JP4896813B2 - 燃料電池用加湿装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態1に係る燃料電池用加湿装置1Aについて、図1〜図3に基づいて説明する。図1は、この実施の形態1に係る燃料電池用加湿装置1Aの斜視図であり、図2は、この燃料電池用加湿装置1Aに用いられる単加湿器2Aの構造を説明するための、(a)が正面図、(b)が図3(a)、(b)におけるc−c断面図であり、図3は、同じ単加湿器2Aの構造を説明するための、(a)が図2(a)におけるa−a断面図、(b)が図2(a)におけるb−b断面図である。なお、図3(a)、(b)においては、第一および第二の枠体11、21と加湿膜20とで構成される単加湿器Aの各側方に、それぞれ第一の枠体11と第二の枠体21とが重ね合わされて配置された状態を示している。
次に、本発明の実施の形態2に係る燃料電池用加湿装置1Bについて、図4、図5に基づいて説明する。図4は、この燃料電池用加湿装置1Bに用いられる単加湿器2Bの構造を説明するための、(a)が正面図、(b)が図5(a)、(b)におけるc−c断面図であり、図5は、同じ単加湿器2Bの構造を説明するための、(a)が図4(a)におけるa−a断面図、(b)が図4(a)におけるb−b断面図である。
次に、本発明の実施の形態3に係る燃料電池用加湿装置1Cについて、図6、図7に基づいて説明する。図6は、この燃料電池用加湿装置1Cに用いられる単加湿器2Cの構造を説明するための、(a)が正面図、(b)が図7(a)、(b)におけるc−c断面図であり、図7は、同じ単加湿器2Cの構造を説明するための、(a)が図6(a)におけるa−a断面図、(b)が図6(a)におけるb−b断面図である。
次に、本発明の実施の形態4に係る燃料電池用加湿装置1Dについて、図8、図9に基づいて説明する。図8は、この燃料電池用加湿装置1Dに用いられる単加湿器2Dの構造を説明するための、(a)が正面図、(b)が図9(a)、(b)におけるc−c断面図であり、図9は、同じ単加湿器2Dの構造を説明するための、(a)が図8(a)におけるa−a断面図、(b)が図8(a)におけるb−b断面図である。
次に、本発明の実施の形態5に係る燃料電池用加湿装置1Eについて、図10、図11に基づいて説明する。図10は、この燃料電池用加湿装置1Eに用いられる単加湿器2Eの構造を説明するための、(a)が正面図、(b)が図11(a)、(b)におけるc−c断面図であり、図11は、同じ単加湿器2Eの構造を説明するための、(a)が図10(a)におけるa−a断面図、(b)が図10(a)におけるb−b断面図である。
本実施例1に係る燃料電池用加湿装置1Aは、上記実施の形態1で説明したものと同じ構造を有する第一および第二の枠体11、21(ただし、シール部18を第二の枠体21に形成)と加湿膜20を用いて構成されている。第一および第二の枠体11、21は、それぞれ縦220mm×横320mmの外形寸法(厚さ8mm)を持つポリプロピレン製の枠体であり、上記実施の形態1で説明した内部構造を有するものである。また、加湿膜20は、水分を選択的に透過させるフッ素樹脂系イオン交換膜であり、例えば、ナフィオン(登録商標)等のプロトン導電性を有する高分子電解質膜が用いられる。ここでは、厚さ30μmのGORE社製の高分子電解質膜LC−01を用いた。
次に、上記実施例1の燃料電池用加湿装置1Aとの性能比較のために作製した比較例1に係る燃料電池用加湿装置1Fについて、図12、図13に基づいて説明する。図12は、この燃料電池用加湿装置1Fに用いられる単加湿器2Fの構造を説明するための、(a)が正面図、(b)が(a)におけるa−a断面図、(c)が(a)におけるb−b断面図であり、図13は、同じ単加湿器2Fの構造を説明するための、(a)が図12(b)におけるc−c断面図、(b)が図12(c)におけるd−d断面図、(c)が図12(c)におけるe−e断面図である。
次に、上記実施例1の燃料電池用加湿装置1Aとの性能比較のために作製した比較例2に係る燃料電池用加湿装置1Gについて、図14、図15に基づいて説明する。図14は、この燃料電池用加湿装置1Gに用いられる単加湿器2Gの構造を説明するための、(a)が正面図、(b)が図15(a)、(b)におけるc−c断面図であり、図15は、同じ単加湿器2Gの構造を説明するための、(a)が図14(a)におけるa−a断面図、(b)が図14(a)におけるb−b断面図である。
加湿試験は、被加湿ガスとして湿度50%の燃料ガス(水素)を用い、加湿流体として湿度100%以上の排出燃料ガスを用い、それぞれ被加湿ガス流路、加湿流体流路に2l/min供給する条件で実施した。環境温度は25℃とした。そして、被加湿ガス、加湿流体を供給開始した後、30分後においてシール部からの漏れを確認するとともに、被加湿ガス中の水分量を測定することにより加湿性能を評価した。
実施例2に係る燃料電池用加湿装置1Bの単加湿器2Bは、上記実施の形態2で説明したものと同様の構造の第一および第二の枠体11、21とを用いて構成した。また、単加湿器2Bは、実施例1の単加湿器2Aの場合と同様の手順により製作した。そして、このように構成した単加湿器2Bを5セル積層した後、実施例1と同様に、両端面を保持板3、4と締結具5、6とで締結固定して実施例2の燃料電池用加湿装置1Bとした。
実施例3に係る燃料電池用加湿装置1Cの単加湿器2Cは、上記実施の形態3で説明したものと同様の構造の第一および第二の枠体11、21とを用いて構成した。また、単加湿器2Cは、実施例1の単加湿器2Aの場合と同様の手順により製作した。そして、このように構成した単加湿器2Cを5セル積層した後、実施例1と同様に、両端面を保持板3、4と締結具5、6とで締結固定して実施例3の燃料電池用加湿装置1Cとした。
実施例4に係る燃料電池用加湿装置1Dの単加湿器2Dは、上記実施の形態4で説明したものと同様の構造の第一および第二の枠体11、21とを用いて構成した。なお、第一の枠体11の厚さを、実施例1で用いた第一の枠体11よりも薄く、5mmとした。また、単加湿器2Dは、実施例1の単加湿器2Aの場合と同様の手順により製作した。そして、このように構成した単加湿器2Dを5セル積層した後、実施例1と同様に、両端面を保持板3、4と締結具5、6とで締結固定して実施例4の燃料電池用加湿装置1Dとした。
実施例5に係る燃料電池用加湿装置1Eの単加湿器2Eは、上記実施の形態5で説明したものと同様の構造の第一および第二の枠体11、21とを用いて構成した。なお、第二の枠体21の厚さを、実施例1で用いた第二の枠体21よりも薄く、7mmとした。また、単加湿器2Eは、実施例1の単加湿器2Aの場合と同様の手順により製作した。そして、このように構成した単加湿器2Eを5セル積層した後、実施例1と同様に、両端面を保持板3、4と締結具5、6とで締結固定して実施例5の燃料電池用加湿装置1Eとした。
以上の実施例2〜5の燃料電池用加湿装置1B〜1Eについても、加湿性能試験を実施して加湿性能を評価したが、シール部からの被加湿ガスおよび加湿流体の漏出は検出されず、燃料電池用加湿装置1B〜1Dの加湿性能は上記実施例1の燃料電池用加湿装置1Aと同等であった。ただ、実施例5の燃料電池用加湿装置1Eでは、第一および第二の流体流路が対向する面積が、他の実施形態のものに比べて小さく、その分加湿性能が若干低くなった。
2(2A〜2E) 単加湿器
11 第一の枠体
12 被加湿ガス流路(第一の流体流路)
13 マニホールド(第一のマニホールド)
14 マニホールド
15 連絡流路(第一の連絡流路)
16 シール部(第一のシール部)
16a 環状シール部(第一の枠体側に当接する環状シール部)
16b 環状シール部(第二の枠体側に当接する環状シール部)
17 シール部(第二のシール部)
18 シール板
19 流路出入口
20 加湿膜
21 第二の枠体
22 加湿流体流路(第二の流体流路)
23 マニホールド
24 マニホールド(第二のマニホールド)
25 連絡流路(第二の連絡流路)
26 連絡流路(第三の連絡流路)
27 シール部(第三のシール部)
Claims (6)
- 第一の流体流路と第一のマニホールドとが第一の連絡流路で接続される構造を有する第一の枠体と、前記第一の流体流路に対向して配置されかつ第二の流体流路と第二のマニホールドとが第二の連絡流路で接続される構造を有する第二の枠体とを、前記第一の流体流路と前記第二の流体流路とを隔てて覆う加湿膜を介して配設した単加湿器を複数積層して構成される加湿装置であって、
前記加湿膜の周縁部の両面に環状の第一のシール部がそれぞれ配設され、前記第一のシール部のうち一方のシール部は前記第一の流体流路の周縁部に固定され、他方のシール部は前記第二の枠体に当接して配置されると共に、前記第一のシール部の外縁部かつ前記他方のシール部の側方のみに前記加湿膜の周縁部を封止するシール板が配設されること
を特徴とする燃料電池用加湿装置。 - 前記第一の枠体または前記第二の枠体の一方の枠体には、前記第一および第二のマニホールドの周縁部に第二のシール部が形成され、前記第二のシール部が他方の枠体に当接して、前記第一および第二のマニホールドを封止することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用加湿装置。
- 前記第一の枠体に形成される前記第一の連絡流路が、前記第二の枠体側に貫通して流路出入口を形成し、該流路出入口に接続して、前記第一のマニホールドとの間を連通する第三の連絡流路が第二の枠体に形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用加湿装置。
- 前記第一のシール部のうちの前記第二の枠体側に配されたシール部が、前記第一の枠体に形成された前記第二のシール部に連設されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池用加湿装置。
- 前記第一の枠体に形成される前記第一の流体流路が、一方の側面から他方の側面に貫通する中空形状となっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料電池用加湿装置。
- 前記第二の枠体に形成される前記第二の流体流路が、一方の側面から他方の側面に貫通
する中空形状となっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料電池用加湿装置。
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