JPH05182682A - 燃料電池システムの加湿ガスプレヒータとその予熱方法 - Google Patents

燃料電池システムの加湿ガスプレヒータとその予熱方法

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JPH05182682A
JPH05182682A JP3358052A JP35805291A JPH05182682A JP H05182682 A JPH05182682 A JP H05182682A JP 3358052 A JP3358052 A JP 3358052A JP 35805291 A JP35805291 A JP 35805291A JP H05182682 A JPH05182682 A JP H05182682A
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    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加湿ガスプレヒータの反応ガス供給側の配管
に水滴が逆流することがないようにする。 【構成】 チャンバー47の加湿器44側の端壁47a
中央にガス入口48と、燃料電池30側の端壁49とを
相互にほぼ水平方向に対向するように配設し、注入され
て来た酸素ガスO2 の流れ方向が水平となるように加湿
ガスプレヒータを設置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガスと酸化剤ガス
とを反応ガスとして使用する燃料電池システムにおける
加湿ガスプレヒータの構成およびそのプレヒータ内の加
湿ガスの流通方向を設定した予熱方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、燃料電池システムにおいては、
反応ガスの化学変化を活発にし発電機能を高める方策と
して反応ガスそれぞれをあらかじめ所定温度に予熱する
とともに、固体高分子電解質膜型燃料電池の場合、反応
ガスを加湿して燃料電池へ送り込んでいる。その加湿法
としては、図3に示すようなスクラバ方式が用いられ
る。すなわち、反応ガス源から注入された反応ガス01
は、加湿器05内にあらかじめ入れられた水03の深い
位置に開口した注入管06の先端から押し出される。そ
して、反応ガス01は気泡02となって浮上し、その間
に加湿されて水面から飛び出し加湿器05上部の送出管
07により加湿ガスプレヒータ(以下「プレヒータ」と
いう)へ送られる。
【0003】ところで、従来、プレヒータとしては、図
4に示すように、前記スクラバ方式をそのまま転用した
形式のプレヒータ10を用い、反応ガス01をチャンバ
ー11の上方に形成された注入管12から送入し、その
下降中にヒータ14によって加熱したのち、チャンバー
11の底部近くに開口し前記注入管12を貫通して設け
られた送出管13により燃料電池(図外)へ送り込むガ
ス下降上昇タイプのプレヒータ10がある。なお、温度
調整器15がチャンバー11内で送出管13の開口部直
下に位置する熱電対16に送出管13内を通って接続さ
れており、その加熱された反応ガス01の送出直前の温
度を感知する熱電対16の信号を受け、ヒータ14の加
熱量を制御する。また、図5に示すように、チャンバー
21の下端面と上端面とにそれぞれ注入管22と送出管
23とを開口させ、反応ガス01の上昇流をヒータ24
で加熱するガス上昇タイプのプレヒータ20もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これら前記
の方法では、ガス上昇および下降タイプの場合、送出管
13の注入管12内に位置する部分において送入されて
来る加湿の反応ガス01に直撃されて冷却するため加湿
されて送出する反応ガス01も冷やされ水滴04を発生
しヒータ14の加熱範囲に遠い底部に落下し、底部に滞
留することとなる。さらに、送出管13を逆流し滴下す
る水滴04がセンサー16に当たりプレヒータ10が温
度上昇して、これにより反応ガス01の流量が増大する
という不具合も生ずる。また、ガス上昇タイプの場合
は、ヒータ24の加熱によりチャンバー21の側壁内面
に凝結する水滴04が注入管22の開口部から管内へ逆
流することとなる。すなわち、上記いずれの構造も、発
生する水滴04が反応ガス01の流路の障害となり、ガ
ス圧力および流量の変動などをもたらし燃料電池の発電
機能に悪影響を与える。
【0005】本発明は、このような従来技術を背景にな
されたもので、スクラバ方式によるガス加湿器を用いた
固体高分子電解質膜型燃料電池システムにおいて、プレ
ヒータ内で発生した水滴が反応ガス流路の障害となるこ
とがなく、また反応ガスの流量制御に誤動作の生じない
燃料電池システムの加湿ガスプレヒータとその予熱方法
とを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、電極で挟持さ
れた固体高分子電解質膜によって分割した燃料ガス区域
と酸化剤ガス区域とを備える燃料電池に接続する配管シ
ステムにおいて、加湿された反応ガスのプレヒータを、
そのチャンバーの一方の端壁にガス入口を設け、対向す
る他方の端壁にガス出口を設けるとともに反応ガスの流
れ方向に沿った側壁外周にヒータを設けて構成すること
を特徴とした燃料電池システムの加湿ガスプレヒータを
提供するものである。
【0007】また、本発明は、燃料電池システムの加湿
ガスプレヒータにおける加湿ガスを水平方向に流通させ
ることを特徴とした加湿ガスプレヒータの予熱方法を提
供するものである。
【0008】
【作用】本発明のプレヒータでは、ガス入口とガス出口
とが水平方向に対向した形となっているため、ガス入口
から注入された加湿ガスはガス出口に向かって総体的に
水平方向へ流れることとなる。従って、チャンバーの内
壁面に凝縮して発生した水滴はチャンバーの底部に溜ま
るが、ガス入口側の配管内へ逆流することはなくガス流
に障害を生じないので、ガス圧力を変動させない。ま
た、溜まった水滴もヒータの加熱範囲内に位置するため
加熱されて気化し易く再蒸発して加湿ガス流に加入する
ため、燃料電池の発電に悪影響を与えることがない。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明の実施例の燃料電池30は、図2に示すよ
うに、電極としてのアノード33とカソード34とで固
体高分子電解質膜としてのイオン交換膜32を挟持し、
これにより分割された燃料ガス区域35と酸化剤ガス区
域36とを備える単位電池31をシール材37およびセ
パレータ38を介して複数個積層してなるものである。
【0010】この燃料電池システムAは、図1に示すよ
うに、燃料電池30を中心にして左右にほぼ同様の構成
とした配管システムを配設してなる。酸化剤ガス側配管
システム40では、酸化剤ガスとしての酸素ガスO2
前記酸化剤ガス区域36に供給循環させる。
【0011】一方、これに併行して燃料ガス側配管シス
テム60では、燃料ガスとしての水素H2 を燃料ガス区
域35に供給循環させるが、燃料ガス側配管システム6
0の図示は省略する。この水素ガスH2 、酸素ガスO2
が単位電池31それぞれに連続供給され、イオン交換膜
32を介して接触することにより反応し燃料電池30に
発電させる。
【0012】ところで、酸化剤ガス側配管システム40
は、図1に示すように、各部材を配管58で連結し所要
個所にバルブ59を設けて構成されている。そして燃料
電池30を運転する場合、酸素ガスO2 は、配管58中
に破線で示すように、酸素源41→ガス入口42→注入
管43→加湿器44→プレヒータ46→燃料電池30→
注入管53→水トラップ54→ガス出口55→酸素源4
1の経路により循環し動作する。なお、符号52はクー
ラーで、水トラップ54を水03で冷却しておりその水
トラップ54は、燃料電池30において化学反応して出
て来た生成水を含む酸素ガスO2 から水分を分離する。
また、加湿器44には、あらかじめ水注入口56から水
03が適当量注入されヒータ45により所望温度に加熱
される。符号57は加湿器44の水抜き口である。
【0013】プレヒータ46は、そのチャンバー47の
加湿器44側の端壁47a中央にガス入口48を、燃料
電池30側の端壁47b中央にガス出口49をそれぞれ
設けるとともに、注入されて来た酸素ガスO2 の流れ方
向に沿った側壁47cの外周にヒータ50を付設してお
り、前記流れ方向が水平となるようにプレヒータ46を
設置している。なお、チャンバー47の外に設けられた
温度調整器51は、側壁47c内の中央の高さ位置に設
置された熱電対51aにガス入口48を通って接続され
ており、酸素ガスO2 の温度を感知するセンサー51a
の信号を受けてヒーター50による加熱温度を所望の値
に制御する。
【0014】上記構成のように、ガス入口48とガス出
口49とが水平方向に対向した形になっているので注入
されて来た酸素ガスO2 は、チャンバー47内で乱流と
なりながらヒーター50によって加熱され、ガス出口4
9から排出されて燃料電池30へ進むが、総体的にみれ
ばその流れ方向は水平となる。チャンバー47内で凝縮
して発生した水滴04は側壁47cの底部に溜まるが、
ガス入口48から配管58へ逆流することはなく、また
ヒーター50の加熱範囲内に位置するため気化し易く再
加熱されて蒸発しガス流へ加入する。なお、熱電対51
aは、その設置位置からして水滴04に影響されること
はないので温度調整器51は正常な動作を行うことがで
きる。すなわち、本発明では、プレヒータ46のガス入
口48付近の配管58に水溜まりを生ずることがなく、
また発生した水滴04も再蒸発させるので、燃料電池3
0の性能に悪影響を及ぼすことはない。
【0015】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は、この実施例に必ずしも限定されるものではなく、
要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあっても本発
明に含まれる。例えば、ガス入口とガス出口とは端壁の
正確な中心ではなく多少のずれがあっても差し支えな
い。
【0016】
【発明の効果】本発明の燃料電池システムの加湿ガスプ
レヒータとその予熱方法は、このような加湿ガスプレヒ
ータを、ガス入口とガス出口とをほぼ水平方向に対向す
るよう両端壁中央に配設するとともに、チャンバーを注
入される反応ガスの流れ方向が水平となるように設置し
た構成としたため、チャンバー内に発生する水滴がガス
入口から配管へ逆流することがなく、流路が阻害されな
いばかりか溜まった水滴も再蒸発させてガス流に加入さ
せるので、加湿ガスプレヒータは、本来の機能を十分に
発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の燃料電池システムを示す概略
系統図である。
【図2】本発明の実施例の燃料電池の基本構成を示す縦
断面図である。
【図3】スクラバ方式の加湿器の模式図である。
【図4】従来のガス下降上昇タイプのプレヒータの模式
図である。
【図5】従来のガス上昇タイプのプレヒータの模式図で
ある。
【符号の説明】
A 燃料電池システム 30 燃料電池 32 固体高分子電解質膜 33 アノード 34 カソード 35 燃料ガス区域 36 酸化剤ガス区域 40 酸化剤ガス側配管システム 46 プレヒータ 47 チャンバー 47a 端壁 47b 端壁 47c 側壁 48 ガス入口 49 ガス出口 50 ヒータ 60 燃料ガス側配管システム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極で挟持された固体高分子電解質膜に
    よって分割した燃料ガス区域と酸化剤ガス区域とを備え
    る燃料電池に接続する配管システムにおいて、加湿され
    た反応ガスのプレヒータを、そのチャンバーの一方の端
    壁にガス入口を設け、対向する他方の端壁にガス出口を
    設けるとともに反応ガスの流れ方向に沿った側壁外周に
    ヒータを設けて構成することを特徴とした燃料電池シス
    テムの加湿ガスプレヒータ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載した燃料電池システムの
    加湿ガスプレヒータにおける加湿ガスを水平方向に流通
    させることを特徴とした加湿ガスプレヒータの予熱方
    法。
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