(57)【要約】    【目的】小型で十分な加湿性能を有し、かつ加湿量の調整が可能な加湿装置を得る。    【構成】水蒸気透過膜１２により隔てた加湿剤室１１と被加湿ガス室１３とからなる加湿器１に、被加湿ガス室１３のガス導入口とガス排出口とを連結するバイパス管３３と、このバイパス管３３に反応ガスをガス排出口側からガス導入口側へと通流させる流量調整可能なブロワー２を備える。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子形燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿装置で、被加湿ガス室と水蒸気透過膜で隔てられた加湿剤室に加湿剤を供給して被加湿ガス室に導入した反応ガスを加湿する加湿器と、この加湿器の被加湿ガス室のガス導入口とガス排出口とを連結するバイパス配管と、このバイパス配管中の反応ガスを前記のガス排出口側からガス導入口側へと通流させる流量調整可能なブロワーとを備えて構成された固体高分子形燃料電池の加湿装置。
【請求項２】
前記の加湿剤が温水であることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子形燃料電池の加湿装置。
【請求項３】
前記の加湿剤が高湿度ガスであることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子形燃料電池の加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池へ供給する反応ガスを加湿するために用いられる加湿装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子膜を電解質として用いる固体高分子形燃料電池において所望の電池特性を得るには固体高分子膜を湿潤に保持することが必要である。このため、固体高分子形燃料電池では、反応ガスを加湿して供給する方法が一般に用いられている。
反応ガスの加湿には種々の方法が採られている。例えば、特許文献１には、加湿器を、水蒸気透過膜と、この水蒸気透過膜によって隔てられた加湿剤室と被加湿ガス室とから構成し、加湿剤室に燃料電池より排出された電池オフガスを供給して被加湿ガス室に導入された反応ガスを加湿する方法が開示されている。この方法においては、反応生成水を受けて高度に湿度の上昇した電池オフガスが加湿剤室に流れ、水蒸気分圧の差により水蒸気が水蒸気透過膜を透過して被加湿ガス室へと移動し、反応ガスが加湿される。
また、特許文献２には、加湿剤室に温水を通流して反応ガスを加湿する方式の加湿器が示されている。この他、特許文献３、特許文献４には、加湿器の被加湿ガス室のガス導入口とガス排出口との間に被加湿ガス室を迂回するバイパス管を設け、バイパス管に流れる流量を調節して被加湿ガス室に流れる流量を制御し、反応ガスの加湿量を調整するものが示されている。
【特許文献１】特開平６−１３２０３８号公報
【特許文献２】特開２００３−６８３３７号公報
【特許文献３】特開平５−４７３９４号公報
【特許文献４】特開２００１−２１６９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように、従来の固体高分子形燃料電池においては、電解質として用いる固体高分子膜を湿潤に保持するために、例えば特許文献１、２に見られるごとく、加湿器により加湿した反応ガスを供給する方式が採られており、例えば特許文献３、４のごとく構成することによって加湿量が調整されている。しかしながら、特許文献１に示された加湿器のごとく、水蒸気透過膜によって加湿剤室と被加湿ガス室を隔てた構成の加湿器においては、得られる加湿量は反応ガスと水蒸気透過膜との接触面積に比例するので、十分な加湿量を得るにはこの接触面積を大きくする必要があり、加湿器のサイズが大型になってしまうという問題点がある。また、燃料電池が低負荷で運転される場合には使用する反応ガスの流量が低下するが、従来の加湿器においては加湿量の調整ができず、ガス流量が低下すると加湿量が増大するので、反応ガスが過度に加湿されるという難点があった。
【０００４】
本発明は上記の問題点を考慮してなされたもので、本発明の目的は、小型ながら十分な加湿性能を有し、かつ加湿量の調整が可能な固体高分子形燃料電池用の加湿装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
固体高分子形燃料電池に供給する反応ガスの加湿に用いる加湿装置を、被加湿ガス室と水蒸気透過膜で隔てられた加湿剤室に加湿剤を供給して被加湿ガス室に導入した反応ガスを加湿する加湿器と、この加湿器の被加湿ガス室のガス導入口とガス排出口とを連結するバイパス配管と、このバイパス配管中の反応ガスを上記のガス排出口側からガス導入口側へと通流させる流量調整可能なブロワーとを備えて構成することとし、上記の加湿剤として、例えば温水や高湿度ガスを用いることとする。なお、上記の流量調整には、ブロワーの出力を調整することの他に、ブロワーのＯＮ−ＯＦＦ制御も含む。
【発明の効果】
【０００６】
上記のごとく、加湿装置を、加湿剤を供給する加湿剤室と反応ガスを供給する被加湿ガス室を水蒸気透過膜で隔てて配置した加湿器と、この加湿器の被加湿ガス室のガス導入口とガス排出口とを連結するバイパス配管と、このバイパス配管中の反応ガスを上記のガス排出口側からガス導入口側へと通流させる流量調整可能なブロワーとを備えて構成すれば、ガス導入口より被加湿ガス室に供給された反応ガスは、水蒸気透過膜を透過した加湿剤中の水分を受けて加湿される。さらに、加湿されてガス排出口より排出された反応ガスの一部は、上記のブロワーの作用によって上記バイパス配管中をガス導入口側へと通流し、再び加湿器の被加湿ガス室に送られて加湿処理が繰り返される。したがって本構成の加湿装置では、反応ガスと水蒸気透過膜との接触面積が実質的に増加することとなり、小型の加湿器でも反応ガスを高湿度に加湿することができる。
【０００７】
なお、バイパス配管中に備えたブロワーの出力を調整することによって反応ガスの循環流量が制御され、ガス排出口を出て燃料電池スタックへと送られる加湿反応ガスの加湿量が定まる。すなわち、循環流量の割合を増大させれば燃料電池スタックへと送られる加湿反応ガスの加湿量が増大し、循環流量の割合を下げれば加湿反応ガスの加湿量も低下することとなる。したがって、燃料電池発電装置を低出力で運転する場合には、ブロワーの出力を下げて循環流量の割合を下げればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の固体高分子形燃料電池用の加湿装置の最良の実施形態は、加湿剤を供給する加湿剤室と反応ガスを供給する被加湿ガス室を水蒸気透過膜で隔てて配置した加湿器に、この加湿器の被加湿ガス室のガス導入口とガス排出口とを連結するバイパス配管を備え、さらにこのバイパス配管中に反応ガスを上記のガス排出口側からガス導入口側へと通流させる流量調整可能なブロワーとを備えて構成した実施形態にある。
【実施例】
【０００９】
図１は、本発明の固体高分子形燃料電池の加湿装置の実施例の基本構成を示すフロー図である。図において、１は、水蒸気透過膜１２により隔てられた加湿剤室１１と被加湿ガス室１３からなる加湿器であり、３１は、被加湿ガス室１３へ反応ガスを供給するガス供給配管、３２は、被加湿ガス室１３から加湿された反応ガスを排出するガス排出配管、３３は、被加湿ガス室１３のガス排出口より排出された反応ガスを再循環させてガス供給口へと導くためのバイパス配管であり、このバイパス配管３３には反応ガスを通流させるための流量調整可能なブロワー２が組み込まれている。また、４１は、加湿剤室１１へ加湿剤としての温水を供給する加湿剤供給管であり、４２は加湿剤室１１より加湿剤を排出する加湿剤排出管である。
本構成の加湿装置においては、加湿剤室１１へ温水を供給し、被加湿ガス室１３へ反応ガスを供給することによって、反応ガスの加湿が行われる。特に本装置では、ブロワー２を備えたバイパス配管３３が組込まれ、図示しない制御手段によってブロワー２の流量を調整するよう構成されているので、被加湿ガス室１３のガス排出口より排出された反応ガスのうち一定量はバイパス配管３３を再循環してガス供給口へと達し、再び被加湿ガス室１３中で加湿されることとなる。したがって、加湿器１での加湿が効果的に行われることとなり、加湿器１が小型でも高度に加湿された反応ガスを得ることができる。
【００１０】
本実施例の構成とすれば、このように加湿が効果的に行われ、高度に加湿された反応ガスが得られるが、ブロワー２の出力を低下させ、あるいは停止させれば、循環流量が低下して得られる反応ガスの加湿量が下がるので、反応ガスの消費量の少ない低出力運転時等に反応ガスが過度に加湿されるのを防止することができる。
なお、本構成においては加湿剤室１１へ供給する加湿剤として温水を用いることとしているが、この温水として燃料電池本体を運転温度に保持するために用いる電池冷却水を用いれば、システムの構成がより簡素化される。また、温水に替わって高湿度ガスを加湿剤として用いてもよい。この場合、燃料電池本体から排出される電池オフガスをこの高湿度ガスとして用いればシステムがより簡素に構成される。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
固体高分子形燃料電池の加湿装置を本発明のごとく構成すれば、上記のごとく、小型ながら十分な加湿性能を有し、かつ加湿量の調整が可能となるので、据付形の固体高分子形燃料電池をはじめ、各種の固体高分子形燃料電池の加湿装置として利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の固体高分子形燃料電池の加湿装置の実施例の基本構成を示すフロー図
【符号の説明】
【００１３】
１    加湿器
２    ブロワー
１１    加湿剤室
１２    水蒸気透過膜
１３    被加湿ガス室
３３    バイパス配管
【図１】
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