JP2008288038A - Fuel cell scavenging method, humidifier, and fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】補機の増加を抑え、簡易な構成で掃気時の加湿を抑制することにより高速な掃気を実現する燃料電池の掃気方法、加湿器、及び燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】加湿器15により加湿された酸化ガスを用いて電気化学反応を行なう燃料電池2を掃気する方法において、前記加湿器15は、一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器15の前記酸化ガス流路の外周部の流れを阻害し、中央部の流量を相対的に増加させた状態で、該加湿器15を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なう。
【選択図】図1To provide a fuel cell scavenging method, a humidifier, and a fuel cell system that realize high-speed scavenging by suppressing an increase in auxiliary equipment and suppressing humidification during scavenging with a simple configuration.
In a method of scavenging a fuel cell 2 that performs an electrochemical reaction using an oxidizing gas humidified by a humidifier 15, the humidifier 15 has the oxidizing gas flowing from one end to the other end. The fuel cell is blocked by the oxidizing gas that has passed through the humidifier 15 in a state where the flow at the outer periphery of the oxidizing gas flow path of the humidifier 15 is inhibited and the flow rate at the center is relatively increased. Perform scavenging.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池の反応ガスを加湿可能な加湿器、該加湿器を備えた燃料電池システム、及び燃料電池の掃気方法に係り、特に、燃料電池の凍結防止を目的として掃気を行なう技術に関する。 The present invention relates to a humidifier capable of humidifying a reaction gas of a fuel cell, a fuel cell system including the humidifier, and a scavenging method of the fuel cell, and more particularly to a technique for scavenging for the purpose of preventing freezing of the fuel cell. .
近年、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池がエネルギー源として注目されている。例えば、燃料電池の一種である固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜を水素極(以下、「アノード」という場合がある。)と酸素極(以下、「カソード」という場合がある。)の両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層したスタックを備えて構成されている。 In recent years, fuel cells that generate electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen have attracted attention as energy sources. For example, in a polymer electrolyte fuel cell which is a kind of fuel cell, a solid polymer electrolyte membrane may be referred to as a hydrogen electrode (hereinafter sometimes referred to as “anode”) and an oxygen electrode (hereinafter referred to as “cathode”). ) And a stack in which a plurality of cells formed by being sandwiched from both sides are provided.
燃料電池には、アノードに燃料として水素ガスが、また、カソードには酸化剤として空気がそれぞれ供給される。例えば固体高分子型燃料電池の場合、アノードに供給された水素は、当該アノードの触媒との反応によって水素イオンを発生し、この水素イオンが固体高分子電解質膜を通過して、カソードで酸素と電気化学反応を起すことで発電する。 The fuel cell is supplied with hydrogen gas as fuel at the anode and air as oxidant at the cathode. For example, in the case of a solid polymer fuel cell, hydrogen supplied to the anode generates hydrogen ions by reaction with the catalyst of the anode, and the hydrogen ions pass through the solid polymer electrolyte membrane, and oxygen and oxygen at the cathode. It generates electricity by causing an electrochemical reaction.
また、燃料電池に供給される酸化ガスとしての空気は、効率よい発電を行うために加湿量を適切に調整する必要がある。そこで、加湿器を用い、燃料電池から排出された湿度の高い排気空気(酸化オフガス)から水分を取りだし、この水分により燃料電池に供給される空気を加湿して湿度を高めている。 Further, the air as the oxidizing gas supplied to the fuel cell needs to be appropriately adjusted in humidification amount in order to perform efficient power generation. Therefore, a humidifier is used to extract moisture from the exhaust air (oxidation off gas) having a high humidity exhausted from the fuel cell, and the humidity supplied to the fuel cell is humidified by this moisture to increase the humidity.
ところで、燃料電池の作動時における水素と酸素との電気化学反応には水の生成を伴う。生成された水が燃料電池内部に残留すると凍結により燃料電池の破損を引き起こす場合があるため、燃料電池の凍結防止のために、空気(酸化ガス)を燃料電池に送り込むことにより凍結の原因となる水や水蒸気を排出する掃気を行なう必要がある(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、上記のように酸化ガスを加湿する加湿器が設けられている場合には、燃料電池に送られる空気の加湿の度合い(湿度)が増加するために、掃気に時間が掛かることがある。この場合の対策の一つとしては、掃気運転時に加湿器をバイパスさせた空気を燃料電池に送り込むことが挙げられる。
ところが、加湿器をバイパスさせるためには、加湿器に接続するエアコンプレッサガスラインと燃料電池出口ガスライン、及び、これらラインが加湿器をバイパスするためのバイパスラインに合計4個のバルブを設置することが必要となる。また、これらすべての開閉制御が必要となる。さらには、加湿器の機能の一つである熱交換機能が果たされなくなるため、掃気前のエアコンプレッサガス温度制御が必要となる。
すなわち、バルブ数追加による補機増加となり、重量、コストアップと燃費の悪化、配管の複雑化(カソードシステムの大型化)、及び、掃気時の制御項目が増える等の問題点がある。
However, when a humidifier that humidifies the oxidizing gas as described above is provided, scavenging may take time because the degree of humidification (humidity) of the air sent to the fuel cell increases. One countermeasure in this case is to send air that bypasses the humidifier during the scavenging operation to the fuel cell.
However, in order to bypass the humidifier, a total of four valves are installed in the air compressor gas line and the fuel cell outlet gas line connected to the humidifier, and the bypass line for these lines to bypass the humidifier. It will be necessary. In addition, all these opening / closing controls are required. Furthermore, since the heat exchange function which is one of the functions of the humidifier is not performed, it is necessary to control the air compressor gas temperature before scavenging.
That is, the number of auxiliary machines increases due to the addition of the number of valves, and there are problems such as an increase in weight, cost and fuel consumption, complicated piping (larger cathode system), and increased control items during scavenging.
上記事情に鑑み、本発明は、補機の増加を抑え、簡易な構成で掃気時の加湿を抑制することにより高速な掃気を実現する燃料電池の掃気方法、加湿器、及び燃料電池システムを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a fuel cell scavenging method, a humidifier, and a fuel cell system that realize high-speed scavenging by suppressing humidification during scavenging with a simple configuration while suppressing an increase in auxiliary equipment. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池の掃気方法は、加湿器により加湿された酸化ガスを用いて電気化学反応による発電を行なう燃料電池を掃気する方法において、前記加湿器は、その内部の一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器の前記酸化ガス流路の外周部の流れを阻害し、中央部の流量を相対的に増加させた状態で、該加湿器を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なうものである。 In order to achieve the above object, a fuel cell scavenging method according to the present invention is a method of scavenging a fuel cell that performs power generation by an electrochemical reaction using an oxidizing gas humidified by a humidifier. In which the oxidizing gas flows from one end to the other end, obstructing the flow of the outer periphery of the oxidizing gas flow path of the humidifier, and relatively increasing the flow rate at the center, The fuel cell is scavenged by the oxidizing gas that has passed through the humidifier.
外周部は加湿性能が中央部よりも高い。この特性を利用し、掃気時には外周部の流れを相対的に中央部よりも低くすることで、加湿器の加湿性能を低下させる。その結果、燃料電池を掃気するガスの加湿量が低下し、燃料電池の掃気時間を短縮化できる。
掃気時には、ガスが外周部を全く流れないようにしてもよい。
The outer peripheral portion has higher humidification performance than the central portion. Utilizing this characteristic, the humidifying performance of the humidifier is lowered by making the flow at the outer peripheral portion relatively lower than that at the central portion during scavenging. As a result, the humidification amount of the gas scavenging the fuel cell is reduced, and the scavenging time of the fuel cell can be shortened.
During scavenging, the gas may not flow at all around the outer periphery.
また、本発明の燃料電池の掃気方法は、加湿器により加湿された酸化ガスを用いて電気化学反応による発電を行なう燃料電池を掃気する方法において、前記加湿器は、その内部の一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器の前記酸化ガス流路の外周部を冷却した状態で、該加湿器を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なうものである。 The scavenging method for a fuel cell according to the present invention is a method for scavenging a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction using an oxidizing gas humidified by a humidifier. The oxidizing gas flows to the end, and the fuel cell is scavenged by the oxidizing gas that has passed through the humidifier while the outer periphery of the oxidizing gas flow path of the humidifier is cooled. is there.
外周部は加湿性能が中央部よりも高い。また、加湿器は温度が高いほど加湿性能が高い。この特性を利用し、掃気時には外周部の温度を低下させ、加湿性能を低下させる。その結果、燃料電池を掃気するガスの加湿量が低下し、燃料電池の掃気時間を短縮化できる。 The outer peripheral portion has higher humidification performance than the central portion. Further, the humidifier has higher humidification performance as the temperature is higher. Utilizing this characteristic, the temperature of the outer peripheral portion is lowered during scavenging to reduce the humidification performance. As a result, the humidification amount of the gas scavenging the fuel cell is reduced, and the scavenging time of the fuel cell can be shortened.
また、本発明の加湿器は、一端部から他端部へガスを導き、その過程で該ガスが加湿される流路を備えた加湿器において、前記流路の外周部に、該流路と交差するタンクが配置され、該タンク内に流体が貯留されることにより、前記流路外周部が遮断されるものである。 Further, the humidifier of the present invention is a humidifier provided with a flow path that guides gas from one end to the other end and humidifies the gas in the process. The intersecting tanks are arranged, and the fluid is stored in the tanks, whereby the outer periphery of the flow path is blocked.
タンク内に流体(例えば水)を溜めた場合、水が圧損となって流路外周部におけるガス流が阻害される。その結果、加湿性能が高い外周部での流量が低下することとなり、加湿性能が低い流路中央部の流量が相対的に増加する。その結果、加湿器の加湿性能が低下する。 When a fluid (for example, water) is accumulated in the tank, the water becomes a pressure loss and the gas flow at the outer periphery of the flow path is obstructed. As a result, the flow rate at the outer peripheral portion with high humidification performance decreases, and the flow rate at the center portion of the flow path with low humidification performance increases relatively. As a result, the humidification performance of the humidifier decreases.
また、本発明の加湿器は、一端部から他端部へガスを導き、その過程で該ガスが加湿される流路を備えた加湿器において、前記流路の外周部に、前記流路外周部を冷却する冷却手段が設けられているものである。 Further, the humidifier of the present invention is a humidifier provided with a flow path that guides gas from one end to the other end and humidifies the gas in the process. The cooling means for cooling the part is provided.
流路の外周部は加湿性能が中央部よりも高い。また、加湿器は温度が高いほど加湿性能が高い。したがって、冷却手段により外周部の温度を低下させると、加湿器の加湿性能が低下する。 The outer peripheral part of the channel has higher humidification performance than the central part. Further, the humidifier has higher humidification performance as the temperature is higher. Therefore, when the temperature of the outer peripheral portion is lowered by the cooling means, the humidifying performance of the humidifier is lowered.
冷却手段は、冷媒を流すことにより外周部のガスを冷却させる構造を採用することができる。すなわち、燃料電池システムに適用された場合、該加湿器の冷却手段に対して、前記冷媒を導く冷却ラインが、燃料電池を冷却する冷媒を循環させる冷媒配管系から分岐するように構成することができる。これにより、加湿器の流路外周部の冷却を容易に実現できる。 The cooling means can employ a structure that cools the gas at the outer periphery by flowing a refrigerant. That is, when applied to a fuel cell system, the cooling line that guides the refrigerant to the cooling means of the humidifier may be configured to branch from a refrigerant piping system that circulates the refrigerant that cools the fuel cell. it can. Thereby, cooling of the flow-path outer peripheral part of a humidifier is realizable easily.
また、本発明の加湿器は、一端部から他端部へガスを導き、その過程で該ガスが加湿される流路を備えた加湿器において、流路中央部と流路外周部とに対して独立にガスが供給されるものである。 Further, the humidifier of the present invention is a humidifier having a flow path that guides gas from one end to the other end and humidifies the gas in the process. Gas is supplied independently.
より具体的には、流路外周部にガスを導入する中心部ラインと、流路外周部にガスを導入する外周部ラインとを備え、少なくとも外周部ラインの流路を開閉するシャットバルブを設ける。これにより、シャットバルブを閉じて外周部ラインに対するガスの供給を停止すれば、全てのガスが中央部ラインを通過し、これにより加湿性能の高い流路外周部の使用を停止できる。その結果、燃料電池を掃気するガスの加湿量が低下する。 More specifically, a center valve line for introducing gas to the outer periphery of the flow path and an outer peripheral line for introducing gas to the outer periphery of the flow path are provided, and at least a shut valve for opening and closing the flow path of the outer peripheral line is provided. . Thereby, if the shut valve is closed and the supply of gas to the outer peripheral line is stopped, all the gas passes through the central line, thereby stopping the use of the outer peripheral part of the flow path with high humidification performance. As a result, the humidification amount of the gas scavenging the fuel cell decreases.
また、このような加湿器を備えた燃料電池システムとして、燃料電池と、該燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、前記燃料電池から排気された酸化ガスのオフガスを導く排気路と、前記酸化ガスのオフガスを用いて前記燃料電池に供給される酸化ガスを加湿する加湿器として上記加湿器を備えた燃料電池システムとしてもよい。 Further, as a fuel cell system equipped with such a humidifier, a fuel cell, an oxidizing gas supply path for supplying an oxidizing gas to the fuel cell, and an exhaust path for leading an off-gas of the oxidizing gas exhausted from the fuel cell, A fuel cell system including the humidifier may be used as a humidifier that humidifies the oxidizing gas supplied to the fuel cell using the off-gas of the oxidizing gas.
上記加湿器を備えていることにより、掃気時における加湿器の加湿性能を低下させることができ、燃料電池に対して低湿度のガスを供給することが可能となる。 By providing the humidifier, the humidifying performance of the humidifier during scavenging can be reduced, and it becomes possible to supply a low-humidity gas to the fuel cell.
本発明の燃料電池の掃気方法、加湿器、及び燃料電池システムによれば、加湿器をバイパスさせる流路を設けることなく、加湿器の加湿性能を容易に低下させることができ、その結果、重量増加、配管系の複雑化、及びコスト増大と燃費悪化等の問題を招くことなく、燃料電池の掃気を迅速に行なうことが可能となる。 According to the fuel cell scavenging method, the humidifier, and the fuel cell system of the present invention, the humidifying performance of the humidifier can be easily reduced without providing a flow path for bypassing the humidifier. The scavenging of the fuel cell can be performed quickly without causing problems such as an increase, complication of the piping system, cost increase and fuel consumption deterioration.
<第1実施形態>
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る加湿器、及び該加湿器を備えた燃料電池システムについて説明する。まず、本実施形態の加湿器を適用可能な燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池自動車(FCHV)、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載することができるが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶,航空機,電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。
<First Embodiment>
Hereinafter, a humidifier according to a preferred embodiment of the present invention and a fuel cell system including the humidifier will be described with reference to the accompanying drawings. First, a fuel cell system to which the humidifier of this embodiment can be applied will be described. The fuel cell system of the present embodiment can be mounted on a vehicle such as a fuel cell vehicle (FCHV), an electric vehicle, or a hybrid vehicle. However, the present invention is not limited to such an application example, and may be a ship, an aircraft, The present invention can be applied to all moving objects such as trains and walking robots, and can also be applied to stationary power generation systems in which fuel cells are used as power generation equipment for buildings (housing, buildings, etc.).
図1に示した燃料電池システム1は、燃料電池2と、酸化ガスとしての空気(酸素)を燃料電池2に供給する酸化ガス配管系3と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池2に供給する燃料ガス配管系4と、燃料電池2に冷媒を供給して燃料電池2を冷却する冷媒配管系5と、システム1の電力を充放電する電力系6と、システム全体を統括制御する制御部7と、を備えている。
The fuel cell system 1 shown in FIG. 1 supplies a
燃料電池2は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備えている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極(カソード)を有し、他方の面に燃料極(アノード)を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの酸化ガス流路2aに酸化ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路2bに燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応により、燃料電池2は電力を発生する。燃料電池2での電気化学反応は発熱反応であり、固体高分子電解質型の燃料電池2の温度は、およそ60〜80℃となる。
The
酸化ガス配管系3は、燃料電池2に供給される酸化ガスが流れる供給路11と、燃料電池2から排出された酸化オフガスが流れる排出路12と、を有している。供給路11の下流端は酸化ガス流路2aの上流端に連通し、排出路12の上流端は酸化ガス流路2aの下流端に連通している。また、酸化オフガスは、燃料電池2の電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態となっている。
The oxidizing
供給路11には、エアクリーナ13を介して酸化ガス(外気)を取り込むコンプレッサ14(圧縮機)と、コンプレッサ14によって燃料電池2に圧送される酸化ガスを加湿する加湿器15と、が設けられている。加湿器15は、供給路11を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、排出路12を流れる高湿潤状態の酸化オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池2に供給される酸化ガスを適度に加湿する。
The
燃料電池2に供給される酸化ガスの背圧は、カソード出口付近の排出路12に配設された調圧弁16によって調圧される。調圧弁16は、例えばステップモータで駆動する弁であり、制御部7に電気的に接続されている。調圧弁16の弁開度は、制御部7によって、全開、半開及び全閉を含む任意の範囲で調整可能に構成されている。酸化オフガスは、調圧弁16及び加湿器15を経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
The back pressure of the oxidizing gas supplied to the
燃料ガス配管系4は、水素供給源21と、水素供給源21から燃料電池2に供給される水素ガスが流れる供給路22と、燃料電池2から排出された水素オフガス(燃料オフガス)を供給路22の合流点Aに戻すための循環路23と、循環路23内の水素オフガスを供給路22に圧送するポンプ24と、循環路23に分岐接続されたパージ路25と、を有している。元弁26を開くことで水素供給源21から供給路22に流出した水素ガスは、調圧弁27その他の減圧弁、及び遮断弁28を経て、燃料電池2に供給される。パージ路25には、水素オフガスを水素希釈器(図示省略)に排出するためのパージ弁33が設けられている。
The fuel
冷媒配管系5は、燃料電池2内の冷却流路2cに連通する冷媒流路41と、冷媒流路41に設けられた冷却ポンプ42と、燃料電池2から排出される冷媒を冷却するラジエータ(冷却手段)43と、ラジエータ43をバイパスするバイパス流路44と、ラジエータ43及びバイパス流路44への冷却水の通流を設定する切替え弁45と、を有している。冷却ポンプ42は、モータ駆動により、冷媒流路41内の冷媒を燃料電池2に循環供給する。
The
電力系6は、高圧DC/DCコンバータ61、バッテリ62、トラクションインバータ63、トラクションモータ64、及び各種の補機インバータ65,66,67を備えている。高圧DC/DCコンバータ61は、直流の電圧変換器であり、バッテリ62から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ63側に出力する機能と、燃料電池2又はトラクションモータ64から入力された直流電圧を調整してバッテリ62に出力する機能と、を有する。高圧DC/DCコンバータ61のこれらの機能により、バッテリ62の充放電が実現される。また、高圧DC/DCコンバータ61により、燃料電池2の出力電圧が制御される。
The
トラクションインバータ63は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ64に供給する。トラクションモータ64(動力発生装置)は、例えば三相交流モータである。トラクションモータ64は、燃料電池システム1が搭載される例えば車両100の主動力源を構成し、車両100の車輪101L,101Rに連結されている。補機インバータ65、66、67は、それぞれ、コンプレッサ14、ポンプ24、冷却ポンプ42のモータ14a、24a、42aの駆動を制御する。
The
制御部7は、内部にCPU,ROM,RAMを備えたマイクロコンピュータとして構成される。CPUは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、種々の処理や制御を行う。ROMは、CPUで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。RAMは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。 The control unit 7 is configured as a microcomputer including a CPU, a ROM, and a RAM inside. The CPU executes a desired calculation according to the control program and performs various processes and controls. The ROM stores control programs and control data processed by the CPU. The RAM is mainly used as various work areas for control processing.
制御部7は、ガス系統(3,4)や冷媒系統5に用いられる圧力センサ及び温度センサ、燃料電池システム1が置かれる環境の外気温を検出する外気温センサ、並びに、車両100のアクセル開度を検出するアクセル開度センサなどの各種センサからの検出信号を入力し、各構成要素(コンプレッサ14、調圧弁16など)に制御信号を出力する。
The control unit 7 includes a pressure sensor and a temperature sensor used in the gas system (3, 4) and the
図2に加湿器15を示した。加湿器15は、ケーシング80の内部に中空糸束81を収容してなる。中空糸束81は複数の中空糸81aの束であり、一端(例えば紙面上端)側のケーシング80に設けられた圧縮酸化ガス入口80aから導入された圧縮酸化ガスが各中空糸81aに流入し、ケーシング80の他端(例えば紙面下端)に設けられた圧縮酸化ガス出口80bから排出されるようになっている。ケーシング80の周壁には、圧縮酸化ガス出口80bの近傍に加湿ガス入口80cが設けられ、圧縮酸化ガス入口80aの近傍に加湿ガス出口80dがそれぞれ設けられている。
FIG. 2 shows the
さらに、ケーシング80の両端部には、ポッティング部83が設けられている。圧縮酸化ガス入口80a側のポッティング部83には水タンク85が設けられている。さらに中空糸束81の圧縮酸化ガス入口80a近傍の外周側は切断されて、水タンク85の一部が中空糸束81の外周部の内側に挿入された状態となっている。
水タンク85は、気液分離器86に貯留した液体状態の水が、流路87を介して供給されるようになっている。流路87には、供給シャットバルブ88が設けられている。さらに水タンク85から水を排水する排水路89が設けられ、排水路89には排気シャットバルブ90が設けられている。気液分離器86は、加湿器15の入口側または出口側にてガスから水を取り出すように構成することができる。
Further,
The
このように構成された加湿器15を使用した燃料電池2の掃気方法について説明する。なお、本掃気制御は制御部7により行なわれる。まず、カソードライン掃気時に、まず排気シャットバルブ90を閉、供給シャットバルブ88を開とし、気液分離器86に溜まった水を水タンク85に投入開始する。所定時間投入したら供給シャットバルブ88を閉じる。
続いて、コンプレッサ14を掃気流量流し、カソードラインを掃気する。加湿器15に対しては、圧縮酸化ガス入口80aから乾燥した圧縮酸化ガスが導入され、加湿ガス入口80cへは燃料電池2から排出された高湿度の酸化オフガスが導入される。乾燥した圧縮酸化ガスは、中空糸束81を介して高湿度の酸化オフガスにより加湿される。その後、圧縮酸化ガスは圧縮酸化ガス出口80bから排出され、酸化オフガスは加湿ガス出口80dから排出する。
A scavenging method for the
Subsequently, a scavenging flow rate is passed through the
ここで、一般に、中空糸束81の外周部は加湿性能が高く、中心部は加湿性能が低い(図3参照)。上記のように外周部には水が投入された水タンク85が設けられているため、加湿器15内のガス流れの抵抗は水を投入した外周部において大きくなり、酸化ガスが流れにくくなる。この場合のガス(圧縮酸化ガス)は、加湿性能の低い中心部を主として流れるようになり、その結果、導入された酸化ガスに対する加湿の程度が抑えられて加湿器15から排出され、燃料電池2に導入される。
Here, in general, the outer peripheral portion of the
掃気終了後、排気シャットバルブ90を開き、水タンク85内の水を排出する。通常運転時には水タンク85に水を貯留させない状態で加湿器15を使用する。
After completion of scavenging, the exhaust shut
以上のように構成された本実施形態の加湿器15では、加湿性能が低い中心部を酸化ガスが流れることにより、掃気時の酸化ガス加湿量が低減し、燃料電池2への加湿量を低下させることができる。すなわち、重量増加、配管系の複雑化、及びコスト増大と燃費悪化等の問題を招くことなく、燃料電池を迅速に掃気することが可能となる。
In the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、燃料電池システムの全体構成は上記第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図4に示した本実施形態に係る加湿器95は、冷媒系統5から冷却水が導入され、中空糸束の外周部が冷却される構成である。加湿器95は、ケーシング96の内部に中空糸束81を収容してなる。中空糸束81は複数の中空糸81aの束であり、一端(例えば紙面上端)側のケーシング80に設けられた圧縮酸化ガス入口96aから導入された供給路11の圧縮酸化ガスが各中空糸81aに流入し、ケーシング96の他端(例えば紙面下端)に設けられた圧縮酸化ガス出口96bから排出される。ケーシング96の周壁には、圧縮酸化ガス出口96bの近傍に加湿ガス入口96cが設けられ、圧縮酸化ガス入口96aの近傍に加湿ガス出口96dがそれぞれ設けられている。さらに、ケーシング96の両端部には、ポッティング部97が設けられている。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, since the whole structure of a fuel cell system is the same as that of the said 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
The
本実施形態の加湿器95では、中空糸束81とケーシング96の内壁との間に、外周部冷却用ライン98が設けられている。外周部冷却用ライン98は、ケーシング96の長手方向一端から他端へ延在する複数の冷却水配管であり、その一端に対して、冷媒流路41から分岐した冷却ライン99を介してラジエータ43により冷却された冷却水が供給され、他端から排出された冷却水が再び冷媒流路41へ戻されるようになっている。冷却ライン99には、冷却ライン99に対する冷却水の供給を開閉するシャットバルブ94が設けられている。
In the
このように構成された加湿器95を使用した燃料電池2の掃気方法について説明する。なお、本掃気制御は制御部7により行なわれる。まず、カソードライン掃気時に、シャットバルブ94を開き、加湿器95の外周部冷却用ライン98に冷却水を流す。
続いて、コンプレッサ14を掃気流量流し、カソードラインを掃気する。加湿器95に対しては、圧縮酸化ガス入口96aから乾燥した圧縮酸化ガスが導入され、加湿ガス入口96cへは燃料電池2から排出された高湿度の酸化オフガスが導入される。乾燥した圧縮酸化ガスは、中空糸束81を介して高湿度の酸化オフガスにより加湿される。その後、圧縮酸化ガスは圧縮酸化ガス出口96bから排出され、酸化オフガスは加湿ガス出口96dから排出する。
A scavenging method for the
Subsequently, a scavenging flow rate is passed through the
その際、加湿器95の外周部は冷却水により温度が低下し、加湿性能が低下する。すなわち、加湿性能が高い外周部の加湿性能を冷却水によって低下させることで、低湿度の酸化ガスが燃料電池2に供給される。
通常運転時にはシャットバルブ94を閉じて加湿器95外周部が冷却されない状態で加湿器95を使用する。
At that time, the temperature of the outer peripheral portion of the
During normal operation, the
以上のように構成された本実施形態の加湿器95では、加湿器95の加湿性能を低下させることにより、掃気時の酸化ガス加湿量が低減し、燃料電池2への加湿量を容易に低下させることができる。すなわち、重量増加、配管系の複雑化、及びコスト増大と燃費悪化等の問題を招くことなく、燃料電池を迅速に掃気することが可能となる。
In the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、燃料電池システムの全体構成は上記第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図5に示した加湿器102は、ケーシング103の内部に中空糸束81を収容してなる。中空糸束81は複数の中空糸81aの束であり、一端(例えば紙面上端)側のケーシング103に設けられた中心部ガス投入口104、及び外周部ガス投入口105から導入された供給路11の圧縮酸化ガスが各中空糸81aに流入し、ケーシング103の他端(例えば紙面下端)に設けられた圧縮酸化ガス出口103bから排出される。ケーシング103の周壁には、圧縮酸化ガス出口103b近傍に加湿ガス入口103cが設けられ、他端側に加湿ガス出口103dが設けられている。さらに、ケーシング103の両端部には、ポッティング部106が設けられている。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, since the whole structure of a fuel cell system is the same as that of the said 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
The
中心部ガス投入口104は、中空糸束81の中心部に対向して開口しており、中心部ガス投入口104を通じて供給路11から連続する中心部ライン108から導入された圧縮酸化ガスが中空糸束81の中心部に導かれる。外周部ガス投入口105は、中心部ガス投入口104を取り囲んで位置し、外周部ガス投入口105を通じて、供給路11から分岐した外周部ライン107から導入された圧縮酸化ガスが、中空糸束81の外周部に導かれる。外周部ライン107にはシャットバルブ109が設けられ、シャットバルブ109を開閉することにより、供給路11のガスを加湿器102の中心部にのみ流すか、中心部と外周部の両方に流すかを決定することができる。
The
このように構成された加湿器102を使用した燃料電池の掃気方法について説明する。なお、本掃気制御は制御部7により行なわれる。まず、カソードライン掃気時に、シャットバルブ109を閉じ、供給路11から導入される酸化ガスを全量中心部ライン108にて中心部ガス投入口104に投入する。
コンプレッサ14を掃気流量流し、カソードラインを掃気する。加湿器102の中心部に対しては、中心部ガス投入口104から乾燥した圧縮酸化ガスが導入され、加湿ガス入口103cへは燃料電池2を排出した高湿度の酸化オフガスが導入される。乾燥した圧縮酸化ガスは、中空糸束81を介して高湿度の酸化オフガスにより加湿される。その後圧縮酸化ガスは圧縮酸化ガス出口103bから排出され、酸化オフガスはケーシング103から排出する。
通常運転時にはシャットバルブ109を開いた状態で、外周部ガス投入口105を経て供給路11から酸化ガスが加湿器102の外周部に対しても送られるようにした状態で加湿器102を使用する。
A fuel cell scavenging method using the
A scavenging flow rate is passed through the
During normal operation, the
以上のように構成された本実施形態の加湿器102では、加湿性能が高い加湿器102の外周部を使用しないことにより、掃気時の酸化ガス加湿量が低減し、燃料電池2への加湿量を容易に低下させることができる。すなわち、重量増加、配管系の複雑化、及びコスト増大と燃費悪化等の問題を招くことなく、燃料電池を迅速に掃気することが可能となる。
In the
1…燃料電池システム、2…燃料電池、3…酸化ガス配管系、5…冷媒配管系、7…制御部、11…供給路、12…排出路、14…コンプレッサ、15…加湿器、23…循環路、41…冷媒流路、43…ラジエータ(冷却手段)、85…水タンク、95…加湿器、98…外周部冷却用ライン、99…冷却ライン、102…加湿器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 3 ... Oxidation gas piping system, 5 ... Refrigerant piping system, 7 ... Control part, 11 ... Supply path, 12 ... Discharge path, 14 ... Compressor, 15 ... Humidifier, 23 ...
Claims (7)
前記加湿器は、その内部の一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器の前記酸化ガス流路の外周部の流れを阻害し、中央部の流量を相対的に増加させた状態で、該加湿器を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なう、燃料電池の掃気方法。 In a method of scavenging a fuel cell that performs power generation by an electrochemical reaction using an oxidizing gas humidified by a humidifier,
The humidifier is one in which the oxidizing gas flows from one end to the other end inside the humidifier, obstructs the flow of the outer peripheral portion of the oxidizing gas flow path of the humidifier, and makes the flow rate at the center relatively A scavenging method for a fuel cell, wherein the scavenging of the fuel cell is performed with the oxidizing gas that has passed through the humidifier in a state where the fuel cell is increased.
前記加湿器は、その内部の一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器の前記酸化ガス流路の外周部を冷却した状態で、該加湿器を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なう、燃料電池の掃気方法。 In a method of scavenging a fuel cell that performs power generation by an electrochemical reaction using an oxidizing gas humidified by a humidifier,
The humidifier is one in which the oxidizing gas flows from one end to the other end inside the humidifier, and the humidifier passes through the humidifier in a state where the outer peripheral portion of the oxidizing gas channel of the humidifier is cooled. A fuel cell scavenging method for scavenging the fuel cell with an oxidizing gas.
前記流路の外周部に、該流路と交差するタンクが配置され、該タンク内に流体が貯留されることにより、前記流路外周部でのガス流が阻害される、加湿器。 In a humidifier equipped with a flow path that guides gas from one end to the other, and the gas is humidified in the process,
A humidifier in which a tank that intersects with the flow path is disposed at an outer peripheral portion of the flow path, and a fluid is stored in the tank, thereby inhibiting a gas flow at the outer peripheral portion of the flow path.
前記流路の外周部に、前記流路外周部を冷却する冷却手段が設けられている、加湿器。 In a humidifier equipped with a flow path that guides gas from one end to the other, and the gas is humidified in the process,
A humidifier, wherein a cooling means for cooling the outer periphery of the flow path is provided on the outer periphery of the flow path.
流路中央部と流路外周部とに対して独立にガスが供給される、加湿器。 In a humidifier equipped with a flow path that guides gas from one end to the other, and the gas is humidified in the process,
A humidifier in which gas is supplied independently to the central portion of the flow channel and the outer peripheral portion of the flow channel.
前記加湿器は、請求項3から5のいずれかに記載の加湿器である、燃料電池システム。 A fuel cell, an oxidizing gas supply path for supplying an oxidizing gas to the fuel cell, an exhaust path for leading off-gas of the oxidizing gas exhausted from the fuel cell, and the oxidizing gas supplied to the fuel cell using the off-gas A fuel cell system comprising a humidifier for humidifying oxidizing gas,
The fuel cell system, wherein the humidifier is the humidifier according to any one of claims 3 to 5.
前記加湿器は、請求項4に記載の加湿器であり、該加湿器の冷却手段に対して前記冷媒を導く冷却ラインが、前記冷媒配管系から分岐している、燃料電池システム。 A fuel cell, an oxidizing gas supply path for supplying an oxidizing gas to the fuel cell, an exhaust path for leading off-gas of the oxidizing gas exhausted from the fuel cell, and the oxidizing gas supplied to the fuel cell using the off-gas A fuel cell system comprising a humidifier that humidifies the oxidizing gas and a refrigerant piping system that circulates a refrigerant that cools the fuel cell.
5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the humidifier is a humidifier according to claim 4, and a cooling line that guides the refrigerant to a cooling unit of the humidifier is branched from the refrigerant piping system.
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