JP2001143733A - Humidifier of fuel cell system - Google Patents
Humidifier of fuel cell systemInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の加湿装
置に関する。[0001] The present invention relates to a humidifier for a fuel cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、負極に送り込む水素を燃料
とし、正極に送り込む酸素を酸化剤として、これらを電
解質を通じて反応させる発電機として一般に知られてい
る。この燃料電池に使用される水素は、炭化水素または
メタノールを改質することによって生成することがで
き、一般に、そのための改質器や改質器等に水蒸気を供
給する加湿装置等を燃料電池と組み合わせることによ
り、燃料電池システムが形成されている。2. Description of the Related Art A fuel cell is generally known as a generator in which hydrogen fed to a negative electrode is used as fuel and oxygen sent to a positive electrode is used as an oxidant, and these are reacted through an electrolyte. Hydrogen used in this fuel cell can be generated by reforming hydrocarbons or methanol. Generally, a humidifier that supplies steam to a reformer, a reformer, or the like for this purpose is combined with a fuel cell. The combination forms a fuel cell system.
【0003】例えば特開平9−115541号公報や特
開平9−266005号公報には、炭化水素を水蒸気改
質反応によって水素に改質する改質器と、この改質の際
に発生するCOを水性ガスシフト反応によって酸化させ
るCO変成器と、さらに残存するCOを選択酸化させる
選択酸化器と、固体高分子型燃料電池とを備えた燃料電
池システムが開示されている。例えば、原燃料としてメ
タンを用いた燃料電池システムでは、改質器では下記
(1)式の反応が行われ、CO変成器では下記(2)式
の反応が行われ、燃料電池の燃料用に水素が生成され
る。For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-115541 and 9-266005 disclose a reformer for reforming hydrocarbons into hydrogen by a steam reforming reaction, and a method for removing CO generated during the reforming. A fuel cell system including a CO converter that oxidizes by a water gas shift reaction, a selective oxidizer that further selectively oxidizes remaining CO, and a polymer electrolyte fuel cell is disclosed. For example, in a fuel cell system using methane as a raw fuel, a reaction represented by the following formula (1) is performed in a reformer, and a reaction represented by the following formula (2) is performed in a CO converter. Hydrogen is produced.
【0004】 CnHm+nH2O→nCO+(n+m/2)H2 ………(1) nCO+nH2O→nCO2+nH2 ………(2) ところで、上記(1)または(2)のいずれの反応にお
いても、外部から水蒸気を供給する必要がある。[0004] C n H m + nH 2 O → nCO + (n + m / 2) H 2 ......... (1) nCO + nH 2 O → nCO 2 + nH 2 ......... (2) By the way, the above (1) or (2) In any of the reactions, it is necessary to supply steam from outside.
【0005】そこで、従来の燃料電池システムでは、加
湿装置として、タンク内の水をヒータ等により加熱する
ことによって水蒸気を生成するいわゆる蒸気発生式の加
湿装置(蒸気発生器)を利用していた。[0005] Therefore, in a conventional fuel cell system, a so-called steam-generating humidifier (steam generator) that generates steam by heating water in a tank with a heater or the like has been used as a humidifier.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、蒸気発生式の
加湿装置では、面倒な供給水の水質管理が必要であり、
そのために装置が複雑かつ大型化するという課題があっ
た。However, the steam generation type humidifier requires troublesome water quality control of the supply water.
Therefore, there is a problem that the apparatus is complicated and large.
【0007】また、従来の燃料電池システムでは、水の
供給源をひとつにするために、燃料電池の冷却等のため
の水系統と加湿装置の水系統とを同一の系統にまとめる
ことが多く、そのことが装置の大型化または複雑化を助
長する原因となっていた。また、これらの水系統がひと
つにまとめられていることから、水質維持のための腐食
防止処理や冬期の凍結防止処理を行う際にも、多大な労
力が必要とされていた。In a conventional fuel cell system, a water system for cooling a fuel cell and a water system of a humidifier are often integrated into the same system in order to provide a single water supply source. This has led to an increase in the size or complexity of the device. In addition, since these water systems are integrated, a great deal of labor was required when performing a corrosion prevention process for maintaining water quality and a freeze prevention process in winter.
【0008】さらに、燃料電池の排出ガスは水蒸気を含
んでいることから、この水蒸気を有効利用できれば、燃
料電池システムの省エネルギー化が期待できる。Further, since the exhaust gas of the fuel cell contains water vapor, if this water vapor can be used effectively, energy saving of the fuel cell system can be expected.
【0009】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、燃料電池システムの
簡単化及び小型化を促進する加湿装置を提供することに
ある。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a humidifier that promotes simplification and downsizing of a fuel cell system.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、水蒸気を含む空気または混合ガスから水
蒸気透過膜を通じて水蒸気を取り出し、当該水蒸気を燃
料電池システムの運転プロセスに利用することとした。In order to achieve the above object, the present invention provides a method for extracting steam from air or a mixed gas containing steam through a steam permeable membrane and using the steam for an operation process of a fuel cell system. And
【0011】具体的には、第1の発明は、燃料電池(11)
から排出される水蒸気を含んだ排出ガスを導入するガス
導入部(41,104)と、上記排出ガスに含まれる水蒸気を透
過させる水蒸気透過膜(34,35,83,87,101)と、上記水蒸
気透過膜(34,35,83,87,101)を透過した水蒸気を発電プ
ロセスに利用するように排出する水蒸気排出部(27b,74,
84,107)とを備えていることとしたものである。Specifically, the first invention is directed to a fuel cell (11)
A gas introduction unit (41, 104) for introducing an exhaust gas containing water vapor discharged from the water vapor-permeable membrane (34, 35, 83, 87, 101) for transmitting the water vapor contained in the exhaust gas, and the water vapor-permeable membrane ( 34,35,83,87,101) The steam discharge section (27b, 74,
84,107).
【0012】第2の発明は、前記第1の発明において、
ガス導入部(41,104)は、燃料電池(11)のカソード排出ガ
スまたはアノード排出ガスを導入するように構成されて
いることとしたものである。According to a second aspect, in the first aspect,
The gas introduction section (41, 104) is configured to introduce a cathode exhaust gas or an anode exhaust gas of the fuel cell (11).
【0013】上記第1または第2の発明によれば、燃料
電池(11)の排出ガスに含まれる水蒸気が加湿源となるの
で、外部の加湿源は不要となる。また、水蒸気透過膜(3
4,35,83,87,101)によって当該排出ガスから水蒸気を分
離するので、水蒸気を取り出すための構成が簡単化さ
れ、且つ、小型化される。また、水蒸気透過膜(34,35,8
3,87,101)を利用して水蒸気を直接取り出すので、蒸気
発生式の装置と異なり、供給水の水質管理が不要にな
る。さらに、加湿系統と燃料電池の冷却水系統とを分離
し、燃料電池の冷却水系統を独立のものとすることがで
きるので、その凍結防止処理や腐食防止処理が容易にな
る。加えて、システム内の水蒸気を再利用することにな
るので、エネルギー効率が向上する。According to the first or second aspect of the present invention, since the steam contained in the exhaust gas of the fuel cell (11) serves as a humidifying source, no external humidifying source is required. In addition, a water vapor permeable membrane (3
4, 35, 83, 87, 101), the water vapor is separated from the exhaust gas, so that the structure for extracting the water vapor is simplified and downsized. In addition, a water vapor permeable membrane (34,35,8
3,87,101), so that steam is directly taken out, so that there is no need to control the quality of the supplied water, unlike steam-generating devices. Furthermore, since the humidification system and the cooling water system of the fuel cell can be separated and the cooling water system of the fuel cell can be made independent, the anti-freezing processing and the anti-corrosion processing can be facilitated. In addition, the water vapor in the system will be reused, thus improving energy efficiency.
【0014】第3の発明は、前記第1の発明において、
水蒸気透過膜(35)は熱伝導性の透過膜からなり、ガス導
入部(41,104)は燃料電池(11)のカソード排出ガスを導入
するように構成され、水蒸気排出部(74,107)は、搬送空
気とともに水蒸気を上記燃料電池(11)のカソード(15)に
供給するように構成されていることとしたものである。According to a third aspect, in the first aspect,
The water vapor permeable membrane (35) is made of a heat conductive permeable membrane, the gas inlets (41, 104) are configured to introduce the cathode exhaust gas of the fuel cell (11), and the water vapor outlets (74, 107) are transported air. At the same time, it is configured to supply steam to the cathode (15) of the fuel cell (11).
【0015】上記第3の発明によれば、水蒸気透過膜(3
5)が熱伝導性の透過膜で形成されているので、燃料電池
(11)の排出ガスから水蒸気だけでなく排熱も回収され
る。また、水蒸気透過膜(35)によって分離された水蒸気
はカソード(15)に供給されるので、外部の加湿源が不要
となる。また、電池反応によって生じた水蒸気を直接取
り出すので、水質管理が不要となる。According to the third aspect, the water vapor permeable membrane (3
5) is formed of a thermally conductive permeable membrane,
Exhaust heat as well as water vapor is recovered from the exhaust gas of (11). Further, since the water vapor separated by the water vapor permeable membrane (35) is supplied to the cathode (15), an external humidification source is not required. Further, since water vapor generated by the battery reaction is directly taken out, water quality control is not required.
【0016】第4の発明は、前記第3の発明において、
燃料電池(11)に一体的に取り付けられたケーシング(10
0)を備え、上記ケーシング(100)には、水蒸気透過膜(10
1)を介して隣り合う排出ガス流路(102)及び水蒸気回収
通路(103)と、燃料電池(11)のカソードガス排出口に連
続し且つ該排出ガス流路(102)の上流側に設けられてガ
ス導入部をなすガス導入口(104)と、上記排出ガス流路
(102)の下流側に設けられたガス排出口(105)と、上記水
蒸気回収通路(103)の上流側に設けられた空気導入口(10
6)と、上記燃料電池(11)のカソード(15)のガス流入口に
連続し且つ上記水蒸気回収通路(103)の下流側に設けら
れて水蒸気排出部をなす水蒸気排出口(107)とが形成さ
れていることとしたものである。According to a fourth aspect, in the third aspect,
Casing (10) integrated with fuel cell (11)
0), and the casing (100) has a water vapor permeable membrane (10
An exhaust gas passage (102) and a steam recovery passage (103) adjacent to each other via 1) and a cathode gas outlet of the fuel cell (11) are provided and provided upstream of the exhaust gas passage (102). A gas inlet (104) serving as a gas inlet section,
(102), and an air inlet (10) provided upstream of the steam recovery passage (103).
6) and a steam outlet (107) which is continuous with the gas inlet of the cathode (15) of the fuel cell (11) and is provided on the downstream side of the steam recovery passage (103) and forms a steam outlet. It has been formed.
【0017】第5の発明は、前記第1〜第3の発明にお
いて、燃料電池(11)に一体的に取り付けられたケーシン
グを備え、上記ケーシングには、水蒸気透過膜(87)を介
して隣り合う排出ガス流路(85)及び水蒸気回収通路(86)
と、上記排出ガス流路(85)の上流側に設けられてガス導
入部をなす排出ガス導入口と、上記排出ガス流路(85)の
下流側に設けられたガス排出口と、上記水蒸気回収通路
(86)の上流側に設けられたガス導入口と、上記水蒸気回
収通路(86)の下流側に設けられて水蒸気排出部をなす水
蒸気排出口とが形成されていることとしたものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the first to third aspects, a casing is provided integrally with the fuel cell (11), and the casing is adjacent to the casing via a water vapor permeable membrane (87). Matching exhaust gas passage (85) and steam recovery passage (86)
An exhaust gas inlet provided upstream of the exhaust gas flow path (85) and forming a gas introduction section; a gas exhaust port provided downstream of the exhaust gas flow path (85); and Collection passage
A gas inlet provided upstream of (86) and a steam outlet provided as a steam outlet provided downstream of the steam recovery passage (86) are formed.
【0018】上記第4または第5の発明によれば、加湿
機構が燃料電池(11)と一体的に構成されるので、燃料電
池(11)を含んだシステム全体の構成が小型化する。According to the fourth or fifth aspect of the present invention, since the humidifying mechanism is integrally formed with the fuel cell (11), the configuration of the entire system including the fuel cell (11) is reduced in size.
【0019】第6の発明は、前記第1〜第3または第5
の発明において、水蒸気排出部(27b,74)の下流側に、圧
縮機または送風機(45)の吸引側が接続されていることと
したものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the first to third or fifth aspect.
In the invention, the suction side of the compressor or the blower (45) is connected to the downstream side of the steam discharge section (27b, 74).
【0020】上記第6の発明によれば、圧縮機または送
風機(45)によって水蒸気排出部(27b,74)の内部が減圧さ
れ、水蒸気透過膜(35)の両側の圧力差が大きく確保され
る。従って、水蒸気透過膜(35)を通じての水蒸気の回収
効率が高まり、加湿能力は向上する。According to the sixth aspect, the inside of the steam discharge section (27b, 74) is depressurized by the compressor or the blower (45), and a large pressure difference on both sides of the steam permeable membrane (35) is ensured. . Therefore, the efficiency of recovering steam through the steam permeable membrane (35) is increased, and the humidification capacity is improved.
【0021】第7の発明は、前記第1の発明において、
水蒸気排出部(27b)は、燃料電池(11)に供給される水素
を生成するメンブレン型水素生成器(10)に対してスイー
プガス用に水蒸気を供給するように構成されていること
としたものである。According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect,
The water vapor discharge unit (27b) is configured to supply water vapor for a sweep gas to a membrane-type hydrogen generator (10) that generates hydrogen supplied to the fuel cell (11). It is.
【0022】上記第7の発明によれば、水素透過膜(24)
を通じての水素の回収効率が高まる。According to the seventh aspect, the hydrogen permeable membrane (24)
Through which hydrogen is recovered efficiently.
【0023】第8の発明は、前記第1の発明において、
水蒸気排出部(27b)は、原燃料を改質して燃料電池(11)
に供給する改質装置(10)に対して水蒸気を供給するよう
に構成されていることとしたものである。According to an eighth aspect, in the first aspect,
The steam discharge section (27b) reforms the raw fuel to produce a fuel cell (11)
It is configured to supply steam to the reformer (10) that supplies the steam to the reformer.
【0024】上記第8の発明によれば、改質装置(10)に
水蒸気を供給するための外部の加湿源が不要となり、シ
ステムの簡易化及び小型化が促進される。According to the eighth aspect, an external humidification source for supplying steam to the reformer (10) becomes unnecessary, and the simplification and miniaturization of the system are promoted.
【0025】第9の発明は、前記第1の発明において、
水蒸気排出部(27b)は、燃料電池(11)のアノード(16)
と、原燃料を改質して該燃料電池(11)に供給する改質装
置(10)とに対して水蒸気を供給するように構成されてい
ることとしたものである。According to a ninth aspect, in the first aspect,
The water vapor discharge part (27b) is an anode (16) of the fuel cell (11).
And a reformer (10) for reforming the raw fuel and supplying the reformed fuel to the fuel cell (11).
【0026】上記第9の発明によれば、燃料電池(11)の
アノード(16)及び改質装置(10)の双方に水蒸気を供給す
るので、燃料電池(11)及び改質装置(10)に水蒸気を供給
するための外部の加湿源が不要となり、システムの簡易
化及び小型化が促進される。According to the ninth aspect, steam is supplied to both the anode (16) and the reformer (10) of the fuel cell (11), so that the fuel cell (11) and the reformer (10) are supplied. An external humidification source for supplying water vapor to the water is not required, and the simplification and miniaturization of the system are promoted.
【0027】第10の発明は、前記第1の発明におい
て、水蒸気供給部(74)は、燃料電池システム(1)の運転
に先立って燃料電池(11)に水蒸気を供給するように構成
されていることとしたものである。In a tenth aspect based on the first aspect, the steam supply section (74) is configured to supply steam to the fuel cell (11) prior to operation of the fuel cell system (1). It is what you have decided.
【0028】上記第10の発明によれば、燃料電池シス
テム(1)の運転開始前に燃料電池(11)が加湿されること
になり、燃料電池システム(1)の運転が円滑に行われ
る。According to the tenth aspect, the fuel cell (11) is humidified before the operation of the fuel cell system (1) is started, and the operation of the fuel cell system (1) is performed smoothly.
【0029】第11の発明は、前記第1〜第10の発明
において、水蒸気透過膜(34,35,83,87,101)は、高分子
膜により形成されていることとしたものである。According to an eleventh aspect, in the first to tenth aspects, the water vapor permeable film (34, 35, 83, 87, 101) is formed of a polymer film.
【0030】第12の発明は、前記第1〜第10の発明
において、水蒸気透過膜(34,35,83,87,101)は、無機膜
により形成されていることとしたものである。According to a twelfth aspect, in the first to tenth aspects, the water vapor permeable film (34, 35, 83, 87, 101) is formed of an inorganic film.
【0031】上記第11または第12の発明によれば、
前記第1〜第10の発明の諸効果を発揮する水蒸気透過
膜の好適な具体的構成が得られる。According to the eleventh or twelfth aspect,
A preferred specific configuration of the water vapor permeable membrane exhibiting the effects of the first to tenth aspects is obtained.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0033】<実施形態1>図1に示すように、燃料電
池システム(1) は、メンブレン型水素生成器(10)、燃料
電池(11)、水蒸気分離器(12)、熱・水蒸気交換器(13)、
及び触媒燃焼器(14)を備えている。実施形態1に係る加
湿装置は、水蒸気分離器(12)及び熱・水蒸気交換器(13)
により構成されている。<Embodiment 1> As shown in FIG. 1, a fuel cell system (1) comprises a membrane type hydrogen generator (10), a fuel cell (11), a steam separator (12), a heat / steam exchanger. (13),
And a catalytic combustor (14). The humidifier according to the first embodiment includes a steam separator (12) and a heat / steam exchanger (13).
It consists of.
【0034】図2に示すように、水素生成器(10)は、円
筒形状の水素透過膜(24)からなる内管(20)と、内管(20)
と同心状に設けられた外管(21)と、これら内管(20)及び
外管(21)を覆う有底円筒形状のケーシング(17)とを備え
ている。As shown in FIG. 2, the hydrogen generator (10) comprises an inner tube (20) comprising a cylindrical hydrogen permeable membrane (24), and an inner tube (20).
And an outer tube (21) provided concentrically with the inner tube (20) and a bottomed cylindrical casing (17) covering the inner tube (20) and the outer tube (21).
【0035】ケーシング(17)の上面には、水蒸気導入管
(27)が接続された水蒸気導入口(28)が設けられ、ケーシ
ング(17)の下面には、水素供給管(29)が接続された水素
導出口(30)が設けられている。内管(20)の一端は水蒸気
導入口(28)に接続され、内管(20)の他端は水素導出口(3
0)に接続されている。ケーシング(17)の側面の下部に
は、燃料導入管(18)が接続された燃料導入口(25)と、残
留ガス排出管(19)が接続された残留ガス排出口(26)とが
設けられている。ケーシング(17)の内面と外管(21)の外
面との間には、燃料導入口(25)から導入したガスを上方
に向かって流通させるガス流路(31)が形成されている。
外管(21)の上端面はケーシング(17)の上部の内面よりも
下方に位置しており、外管(21)の上端面とケーシング(1
7)の上部内面との間には、ガス流路(31)を流通したガス
を外管(21)と内管(20)との間に導くために十分な大きさ
の隙間が設けられている。On the upper surface of the casing (17), a steam introduction pipe is provided.
A steam inlet (28) to which (27) is connected is provided, and a hydrogen outlet (30) to which a hydrogen supply pipe (29) is connected is provided on the lower surface of the casing (17). One end of the inner pipe (20) is connected to the steam inlet (28), and the other end of the inner pipe (20) is connected to the hydrogen outlet (3).
0). A fuel inlet (25) to which a fuel inlet pipe (18) is connected and a residual gas outlet (26) to which a residual gas outlet pipe (19) is connected are provided at a lower portion of the side surface of the casing (17). Have been. A gas flow path (31) is formed between the inner surface of the casing (17) and the outer surface of the outer pipe (21) to allow the gas introduced from the fuel inlet (25) to flow upward.
The upper end surface of the outer tube (21) is located lower than the inner surface of the upper part of the casing (17), and the upper end surface of the outer tube (21) and the casing (1).
A gap large enough to guide the gas flowing through the gas flow path (31) between the outer pipe (21) and the inner pipe (20) is provided between the upper pipe and the upper inner face of (7). I have.
【0036】外管(21)と内管(20)との間には上方から下
方に向かって順に、第1触媒が充填されてなる第1触媒
層(22)と、第2触媒が充填されてなる第2触媒層(23)と
が設けられている。外管(21)の下部は、その一部がケー
シング(17)の下部の内面に固着されており、他の一部
は、燃料導入口(25)から導入したガスがそのまま残留ガ
ス排出口(26)から流出することがないように、第2触媒
層(23)を通過したガスのみを残留ガス排出口(26)から排
出する排出通路を区画形成している。A first catalyst layer (22) filled with the first catalyst and a second catalyst packed between the outer pipe (21) and the inner pipe (20) in this order from top to bottom. And a second catalyst layer (23). A part of the lower part of the outer pipe (21) is fixed to the inner surface of the lower part of the casing (17), and the other part of the outer pipe (21) receives the gas introduced from the fuel inlet (25) as a residual gas outlet ( A discharge passage for discharging only the gas that has passed through the second catalyst layer (23) from the residual gas discharge port (26) is formed so as not to flow out from the second catalyst layer (23).
【0037】第1触媒は、炭化水素またはメタノールか
らなる燃料ガスの部分酸化反応に対して活性を呈する触
媒であり、例えばRuまたはRhをAl2O3に担持させ
てなる触媒を好適に用いることができる。一方、第2触
媒は、上記部分酸化反応によって生成されるCOを反応
物とする水性ガスシフト反応に対して活性を呈する触媒
であり、例えば鉄−クロム系、銅−亜鉛系触媒等を好適
に用いることができる。The first catalyst is a catalyst exhibiting activity against a partial oxidation reaction of a fuel gas composed of hydrocarbon or methanol. For example, a catalyst comprising Ru or Rh supported on Al 2 O 3 is preferably used. Can be. On the other hand, the second catalyst is a catalyst exhibiting an activity with respect to a water gas shift reaction using CO generated by the partial oxidation reaction as a reactant. For example, an iron-chromium-based catalyst, a copper-zinc-based catalyst, or the like is preferably used. be able to.
【0038】図1に示すように、燃料電池(11)は、触媒
電極であるカソード(酸素極)(15)とアノード(水素
極)(16)とを有する固体高分子電解質型の燃料電池であ
る。As shown in FIG. 1, the fuel cell (11) is a solid polymer electrolyte type fuel cell having a cathode (oxygen electrode) (15) and an anode (hydrogen electrode) (16) as catalyst electrodes. is there.
【0039】水蒸気分離器(12)は、水蒸気透過膜(34)に
よって燃料電池(11)のカソード排出ガスから水蒸気を分
離し、分離した水蒸気を水素生成器(10)に供給するもの
である。水蒸気透過膜(34)の一方の側にはカソード排出
ガスが流通するガス流通部(32)が設けられ、水蒸気透過
膜(34)の他方の側には、分離された水蒸気が流通する水
蒸気流通部(33)が設けられている。ガス流通部(32)に
は、燃料電池(11)のカソード排出ガスを導入する導入管
(41)と、当該カソード排出ガスから水蒸気を分離されて
残った残留ガスを排出する排出管(72)とが設けられてい
る。水蒸気流通部(33)には、カソード排出ガスから分離
した水蒸気を水素生成器(10)側に供給する水蒸気供給管
(27b)が設けられている。The steam separator (12) separates steam from the cathode exhaust gas of the fuel cell (11) by the steam permeable membrane (34) and supplies the separated steam to the hydrogen generator (10). On one side of the water vapor permeable membrane (34), a gas circulation part (32) through which the cathode exhaust gas flows is provided, and on the other side of the water vapor permeable membrane (34), a water vapor circulation through which the separated water vapor flows A part (33) is provided. The gas distribution part (32) has an inlet pipe for introducing the cathode exhaust gas of the fuel cell (11).
(41) and a discharge pipe (72) for discharging the residual gas remaining after water vapor is separated from the cathode exhaust gas. The steam supply section (33) has a steam supply pipe that supplies steam separated from the cathode exhaust gas to the hydrogen generator (10).
(27b) is provided.
【0040】熱・水蒸気交換器(13)は、熱伝導性の水蒸
気透過膜からなる熱及び水蒸気の移動が可能な分離膜(3
5)を有し、水蒸気分離器(12)において水蒸気を分離され
て残った残留ガスから分離膜(35)を介して熱及び水蒸気
を更に回収し、この回収した熱及び水蒸気を燃料電池(1
1)のカソード(15)に供給される空気(カソード供給空
気)に加えるものである。分離膜(35)の一方の側には、
残留ガスが流通するガス流通部(37)が設けられ、分離膜
(35)の他方の側には、カソード供給空気が流通する空気
流通部(36)が設けられている。空気流通部(36)には、空
気供給源(71)から搬送空気を導入する空気導入管(73)
と、分離膜(35)によって分離した水蒸気を燃料電池(11)
側に供給する水蒸気供給管(74)とが設けられている。The heat / steam exchanger (13) is a separation membrane (3) comprising a heat conductive steam permeable membrane and capable of transferring heat and steam.
5), heat and steam are further recovered from the residual gas remaining after the steam is separated in the steam separator (12) via the separation membrane (35), and the recovered heat and steam are separated into the fuel cell (1).
This is added to the air (cathode supply air) supplied to the cathode (15) in 1). On one side of the separation membrane (35),
A gas circulation part (37) through which residual gas flows is provided, and a separation membrane is provided.
On the other side of (35), an air circulation part (36) through which cathode supply air flows is provided. An air introduction pipe (73) for introducing carrier air from an air supply source (71) to the air circulation section (36)
And the water vapor separated by the separation membrane (35) into the fuel cell (11).
And a steam supply pipe (74) for supplying to the side.
【0041】炭化水素またはメタノールからなる原燃料
(原料)を供給する原料供給源(38)の下流側の燃料導入
路(18a)には、原料ガスを搬送する圧縮機(39)が設けら
れ、圧縮機(39)の吐出側には前述の燃料導入管(18)(図
2参照)が接続されている。水素生成器(10)の水素供給
管(29)が設けられた水素供給路(29a)は、燃料電池(11)
のアノード(16)の入口側に接続されている。この水素供
給路(29a)には、水素生成器(10)において生成した水素
ガスを燃料電池(11)に搬送するための圧縮機(40)が設け
られている。前述したように、燃料電池(11)のカソード
(15)の出口側と水蒸気分離器(12)のガス流通部(32)と
は、導入管(41)を介して接続されている。水蒸気分離器
(12)の水蒸気流通部(33)と水素生成器(10)の水蒸気導入
管(27)とは、前述した水蒸気供給管(27b)と水蒸気導入
路(27a)とを介して接続されている。熱・水蒸気交換器
(13)の空気流通部(36)と燃料電池(11)のカソード(15)の
入口側とは、送風機(45)が設けられた空気供給路(44)を
介して接続されている。水素生成器(10)の残留ガス排出
管(19)が設けられたガス流路(19a)と燃料電池(11)のア
ノード(16)の出口側に設けられたガス流路(46)とは、合
流路(47)において合流しており、その下流側に触媒燃焼
器(14)が設けられている。触媒燃焼器(14)の下流側に
は、膨張タービン(70)が設けられている。A compressor (39) for transporting a raw material gas is provided in a fuel introduction path (18a) downstream of a raw material supply source (38) for supplying a raw fuel (raw material) composed of hydrocarbons or methanol. The aforementioned fuel introduction pipe (18) (see FIG. 2) is connected to the discharge side of the compressor (39). The hydrogen supply path (29a) provided with the hydrogen supply pipe (29) of the hydrogen generator (10) is a fuel cell (11)
Is connected to the inlet side of the anode (16). The hydrogen supply path (29a) is provided with a compressor (40) for transporting the hydrogen gas generated in the hydrogen generator (10) to the fuel cell (11). As described above, the cathode of the fuel cell (11)
The outlet side of (15) and the gas flow section (32) of the steam separator (12) are connected via an introduction pipe (41). Steam separator
The steam flow section (33) of (12) and the steam introduction pipe (27) of the hydrogen generator (10) are connected via the steam supply pipe (27b) and the steam introduction path (27a) described above. . Heat / steam exchanger
The air circulation part (36) of (13) and the inlet side of the cathode (15) of the fuel cell (11) are connected via an air supply path (44) provided with a blower (45). The gas flow channel (19a) provided with the residual gas discharge pipe (19) of the hydrogen generator (10) and the gas flow channel (46) provided on the outlet side of the anode (16) of the fuel cell (11) And a merging flow path (47), and a catalytic combustor (14) is provided downstream thereof. An expansion turbine (70) is provided downstream of the catalytic combustor (14).
【0042】燃料電池システム(1)には、本燃料電池シ
ステム(1)の排熱を利用するための熱回収回路として、
水回路(50)が設けられている。触媒燃焼器(14)の下流側
には、触媒燃焼器(14)の排出ガスと水回路(50)の水とを
熱交換させて当該排出ガスの熱を回収するための熱回収
熱交換器(49)が設けられている。水回路(50)には、上記
熱回収熱交換器(49)の他に、燃料電池(11)の冷却熱交換
器(48)と、原料供給源(38)から供給される原料ガスを予
熱するための予熱熱交換器(52)と、ポンプ(53)とが設け
られている。冷却熱交換器(48)と熱回収熱交換器(49)と
の間には、流量調節機構(54)を有するバイパス回路(51)
が設けられている。The fuel cell system (1) has a heat recovery circuit for utilizing the exhaust heat of the fuel cell system (1).
A water circuit (50) is provided. On the downstream side of the catalytic combustor (14), a heat recovery heat exchanger for exchanging heat between the exhaust gas of the catalytic combustor (14) and water of the water circuit (50) to recover heat of the exhaust gas. (49) is provided. In the water circuit (50), in addition to the heat recovery heat exchanger (49), a cooling heat exchanger (48) for the fuel cell (11) and a raw material gas supplied from a raw material supply source (38) are preheated. A preheat heat exchanger (52) for performing heating and a pump (53) are provided. A bypass circuit (51) having a flow rate adjusting mechanism (54) between the cooling heat exchanger (48) and the heat recovery heat exchanger (49)
Is provided.
【0043】図示は省略するが、本実施形態では、圧縮
機(39),(40)及び送風機(45)は、それぞれ別個に構成さ
れていてもよく、このうちの2または3以上が同一の電
動機によって駆動されるように一体的に形成されていて
もよい。また、膨張タービン(70)で回収したエネルギー
を利用するように、膨張タービン(70)と一体的に形成さ
れていてもよい。Although not shown, in the present embodiment, the compressors (39) and (40) and the blower (45) may be separately constructed, and two or more of them are the same. It may be formed integrally so as to be driven by an electric motor. Further, it may be formed integrally with the expansion turbine (70) so as to use the energy recovered by the expansion turbine (70).
【0044】圧縮機(39),(40)及び送風機(45)のそれぞ
れの容量は、水素生成器(10)における第1触媒層(22)及
び第2触媒層(23)内の圧力が内管(20)内の圧力よりも高
く、水蒸気分離器(12)におけるガス流通部(32)内の圧力
が水蒸気流通部(33)内の圧力よりも高く、熱・水蒸気交
換器(13)におけるガス流通部(37)内の圧力が空気流通部
(36)内の圧力よりも高くなるように設定されている。The capacity of each of the compressors (39), (40) and the blower (45) depends on the pressure in the first catalyst layer (22) and the second catalyst layer (23) in the hydrogen generator (10). Higher than the pressure in the pipe (20), the pressure in the gas flow section (32) in the steam separator (12) is higher than the pressure in the steam flow section (33), and in the heat / steam exchanger (13). The pressure in the gas circulation section (37) is
The pressure is set to be higher than the pressure in (36).
【0045】次に、燃料電池システム(1) の動作につい
て説明する。まず、原料供給源(38)からの原料の供給に
先立って燃料電池(11)の加湿を行う。その後、圧縮機(3
9),(40)及び膨張タービン(70)を起動する。Next, the operation of the fuel cell system (1) will be described. First, the fuel cell (11) is humidified prior to the supply of the raw material from the raw material supply source (38). Then the compressor (3
9) Start (40) and the expansion turbine (70).
【0046】原料供給源(38)から供給された原料ガス
は、予熱熱交換器(52)によって予熱された後、空気(水
蒸気を含んだ空気)とともに水素生成器(10)に流入す
る。原料ガスは、水素生成器(10)の第1触媒層(22)にお
いて、下記(3)式で表される部分酸化反応を起こし、
この反応によって水素が生成される。また、部分酸化反
応によって生じたCOは、第2触媒層(23)において、下
記(4)式で表される水性ガスシフト反応を起こし、こ
の反応によっても水素が生成される。The raw material gas supplied from the raw material supply source (38) is preheated by the preheat heat exchanger (52), and then flows into the hydrogen generator (10) together with air (air containing steam). The raw material gas undergoes a partial oxidation reaction represented by the following formula (3) in the first catalyst layer (22) of the hydrogen generator (10),
This reaction produces hydrogen. Further, CO generated by the partial oxidation reaction causes a water gas shift reaction represented by the following formula (4) in the second catalyst layer (23), and hydrogen is also generated by this reaction.
【0047】 CnHm+(n/2)O2 ⇔ nCO+(m/2)H2 ………(3) CO+H2O ⇔ CO2+H2 ………(4) 生成された水素は、水素透過膜(24)を通過し、内管(20)
内を流れるスイープガスとしての水蒸気とともに水素供
給路(29a)に流出し、燃料電池(11)のアノード(16)側に
供給される。一方、水素を分離されて残った残留ガス
は、ガス流路(19a)に排出される。[0047] C n H m + (n / 2) O 2 ⇔ nCO + (m / 2) H 2 ......... (3) CO + H 2 O ⇔ CO 2 + H 2 ......... (4) The hydrogen produced, After passing through the hydrogen permeable membrane (24), the inner tube (20)
The gas flows out into the hydrogen supply path (29a) together with the water vapor as the sweep gas flowing inside, and is supplied to the anode (16) side of the fuel cell (11). On the other hand, the residual gas remaining after separating the hydrogen is discharged to the gas flow path (19a).
【0048】燃料電池(11)では、アノード(16)の電極表
面において2H2→4H++4e-、カソード(15)の電極
表面においてO2+4H++4e-→2H2Oの電池反応が
起こる。従って、カソード(15)の排出ガスには電池反応
に用いられなかった余剰空気と電池反応によって生じた
水蒸気とが含まれる。このカソード排出ガスは、水蒸気
分離器(12)のガス流通部(32)に供給される。一方、アノ
ード(16)の排出ガスには、電池反応に使用されなかった
水素、空気及び水蒸気が含まれる。このアノード排出ガ
スは、水素生成器(10)の残留ガスとともに触媒燃焼器(1
4)において燃焼され、膨張タービン(70)においてエネル
ギーが回収された後に清浄ガスとなって大気に放出され
る。[0048] In the fuel cell (11), 2H 2 → 4H + + 4e at the electrode surface of the anode (16) -, in the electrode surface of the cathode (15) O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O in the cell reaction takes place. Therefore, the exhaust gas of the cathode (15) contains surplus air not used in the battery reaction and water vapor generated by the battery reaction. This cathode exhaust gas is supplied to the gas circulation part (32) of the steam separator (12). On the other hand, the exhaust gas from the anode (16) contains hydrogen, air, and water vapor that have not been used in the battery reaction. This anode exhaust gas is mixed with the residual gas of the hydrogen generator (10) together with the catalytic combustor (1).
The fuel is burned in 4), and after being recovered in the expansion turbine (70), becomes a clean gas and is released to the atmosphere.
【0049】水蒸気分離器(12)のガス流通部(32)に供給
されたカソード排出ガスは、ガス流通部(32)を流通する
際に水蒸気透過膜(34)によって水蒸気が分離される。分
離された水蒸気は、水蒸気供給管(27b)及び水蒸気導入
路(27a)を通じて水素生成器(10)に供給され、スイープ
ガスとして水素生成器(10)の内管(20)内を流通する。水
蒸気が分離されて残った残留ガスは、熱・水蒸気交換器
(13)のガス流通部(37)に供給される。The cathode exhaust gas supplied to the gas circulation part (32) of the steam separator (12) is separated from the steam by the water vapor permeable membrane (34) when flowing through the gas circulation part (32). The separated steam is supplied to the hydrogen generator (10) through the steam supply pipe (27b) and the steam introduction path (27a), and flows through the inner pipe (20) of the hydrogen generator (10) as a sweep gas. The remaining gas after the separation of the steam is converted to a heat / steam exchanger.
The gas is supplied to the gas distribution section (37) of (13).
【0050】熱・水蒸気交換器(13)のガス流通部(37)に
供給されたガスは、ガス流通部(37)を流通する際に、空
気流通部(36)を流れる空気と熱及び水蒸気の交換を行
い、冷却及び減湿される。冷却及び減湿されたガスは、
大気に放出される。一方、空気流通部(36)において加熱
及び加湿された空気は、水蒸気供給管(74)及び空気供給
路(44)を通じて燃料電池(11)のカソード(15)に供給され
る。When the gas supplied to the gas circulation part (37) of the heat / steam exchanger (13) circulates through the gas circulation part (37), the gas and the heat and steam flowing through the air circulation part (36) Is replaced, cooled and dehumidified. The cooled and dehumidified gas is
Released to the atmosphere. On the other hand, the air heated and humidified in the air circulation part (36) is supplied to the cathode (15) of the fuel cell (11) through the water vapor supply pipe (74) and the air supply path (44).
【0051】以上のように、本燃料電池システム(1) で
は、燃料電池(11)の排出ガスから水蒸気透過膜(34)及び
分離膜(35)を通じて水蒸気を回収し、回収した水蒸気を
燃料電池(11)及び水素生成器(10)に供給することとして
いるので、外部の加湿源が不要であり、システムは簡易
かつ小型に構成されている。また、排出ガスから水蒸気
を回収するので、蒸気発生式の加湿装置と異なり水質管
理が不要となる。As described above, in the fuel cell system (1), steam is recovered from the exhaust gas of the fuel cell (11) through the water vapor permeable membrane (34) and the separation membrane (35), and the recovered steam is Since the power is supplied to (11) and the hydrogen generator (10), no external humidification source is required, and the system is configured simply and compactly. Further, since steam is recovered from the exhaust gas, water quality management is not required unlike a steam generating humidifier.
【0052】また、水系統(水回路(50))と加湿系統
(空気供給路(44),水蒸気導入路(27a)等)とが互いに
独立しているので、水系統の凍結防止処理や水処理等を
加湿系統と別個に行うことができる。従って、水系統の
メンテナンスが容易になる。Further, since the water system (water circuit (50)) and the humidification system (air supply path (44), steam introduction path (27a), etc.) are independent of each other, freezing prevention processing of the water system and water Processing and the like can be performed separately from the humidification system. Therefore, maintenance of the water system becomes easy.
【0053】<実施形態2>図3に示すように、実施形
態2に係る加湿装置は、水蒸気分離器(12)及び熱・水蒸
気交換器(13)に加え、水素生成器(10)の残留ガス及び燃
料電池(11)のアノード排出ガスから水蒸気を回収する水
蒸気分離器(80)を備えたものである。<Second Embodiment> As shown in FIG. 3, a humidifier according to a second embodiment includes, in addition to a steam separator (12) and a heat / steam exchanger (13), a residual hydrogen generator (10). A steam separator (80) for recovering steam from gas and anode exhaust gas of the fuel cell (11) is provided.
【0054】水蒸気分離器(80)の構成は水蒸気分離器(1
2)と同様であり、水蒸気透過膜(83)の両側にはガス流通
部(82)及び水蒸気流通部(81)が形成されている。ガス流
通部(82)は、水素生成器(10)の残留ガスと燃料電池(11)
のアノード排出ガスとの混合ガスを導入するように構成
されている。水蒸気流通部(81)は、上記混合ガスから水
蒸気透過膜(83)を通じて回収した水蒸気を水素生成器(1
0)に供給するように構成されている。この水蒸気流通部
(81)には、水蒸気分離器(12)の水蒸気供給管(27b)と合
流する水蒸気供給管(84)が接続されている。ガス流通部
(82)の出口側は、触媒燃焼器(14)に接続されている。The structure of the steam separator (80) is as follows.
As in 2), a gas flow section (82) and a water vapor flow section (81) are formed on both sides of the water vapor permeable membrane (83). The gas distribution unit (82) is configured to control the residual gas of the hydrogen generator (10) and the fuel cell (11).
It is configured to introduce a mixed gas with the anode exhaust gas. The steam flow section (81) converts the steam recovered from the mixed gas through the steam permeable membrane (83) into a hydrogen generator (1).
0). This steam circulation section
The (81) is connected to a steam supply pipe (84) that merges with the steam supply pipe (27b) of the steam separator (12). Gas distribution department
The outlet side of (82) is connected to the catalytic combustor (14).
【0055】従って、本実施形態によれば、燃料電池(1
1)のカソード排出ガスに加え、アノード排出ガス及び水
素生成器(10)の残留ガスからも水蒸気を回収するので、
加湿能力が向上する。Therefore, according to this embodiment, the fuel cell (1
In addition to the cathode exhaust gas of 1), water vapor is recovered from the anode exhaust gas and the residual gas of the hydrogen generator (10).
Humidification ability is improved.
【0056】<実施形態3>図4に示すように、実施形
態3に係る燃料電池システム(1b)は、実施形態1の燃料
電池システム(1) において、燃料電池(11)のカソード排
出ガスの一部を原料ガスと混合させて水素生成器(10)に
供給するようにしたものである。<Third Embodiment> As shown in FIG. 4, the fuel cell system (1b) according to the third embodiment is different from the fuel cell system (1) of the first embodiment in that the cathode exhaust gas of the fuel cell (11) is A part is mixed with the raw material gas and supplied to the hydrogen generator (10).
【0057】本燃料電池システム(1b)では、水蒸気分離
器(12)の導入管(41)が分岐し、当該導入管(41)と燃料導
入路(18a)とをつなぐ空気供給路(42)が形成されてい
る。この空気供給路(42)には、圧縮機(43)が設けられて
いる。In the fuel cell system (1b), the introduction pipe (41) of the steam separator (12) branches, and the air supply path (42) connecting the introduction pipe (41) and the fuel introduction path (18a). Are formed. A compressor (43) is provided in the air supply path (42).
【0058】本実施形態では、余剰空気と水蒸気とが含
まれる燃料電池(11)のカソード排出ガスは、その一部が
水蒸気分離器(12)のガス流通部(32)に導入される一方、
他の部分は空気供給路(42)を通じて水素生成器(10)に供
給される。従って、水素生成器(10)における部分酸化反
応及び水性ガスシフト反応が促進され、水素の生成効率
が向上する。そのため、燃料電池システム(1b)の全体の
効率は向上する。In this embodiment, a part of the cathode exhaust gas of the fuel cell (11) containing excess air and water vapor is introduced into the gas flow part (32) of the water vapor separator (12),
The other part is supplied to the hydrogen generator (10) through the air supply path (42). Therefore, the partial oxidation reaction and the water gas shift reaction in the hydrogen generator (10) are promoted, and the hydrogen generation efficiency is improved. Therefore, the overall efficiency of the fuel cell system (1b) is improved.
【0059】<実施形態4>図5に示すように、実施形
態4は、水蒸気分離器(12)を燃料電池(11)と一体化した
ものである。<Fourth Embodiment> As shown in FIG. 5, a fourth embodiment is such that a steam separator (12) is integrated with a fuel cell (11).
【0060】本水蒸気分離器(12)は、水蒸気透過膜(87)
を介して隣り合うガス流通部(85)及び水蒸気流通部(86)
を備えている。ガス流通部(85)及び水蒸気流通部(86)
は、図示しないケーシングによって区画されている。当
該ケーシングには、燃料電池(11)のアノードガス排出口
(図示せず)に連続するガス導入口(図示せず)と、ガ
ス流通部(85)の下流側に設けられたガス排出口(図示せ
ず)と、水蒸気流通部(86)の下流側に設けられた水蒸気
供給口(図示せず)とが設けられている。The present steam separator (12) is provided with a steam permeable membrane (87).
A gas circulation part (85) and a steam circulation part (86) adjacent to each other through
It has. Gas distribution part (85) and steam distribution part (86)
Are partitioned by a casing (not shown). The casing has a gas inlet (not shown) connected to an anode gas outlet (not shown) of the fuel cell (11) and a gas outlet (not shown) provided on the downstream side of the gas flow portion (85). (Not shown), and a steam supply port (not shown) provided on the downstream side of the steam flow section (86).
【0061】上記水蒸気供給口に接続された水蒸気供給
管(27b)は、水蒸気を水素生成器(10)のスイープガス用
に供給する水蒸気導入路(27a)と、水蒸気を水素生成器
(10)の水性ガスシフト反応用に供給する水蒸気導入路(2
7c)とに分岐している。つまり、水蒸気流通部(86)は、
水蒸気導入路(27a)を介して水素生成器(10)の水蒸気導
入管(27)(図2参照)に接続され、水蒸気導入路(27c)
を介して燃料導入路(18a)に接続されている。A steam supply pipe (27b) connected to the steam supply port has a steam introduction passage (27a) for supplying steam for sweep gas of the hydrogen generator (10), and a steam
The water vapor introduction path (2) supplied for the water gas shift reaction of (10)
7c). That is, the water vapor distribution section (86)
It is connected to a steam introduction pipe (27) (see FIG. 2) of the hydrogen generator (10) through a steam introduction path (27a), and is connected to a steam introduction path (27c).
Is connected to the fuel introduction path (18a) via
【0062】以上のように、本実施形態の水蒸気分離器
(12)は燃料電池(11)と一体化されているので、燃料電池
システム(1c)の全体構成は小型である。また、燃料電池
(11)の排出ガスから回収した水蒸気を水素生成器(10)の
スイープ及び水性ガスシフト反応の双方に利用している
ので、加湿装置の全体構成が簡易化する。As described above, the steam separator of the present embodiment
Since (12) is integrated with the fuel cell (11), the overall configuration of the fuel cell system (1c) is small. Also fuel cell
Since the steam recovered from the exhaust gas of (11) is used for both the sweep of the hydrogen generator (10) and the water gas shift reaction, the overall configuration of the humidifier is simplified.
【0063】<実施形態5>図6に示すように、実施形
態5は、熱・水蒸気交換器(13)を燃料電池(11)と一体化
したものである。<Fifth Embodiment> As shown in FIG. 6, in the fifth embodiment, a heat / steam exchanger (13) is integrated with a fuel cell (11).
【0064】燃料電池(11)に一体的に取り付けられたケ
ーシング(100)には、水蒸気透過膜(101)を介して隣り合
うガス流通部(102)及び空気流通部(103)が設けられてい
る。ガス流通部(102)の上流側には、燃料電池(11)のカ
ソードガス排出口(図示せず)に連続するガス導入口(1
04)が設けられ、ガス流通部(102)の下流側にはガス排出
口(105)が設けられている。空気流通部(103)の上流側に
は、空気供給源(71)からの空気を導入する空気導入口(1
06)が設けられ、空気流通部(103)の下流側には、燃料電
池(11)のカソード(15)のガス流入口(図示せず)に連続
する水蒸気排出口(107)が設けられている。A casing (100) integrally attached to the fuel cell (11) is provided with a gas circulation section (102) and an air circulation section (103) adjacent to each other via a water vapor permeable membrane (101). I have. A gas inlet (1) that is continuous with a cathode gas outlet (not shown) of the fuel cell (11) is provided on the upstream side of the gas flow section (102).
04) is provided, and a gas outlet (105) is provided on the downstream side of the gas circulation part (102). An air inlet (1) for introducing air from an air supply source (71) is provided on the upstream side of the air circulation section (103).
06), and a steam outlet (107) connected to a gas inlet (not shown) of the cathode (15) of the fuel cell (11) is provided downstream of the air circulation unit (103). I have.
【0065】従って、本実施形態においても、熱・水蒸
気交換器(13)が燃料電池(11)と一体化されているので、
実施形態4と同様に、燃料電池システムの全体構成は小
型化される。Therefore, also in this embodiment, since the heat / steam exchanger (13) is integrated with the fuel cell (11),
As in the fourth embodiment, the overall configuration of the fuel cell system is reduced in size.
【0066】<その他の実施形態>なお、前記各実施形
態では、原料の改質を部分酸化反応及び水性ガスシフト
反応により行っていたが、本発明は燃料電池システムの
改質系に依存するものではない。本発明を、例えば水蒸
気改質等、他の改質方法を利用する燃料電池システムに
適用できることは勿論である。<Other Embodiments> In each of the above embodiments, the raw material was reformed by the partial oxidation reaction and the water gas shift reaction. However, the present invention does not depend on the reforming system of the fuel cell system. Absent. Of course, the present invention can be applied to a fuel cell system using another reforming method such as steam reforming.
【0067】[0067]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、燃料電
池の排出ガスに含まれる水蒸気を水蒸気透過膜を通じて
回収し、回収した水蒸気を燃料電池システムの運転プロ
セスに利用するので、外部の加湿源が不要であり、シス
テムを簡易かつ小型に構成することができる。また、水
蒸気を排出ガスから直接取り出すので、水質管理が不要
である。従って、メンテナンスが容易になる。また、燃
料電池の水系統と加湿系統とが分離されるので、システ
ムの構成を簡易化することができるとともに、水系統の
メンテナンスを容易に行うことができる。As described above, according to the present invention, the water vapor contained in the exhaust gas of the fuel cell is recovered through the water vapor permeable membrane, and the recovered water vapor is used for the operation process of the fuel cell system. No humidification source is required, and the system can be configured simply and compactly. Further, since water vapor is directly extracted from the exhaust gas, there is no need for water quality management. Therefore, maintenance becomes easy. Further, since the water system and the humidification system of the fuel cell are separated, the configuration of the system can be simplified and the maintenance of the water system can be easily performed.
【図1】実施形態1に係る燃料電池システムの構成図で
ある。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment.
【図2】水素生成器の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a hydrogen generator.
【図3】実施形態2に係る燃料電池システムの構成図で
ある。FIG. 3 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 2.
【図4】実施形態3に係る燃料電池システムの構成図で
ある。FIG. 4 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 3.
【図5】実施形態4に係る燃料電池システムの構成図で
ある。FIG. 5 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment.
【図6】実施形態5に係る熱・水蒸気交換器の構成図で
あり、(a)は縦断面図、(b)は正面図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a heat / steam exchanger according to a fifth embodiment, where (a) is a longitudinal sectional view and (b) is a front view.
(1) 燃料電池システム (10) 水素生成器 (11) 燃料電池 (12) 水蒸気分離器(加湿装置) (13) 熱・水蒸気交換器(加湿装置) (15) カソード (16) アノード (32) ガス流通部 (33) 水蒸気流通部 (34) 水蒸気透過膜 (35) 分離膜(水蒸気透過膜) (36) 空気流通部 (37) ガス流通部 (1) Fuel cell system (10) Hydrogen generator (11) Fuel cell (12) Steam separator (humidifier) (13) Heat / steam exchanger (humidifier) (15) Cathode (16) Anode (32) Gas flow section (33) Water vapor flow section (34) Water vapor permeable membrane (35) Separation membrane (water vapor permeable membrane) (36) Air flow section (37) Gas flow section
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 康令 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 米本 和生 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Fターム(参考) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB14 EB33 EB45 5H027 AA06 BA01 BA16 CC06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasunori Okamoto 1304 Kanaokacho, Sakai City, Osaka Daikin Industries Inside Kanaoka Plant of Sakai Seisakusho Co., Ltd. (72) Inventor Kazuo Yonemoto 1304 Kanaokacho, Sakai City, Osaka Daikin 4G040 EA02 EA03 EA06 EB14 EB33 EB45 5H027 AA06 BA01 BA16 CC06
Claims (12)
んだ排出ガスを導入するガス導入部(41,104)と、 上記排出ガスに含まれる水蒸気を透過させる水蒸気透過
膜(34,35,83,87,101)と、 上記水蒸気透過膜(34,35,83,87,101)を透過した水蒸気
を発電プロセスに利用するように排出する水蒸気排出部
(27b,74,84,107)とを備えている燃料電池システムの加
湿装置。A gas introduction section for introducing an exhaust gas containing water vapor discharged from a fuel cell; a water vapor permeable membrane for transmitting the water vapor contained in the exhaust gas; , 87, 101), and a water vapor discharge unit that discharges the water vapor that has passed through the water vapor permeable membrane (34, 35, 83, 87, 101) so as to be used for the power generation process.
(27b, 74, 84, 107).
カソード排出ガスまたはアノード排出ガスを導入するよ
うに構成されている請求項1に記載の燃料電池システム
の加湿装置。2. The humidifying device for a fuel cell system according to claim 1, wherein the gas introduction section (41, 104) is configured to introduce a cathode exhaust gas or an anode exhaust gas of the fuel cell (11).
らなり、 ガス導入部(41,104)は燃料電池(11)のカソード排出ガス
を導入するように構成され、 水蒸気排出部(74,107)は、搬送空気とともに水蒸気を上
記燃料電池(11)のカソード(15)に供給するように構成さ
れている請求項1に記載の燃料電池システムの加湿装
置。3. The water vapor permeable membrane (35) is formed of a heat conductive permeable membrane, and the gas inlet (41, 104) is configured to introduce a cathode exhaust gas of the fuel cell (11). 2.) The humidifying device for a fuel cell system according to claim 1, wherein the humidifier is configured to supply steam together with the carrier air to the cathode (15) of the fuel cell (11).
ケーシング(100)を備え、 上記ケーシング(100)には、 水蒸気透過膜(101)を介して隣り合う排出ガス流路(102)
及び水蒸気回収通路(103)と、 燃料電池(11)のカソードガス排出口に連続し且つ該排出
ガス流路(102)の上流側に設けられてガス導入部をなす
ガス導入口(104)と、 上記排出ガス流路(102)の下流側に設けられたガス排出
口(105)と、 上記水蒸気回収通路(103)の上流側に設けられた空気導
入口(106)と、 上記燃料電池(11)のカソード(15)のガス流入口に連続し
且つ上記水蒸気回収通路(103)の下流側に設けられて水
蒸気排出部をなす水蒸気排出口(107)とが形成されてい
る請求項3に記載の燃料電池システムの加湿装置。4. A casing (100) integrally attached to a fuel cell (11), wherein the casing (100) has an exhaust gas passage (102) adjacent thereto via a water vapor permeable membrane (101).
And a steam recovery passageway (103), and a gas inlet port (104) that is continuous with the cathode gas outlet of the fuel cell (11) and that is provided on the upstream side of the exhaust gas passageway (102) to form a gas inlet. A gas outlet (105) provided downstream of the exhaust gas flow path (102), an air inlet (106) provided upstream of the steam recovery passage (103), and the fuel cell ( 4. A steam outlet (107) which is continuous with the gas inlet of the cathode (11) of (11) and is provided downstream of the steam recovery passage (103) and forms a steam outlet. A humidifier for a fuel cell system according to the above.
ケーシングを備え、 上記ケーシングには、 水蒸気透過膜(87)を介して隣り合う排出ガス流路(85)及
び水蒸気回収通路(86)と、 上記排出ガス流路(85)の上流側に設けられてガス導入部
をなす排出ガス導入口と、 上記排出ガス流路(85)の下流側に設けられたガス排出口
と、 上記水蒸気回収通路(86)の上流側に設けられたガス導入
口と、 上記水蒸気回収通路(86)の下流側に設けられて水蒸気排
出部をなす水蒸気排出口とが形成されている請求項1〜
3のいずれか一つに記載の燃料電池システムの加湿装
置。5. A casing integrally provided with a fuel cell (11), wherein the casing has an exhaust gas passage (85) and a steam recovery passage (86) adjacent to each other via a steam permeable membrane (87). An exhaust gas inlet provided on the upstream side of the exhaust gas flow path (85) and forming a gas introduction section; a gas exhaust port provided on the downstream side of the exhaust gas flow path (85); A gas inlet provided on the upstream side of the steam recovery passage (86), and a steam outlet provided on the downstream side of the steam recovery passage (86) and forming a steam discharge portion are formed.
3. The humidifying device for a fuel cell system according to any one of 3.
機または送風機(45)の吸引側が接続されている請求項1
〜3または5のいずれか一つに記載の燃料電池システム
の加湿装置。6. A suction side of a compressor or a blower (45) is connected to a downstream side of the steam discharge section (27b, 74).
6. The humidifying device for a fuel cell system according to any one of items 3 to 5.
供給される水素を生成するメンブレン型水素生成器(10)
に対してスイープガス用に水蒸気を供給するように構成
されている請求項1に記載の燃料電池システムの加湿装
置。7. A membrane-type hydrogen generator (10) for generating hydrogen to be supplied to a fuel cell (11).
The humidifying device for a fuel cell system according to claim 1, wherein the humidifying device is configured to supply steam for sweep gas to the fuel cell system.
て燃料電池(11)に供給する改質装置(10)に対して水蒸気
を供給するように構成されている請求項1に記載の燃料
電池システムの加湿装置。8. The steam discharge section (27b) is configured to supply steam to a reformer (10) for reforming a raw fuel and supplying the reformed fuel to a fuel cell (11). The humidifying device for a fuel cell system according to claim 1.
アノード(16)と、原燃料を改質して該燃料電池(11)に供
給する改質装置(10)とに対して水蒸気を供給するように
構成されている請求項1に記載の燃料電池システムの加
湿装置。9. A steam discharge section (27b) is provided between an anode (16) of a fuel cell (11) and a reformer (10) for reforming a raw fuel and supplying the reformed fuel to the fuel cell (11). The humidifier of claim 1, wherein the humidifier is configured to supply steam.
ム(1)の運転に先立って燃料電池(11)に水蒸気を供給す
るように構成されている請求項1に記載の燃料電池シス
テムの加湿装置。10. The fuel cell system according to claim 1, wherein the steam supply section (74) is configured to supply steam to the fuel cell (11) prior to operation of the fuel cell system (1). Humidifier.
高分子膜により形成されている請求項1〜10のいずれ
か一つに記載の燃料電池システムの加湿装置。11. The water vapor permeable membrane (34, 35, 83, 87, 101)
The humidifier for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, wherein the humidifier is formed of a polymer film.
無機膜により形成されている請求項1〜10のいずれか
一つに記載の燃料電池システムの加湿装置。12. The water vapor permeable membrane (34, 35, 83, 87, 101)
The humidifier for a fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, wherein the humidifier is formed of an inorganic film.
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---|---|
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001216986A (en) * | 2000-01-31 | 2001-08-10 | Honda Motor Co Ltd | Humidifying system for fuel cell |
JP2004206951A (en) * | 2002-12-24 | 2004-07-22 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell with dehumidification/humidification device |
JP2006286411A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Toyota Motor Corp | Humidification apparatus for fuel cell system and fuel cell system having this |
US7201983B2 (en) | 2001-12-28 | 2007-04-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generation apparatus and method and fuel cell system |
KR100730400B1 (en) | 2006-06-07 | 2007-06-19 | 한국기계연구원 | Humidifier for fuel cell |
JP2009512135A (en) * | 2005-10-05 | 2009-03-19 | パナソニック株式会社 | Direct oxidation fuel cell system with controlled temperature of fuel cell stack and gas-liquid separator |
JP2009135107A (en) * | 2009-01-14 | 2009-06-18 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell system |
JP2015211012A (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-24 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel cell system |
JP2015211011A (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-24 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel cell system |
WO2020115983A1 (en) * | 2018-12-03 | 2020-06-11 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Hydrogen compression system |
JP6876998B1 (en) * | 2019-07-24 | 2021-05-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Compressor |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03236166A (en) * | 1990-02-09 | 1991-10-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Power generating method for molten carbonate fuel cell |
JPH05129029A (en) * | 1991-11-07 | 1993-05-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Power generation system formed by using fuel cell |
JPH05275103A (en) * | 1992-03-27 | 1993-10-22 | Osaka Gas Co Ltd | Method and device for starting fuel cell generating device |
JPH06132038A (en) * | 1992-10-20 | 1994-05-13 | Fuji Electric Co Ltd | Solid highpolymer electrolyte type fuel cell |
JPH06168733A (en) * | 1991-03-27 | 1994-06-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Manufacture of hydrogen for fuel cell, device therefor and hydrogen supply |
JPH1010317A (en) * | 1996-06-24 | 1998-01-16 | Toyo Ink Mfg Co Ltd | Polarizing plate protective film and polarizing plate |
JP2000164229A (en) * | 1998-11-26 | 2000-06-16 | Toshiba Corp | Solid high molecular fuel cell system |
-
1999
- 1999-11-16 JP JP32518599A patent/JP2001143733A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03236166A (en) * | 1990-02-09 | 1991-10-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Power generating method for molten carbonate fuel cell |
JPH06168733A (en) * | 1991-03-27 | 1994-06-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Manufacture of hydrogen for fuel cell, device therefor and hydrogen supply |
JPH05129029A (en) * | 1991-11-07 | 1993-05-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Power generation system formed by using fuel cell |
JPH05275103A (en) * | 1992-03-27 | 1993-10-22 | Osaka Gas Co Ltd | Method and device for starting fuel cell generating device |
JPH06132038A (en) * | 1992-10-20 | 1994-05-13 | Fuji Electric Co Ltd | Solid highpolymer electrolyte type fuel cell |
JPH1010317A (en) * | 1996-06-24 | 1998-01-16 | Toyo Ink Mfg Co Ltd | Polarizing plate protective film and polarizing plate |
JP2000164229A (en) * | 1998-11-26 | 2000-06-16 | Toshiba Corp | Solid high molecular fuel cell system |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001216986A (en) * | 2000-01-31 | 2001-08-10 | Honda Motor Co Ltd | Humidifying system for fuel cell |
US7201983B2 (en) | 2001-12-28 | 2007-04-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generation apparatus and method and fuel cell system |
JP2004206951A (en) * | 2002-12-24 | 2004-07-22 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell with dehumidification/humidification device |
JP4603920B2 (en) * | 2005-03-31 | 2010-12-22 | トヨタ自動車株式会社 | Humidifier for fuel cell and fuel cell system provided with the same |
JP2006286411A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Toyota Motor Corp | Humidification apparatus for fuel cell system and fuel cell system having this |
JP2009512135A (en) * | 2005-10-05 | 2009-03-19 | パナソニック株式会社 | Direct oxidation fuel cell system with controlled temperature of fuel cell stack and gas-liquid separator |
KR100730400B1 (en) | 2006-06-07 | 2007-06-19 | 한국기계연구원 | Humidifier for fuel cell |
JP2009135107A (en) * | 2009-01-14 | 2009-06-18 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell system |
JP2015211012A (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-24 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel cell system |
JP2015211011A (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-24 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel cell system |
WO2020115983A1 (en) * | 2018-12-03 | 2020-06-11 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Hydrogen compression system |
JP2020094270A (en) * | 2018-12-03 | 2020-06-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Hydrogen compression system |
CN111742082A (en) * | 2018-12-03 | 2020-10-02 | 松下知识产权经营株式会社 | Hydrogen pressure boosting system |
JP6876998B1 (en) * | 2019-07-24 | 2021-05-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Compressor |
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