JP2002170588A - Deionized water recovery system for fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明に係る燃料電池用純
水回収装置は、電気自動車等に搭載される燃料電池の空
気極又は水素極部分から発生する水蒸気を凝縮して回収
し、燃料電池の発電効率向上の為の水分を貯溜したタン
ク内への水の補給サイクルを長くする為のものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell pure water recovery apparatus for condensing and recovering water vapor generated from an air electrode or a hydrogen electrode of a fuel cell mounted on an electric vehicle or the like. This is to lengthen the cycle of replenishing water into the tank storing water for improving power generation efficiency.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池の発電原理に就いて、図8によ
り簡単に説明する。この図8は、燃料電池の単位となる
セル1を1個のみ示している。このセル1の中間部は、
燐酸等の電解質2を水素極3と空気極(酸素極)4とで
サンドイッチ状に挟んで成る薄膜5により仕切ってい
る。この薄膜5は、水素イオン(H+ )のみを透過させ
る性質を有する。又、上記水素極3側の第一反応室6に
は水素ガス(H2 )を、水素供給口7から送り込み、水
素還流口8から未反応の水素ガスを含むガスを排出自在
としている。又、上記空気極4側の第二反応室9には酸
素(O2 )を含む空気を、酸素供給口10から送り込
み、排気口11から排出自在としている。2. Description of the Related Art The principle of power generation by a fuel cell will be briefly described with reference to FIG. FIG. 8 shows only one cell 1 as a unit of the fuel cell. The middle part of this cell 1
An electrolyte 2 such as phosphoric acid is partitioned by a thin film 5 sandwiched between a hydrogen electrode 3 and an air electrode (oxygen electrode) 4 in a sandwich manner. The thin film 5 has a property of transmitting only hydrogen ions (H + ). Further, hydrogen gas (H 2 ) is fed into the first reaction chamber 6 on the side of the hydrogen electrode 3 from a hydrogen supply port 7, and a gas containing unreacted hydrogen gas can be discharged from a hydrogen reflux port 8. Further, air containing oxygen (O 2 ) is fed into the second reaction chamber 9 on the side of the air electrode 4 from the oxygen supply port 10 and can be freely discharged from the exhaust port 11.
【0003】発電を行なう際には、上記水素供給口7か
ら上記第一反応室6内に水素ガスを、上記酸素供給口1
0から第二反応室9内に酸素を含む空気を、それぞれ供
給する。この結果、上記第一反応室6に面した上記水素
極3部分で、 H2 →2H+ +2e- の反応が起こり、その結果生じた水素イオンが、上記薄
膜5を透過して上記第二反応室9内に進入する。そし
て、この第二反応室9に面した上記空気極4部分で、 2H+ +O2 /2+2e- →H2 O の反応が起こる。この結果、上記水素極3と上記空気極
4との間に電位差が生じる。1個のセル1毎に生じる電
位差は、1V程度しかない為、図8に示した様なセル1
を直列に必要数重ね合わせて燃料電池スタック12(次
述する図9参照)を構成し、必要とする電圧を確保す
る。又、この燃料電池スタック12により得られる電流
は直流である為、交流を必要とする場合には、インバー
タ13(図9参照)により変換する。When power is generated, hydrogen gas is supplied from the hydrogen supply port 7 into the first reaction chamber 6 and the oxygen supply port 1 is supplied to the first reaction chamber 6.
From 0, air containing oxygen is supplied into the second reaction chamber 9, respectively. As a result, a reaction of H 2 → 2H + + 2e − occurs in the portion of the hydrogen electrode 3 facing the first reaction chamber 6, and the resulting hydrogen ions pass through the thin film 5 and the second reaction occurs. Enter the room 9. Then, in the air electrode 4 portion facing to the second reaction chamber 9, 2H + + O 2/ 2 + 2e - → H 2 O reaction occurs. As a result, a potential difference occurs between the hydrogen electrode 3 and the air electrode 4. Since the potential difference generated for each cell 1 is only about 1 V, as shown in FIG.
Are stacked in series to form a fuel cell stack 12 (see FIG. 9 described below) to secure a required voltage. Since the current obtained by the fuel cell stack 12 is a direct current, if an alternating current is required, the current is converted by the inverter 13 (see FIG. 9).
【0004】上述の様な原理で上記セル1に発電させる
場合に、上記水素極3及び空気極4部分での反応を活性
化させ、発電効率を確保する為には、上記水素供給口7
から上記第一反応室6内に送り込む水素ガス、並びに上
記酸素供給口10から第二反応室9内に送り込む酸素を
含む空気を湿らせる(加湿する)必要がある。この為に
従来から、燃料電池を図9に示す様な回路で構成する事
により、上記水素ガス及び空気を加湿する様にしてい
た。尚、この図9に示した回路には多くのセンサが組み
込まれ、これら各センサの検出信号に応じて、図示しな
い制御器が構成各部を制御している。但し、この部分の
構成及び作用に就いては、従来から各種知られており、
本発明の要旨とも関係しないものが多い為、センサの設
置位置を図示するのみで、詳しい説明は省略する。尚、
図9に、符号「T」を丸で囲んで表したセンサは温度セ
ンサを、符号「P」を丸で囲んで示したセンサは圧力セ
ンサを、符号「H」を丸で囲んで示したセンサは露点セ
ンサを、それぞれ示している。In order to activate the reaction in the hydrogen electrode 3 and the air electrode 4 when power is generated in the cell 1 based on the above-described principle, the hydrogen supply port 7 is required to secure the power generation efficiency.
Therefore, it is necessary to wet (humidify) the hydrogen gas fed into the first reaction chamber 6 and the air containing oxygen sent from the oxygen supply port 10 into the second reaction chamber 9. For this reason, conventionally, the fuel cell has been configured with a circuit as shown in FIG. 9 to humidify the hydrogen gas and the air. A large number of sensors are incorporated in the circuit shown in FIG. 9, and a controller (not shown) controls each component in accordance with the detection signals of these sensors. However, regarding the configuration and operation of this part, various types are conventionally known,
Since there are many things that are not related to the gist of the present invention, only the installation position of the sensor is shown in the drawing, and the detailed description is omitted. still,
In FIG. 9, a sensor in which a symbol “T” is circled is a temperature sensor, a sensor in which a symbol “P” is circled is a pressure sensor, and a sensor in which symbol “H” is circled. Indicates a dew point sensor.
【0005】先ず、前記燃料電池スタック12を構成す
る各セル1の第一反応室6(図8参照)内に水素ガスを
送り込み、排出する回路に就いて説明する。水素吸蔵合
金等のタンクから、或は燃料改質装置から供給される水
素は、エジェクタ14のノズルから噴出された後、水素
加湿器15により加湿されてから、上記燃料電池スタッ
ク12内に送り込まれる。そして、この燃料電池スタッ
ク12内に設けた水素分配流路を通じて、上記各セル1
の水素供給口7(図8参照)から上記第一反応室6内に
送り込まれる。そして、この第一反応室6内で消費され
なかった余剰な水素ガスは、上記各セル1の水素還流口
8(図8参照)から排出され、還流路16を通じて、上
記エジェクタ14の吸入口に送られる。この様にしてエ
ジェクタ14に吸い込まれた、余剰分の水素ガスは、上
記タンク或は改質装置から供給される水素ガスと共に、
再び上記第一反応室6内に送り込まれる。尚、上記還流
路16の途中には仕切弁17を設けて、この第一反応室
6内で水素ガスが多量に消費される状況下では、この第
一反応室6内の水素ガスが上記エジェクタ14に吸引さ
れない様にしている。First, a circuit for feeding and discharging hydrogen gas into the first reaction chamber 6 (see FIG. 8) of each cell 1 constituting the fuel cell stack 12 will be described. Hydrogen supplied from a tank of a hydrogen storage alloy or the like or from a fuel reformer is jetted from a nozzle of an ejector 14, humidified by a hydrogen humidifier 15, and then sent into the fuel cell stack 12. . Each of the cells 1 is passed through a hydrogen distribution passage provided in the fuel cell stack 12.
From the hydrogen supply port 7 (see FIG. 8). Excess hydrogen gas not consumed in the first reaction chamber 6 is discharged from the hydrogen reflux port 8 (see FIG. 8) of each of the cells 1, and is returned to the suction port of the ejector 14 through the reflux path 16. Sent. The surplus hydrogen gas sucked into the ejector 14 in this manner, together with the hydrogen gas supplied from the tank or the reformer,
It is sent into the first reaction chamber 6 again. In addition, a gate valve 17 is provided in the middle of the reflux passage 16 so that, when a large amount of hydrogen gas is consumed in the first reaction chamber 6, the hydrogen gas in the first reaction chamber 6 is discharged from the ejector 6. 14 so as not to be sucked.
【0006】次に、上記燃料電池スタック12を構成す
る各セル1の第二反応室9(図8参照)内に空気を送り
込み、排出する回路に就いて説明する。図示しないエア
フィルタを通じて取り入れ、コンプレッサ18から吐出
された空気は、空気加湿器19により加湿されてから、
上記燃料電池スタック12内に送り込まれる。そして、
この燃料電池スタック12内に設けた空気分配流路を通
じて、上記各セル1の酸素供給口10(図8参照)から
上記第二反応室9内に送り込まれる。そして、この第二
反応室9内で消費されなかった余剰な酸素を含む空気
は、上記各セル1の排気口11(図8参照)から排出さ
れ、コンデンサ20を通過してから、大気中に排出され
る。Next, a circuit for sending and discharging air into the second reaction chamber 9 (see FIG. 8) of each cell 1 constituting the fuel cell stack 12 will be described. The air taken in through an air filter (not shown) and discharged from the compressor 18 is humidified by an air humidifier 19,
The fuel is sent into the fuel cell stack 12. And
The oxygen is supplied from the oxygen supply port 10 (see FIG. 8) of each of the cells 1 into the second reaction chamber 9 through an air distribution channel provided in the fuel cell stack 12. Air containing excess oxygen that has not been consumed in the second reaction chamber 9 is discharged from the exhaust port 11 (see FIG. 8) of each of the cells 1 and passes through the condenser 20, and then enters the atmosphere. Is discharged.
【0007】又、上記コンデンサ20は、上記排気口1
1から排出される空気中に含まれる水蒸気を凝縮し、純
水として回収するもので、例えば、図10に示す様に構
成している。上記コンデンサ20は、その上流側部分に
水蒸気を含む空気を、下流側部分にこの水蒸気が凝縮す
る事により生じた純水及び空気を、それぞれ流通させる
冷却流路21、21を有する。これら各冷却流路21、
21の上流端には気体受け入れ口22を設け、上記燃料
電池スタック12を構成する各セル1の空気極側の排気
口11から送り出される気体を受け入れ自在としてい
る。又、上記各冷却流路21、21の下流端には吐出口
23を設け、この吐出口23を、図示しない気液分離機
に通じさせている。そして、この気液分離機の凝縮水吐
出口を、前記水素加湿器15及び前記空気加湿器19に
供給する純水を貯溜した貯水タンク24に通じさせてい
る。又、上記気液分離機の排気口から排出される気体
を、大気中に排出自在としている。The condenser 20 is connected to the exhaust port 1.
It condenses the water vapor contained in the air discharged from 1 and collects it as pure water. For example, it is configured as shown in FIG. The condenser 20 has cooling passages 21 and 21 for flowing air containing water vapor in an upstream portion thereof and pure water and air generated by condensation of the water vapor in a downstream portion thereof. Each of these cooling channels 21,
A gas receiving port 22 is provided at the upstream end of the fuel cell stack 21 so that the gas sent from the air electrode side exhaust port 11 of each cell 1 constituting the fuel cell stack 12 can be freely received. Further, a discharge port 23 is provided at the downstream end of each of the cooling channels 21, 21, and the discharge port 23 communicates with a gas-liquid separator (not shown). Then, the condensed water discharge port of the gas-liquid separator is connected to a water storage tank 24 storing pure water to be supplied to the hydrogen humidifier 15 and the air humidifier 19. Further, the gas discharged from the exhaust port of the gas-liquid separator can be freely discharged into the atmosphere.
【0008】一方、上記コンデンサ20には、上記各冷
却流路21、21に隣接する状態で冷媒流路25、25
を設け、これら各冷媒流路25、25内に、冷却水(ク
ーラント)等の冷媒を流通自在としている。この為に、
上記各冷媒流路25、25の上流端には冷媒入口26
を、下流端には冷媒出口27を、それぞれ設けている。
そして、この冷媒出口27を、上記冷却水を放熱する為
のラジエータ28の入口に、上記冷媒入口26を、この
ラジエータ28から冷却水を取り出して吐出する送水ポ
ンプ29の吐出口に、それぞれ通じさせている。電気自
動車等の、燃料電池を搭載した装置の運転時には、上記
送水ポンプ29の運転に伴って上記各冷媒流路25、2
5内に冷却水を流通させ、上記各冷却流路21、21内
を流通する空気中に含まれる水蒸気を凝縮し液化する。
尚、図示の例では、上記ラジエータ28により放熱さ
れ、上記送水ポンプ29から吐出される冷却水により、
前記燃料電池スタック12や、前記インバータ13、更
には電動モータ等、電気自動車の運転時に発熱する機器
の冷却も行なう様にしている。On the other hand, the condenser 20 has refrigerant passages 25, 25 adjacent to the cooling passages 21, 21, respectively.
Are provided, and a coolant such as cooling water (coolant) can flow freely in each of the coolant channels 25. For this,
A refrigerant inlet 26 is provided at an upstream end of each of the refrigerant channels 25, 25.
, And a refrigerant outlet 27 at the downstream end.
Then, the refrigerant outlet 27 is connected to an inlet of a radiator 28 for radiating the cooling water, and the refrigerant inlet 26 is connected to a discharge port of a water supply pump 29 for taking out the cooling water from the radiator 28 and discharging the same. ing. When an apparatus equipped with a fuel cell, such as an electric vehicle, is operated, the operation of the water supply pump 29 is accompanied by the operation of the refrigerant flow paths 25, 2, and 2.
Cooling water is circulated in the cooling water passage 5, and condenses and liquefies the water vapor contained in the air flowing in each of the cooling channels 21.
In the illustrated example, the heat is radiated by the radiator 28 and the cooling water discharged from the water pump 29 causes
Cooling of devices that generate heat during operation of the electric vehicle, such as the fuel cell stack 12, the inverter 13, and the electric motor, is also performed.
【0009】上述の様な構成により、前記第二反応室9
から排出される空気中に含まれる水蒸気を凝縮し、上記
貯水タンク24内に回収する為、燃料電池の効率的発電
の為に必要な純水の消費量を低減できる。即ち、上記貯
水タンク24から送り出され、第二の送水ポンプ30に
より前記水素加湿器15及び空気加湿器19に送られ、
更に前記第一反応室6及び上記第二反応室9に送り込ま
れた純水は、これら各反応室6、9内での反応を効率的
に行なわせる役目を果たすのみで、これら各反応室6、
9内で消費される訳ではない。そして、このうちの第二
反応室9から排出された気体中には、上記空気加湿器1
9から空気中に供給された水蒸気に加え、前記空気極4
部分で生じる、 2H+ +O2 /2+2e- →H2 O なる反応により発生した水蒸気が含まれる。そこで従来
から、前記コンデンサ20を設ける事によって、上記第
二反応室9から排出される空気中に含まれる水蒸気を凝
縮して上記貯水タンク24内に回収する事により、燃料
電池の効率的発電の為に必要な純水の消費量を低減する
事が考えられている。With the above-described configuration, the second reaction chamber 9
Since the water vapor contained in the air discharged from the fuel cell is condensed and collected in the water storage tank 24, the consumption of pure water required for efficient power generation of the fuel cell can be reduced. That is, it is sent out from the water storage tank 24 and sent to the hydrogen humidifier 15 and the air humidifier 19 by the second water pump 30.
Further, the pure water fed into the first reaction chamber 6 and the second reaction chamber 9 only plays a role of efficiently performing the reaction in each of the reaction chambers 6, 9. ,
It is not consumed within 9. The gas discharged from the second reaction chamber 9 includes the air humidifier 1.
9 in addition to the water vapor supplied into the air,
Resulting in partial, 2H + + O 2/2 + 2e - → contains steam generated by H 2 O becomes reactions. Therefore, conventionally, by providing the condenser 20, the water vapor contained in the air discharged from the second reaction chamber 9 is condensed and collected in the water storage tank 24, so that the efficient power generation of the fuel cell is achieved. It is considered to reduce the consumption of pure water necessary for this purpose.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述の様に構成し作用
する、従来の燃料電池用純水回収装置の場合、コンデン
サ20部分での、各冷却流路21、21内を流通する気
体中に含まれる水蒸気の凝縮が必ずしも効率良く行なわ
れない。この様に凝縮が非能率的で純水の回収率が低い
主な理由は、次のに示した2通りである。In the case of the conventional pure water recovery apparatus for a fuel cell which is constructed and operates as described above, the gas flowing through the cooling passages 21 and 21 in the condenser 20 portion is contained in the gas. Condensation of the contained water vapor is not always performed efficiently. The main reasons why the condensation is inefficient and the recovery of pure water is low are as follows.
【0011】 季節等により変化する外気温度にもよ
るが、例えば夏期に於いては、上記コンデンサ20の冷
媒流路25、25内を流通する冷却水の温度は60〜7
0℃程度に達する。一方、従来構造の場合には、上記コ
ンデンサ20の各冷却流路21、21の下流端は大気に
解放しており、従ってこれら各冷却流路21、21内の
圧力は、ほぼ大気圧であった。そして、第二反応室9か
ら排出され、上記各冷却流路21、21内を流通する気
体が大気圧下で凝縮し始める温度である、大気圧下での
飽和温度は、80℃程度である。この為、この飽和温度
と上記冷却水の温度との差が小さく、上記各冷却流路2
1、21内を流通する気体中に含まれる水蒸気の凝縮が
効率良く行なわれずに、上記純水の回収率が低くなる。For example, in summer, the temperature of the cooling water flowing through the refrigerant passages 25 of the condenser 20 ranges from 60 to 7 depending on the outside air temperature that changes depending on the season and the like.
It reaches about 0 ° C. On the other hand, in the case of the conventional structure, the downstream ends of the cooling passages 21 and 21 of the condenser 20 are open to the atmosphere, so that the pressure in the cooling passages 21 and 21 is almost atmospheric pressure. Was. Then, the saturation temperature under atmospheric pressure, which is the temperature at which the gas discharged from the second reaction chamber 9 and flowing through each of the cooling channels 21, 21 starts to condense under atmospheric pressure, is about 80 ° C. . Therefore, the difference between the saturation temperature and the temperature of the cooling water is small,
The condensation of the water vapor contained in the gas flowing through the insides 1, 21 is not efficiently performed, and the recovery rate of the pure water is reduced.
【0012】 やはり季節等により変化する外気温度
にもよるが、例えば夏期に於いては、上記コンデンサ2
0の各冷却流路21、21内を流通する空気中に含まれ
る水蒸気は過熱状態である。過熱水蒸気と他の流体との
熱伝達は、所謂気体の熱伝達状態である為に伝達係数が
低く、この過熱水蒸気を冷却しにくい。しかも、この過
熱水蒸気を凝縮させる為には、上記空気の温度を水蒸気
の飽和温度に低下させた後、更にそれ以上低下させる必
要がある。この為、やはり上記各冷却流路21、21内
を流通する気体中に含まれる水蒸気の凝縮が効率良く行
なわれずに、上記純水の回収率が低くなる。Although it depends on the outside air temperature which changes with the season and the like, for example, in the summer,
The water vapor contained in the air flowing through each of the 0 cooling channels 21 is in an overheated state. The heat transfer between the superheated steam and another fluid is a so-called gas heat transfer state, so that the heat transfer coefficient is low, and it is difficult to cool the superheated steam. Moreover, in order to condense the superheated steam, it is necessary to lower the temperature of the air to the saturation temperature of the steam and then further lower it. Therefore, the condensation of the water vapor contained in the gas flowing through the cooling channels 21 is not efficiently performed, and the recovery rate of the pure water is reduced.
【0013】上述したの様な原因で生じる、純水の
回収率の低下を防止する為には、上記コンデンサ20を
大型化する事が考えられるが、電気自動車等の燃料電池
を搭載した機械・装置の大型化並びに重量の増大を招く
為、好ましくない。本発明の燃料電池用純水回収装置
は、上述の様な事情に鑑みて、上記コンデンサ20を大
型化する事なく、純水の回収率を向上させるべく発明し
たものである。In order to prevent a reduction in the recovery rate of pure water caused by the above-mentioned causes, it is conceivable to increase the size of the condenser 20. This is not preferable because it causes an increase in the size and weight of the device. The pure water recovery device for a fuel cell according to the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has been invented to improve the pure water recovery rate without increasing the size of the condenser 20.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池用純水
回収装置は何れも、従来から知られている燃料電池用純
水回収装置と同様に、コンデンサを設けている。そし
て、このコンデンサは、燃料電池スタックから排出され
た気体中に含まれる水蒸気を凝縮させて回収すべく、こ
の気体及び凝縮水を流通させる冷却流路と、この冷却流
路の上流端に設けられ、上記燃料電池スタックの空気極
の排気口から送り出される気体を受け入れる気体受け入
れ口と、上記冷却流路中で上記水蒸気が凝縮する事によ
り生じた凝縮水を貯水タンクに戻す為の凝縮水吐出口
と、この凝縮水を除いた気体を排出する為の第二の排気
口と、上記冷却流路内を流れる気体を冷却する為の冷媒
を流通させる為の冷媒流路とを備える。Each of the pure water recovering apparatuses for a fuel cell according to the present invention is provided with a condenser, similarly to the conventionally known pure water recovering apparatus for a fuel cell. In order to condense and recover water vapor contained in the gas discharged from the fuel cell stack, the condenser is provided at a cooling flow path through which the gas and the condensed water flow, and at an upstream end of the cooling flow path. A gas receiving port for receiving gas sent out from an exhaust port of the air electrode of the fuel cell stack, and a condensed water discharge port for returning condensed water generated by condensation of the water vapor in the cooling flow path to a water storage tank. A second exhaust port for discharging the gas excluding the condensed water, and a refrigerant flow path for flowing a refrigerant for cooling the gas flowing in the cooling flow path.
【0015】特に、請求項1に記載した燃料電池用純水
回収装置に於いては、上記冷却流路よりも下流側に、こ
の冷却流路を流通する気体の流れに対する抵抗となって
この冷却流路内の圧力を上昇させる抵抗部を設けてい
る。又、請求項3に記載した燃料電池用純水回収装置に
於いては、上記排気口と上記気体受け入れ口との間の気
体送り流路の途中に、この気体送り流路内を上記冷却流
路に向け送られる気体中に水を噴射する為の噴射弁を設
けている。In particular, in the pure water recovery apparatus for a fuel cell according to the first aspect, the cooling water flow path is provided with a resistance to the flow of gas flowing through the cooling flow path downstream of the cooling flow path. A resistance portion for increasing the pressure in the flow path is provided. In the pure water recovery device for a fuel cell according to the third aspect, the cooling flow may flow through the gas supply passage in the middle of the gas supply passage between the exhaust port and the gas receiving port. An injection valve for injecting water into the gas sent to the road is provided.
【0016】[0016]
【作用】上述の様に構成する本発明の燃料電池用純水回
収装置によれば、コンデンサを大型化する事なく、純水
の回収率を向上させる事ができる。先ず、請求項1に記
載した燃料電池用純水回収装置の場合には、冷却流路内
の圧力が上昇する分、この冷却流路内を流通する気体の
飽和温度が高くなる。この為、この飽和温度と冷媒流路
内を流通する冷媒の温度との差を大きくできて、その
分、上記気体中に含まれる水蒸気が凝縮し易くなる。
又、請求項3に記載した燃料電池用純水回収装置の場合
には、冷却流路内を流通する気体の温度が低下すると共
に、この気体中の水蒸気が飽和蒸気乃至は湿り蒸気とな
る。この為、上記冷媒流路内を流通する冷媒と水蒸気と
の熱伝達が、伝達係数が高い凝縮熱伝達となり、この水
蒸気の温度を効率良く低下させる事ができる。更に、こ
の水蒸気の温度低下がそのままこの水蒸気の凝縮に結び
付く為、この水蒸気の凝縮・液化を効率良く行なわせる
事ができる。According to the pure water recovery apparatus for a fuel cell of the present invention constructed as described above, the pure water recovery rate can be improved without increasing the size of the condenser. First, in the case of the pure water recovery device for a fuel cell according to the first aspect, the saturation temperature of the gas flowing in the cooling flow channel increases as the pressure in the cooling flow channel increases. For this reason, the difference between the saturation temperature and the temperature of the refrigerant flowing in the refrigerant channel can be increased, and accordingly, the water vapor contained in the gas is easily condensed.
Further, in the case of the fuel cell pure water recovery device according to the third aspect, the temperature of the gas flowing through the cooling flow path decreases, and the water vapor in the gas becomes saturated steam or wet steam. Therefore, the heat transfer between the refrigerant flowing through the refrigerant flow path and the water vapor is condensed heat transfer having a high transfer coefficient, and the temperature of the water vapor can be efficiently reduced. Further, since the temperature decrease of the steam directly leads to the condensation of the steam, the condensation and liquefaction of the steam can be performed efficiently.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】図1〜2は、請求項1、2、8に
対応する、本発明の実施の形態の第1例を示している。
尚、本例の特徴は、コンデンサ20部分での純水の回収
率を向上させるべく、このコンデンサ20を構成する冷
却流路21、21(図10参照)内の圧力を高くする点
にある。その他の部分の構造及び作用は、前述した従来
構造と同様であるから、同等部分に関する説明は省略若
しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明
する。1 and 2 show a first embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2 and 8. FIG.
The feature of the present embodiment is that the pressure in the cooling passages 21 and 21 (see FIG. 10) constituting the condenser 20 is increased in order to improve the recovery rate of the pure water at the condenser 20 portion. Since the structure and operation of the other parts are the same as those of the above-described conventional structure, the description of the equivalent parts will be omitted or simplified, and the following description will focus on the characteristic parts of the present invention.
【0018】上記コンデンサ20を構成する上記各冷却
流路21、21の下流端に設けた吐出口23(図10参
照)の下流側に、この吐出口23から排出される気体の
流れに対する抵抗となる絞り弁31を設けている。この
絞り弁31は、図示しない制御器からの指令により流路
面積を調整自在である。そして、この流路面積を狭くし
た場合には、上記各冷却流路21、21の背圧を高くし
て、これら各冷却流路21、21内の圧力を上昇させ
る。これに対して、上記流路面積を広くした場合には、
上記各冷却流路21、21の背圧を低くして、これら各
冷却流路21、21内の圧力を低下させる(大気圧に近
づける)。The resistance to the flow of gas discharged from the discharge port 23 is provided downstream of the discharge port 23 (see FIG. 10) provided at the downstream end of each of the cooling passages 21 constituting the condenser 20. Is provided. This throttle valve 31 is capable of adjusting the flow path area in response to a command from a controller (not shown). When the flow passage area is reduced, the back pressure of each of the cooling flow passages 21 is increased to increase the pressure in each of the cooling flow passages 21. On the other hand, when the flow area is increased,
By lowering the back pressure of each of the cooling channels 21, 21, the pressure in each of the cooling channels 21, 21 is reduced (close to the atmospheric pressure).
【0019】上記制御器には、貯水タンク24内の水位
を検知する為の水位センサ32の信号を入力している。
そしてこの制御器は、この水位センサ32が検出する上
記貯水タンク24内の水位が低い場合に上記絞り弁31
の流路面積を狭くして上記各冷却流路21、21内の圧
力を高くする。A signal from a water level sensor 32 for detecting the water level in the water storage tank 24 is input to the controller.
The controller operates the throttle valve 31 when the water level in the water storage tank 24 detected by the water level sensor 32 is low.
And the pressure in each of the cooling channels 21 is increased.
【0020】上述の様に構成する本例の燃料電池用純水
回収装置によれば、上記各冷却流路21、21内の圧力
が上昇する分、これら各冷却流路21、21内を流通す
る気体の飽和温度が高くなる。この為、この飽和温度
と、各冷媒流路25、25(図10参照)内を流通する
冷却水の温度との差を大きくできて、その分、上記各冷
却流路21、21内を流通する気体中に含まれる水蒸気
が凝縮し易くなる。According to the pure water recovery apparatus for a fuel cell of this embodiment constructed as described above, the pressure in each of the cooling passages 21 is increased by the amount of increase in the pressure in each of the cooling passages 21. The temperature of the saturated gas increases. For this reason, the difference between the saturation temperature and the temperature of the cooling water flowing through each of the coolant flow paths 25, 25 (see FIG. 10) can be increased. Water vapor contained in the generated gas is easily condensed.
【0021】図2は、本例の効果を確認する為に行なっ
た実験の結果を表している。この図2は、横軸に上記各
冷却流路21、21内を流れる、水蒸気を含む気体の流
量を、縦軸にこれら各冷却流路21、21内で水蒸気が
凝縮・液化する事により発生した純水の量を、それぞれ
表している。尚、上記水蒸気を含む気体としては、上記
各冷却流路21、21の上流端部分での温度が90℃
で、水蒸気を20重量%含む空気を使用した。この様な
条件で行なった実験の結果を示す図2で、実線aは上記
各冷却流路21、21内の圧力が1.1気圧(絶対圧)
の場合を、鎖線bは同じく1.4気圧の場合を、それぞ
れ示している。尚、この圧力は前記コンデンサ20の入
口部分で測定したが、出口部分に関してもほぼ同じ圧力
であると考えられる。FIG. 2 shows the results of an experiment conducted to confirm the effect of this embodiment. In FIG. 2, the horizontal axis represents the flow rate of the gas containing water vapor flowing through each of the cooling channels 21, 21, and the vertical axis represents the water vapor generated by condensation and liquefaction of the water vapor within each of the cooling channels 21, 21. The amount of pure water used is shown. In addition, as the gas containing the water vapor, the temperature at the upstream end portion of each of the cooling passages 21 is 90 ° C.
And air containing 20% by weight of water vapor was used. In FIG. 2 showing the results of the experiment performed under such conditions, the solid line a indicates that the pressure in each of the cooling passages 21 is 1.1 atm (absolute pressure).
, And the dashed line b indicates the case of 1.4 atm. Although this pressure was measured at the inlet of the condenser 20, it is considered that the pressure is almost the same at the outlet.
【0022】この様な図2から明らかな通り、上記各冷
却流路21、21内の圧力を高くする事により、上記コ
ンデンサ20部分での水蒸気の凝縮・液化量を多くし
て、純水の回収量を多くできる。尚、上記コンデンサ2
0部分での純水の回収量を多くする事のみを考えた場合
には、前記絞り弁31の流路を狭くしたままとし、上記
各冷却流路21、21内の圧力を高くしたままとすれば
良い。但し、この様にした場合には、燃料電池スタック
12を構成する各セル1の第二反応室9(図8参照)内
に空気を送り込む為のコンプレッサ18を駆動する為の
動力が常に大きくなり、その分、上記燃料電池スタック
12で発生する電力のうち、この燃料電池の内部での消
費量が多くなる。そして、電気自動車の走行等の為、外
部に取り出せる電力量が少なくなる。そこで、本例の場
合には、前記貯水タンク24内の貯水量に応じて上記絞
り弁31の開度を調節し、上記電力の消費を抑えつつ、
この貯水タンク24内の貯水量が不足しない様に構成し
ている。As is apparent from FIG. 2, by increasing the pressure in each of the cooling passages 21, the amount of condensation and liquefaction of steam in the condenser 20 is increased, and The amount of collection can be increased. The above capacitor 2
In the case where only the recovery amount of pure water in the zero part is considered, the flow path of the throttle valve 31 is kept narrow, and the pressure in the cooling flow paths 21 and 21 is kept high. Just do it. However, in such a case, the power for driving the compressor 18 for sending air into the second reaction chamber 9 (see FIG. 8) of each cell 1 constituting the fuel cell stack 12 always increases. Accordingly, of the electric power generated in the fuel cell stack 12, the amount of consumption inside the fuel cell increases. In addition, the amount of electric power that can be extracted to the outside for running the electric vehicle or the like is reduced. Therefore, in the case of this example, the opening degree of the throttle valve 31 is adjusted in accordance with the amount of water stored in the water storage tank 24, and while suppressing the power consumption,
It is configured such that the amount of water stored in the water storage tank 24 is not insufficient.
【0023】次に、図3〜6は、請求項3、4、5、8
に対応する、本発明の実施の形態の第2例を示してい
る。本例の特徴は、コンデンサ20部分での純水の回収
率を向上させるべく、このコンデンサ20を構成する冷
却流路21、21(図10参照)内に送り込む、水蒸気
を含む空気の湿度を高くする点にある。その他の部分の
構造及び作用は、前述した従来構造と同様であるから、
同等部分に関する説明は省略若しくは簡略にし、以下、
本発明の特徴部分を中心に説明する。Next, FIGS.
5 shows a second example of the embodiment of the present invention corresponding to FIG. The feature of this example is that in order to improve the recovery rate of pure water at the condenser 20, the humidity of the air containing water vapor, which is sent into the cooling passages 21 and 21 (see FIG. 10) constituting the condenser 20, is increased. Is to do. Since the structure and operation of the other parts are the same as the conventional structure described above,
Description of equivalent parts is omitted or simplified.
The following description focuses on features of the present invention.
【0024】本例の場合には、燃料電池スタック12を
構成する各セル1の排気口11(図8参照)と上記コン
デンサ20に設けた気体受け入れ口22(図10参照)
との間の気体送り流路33の途中に、噴射弁34を設け
ている。そして、この噴射弁34により、この気体送り
流路33内を上記各冷却流路21、21に向け送られる
気体中に水を噴射自在としている。即ち、貯水タンク2
4から取り出され、第二の送水ポンプ30により加圧さ
れた純水の一部を上記噴射弁34に送り込み、上記気体
送り流路33内を流れる気体を加湿自在としている。In the case of this embodiment, the exhaust port 11 of each cell 1 constituting the fuel cell stack 12 (see FIG. 8) and the gas receiving port 22 provided in the condenser 20 (see FIG. 10).
An injection valve 34 is provided in the middle of the gas feed passage 33 between the two. The injection valve 34 allows water to be freely injected into the gas sent to the cooling channels 21 in the gas feed channel 33. That is, the water storage tank 2
Part of the pure water taken out of the pump 4 and pressurized by the second water pump 30 is fed into the injection valve 34, and the gas flowing in the gas feed channel 33 can be humidified.
【0025】更に、図示の例の場合には、上記貯水タン
ク24から上記噴射弁34に純水を供給する為の給水通
路35の途中に、請求項4〜5に記載した制御弁に相当
する流量調整弁36を設けて、この給水通路35内を上
記噴射弁34に向けて送られる水量を調節自在としてい
る。尚、上記流量調整弁36としては、上記給水通路3
5を完全に遮断できるものを使用している。そして、上
記流量調整弁36の流路面積(遮断の為に面積を零とす
る場合も含む)を調節する為の図示しない制御器に、上
記貯水タンク24内の水位を検知する為の水位センサ3
2の信号と、上記コンデンサ20の各冷却流路21、2
1に送り込まれる気体の温度及び圧力を検出する為の温
度センサ及び圧力センサの信号とを入力している。Further, in the case of the illustrated example, the control valve corresponds to a control valve according to claims 4 and 5 in the middle of a water supply passage 35 for supplying pure water from the water storage tank 24 to the injection valve 34. A flow control valve 36 is provided so that the amount of water sent to the injection valve 34 in the water supply passage 35 can be adjusted. The flow control valve 36 includes the water supply passage 3.
The one that can completely block 5 is used. A water level sensor for detecting the water level in the water storage tank 24 is provided to a controller (not shown) for adjusting the flow path area of the flow rate adjusting valve 36 (including a case where the area is set to zero for blocking). 3
2 and the cooling channels 21 and 2 of the condenser 20.
The temperature sensor and the pressure sensor signal for detecting the temperature and pressure of the gas sent into the apparatus 1 are input.
【0026】そして、この制御器は、上記水位センサ3
2が検出する上記貯水タンク24内の水位が低い場合に
上記流量調整弁36を解放して、上記噴射弁34から上
記気体送り流路33内に純水を噴出可能とする。又、上
記制御器は、上記水位センサ32が検出する、上記貯水
タンク24内の水量が少ない場合で、しかも、上記温度
センサが検出する上記気体の温度が、上記圧力センサが
検出するこの気体の圧力に応じて定められる値以上であ
る場合に上記流量調整弁36を解放して、上記気体送り
流路33内に水を噴出させる。図4は、この気体送り流
路33内に水を噴出させる、上記温度と圧力との関係を
示している。この様な図4の横軸は、前記燃料電池スタ
ック12の排気口から排出される気体の圧力を、縦軸は
同じく温度を、それぞれ表している。そして、上記温度
センサが検出する上記気体の温度が、上記図4に記載し
た曲線αよりも上側である場合に、上記噴射弁34から
上記気体送り流路33内に純水を噴出可能とする。The controller controls the water level sensor 3
When the water level in the water storage tank 24 detected by 2 is low, the flow control valve 36 is released to allow pure water to be ejected from the injection valve 34 into the gas feed passage 33. In addition, the controller is configured to detect when the water level sensor 32 detects that the amount of water in the water storage tank 24 is small, and that the temperature of the gas detected by the temperature sensor is equal to the temperature of the gas detected by the pressure sensor. When the pressure is equal to or more than the value determined in accordance with the pressure, the flow control valve 36 is released, and water is jetted into the gas feed passage 33. FIG. 4 shows the relationship between the temperature and the pressure at which water is jetted into the gas feed channel 33. The horizontal axis of FIG. 4 represents the pressure of the gas discharged from the exhaust port of the fuel cell stack 12, and the vertical axis similarly represents the temperature. Then, when the temperature of the gas detected by the temperature sensor is above the curve α described in FIG. 4, pure water can be ejected from the injection valve 34 into the gas feed passage 33. .
【0027】上述の様に構成する本例の燃料電池用純水
回収装置の場合には、上記噴射弁34から上記気体送り
流路33内に純水を噴出させる事に伴って、前記コンデ
ンサ20の各冷却流路21、21内を流通する気体の温
度が低下すると共に、この気体中の水蒸気が飽和蒸気乃
至は湿り蒸気となる。この為、上記コンデンサ20を構
成する冷媒流路25、25(図10参照)内を流通する
冷却水と水蒸気との熱伝達が、伝達係数が高い凝縮熱伝
達となり、この水蒸気の温度を効率良く低下させる事が
できる。更に、この水蒸気の温度低下がそのままこの水
蒸気の凝縮に結び付く為、この水蒸気の凝縮・液化を効
率良く行なわせる事ができる。In the case of the pure water recovery apparatus for a fuel cell according to the present embodiment having the above-described structure, the pure water is ejected from the injection valve 34 into the gas feed passage 33 and the condenser 20 is discharged. The temperature of the gas flowing through each of the cooling passages 21 decreases, and the water vapor in the gas becomes saturated steam or wet steam. For this reason, the heat transfer between the cooling water and the steam flowing in the refrigerant flow paths 25, 25 (see FIG. 10) constituting the condenser 20 becomes a condensation heat transfer with a high transfer coefficient, and the temperature of the steam is efficiently reduced. Can be lowered. Further, since the temperature decrease of the steam directly leads to the condensation of the steam, the condensation and liquefaction of the steam can be performed efficiently.
【0028】図5は、本例の効果を確認する為に行なっ
た第一の実験の結果を表している。この図5は、横軸に
上記各冷却流路21、21内を流れる、水蒸気を含む気
体の流量を、縦軸にこれら各冷却流路21、21内で水
蒸気が凝縮・液化する事により発生した純水の量を、そ
れぞれ表している。尚、上記水蒸気を含む気体として
は、上記各冷却流路21、21の上流端部分での温度が
90℃で水蒸気を20重量%含む空気と、同じく温度が
80℃で水蒸気を20重量%含む空気とを使用した。FIG. 5 shows the results of a first experiment performed to confirm the effect of the present embodiment. In FIG. 5, the horizontal axis represents the flow rate of the gas containing water vapor flowing through each of the cooling channels 21, 21, and the vertical axis represents the water vapor generated by condensation and liquefaction of the steam within each of the cooling channels 21, 21. The amount of pure water used is shown. As the gas containing water vapor, air having a temperature of 90 ° C. at the upstream end of each of the cooling passages 21 and 20 containing 20% by weight of steam and a gas containing 20% by weight of steam having a temperature of 80 ° C. Used with air.
【0029】この様な条件で行なった第一の実験の結果
を示す図5で、実線aは上記各冷却流路21、21内を
流れる気体の温度が90℃である場合を、鎖線bは同じ
く80℃である場合を、それぞれ示している。この様な
図5から明らかな通り、上記各冷却流路21、21内を
流れる気体の温度を低くすれば、上記コンデンサ20部
分での水蒸気の凝縮・液化量を多くして、純水の回収量
を多くできる。In FIG. 5 showing the results of the first experiment conducted under such conditions, the solid line a indicates the case where the temperature of the gas flowing through the cooling passages 21 is 90 ° C., and the chain line b indicates the case. Similarly, the case where the temperature is 80 ° C. is shown. As is apparent from FIG. 5, if the temperature of the gas flowing through each of the cooling passages 21 is lowered, the amount of condensation and liquefaction of steam at the condenser 20 is increased, and the pure water is recovered. The amount can be increased.
【0030】次に、図6は、本例の効果を確認する為に
行なった第二の実験の結果を表している。この図6は、
横軸に上記各冷却流路21、21内を流れる、水蒸気を
含む気体の流量を、縦軸にこれら各冷却流路21、21
内で水蒸気が凝縮・液化する事により発生した純水の量
を、それぞれ表している。尚、上記水蒸気を含む気体と
しては、上記各冷却流路21、21の上流端部分での温
度が90℃で水蒸気を15重量%含む空気と、同じく温
度が90℃で水蒸気を15重量%含む空気とを使用し
た。FIG. 6 shows the results of a second experiment conducted to confirm the effect of the present embodiment. This FIG.
The abscissa indicates the flow rate of the gas containing water vapor flowing through the cooling passages 21, 21, and the ordinate indicates the cooling passages 21, 21.
Represents the amount of pure water generated by condensation and liquefaction of water vapor in the inside. As the gas containing water vapor, air having a temperature of 90 ° C. at the upstream end portion of each of the cooling passages 21 and 15 containing 15% by weight of water vapor, and a gas having a temperature of 90 ° C. and containing 15% by weight of water vapor Used with air.
【0031】この様な条件で行なった第二の実験の結果
を示す図6で、実線aは上記各冷却流路21、21内を
流れる気体中の水蒸気の割合が15重量%である場合
を、鎖線bは同じく20重量%である場合を、それぞれ
示している。この様な図6から明らかな通り、上記各冷
却流路21、21内を流れる気体中に含まれる水蒸気の
割合を多くすれば、上記コンデンサ20部分での水蒸気
の凝縮・液化量を多くできる。しかも、やはり上記図6
から明らかな通り、凝縮液化量が増大する割合は、上記
気体中に含まれる水蒸気の割合以上に多くなる。この事
から明らかな通り、前記噴射弁34を通じて上記各冷却
流路21、21内に、適正量の純水を噴射すれば、この
純水の噴射量以上に凝縮・液化量を多くして、純水の回
収量を多くできる。即ち、前述の図4で示した範囲で上
記噴射弁34を通じての純水の噴射を行なえば、噴射量
以上に凝縮・液化量を多くして、前記貯水タンク24内
の純水の減量を抑える事ができる。尚、本例の構造を実
施する場合に、前記燃料電池スタック12の排気口から
排出される気体の圧力と温度とに応じて前記流量調整弁
36を開閉制御するだけでなく、流路面積を細かく調整
すれば、上記純水の回収率をより向上させる事ができ
る。In FIG. 6 showing the results of the second experiment conducted under such conditions, the solid line a indicates the case where the ratio of water vapor in the gas flowing through each of the cooling passages 21 is 15% by weight. , The dashed line b indicates the case where the weight is 20% by weight. As is apparent from FIG. 6, if the proportion of water vapor contained in the gas flowing through each of the cooling passages 21 is increased, the amount of water vapor condensed and liquefied at the condenser 20 can be increased. Moreover, FIG.
As is clear from the above, the rate at which the amount of condensed and liquefied liquid increases is greater than the rate of water vapor contained in the gas. As is evident from this, if an appropriate amount of pure water is injected into each of the cooling passages 21 through the injection valve 34, the amount of condensation and liquefaction is increased more than the injection amount of the pure water. The amount of pure water recovered can be increased. That is, if the pure water is injected through the injection valve 34 in the range shown in FIG. 4 described above, the amount of condensation and liquefaction is increased more than the injection amount, and the reduction of the pure water in the water storage tank 24 is suppressed. Can do things. When the structure of the present embodiment is implemented, not only the flow control valve 36 is controlled to open and close according to the pressure and temperature of the gas discharged from the exhaust port of the fuel cell stack 12, but also the flow path area is reduced. If finely adjusted, the recovery rate of the pure water can be further improved.
【0032】次に、図7は、請求項6〜8に対応する、
本発明の実施の形態の第3例を示している。本例の場合
には、絞り弁31を設けて各冷却流路21、21(図1
0参照)の背圧を高くし、これら各冷却流路21、21
内の圧力を上昇させると同時に、噴射弁34から気体送
り流路33内に純水を噴射する事で、この気体送り流路
33内を流れる気体を加湿自在としている。この様な本
例の場合には、前述した第1例の作用と上述した第2例
の作用とを合わせ持たせる事により、燃料電池スタック
12から排出される気体中に含まれる水蒸気の回収率
を、より向上させる事ができる。Next, FIG. 7 corresponds to claims 6 to 8.
13 shows a third example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, a throttle valve 31 is provided to provide each cooling passage 21, 21 (FIG. 1).
0), and the cooling passages 21 and 21 are increased.
By increasing the internal pressure and simultaneously injecting pure water from the injection valve 34 into the gas feed channel 33, the gas flowing through the gas feed channel 33 can be humidified. In the case of the present embodiment, by combining the operation of the first example described above and the operation of the second example described above, the recovery rate of the water vapor contained in the gas discharged from the fuel cell stack 12 is improved. Can be further improved.
【0033】[0033]
【発明の効果】本発明の燃料電池用純水回収装置は、以
上に述べた通り構成され作用する為、燃料電池スタック
から排出される気体中に含まれる水蒸気の回収率を向上
させて、純水の量が不足する事を防止できる。この為、
燃料電池を動力源とする電気自動車の運行時に、燃料電
池の発電効率を確保する為の純水が出先で不足する事を
防止して、上記電気自動車の安定した運行に寄与でき
る。The pure water recovery apparatus for a fuel cell according to the present invention is constructed and operates as described above. Therefore, the recovery rate of water vapor contained in the gas discharged from the fuel cell stack is improved, Insufficient amount of water can be prevented. Because of this,
During operation of an electric vehicle using a fuel cell as a power source, it is possible to prevent a shortage of pure water at a location where power generation efficiency of the fuel cell is secured, thereby contributing to stable operation of the electric vehicle.
【図1】本発明の実施の形態の第1例を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first example of an embodiment of the present invention.
【図2】第1例の効果を確認する為に行なった実験の結
果を示す線図。FIG. 2 is a diagram showing the results of an experiment performed to confirm the effects of the first example.
【図3】本発明の実施の形態の第2例を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a second example of the embodiment of the present invention.
【図4】噴射弁からの水噴射を行なう条件を表した線
図。FIG. 4 is a diagram showing conditions for performing water injection from an injection valve.
【図5】第2例の効果を確認する為に行なった第一の実
験の結果を示す線図。FIG. 5 is a diagram showing the results of a first experiment performed to confirm the effect of the second example.
【図6】同じく第二の実験の結果を示す線図。FIG. 6 is a diagram showing the results of the second experiment.
【図7】本発明の実施の形態の第3例を示す回路図。FIG. 7 is a circuit diagram showing a third example of the embodiment of the present invention.
【図8】燃料電池の発電原理を説明する為に使用する、
セルの略断面図。FIG. 8 is used to explain the power generation principle of a fuel cell;
Schematic sectional view of a cell.
【図9】従来から考えられていた構造の1例を示す回路
図。FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a structure conventionally considered.
【図10】純水を回収する為のコンデンサの1例を示す
略斜視図。FIG. 10 is a schematic perspective view showing an example of a condenser for collecting pure water.
1 セル 2 電解質 3 水素極 4 空気極 5 薄膜 6 第一反応室 7 水素供給口 8 水素環流口 9 第二反応室 10 酸素供給口 11 排気口 12 燃料電池スタック 13 インバータ 14 エジェクタ 15 水素加湿器 16 環流路 17 仕切弁 18 コンプレッサ 19 空気加湿器 20 コンデンサ 21 冷却流路 22 気体受け入れ口 23 吐出口 24 貯水タンク 25 冷媒流路 26 冷媒入口 27 冷媒出口 28 ラジエータ 29 送水ポンプ 30 第二の送水ポンプ 31 絞り弁 32 水位センサ 33 気体送り流路 34 噴射弁 35 給水通路 36 流量調節弁 REFERENCE SIGNS LIST 1 cell 2 electrolyte 3 hydrogen electrode 4 air electrode 5 thin film 6 first reaction chamber 7 hydrogen supply port 8 hydrogen reflux port 9 second reaction chamber 10 oxygen supply port 11 exhaust port 12 fuel cell stack 13 inverter 14 ejector 15 hydrogen humidifier 16 Annular flow path 17 Gate valve 18 Compressor 19 Air humidifier 20 Condenser 21 Cooling flow path 22 Gas receiving port 23 Discharge port 24 Water storage tank 25 Refrigerant flow path 26 Refrigerant inlet 27 Refrigerant outlet 28 Radiator 29 Water pump 30 Second water pump 31 Restrictor Valve 32 Water level sensor 33 Gas feed passage 34 Injection valve 35 Water supply passage 36 Flow control valve
Claims (8)
に含まれる水蒸気を凝縮させて回収すべく、この気体及
び凝縮水を流通させる冷却流路と、この冷却流路の上流
端に設けられ、上記燃料電池スタックの空気極の排気口
から送り出される気体を受け入れる気体受け入れ口と、
上記冷却流路中で上記水蒸気が凝縮する事により生じた
凝縮水を貯水タンクに戻す為の凝縮水吐出口と、この凝
縮水を除いた気体を排出する為の第二の排気口と、上記
冷却流路内を流れる気体を冷却する為の冷媒を流通させ
る為の冷媒流路とを備えたコンデンサを設けた燃料電池
用純水回収装置に於いて、上記冷却流路よりも下流側
に、この冷却流路を流通する気体の流れに対する抵抗と
なってこの冷却流路内の圧力を上昇させる抵抗部を設け
た事を特徴とする燃料電池用純水回収装置。A cooling flow path for circulating the gas and condensed water for condensing and recovering water vapor contained in a gas discharged from the fuel cell stack; and a cooling flow path provided at an upstream end of the cooling flow path. A gas receiving port for receiving gas sent out from an exhaust port of the air electrode of the fuel cell stack;
A condensed water discharge port for returning condensed water generated by condensation of the water vapor in the cooling channel to the storage tank, a second exhaust port for discharging gas excluding the condensed water, In a fuel cell pure water recovery device provided with a condenser having a refrigerant flow path for flowing a refrigerant for cooling gas flowing in the cooling flow path, on the downstream side from the cooling flow path, A pure water recovery device for a fuel cell, comprising: a resistance portion for increasing the pressure in the cooling flow path as a resistance to the flow of gas flowing through the cooling flow path.
あり、この絞り弁の流路面積を調節する為の制御器に貯
水タンク内の水位を検知する為の水位センサの信号が入
力されており、この制御器は、この水位センサが検出す
る上記貯水タンク内の水位が低い場合に上記絞り弁の流
路面積を狭くして冷却流路内の圧力を高くする、請求項
1に記載した燃料電池用純水回収装置。And a controller for adjusting the flow path area of the throttle valve, wherein a signal of a water level sensor for detecting a water level in the water storage tank is provided. 2. The controller according to claim 1, wherein when the water level in the water storage tank detected by the water level sensor is low, the controller reduces the flow path area of the throttle valve to increase the pressure in the cooling flow path. 2. The pure water recovery device for a fuel cell according to 1.
に含まれる水蒸気を凝縮させて回収すべく、この気体及
び凝縮水を流通させる冷却流路と、この冷却流路の上流
端に設けられ、上記燃料電池スタックの空気極の排気口
から送り出される気体を受け入れる気体受け入れ口と、
上記冷却流路中で上記水蒸気が凝縮する事により生じた
凝縮水を貯水タンクに戻す為の凝縮水吐出口と、この凝
縮水を除いた気体を排出する為の第二の排気口と、上記
冷却流路内を流れる気体を冷却する為の冷媒を流通させ
る為の冷媒流路とを備えたコンデンサを設けた燃料電池
用純水回収装置に於いて、上記排気口と上記気体受け入
れ口との間の気体送り流路の途中に、この気体送り流路
内を上記冷却流路に向け送られる気体中に水を噴射する
為の噴射弁を設けた事を特徴とする燃料電池用純水回収
装置。3. A cooling flow path through which the gas and the condensed water flow to condense and recover water vapor contained in the gas discharged from the fuel cell stack, and an upstream end of the cooling flow path, A gas receiving port for receiving gas sent out from an exhaust port of the air electrode of the fuel cell stack;
A condensed water discharge port for returning condensed water generated by condensation of the water vapor in the cooling channel to the water storage tank, a second exhaust port for discharging gas excluding the condensed water, In a fuel cell pure water recovery device provided with a condenser having a refrigerant flow path for flowing a refrigerant for cooling a gas flowing in a cooling flow path, the exhaust port and the gas receiving port A fuel injection valve for injecting water into the gas sent through the gas feed passage toward the cooling flow passage in the middle of the gas feed flow passage between the two. apparatus.
中に、この給水通路を通じてこの噴射弁に水を送るか否
かを制御する為の制御弁が設けられており、この制御弁
の開閉を制御する為の制御器に貯水タンク内の水位を検
知する為の水位センサの信号が入力されており、この制
御器は、この水位センサが検出する上記貯水タンク内の
水位が低い場合に上記制御弁を解放して、上記給水通路
内に水を噴出させる、請求項3に記載した燃料電池用純
水回収装置。4. A control valve for controlling whether or not water is supplied to the injection valve through the water supply passage is provided in a water supply passage for supplying water to the injection valve. The signal of the water level sensor for detecting the water level in the water storage tank is input to the controller for controlling the opening and closing of the water tank, and this controller is used when the water level in the water storage tank detected by the water level sensor is low. 4. The pure water recovery device for a fuel cell according to claim 3, wherein the control valve is released to eject water into the water supply passage.
中に、この給水通路を通じてこの噴射弁に水を送るか否
かを制御する為の制御弁が設けられており、この制御弁
の開閉を制御する為の制御器に、燃料電池スタックの排
気口から排出される気体の温度及び圧力を検出する為の
温度センサ及び圧力センサの信号が入力されており、こ
の制御器は、この温度センサが検出する上記気体の温度
が、上記圧力センサが検出するこの気体の圧力に応じて
定められる値以上である場合に上記制御弁を解放して、
気体送り流路内に水を噴出させる、請求項3〜4の何れ
かに記載した燃料電池用純水回収装置。5. A control valve for controlling whether water is sent to the injection valve through the water supply passage is provided in a water supply passage for supplying water to the injection valve. The controller for controlling the opening and closing of the is input with the signals of the temperature sensor and the pressure sensor for detecting the temperature and the pressure of the gas discharged from the exhaust port of the fuel cell stack. When the temperature of the gas detected by the temperature sensor is equal to or higher than a value determined according to the pressure of the gas detected by the pressure sensor, the control valve is released,
The pure water recovery device for a fuel cell according to any one of claims 3 to 4, wherein water is jetted into the gas feed passage.
を流通する気体の流れに対する抵抗となってこの冷却流
路内の圧力を上昇させる抵抗部を設けた、請求項3〜5
の何れかに記載した燃料電池用純水回収装置。6. A cooling device further comprising a resistance portion provided downstream of the cooling passage to increase the pressure in the cooling passage as a resistance to the flow of gas flowing through the cooling passage.
The pure water recovery device for a fuel cell according to any one of the above.
あり、この絞り弁の流路面積を調節する為の制御器に貯
水タンク内の水位を検知する為の水位センサの信号が入
力されており、この制御器は、この水位センサが検出す
る上記貯水タンク内の水位が低い場合に上記絞り弁の流
路面積を狭くして冷却流路内の圧力を高くする、請求項
6に記載した燃料電池用純水回収装置。7. A throttle valve whose resistance section is adjustable in flow path area. A controller for adjusting the flow path area of the throttle valve outputs a signal of a water level sensor for detecting a water level in the water storage tank. 7. The controller according to claim 6, wherein when the water level in the water storage tank detected by the water level sensor is low, the controller reduces the flow path area of the throttle valve to increase the pressure in the cooling flow path. 2. The pure water recovery device for a fuel cell according to 1.
下流端に、凝縮水吐出口と第二の排気口とが単一の吐出
口として設けられており、これら凝縮水吐出口と第二の
排気口とは、この単一の吐出口の下流側に設けられた気
液分離機の下流端に設けられている、請求項1〜7の何
れかに記載した燃料電池用純水回収装置。8. A condensed water discharge port and a second exhaust port are provided as a single discharge port at a downstream end of a cooling flow path provided in the condenser body. 8. The pure water recovery device for a fuel cell according to claim 1, wherein the exhaust port is provided at a downstream end of a gas-liquid separator provided downstream of the single discharge port. .
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|---|---|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005353410A (en) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Toyota Motor Corp | Fuel cell cooling device and vehicle equipped with the same |
| JP2010199092A (en) * | 2010-06-10 | 2010-09-09 | Panasonic Corp | Fuel cell system |
| KR101335260B1 (en) * | 2012-01-13 | 2013-12-03 | 삼성중공업 주식회사 | Fuel cell exhausting gas disposal device for ship |
| KR101358129B1 (en) * | 2012-02-01 | 2014-02-07 | 삼성중공업 주식회사 | Fuel cell exhausting gas condensing device |
| CN108169688A (en) * | 2017-12-28 | 2018-06-15 | 上海神力科技有限公司 | Fuel battery test platform humidifies gas and battery pile water balance detection device and method |
| JP2022025815A (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-10 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | Fuel cell vehicle |
-
2000
- 2000-12-05 JP JP2000369554A patent/JP2002170588A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005353410A (en) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Toyota Motor Corp | Fuel cell cooling device and vehicle equipped with the same |
| JP2010199092A (en) * | 2010-06-10 | 2010-09-09 | Panasonic Corp | Fuel cell system |
| KR101335260B1 (en) * | 2012-01-13 | 2013-12-03 | 삼성중공업 주식회사 | Fuel cell exhausting gas disposal device for ship |
| KR101358129B1 (en) * | 2012-02-01 | 2014-02-07 | 삼성중공업 주식회사 | Fuel cell exhausting gas condensing device |
| CN108169688A (en) * | 2017-12-28 | 2018-06-15 | 上海神力科技有限公司 | Fuel battery test platform humidifies gas and battery pile water balance detection device and method |
| JP2022025815A (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-10 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | Fuel cell vehicle |
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