を示す図である。It is a figure which shows the distribution route of the air in the fuel cell system 30 which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池スタック４０の斜視図である。1 is a perspective view of a fuel cell stack 40 according to an embodiment of the present invention. 多孔質部１３１の加湿量を向上させ得る燃料電池スタック４０の斜視図である。3 is a perspective view of a fuel cell stack 40 that can improve the amount of humidification of a porous portion 131. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池システム、１００…燃料電池セル、１３０…セパレータ、１３１…多孔質部、１３２…緻密部、１３３…空気流路、１３４…冷却流路、４１０…コンプレッサ、４２０…バルブ、４３０…空気供給路、４４０…バルブ、４５０…連通路、４６０…バルブ、５１０…空気排出路、５２０…バルブ、８１０…分岐路、８２０…バルブ。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system, 100 ... Fuel cell, 130 ... Separator, 131 ... Porous part, 132 ... Dense part, 133 ... Air flow path, 134 ... Cooling flow path, 410 ... Compressor, 420 ... Valve, 430 ... Air Supply path, 440 ... valve, 450 ... communication path, 460 ... valve, 510 ... air discharge path, 520 ... valve, 810 ... branch path, 820 ... valve.

Claims (11)

水分を透過させることが可能な多孔質部材と、
前記多孔質部材の一面に第１のガスを流すために形成された第１の流路と、
前記多孔質部材における前記一面と対向する面に、前記第１のガスと共通の供給源から供給される第２のガスを流すために形成された第２の流路と、
前記共通の供給源から供給されるガスを圧送する第１の圧送手段と、
前記第１の圧送手段から前記第２の流路へと繋がる第１の圧送路と、
前記多孔質部材を介さずに前記第１及び第２の流路を相互に連通させる連通管と、
前記多孔質部材の含水状態に応じて、前記第１のガスの圧力が前記第２のガスの圧力よりも高くなるように前記第１及び第２のガスのうち少なくとも一方の圧力を調整する圧力調整手段と
を具備し、
前記第１のガスに含まれる水分が、前記多孔質部材を介して前記第２のガスに供給されることで、前記第２のガスが加湿されるように構成されると共に、前記圧送されるガスは、前記圧力が調整されていない期間において、前記第１の圧送路、前記第２の流路、及び前記連通管を順次介して前記第１の流路へ供給される
ことを特徴とする加湿装置。 A porous member capable of transmitting moisture;
A first flow path formed for flowing a first gas over one surface of the porous member;
A second flow path formed to flow a second gas supplied from a common source to the first gas on a surface of the porous member facing the one surface;
First pumping means for pumping gas supplied from the common supply source;
A first pumping path connected from the first pumping means to the second flow path;
A communication pipe that allows the first and second flow paths to communicate with each other without using the porous member;
Pressure that adjusts the pressure of at least one of the first and second gases so that the pressure of the first gas is higher than the pressure of the second gas in accordance with the moisture content of the porous member. Adjusting means, and
Water contained in said first gas, said porous member by being supplied to the second gas through the second gas is configured to be humidified Rutotomoni is the pumped Gas is supplied to the first flow path sequentially through the first pressure-feed path, the second flow path, and the communication pipe in a period in which the pressure is not adjusted.
A humidifier characterized by that. 前記圧力調整手段は、
前記連通管内における前記共通の供給源から供給されるガスの通過量を制限することが可能な制限手段を更に具備し、
前記圧力を調整する際には、前記制限手段により前記通過量を制限する
ことを特徴とする請求項１に記載の加湿装置。 The pressure adjusting means is
Further comprising a restricting means capable of restricting a passage amount of the gas supplied from the common supply source in the communication pipe;
When adjusting the pressure, humidifying apparatus according to claim 1, characterized in that to limit the throughput by the limiting means. 前記圧力調整手段は、
前記第１の圧送路から分岐して前記第１のガス流路へと繋がる第２の圧送路と、
前記圧送されるガスの経路を、前記第１の圧送路を介して前記第２のガス流路へ向かう第１の経路と、前記第１及び第２の圧送路を介して第１のガス流路へ向かう第２の経路との間で切換えることが可能な切換え手段と
を更に具備し、
前記圧力を調整する際には、前記圧送されるガスの経路が前記第２の経路となるように前記切換え手段を制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加湿装置。 The pressure adjusting means is
A second pumping path branched from the first pumping path and connected to the first gas flow path;
The route of the gas to be pumped is divided into a first path to the second gas flow path via the first pressure feed path, and a first gas flow via the first and second pressure feed paths. Switching means capable of switching between a second path toward the road, and
When adjusting the pressure, humidifying apparatus according to claim 1 or 2 paths of gas the pumping is characterized by controlling said switching means so that said second path. 前記圧力調整手段は、
前記共通の供給源から供給されるガスを圧送する、前記第１の圧送手段とは異なる第２の圧送手段と、
前記第２の圧送手段から前記第１の流路へと繋がる第３の圧送路と
を更に具備し、
前記圧力を調整する際には、前記共通の供給源から供給されるガスが前記第３の圧送路を介して前記第１の流路に供給されるように前記第２の圧送手段を制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加湿装置。 The pressure adjusting means is
A second pumping means different from the first pumping means for pumping the gas supplied from the common supply source;
A third pumping path connected from the second pumping means to the first flow path,
When adjusting the pressure, the second pumping means is controlled so that the gas supplied from the common supply source is supplied to the first channel through the third pumping channel. The humidifying device according to claim 1 or 2 , characterized in that. 前記圧力調整手段は、
前記第２のガスの圧力を低減させる低減手段を更に具備し、
前記圧力を調整する際には、前記低減手段によって前記第２のガスの圧力を低減させる
ことを特徴とする請求項１に記載の加湿装置。 The pressure adjusting means is
Further comprising a reducing means for reducing the pressure of the second gas,
When adjusting the pressure, humidifying apparatus according to claim 1, characterized in that to reduce the pressure of the second gas by the reducing means. 前記第１のガス流路に水分を供給する水分供給手段を更に具備する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の加湿装置。 The humidifying device according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a water supply means for supplying water to the first gas flow path. 前記圧力調整手段は、
前記圧力を調整する際には、前記圧力を調整する期間を相互に連続しない複数の時間帯域に分割する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の加湿装置。 The pressure adjusting means is
When adjusting the pressure, the humidifying apparatus according to any one of claims 1 to 6 , wherein a period for adjusting the pressure is divided into a plurality of time zones that are not continuous with each other. 前記多孔質部材の含水状態を検出する含水状態検出手段を更に具備し、
前記圧力調整手段は、前記含水状態検出手段によって検出された前記多孔質部材の含水状態に応じて前記圧力を調整する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の加湿装置。 Further comprising water content detection means for detecting the water content of the porous member;
The humidifying device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the pressure adjusting unit adjusts the pressure according to a water content state of the porous member detected by the water content state detecting unit. . 燃料ガスが供給されるアノード電極と、
酸化剤ガスが供給されるカソード電極と、
前記アノード電極とカソード電極との間に挟持される電解質膜と、
前記カソード電極に対面するように設けられ、前記対面する側に前記カソード電極に対して前記酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路を備えたセパレータと
を具備してなる燃料電池と、
請求項１から８のいずれか一項に記載の加湿装置と
を具備し、
前記セパレータは、前記多孔質部材を含んでなり、
前記酸化剤ガス流路は、前記第１の流路を含んでなり、
前記第１及び第２のガスは夫々前記酸化剤ガスである
ことを特徴とする燃料電池システム。 An anode electrode supplied with fuel gas;
A cathode electrode supplied with an oxidant gas;
An electrolyte membrane sandwiched between the anode electrode and the cathode electrode;
A fuel cell comprising: a separator provided to face the cathode electrode, and a separator having an oxidant gas flow path for supplying the oxidant gas to the cathode electrode on the facing side;
A humidifying device according to any one of claims 1 to 8 , and
The separator comprises the porous member,
The oxidant gas flow path includes the first flow path,
The fuel cell system, wherein each of the first gas and the second gas is the oxidant gas. 前記燃料電池の発電電力を蓄積可能な蓄電手段と、
該蓄電手段の蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段を更に具備し、
前記圧力調整手段は、前記検出された蓄電残量が所定値以上であるとされた場合に、前記圧力を調整する
ことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。 Power storage means capable of storing power generated by the fuel cell;
The battery further comprises a remaining power detection means for detecting the remaining power of the power storage means,
The fuel cell system of claim 9 wherein the pressure adjusting means, which if the previous danger out the storage residual amount is to be equal to or greater than a predetermined value, and adjusting the pressure. 水分を透過させることが可能な多孔質部材と、前記多孔質部材の一面に第１のガスを流すために形成された第１の流路と、前記多孔質部材における前記一面と対向する面に、前記第１のガスと共通の供給源から供給される第２のガスを流すために形成された第２の流路と、前記共通の供給源から供給されるガスを圧送する第１の圧送手段と、前記第１の圧送手段から前記第２の流路へと繋がる第１の圧送路と、前記多孔質部材を介さずに前記第１及び第２の流路を相互に連通させる連通管とを具備する物体に対し、前記第１のガスに含まれる水分を、前記多孔質部材を介して前記第２のガスに供給することで、前記第２のガスを加湿する加湿工程と、
前記多孔質部材の含水状態に応じて、前記第１のガスの圧力が前記第２のガスの圧力よりも高くなるように前記第１及び第２のガスのうち少なくとも一方の圧力を調整する圧力調整工程と、
前記圧送されるガスを、前記圧力が調整されていない期間において、前記第１の圧送路、前記第２の流路、及び前記連通管を順次介して前記第１の流路へ供給する供給工程と
を具備することを特徴とする加湿方法。 A porous member capable of allowing moisture to permeate, a first flow path formed to flow a first gas on one surface of the porous member, and a surface of the porous member facing the one surface; , first pumping to pump the second channel formed to flow a second gas supplied from a common supply source and the first gas, the gas supplied from said common source Means, a first pressure-feeding path connected from the first pressure-feeding means to the second flow path, and a communication pipe for allowing the first and second flow paths to communicate with each other without passing through the porous member preparative to the object having a, the moisture contained in the first gas, by supplying the second gas through said porous member, a humidifying step of humidifying the second gas,
Pressure that adjusts the pressure of at least one of the first and second gases so that the pressure of the first gas is higher than the pressure of the second gas in accordance with the moisture content of the porous member. Adjustment process ;
Supplying step of supplying the pressure-fed gas to the first flow path sequentially through the first pressure-feed path, the second flow path, and the communication pipe in a period when the pressure is not adjusted. humidification method characterized by comprising and.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN102751526B (en) * 2011-04-21 2014-06-11 李铁流 Hydrogen fuel cell, system and method thereof for dynamic varying humidity control

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06231793A (en) * 1993-02-04 1994-08-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid high polymer electrolytic type fuel cell
JPH09283157A (en) * 1996-04-18 1997-10-31 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell, manufacture of fuel cell, composite gas separator, and its manufacture
JPH11508726A (en) * 1995-06-30 1999-07-27 インターナショナル フューエル セルズ コーポレイション Solid polymer electrolyte fuel cell power management system water management system
JP2001216984A (en) * 2000-01-31 2001-08-10 Honda Motor Co Ltd Humidifying system for fuel cell
JP2002519818A (en) * 1998-06-24 2002-07-02 インターナショナル フューエル セルズ コーポレイション Material and heat recovery equipment for fuel cell power installations.
JP2003031246A (en) * 2001-07-16 2003-01-31 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell system
JP2003515233A (en) * 1999-10-25 2003-04-22 ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー Direct antifreeze-cooled fuel cell power equipment
JP2004103452A (en) * 2002-09-11 2004-04-02 Nissan Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell
JP2004134220A (en) * 2002-10-10 2004-04-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06231793A (en) * 1993-02-04 1994-08-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid high polymer electrolytic type fuel cell
JPH11508726A (en) * 1995-06-30 1999-07-27 インターナショナル フューエル セルズ コーポレイション Solid polymer electrolyte fuel cell power management system water management system
JPH09283157A (en) * 1996-04-18 1997-10-31 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell, manufacture of fuel cell, composite gas separator, and its manufacture
JP2002519818A (en) * 1998-06-24 2002-07-02 インターナショナル フューエル セルズ コーポレイション Material and heat recovery equipment for fuel cell power installations.
JP2003515233A (en) * 1999-10-25 2003-04-22 ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー Direct antifreeze-cooled fuel cell power equipment
JP2001216984A (en) * 2000-01-31 2001-08-10 Honda Motor Co Ltd Humidifying system for fuel cell
JP2003031246A (en) * 2001-07-16 2003-01-31 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell system
JP2004103452A (en) * 2002-09-11 2004-04-02 Nissan Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell
JP2004134220A (en) * 2002-10-10 2004-04-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

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