JP2001351654A

JP2001351654A - 燃料電池の供給ガス加湿装置

Info

Publication number: JP2001351654A
Application number: JP2000166906A
Authority: JP
Inventors: Goji Katano; 剛司片野; Yoshio Nuitani; 芳雄縫谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で水透過型加湿器をパージ可能な
燃料電池の供給ガス加湿装置を提供することを課題とす
る。【解決手段】燃料電池１からの排出ガス（排出空気）
Ａｅ内に含まれる水分を透過させることによって燃料電
池１への供給ガス（供給空気）Ａｄを加湿する水透過型
加湿器（水透過膜型加湿器）２３を備える燃料電池の供
給ガス加湿装置２２であって、排出ガスＡｅを加圧して
下流側に供給するガス移動手段２４と、ガス移動手段２
４からの排出ガスを蓄える蓄圧手段２６，２７と、蓄圧
手段２６，２７と水透過型加湿器２３の燃料電池側排出
口２３ａとを連通する連通手段２８とを備え、蓄圧手段
２６，２７に蓄えられた排出ガスを水透過型加湿器２３
内の供給ガスが通流するガス流路に逆流させることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水透過型加湿器に
より供給ガスを加湿する燃料電池の供給ガス加湿装置に
関し、特に、水透過型加湿器をパージするパージ手段を
備える供給ガス加湿装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気エネルギを発生させる際に環
境に対してクリーンなことから、電気自動車の動力源等
として燃料電池（固体高分子型燃料電池）が注目されて
いる。燃料電池は、水素ガスと酸素ガスを化学反応させ
て水を生成するとともに、化学エネルギから電気エネル
ギを発生する。燃料電池の電解質膜が乾燥するのを防止
するために、燃料電池システムには、乾燥気体を加湿す
る供給ガス加湿装置を備える。加湿装置としては超音波
加湿、スチーム加湿、気化式加湿、ノズル噴射等の種類
があるものの、燃料電池に用いられる供給ガス加湿装置
としては、水透過膜、殊に中空糸膜を用いたものが好適
に利用されている。この供給ガス加湿装置は、燃料電池
から排出された湿潤気体である排出ガスの水分を乾燥し
た供給ガスに水分交換し、加湿した供給ガスを発生する
加湿器である。例えば、特開平８−２７３６８７号公報
には中空糸膜によって加湿する燃料電池の供給ガス加湿
装置が開示されている。この供給ガス加湿装置は、発電
素子に供給する供給ガス（燃焼ガスまたは酸化剤ガス）
と水（または水分を含んだ酸化剤排出ガス）とを中空糸
膜を介して接触させ、供給ガスを加湿している。

【０００３】ちなみに、供給ガス加湿装置として中空糸
膜を用いる場合、数ミリ〜数ミクロレベルの外径の微細
な中空糸膜を数千〜数万本束ねた中空糸膜束をハウジン
グ内に収納して使用する。例えば、この供給ガスを空気
とした場合、供給ガス加湿装置では、各中空糸膜内に水
分を多く含有した排出ガス（湿潤空気）を通流させると
ともに、ハウジング内の各中空糸膜同士の隙間に供給ガ
ス（乾燥空気）を通流させる。逆に、中空糸膜内に供給
ガスを通流させ、ハウジング内の各中空糸膜同士の隙間
に排出ガスを通流させる場合もある。すると、中空糸膜
の内側では排出ガス中の水分が凝縮する。さらに、中空
糸膜の内側から外側に向けて、凝縮した排出ガスの水分
が毛管現象により吸い出されて中空糸膜を透過する。そ
して、この水分によって、中空糸膜の外側を通流する供
給ガスが加湿される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中空糸
膜束は多数の中空糸膜が密に束ねられているため、供給
ガスが通流する各中空糸膜同士の隙間は非常に狭い。そ
のため、供給ガス加湿装置に導入される供給ガス中にゴ
ミや埃等が含まれていると、ハウジング内の各中空糸膜
同士の隙間（または中空糸膜内）にゴミや埃等が詰まる
ことがある。供給ガスが通流するガス流路にゴミや埃等
が詰まると、燃料電池に供給ガスを供給する時の圧力が
損失し、燃料電池が必要とする供給ガスを供給できなく
なる。また、詰まった部分には供給ガスが通流できない
ので、供給ガス加湿装置の加湿能力が低下するために、
燃料電池に水分が少ない供給ガスが供給され、燃料電池
での発電効率が低下する。さらに、供給ガス加湿装置の
耐久性も低下する。また、中空糸膜自体も非常に細いた
め、中空糸膜内を通流する排出ガス中にゴミや埃等が含
まれていると、中空糸膜内にゴミや埃等が詰まることが
ある。そのため、湿潤空気である排出ガスが通流するガ
ス流路にゴミや埃等が詰まると、供給ガス加湿装置の加
湿能力が低下する。

【０００５】そこで、図４に示すように、燃料電池５１
の空気供給装置５０に備えられる供給ガス加湿装置５２
には、供給空気Ａｄ中のゴミや埃等の除去手段を設ける
必要がある。例えば、水透過膜型加湿器５５に導入する
供給空気Ａｄ中のゴミ等を極力排除するために、供給ガ
ス加湿装置５２は、水透過膜型加湿器５５の上流にフィ
ルタ５４が設けられ、供給空気Ａｄからゴミや埃を予め
取り除く。また、水透過膜型加湿器５５内の供給空気Ａ
ｄが通流するガス流路にゴミ等が詰まった場合にパージ
するために、供給ガス加湿装置５２は、水透過膜型加湿
器５５とフィルタ５４間に第１三方弁５６、水透過膜型
加湿器５５の下流と燃料電池５１の上流間に第２三方弁
５７および水透過膜型加湿器５５の下流に第３三方弁５
８が配設される。そして、パージする時、通常時におけ
る供給空気Ａｄの流れ（図４の実線矢印方向）を逆流さ
せるために、３つの三方弁５６，５７，５８を切り替え
る。すると、ポンプ５３から供給される供給空気Ａｄ
は、フィルタ５４→第２三方弁５７→水透過膜型加湿器
５５→第１三方弁５６→第３三方弁５８と流れ（図４の
破線矢印方向）、水透過膜型加湿器５５内の供給空気Ａ
ｄが通流するガス流路内を逆流し、このガス流路に詰ま
ったゴミ等をパージする。しかし、このようなフィルタ
５４や三方弁５６，５７，５８等を設けると、供給ガス
加湿装置５２における装置構成が複雑化し、大型化す
る。

【０００６】そこで、本発明の課題は、簡単な構成で水
透過型加湿器をパージ可能な燃料電池の供給ガス加湿装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明に係る燃料電池の供給ガス加湿装置は、燃料電池から
の排出ガス内に含まれる水分を透過させることによって
前記燃料電池への供給ガスを加湿する水透過型加湿器を
備える燃料電池の供給ガス加湿装置であって、前記排出
ガスを加圧して下流側に供給するガス移動手段と、前記
ガス移動手段からの排出ガスを蓄える蓄圧手段と、前記
蓄圧手段と前記水透過型加湿器の燃料電池側排出口とを
連通する連通手段とを備え、前記蓄圧手段に蓄えられた
排出ガスを前記水透過型加湿器内の供給ガスが通流する
ガス流路に逆流させることを特徴とする。この燃料電池
の供給ガス加湿装置によれば、連通手段を介して蓄圧手
段に蓄えられた高圧の排出ガスを水透過型加湿器内の供
給ガスが通流するガス流路に逆流させることができる。
その結果、水透過型加湿器内をパージすることができ、
供給ガスのガス流路に詰まったゴミや埃等を取り除くこ
とができる。

【０００８】さらに、前記燃料電池の供給ガス加湿装置
において、前記燃料電池が所定の運転状態のときに前記
連通手段を制御して、前記蓄圧手段に蓄えられた排出ガ
スを前記ガス流路に逆流させることを特徴とする。この
燃料電池の供給ガス加湿装置によれば、燃料電池が所定
の運転状態のときに蓄圧手段に蓄えられた排出ガスをガ
ス流路に逆流させることによって、適切なタイミングで
パージを行うことができる。なお、燃料電池の所定の運
転状態とは、燃料電池に供給ガスを供給しなくてもよい
時または水透過型加湿器が目詰まりした時等であり、例
えば、燃料電池の運転始動時（イグニッションのＯＮ
時）、燃料電池の運転停止時（イグニッションのＯＦＦ
時）、燃料電池電気自動車のシフトレバーがパーキング
位置等、または目詰まりを検出するセンサで目詰まりを
検出した時等である。

【０００９】しかも、前記燃料電池の供給ガス加湿装置
において、前記水透過型加湿器の排出側下流に前記ガス
移動手段の吐出圧を制御する圧力制御手段を備え、前記
圧力制御手段を調整することによって前記蓄圧手段内の
圧力を制御することを特徴とする。この燃料電池の供給
ガス加湿装置によれば、圧力制御手段の圧力調整によっ
て、燃料電池の運転中は何時でも、蓄圧手段の内圧を必
要十分な圧力に保つことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る燃料電池の供給ガス加湿装置の実施の形態について
説明する。

【００１１】本発明に係る燃料電池の供給ガス加湿装置
は、加圧された排出ガスを蓄え、この蓄えた排出ガスを
水透過型加湿器内の供給ガスが通流するガス流路に逆流
させる。その結果、水透過型加湿器の供給ガスのガス流
路がパージされ、このガス流路内に詰まったゴミや埃等
を取り除くことができる。

【００１２】本実施の形態に係る供給ガス加湿装置を備
える燃料電池システムは、燃料電池で発生する電気エネ
ルギによってモータを駆動し、この駆動力で走行する電
気自動車に搭載されるものとする。また、この燃料電池
システムは、燃料電池のカソード極側に加湿した供給空
気を供給する空気供給装置を備えるとともに、燃料電池
のアノード極側に供給水素を供給する水素供給装置を備
える。そして、本実施の形態では、空気供給装置に本発
明に係る供給ガス加湿装置を適用し、この供給ガス加湿
装置に備えられる水透過膜型加湿器には中空糸膜を用い
る。さらに、この供給ガス加湿装置は、水透過膜型加湿
器をパージするために、本発明に係るガス移動手段、圧
力制御手段、蓄圧手段および連通手段からなるパージ手
段を備える。なお、空気供給装置は、燃料電池の下流側
に配置されたコンプレッサによる負圧によって供給空気
を燃料電池に供給する。なお、本実施の形態では、供給
ガス加湿装置で加湿される供給ガスを供給空気とし、供
給ガス加湿装置で水分が吸い出される排出ガスを排出空
気とする。また、本実施の形態では、燃料電池に供給す
る供給空気に対して、水透過膜型加湿器に加湿される前
の乾燥空気である供給空気には符号としてＡｄを付し、
水透過膜型加湿器に加湿された後の湿潤空気である供給
空気には符号としてＡｗを付す。

【００１３】図１を参照して、燃料電池システムＦＣＳ
について説明する。燃料電池システムＦＣＳは、主に、
燃料電池１、空気供給装置２、水素供給装置３および制
御装置４等から構成される。なお、空気供給装置２は、
乾燥した供給空気Ａｄを加湿して燃料電池１に加湿した
供給空気Ａｗを供給する供給ガス加湿装置２２を備え
る。なお、本実施の形態では、供給ガス加湿装置２２
が、特許請求の範囲に記載の燃料電池の供給ガス加湿装
置に相当する。

【００１４】まず、図２を参照して、燃料電池１につい
て説明する。燃料電池１は、電解質膜１ｃを挟んでカソ
ード極側（酸素（空気）極側）とアノード極側（水素極
側）とに分けられる。そして、燃料電池１は、それぞれ
の側に白金系の触媒を含んだ電極が設けられ、カソード
電極１ｂおよびアノード電極１ｄを形成している。電解
質膜１ｃとしては、固体高分子膜、例えばプロトン交換
膜であるパーフロロカーボンスルホン酸膜が使われる。
この電解質膜１ｃは、固体高分子中にプロトン交換基を
多数持ち、飽和含水することにより常温で２０Ω−プロ
トン以下の低い比抵抗を示し、プロトン導伝性電解質と
して機能する。なお、カソード電極１ｂに含まれる触媒
は酸素から酸素イオンを生成する触媒であり、アノード
電極１ｄに含まれる触媒は水素からプロトンを生成する
触媒である。

【００１５】この燃料電池１は、カソード極側ガス通路
１ａに供給空気Ａｗが供給され、アノード極側ガス通路
１ｅに供給水素Ｈｓが供給されると、アノード電極１ｄ
で水素が触媒作用でイオン化してプロトンが生成し、生
成したプロトンが電解質膜１ｃ中を移動してカソード電
極１ｂに到達する。そして、カソード電極１ｂに到達し
たプロトンは、触媒の存在下、供給空気Ａｗの酸素から
生成した酸素イオンと直ちに反応して水を生成する。生
成した水および未使用の酸素を含む供給空気Ａｗは、排
出空気Ａｅとして燃料電池１のカソード極側の出口から
排出される。また、アノード電極１ｄでは水素がイオン
化する際に電子ｅ^-が生成するが、この生成した電子ｅ^-
は、モータ等の外部負荷Ｍを経由してカソード電極１ｂ
に達する。

【００１６】次に、図１を参照して、空気供給装置２の
構成について説明する。空気供給装置２は、エアクリー
ナ２１、水透過膜型加湿器２３、コンプレッサ２４、圧
力制御弁２５、逆止弁２６、タンク２７、第１三方弁２
８、第２三方弁２９、流量センサＱ、温度センサＴ１，
Ｔ２、湿度センサＨおよび圧力センサＰ等から構成され
る。なお、空気供給装置２に備えられる供給ガス加湿装
置２２は、水透過膜型加湿器２３、コンプレッサ２４、
圧力制御弁２５、逆止弁２６、タンク２７、第１三方弁
２８、第２三方弁２９および圧力センサＰ等から構成さ
れる。なお、空気供給装置２および供給ガス加湿装置２
２は、制御装置４に制御されるので、制御装置４も構成
に含む。

【００１７】エアクリーナ２１は、図示しないフィルタ
等から構成され、燃料電池１のカソード極側に供給され
る空気（供給空気Ａｄ）をろ過して、供給空気Ａｄに含
まれるごみ等を取り除く。

【００１８】水透過膜型加湿器２３は、図示しない中空
糸膜を使用した水透過膜型加湿器である。中空糸膜は、
中空通路を有する直径１〜２ｍｍ、長さ数１０ｃｍの中
空繊維である。水透過膜型加湿器２３は、中空糸膜を数
千本束ねてそれぞれ中空容器に収容した２本の中空糸膜
モジュール、この２本の中空糸膜モジュールを並列に接
続する配管、供給空気Ａｄ（Ａｗ）の流量および湿度に
応じて中空糸膜モジュールを切り替えて使用するための
電磁弁や電磁弁コントローラ等の切替手段等から構成さ
れる（以上図示外）。なお、電磁弁コントローラは、制
御装置４に含まれるものとする。

【００１９】各中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の
充填率は、中空容器の断面積に対して４０〜６０％であ
る。この中空糸膜モジュールは、中空糸膜の中空通路の
一端から排出空気Ａｅが通流して他端から抜き出される
ようになっている。また、中空糸膜モジュールは、中空
糸膜同士の隙間に供給空気Ａｄが通流して抜き出される
ようになっている。つまり、中空糸膜モジュールは、中
空糸膜により供給空気Ａｄと排出空気Ａｅが混合しない
ようになっている。その一方、中空糸膜は、その内表面
から外表面に達する口径数ｎｍ（ナノメートル）の微細
な毛管を多数有し、毛管中では、蒸気圧が低下して容易
に水分の凝縮が起こるようになっている。そして、凝縮
した水分は、毛管現象により吸い出されて中空糸膜を透
過する。したがって、中空通路に水分を多く含んだ排出
空気Ａｅが通流すると、水分が中空通路の内表面で凝縮
し、毛管現象により吸い出され、中空糸膜の外表面に到
達し、この水分により中空糸膜同士の隙間を通流する相
対的に乾燥した供給空気Ａｄが加湿され、加湿した供給
空気Ａｗとなる。このように、供給空気Ａｄを加湿する
のは、燃料電池１を加湿して図２に示す電解質膜１ｃが
乾燥するのを防止するためである。ちなみに、電解質膜
１ｃが乾燥するとプロトンの移動が阻害され起電力が低
下する。なお、燃料電池１を加湿しすぎても、図２に示
すカソード電極側ガス通路１ａや図示しない拡散層が水
没して供給空気Ａｗの通流が阻害され起電力が低下す
る。なお、水透過膜型加湿器２３は、中空通路側に供給
空気Ａｄを通流し、中空糸膜同士の隙間に排出空気Ａｅ
を通流する構成でもよい。

【００２０】水透過膜型加湿器２３は、切替手段によ
り、供給空気Ａｄ（Ａｗ）の流量が少ないときは、中空
糸膜モジュールを１本のみ使用するように切替駆動さ
れ、供給空気Ａｄの流量が多いときは、中空糸膜モジュ
ールを２本とも使用するように切替駆動される。このよ
うに、切替駆動されるのは、中空糸膜モジュールは、通
流する気体（供給空気Ａｄおよび排出空気Ａｅ）の流量
が少な過ぎても多過ぎても加湿性能が低下するという加
湿特性を有するからである。中空糸膜モジュールを切り
替えるタイミング等は、制御装置４によって流量センサ
Ｑからの検出信号および湿度センサＨからの検出信号と
目標流量および目標湿度から決定される。

【００２１】さらに、水透過膜型加湿器２３は、燃料電
池１のカソード極側から排出されコンプレッサ２４で圧
縮されて高温となった排出空気Ａｅと供給空気Ａｄを中
空糸膜を介して熱交換する。そして、この水透過膜型加
湿器２３によって、供給空気Ａｄ（Ａｗ）が加熱され、
燃料電池１に導入される。なお、燃料電池１は、８０〜
９０℃程度の温度で運転される。このため、供給空気Ａ
ｗは、６０〜７５℃に温度制御されて燃料電池１に導入
される。この供給空気Ａｗの温度制御の詳細は後述す
る。

【００２２】なお、各中空糸膜同士で形成される隙間
は、非常に細い中空糸膜同士が密に束ねられて形成され
るため、非常に狭い。そのため、この隙間には、供給空
気Ａｄが通流中に、エアクリーナ２１で除去できなかっ
た供給空気Ａｄ中のゴミや埃等が詰まる場合がある。そ
こで、供給ガス加湿装置２２には、水透過膜型加湿器２
３内の中空糸膜同士で形成される隙間に、供給空気Ａｄ
を供給する時とは逆方向に排出空気Ａｅを噴出するパー
ジ手段を備える。なお、供給空気Ａｄが通流する中空糸
膜同士で形成される全ての隙間が、水透過膜型加湿器２
３内の供給空気Ａｄが通流するガス流路である。なお、
本実施の形態では、水透過膜型加湿器２３が、特許請求
の範囲に記載の水透過型加湿器に相当する。

【００２３】コンプレッサ２４は、図示しないスーパー
チャージャおよびこれを駆動するモータ等から構成さ
れ、燃料電池１で酸化剤ガスとして使用された後の供給
空気Ａｗ、つまり燃料電池１のカソード極側から排出さ
れる排出空気Ａｅを吸引し、圧縮して後段の水透過膜型
加湿器２３に送出する。このコンプレッサ２４は、供給
空気Ａｗを吸引することにより、燃料電池１のカソード
極側を負圧（大気圧以下の圧力）で運転する役割を有す
る。また、コンプレッサ２４は、排出空気Ａｅを断熱圧
縮することにより排出空気Ａｅの温度を高め、排出空気
Ａｅを加熱するための熱源の役割を有する。さらに、コ
ンプレッサ２４は、水透過膜型加湿器２３をパージする
時に噴出する排出空気Ａｅを加圧してタンク２７に送り
込むパージ手段における排出空気Ａｅの供給源の役割も
有する。ちなみに、コンプレッサ２４は、制御装置４か
らの制御信号により回転数が制御される。なお、本実施
の形態では、コンプレッサ２４が、特許請求の範囲に記
載のガス移動手段に相当する。

【００２４】圧力制御弁２５は、図示しないバタフライ
弁およびこれを駆動するステッピングモータ等から構成
され、コンプレッサ２４から吐出される排出空気Ａｅの
圧力を調整する。ちなみに、圧力制御弁２５により排出
空気Ａｅが通流するガス流路を絞るとコンプレッサ２４
の吐出圧が高まり、これに対応して排出空気Ａｅの温度
上昇幅が増加する。また、この逆の動作を行なうと、コ
ンプレッサ２４の吐出圧が低くなり、これに対応して排
出空気Ａｅの温度上昇幅が低減する。さらに、圧力制御
弁２５は、水透過膜型加湿器２３をパージする時に噴出
する排出空気Ａｅを加圧するパージ手段における排出空
気Ａｅの加圧源の役割も有する。ちなみに、圧力制御弁
２５は、制御装置４の制御信号により開度が制御され
る。なお、本実施の形態では、圧力制御弁２５が、特許
請求の範囲に記載の圧力制御手段に相当する。

【００２５】逆止弁２６は、図示しない弁体と弁座およ
び弁体を弁座に付勢するバネ等の弾性部材等から構成さ
れ、自動的に排出空気Ａｅの流れをコンプレッサ２４か
らタンク２７の一方向に制限する。そこで、逆止弁２６
は、上流側配管２６ａがコンプレッサ２４の吐出側配管
２４ａに接続され、下流側配管２６ｂがタンク２７に接
続される。つまり、逆止弁２６は、前記した弾性部材の
弾性力がコンプレッサ２４の吐出圧より大きい場合、タ
ンク２７に蓄えられている排出空気Ａｅのコンプレッサ
２４（または、水透過膜型加湿装置２３）側への通流を
止める。他方、逆止弁２６は、前記した弾性部材の弾性
力がコンプレッサ２４の吐出圧より小さい場合、コンプ
レッサ２４から吐出される排出空気Ａｅをタンク２７に
通流させる。したがって、逆止弁２６の弾性部材の弾性
力によって、タンク２７の内圧を、ほぼコンプレッサ２
４の吐出圧とすることができる。なお、前記した弾性部
材の弾性力は、水透過膜型加湿器２３をサージする際に
必要となる排出空気Ａｅの噴出圧に基づいて設定され
る。この噴出圧は、水透過膜型加湿器２３内の供給空気
Ａｄが通流するガス流路からゴミや埃等を除去すること
が可能な圧力に設定され、このガス流路の長さ、ガス流
路の断面積（つまり、ガス流路の容量）等に基づいて設
定される。

【００２６】タンク２７は、コンプレッサ２４から吐出
される排出空気Ａｅを蓄える圧力容器であり、水透過膜
型加湿器２３をサージする時の排出空気Ａｅの供給源で
ある。タンク２７は、逆止弁２６の下流側配管２６ｂと
第１三方弁２８の第１配管２８ａとに接続する。そし
て、このタンク２７に蓄えられた高圧の排出空気Ａｅ
は、制御装置４の制御信号に基づいて第１三方弁２８が
切り替わり、タンク２７と水透過膜型加湿器２３とが連
通すると、水透過膜型加湿器２３内の供給空気Ａｄが通
流するガス流路に噴出される。例えば、タンク２７の容
量としては、連続してパージする場合には、水透過膜型
加湿器２３内の供給空気Ａｄが通流するガス流路の全容
量の３〜５倍程度の容量とする。なお、タンク２７の内
圧は、制御装置４で管理される。この内圧制御について
は、後で詳細に説明する。

【００２７】なお、本実施の形態では、主に、逆止弁２
６とタンク２７が、特許請求の範囲に記載の蓄圧手段に
相当する。なお、この蓄圧手段には、上流側配管２６ａ
と下流側配管２６ｂを含めてもよい。

【００２８】第１三方弁２８は、図示しない流路切替器
から構成され、水透過膜型加湿器２３からの供給空気Ａ
ｗの流路とタンク２７からの排出空気Ａｅの流路とを切
り替えて、供給位置、パージ位置にする。つまり、通常
時、第１三方弁２８は、水透過膜型加湿器２３の燃料電
池側排出口２３ａと燃料電池１のカソード極側ガス通路
１ａ（図２参照）とを連通するために、第２配管２８ｂ
と第３配管２８ｃとを接続する供給位置に切り替わる。
すると、供給空気Ａｗが、第１三方弁２８を介して水透
過膜型加湿器２３から燃料電池１のカソード極側ガス通
路１ａに導かれる。なお、燃料電池側排出口２３ａは、
水透過膜型加湿器２３の供給空気Ａｗを燃料電池１のカ
ソード極側に排出する排出口である。他方、水透過膜型
加湿器２３をパージする時、第１三方弁２８は、タンク
２７と水透過膜型加湿器２３の燃料電池側排出口２３ａ
とを連通するために、第１配管２８ａと第２配管２８ｂ
とを接続するパージ位置に切り替わる。すると、排出空
気Ａｅが、第１三方弁２８を介してタンク２７から水透
過膜型加湿器２３内の供給空気Ａｄが通流するガス流路
に噴出される。なお、第１三方弁２８は、タンク２７に
接続する第１配管２８ａ、水透過膜型加湿器２３の燃料
電池側排出口２３ａに接続する第２配管２８ｂおよび燃
料電池１のカソード極側ガス通路１ａに接続する第３配
管２８ｃに接続する。ちなみに、第１三方弁２８は、制
御装置４の制御信号により切り替えられる。なお、本実
施の形態では、主に、第１三方弁２８が、特許請求の範
囲に記載の連通手段に相当する。なお、この連通手段に
は、第１配管２８ａと第２配管２８ｂを構成に含めても
よい。

【００２９】第２三方弁２９は、図示しない流路切替器
から構成され、エアクリーナ２１からの供給空気Ａｄの
流路と水透過膜型加湿器２３からの排出空気Ａｅの流路
とを切り替えて、供給位置、排出位置にする。つまり、
通常時、第２三方弁２９は、エアクリーナ２１と水透過
膜型加湿器２３のエアクリーナ側導入口２３ｂとを連通
するために、第４配管２９ａと第６配管２９ｃとを接続
する供給位置に切り替わる。すると、供給空気Ａｄが、
第２三方弁２９を介してエアクリーナ２１から水透過膜
型加湿器２３に導かれる。なお、エアクリーナ側導入口
２３ｂは、エアクリーナ２１からの供給空気Ａｄを水透
過膜型加湿器２３に導入する導入口である。他方、水透
過膜型加湿器２３をパージする時、第２三方弁２９は、
水透過膜型加湿器２３のエアクリーナ側導入口２３ｂと
図示しない排出空気Ａｅの排出口とを連通するために、
第４配管２９ａと第５配管２９ｂとを接続する排出位置
に切り替わる。すると、排出空気Ａｅが、第２三方弁２
９を介して水透過膜型加湿器２３から系外に排出され
る。なお、第２三方弁２９は、水透過膜型加湿器２３の
エアクリーナ側導入口２３ｂに接続する第４配管２９
ａ、前記した排出口に接続する第５配管２９ｂおよびエ
アクリーナ２１に接続する第６配管２９ｃに接続する。
ちなみに、第２三方弁２９は、制御装置４の制御信号に
より切り替えられる。

【００３０】流量センサＱは、可動プレートあるいはホ
ットワイヤ等から構成され、エアクリーナ２１を通流し
た後の供給空気Ａｄの流量を検出し、検出信号を制御装
置４に送信する。

【００３１】温度センサＴ１は、サーミスタ等から構成
され、燃料電池１のカソード極側の入口における供給空
気Ａｗの温度を検出し、検出信号を制御装置４に送信す
る。

【００３２】温度センサＴ２は、温度センサＴ１と同様
にサーミスタ等から構成され、コンプレッサ２４の出口
における排出空気Ａｅの温度を検出し、検出信号を制御
装置４に送信する。

【００３３】湿度センサＨは、高分子膜系の湿度センサ
等から構成され、燃料電池１のカソード極側の入口にお
ける供給空気Ａｗの湿度を検出し、検出信号を制御装置
４に送信する。

【００３４】圧力センサＰは、ブルドン管、ベローズ、
ダイヤフラムあるいはストレインゲージ等から構成さ
れ、タンク２７の内圧を検出し、検出信号を制御装置４
に送信する。

【００３５】次に、図１を参照して、水素供給装置３の
構成について説明する。水素供給装置３は、主に、水素
ガスボンベ３１、レギュレータ３２、水素循環ポンプ３
３、および三方弁３４等から構成される。

【００３６】水素ガスボンベ３１は、図示しない高圧水
素容器から構成され、燃料電池１のアノード極側に導入
される供給水素Ｈｓを貯蔵する。貯蔵する圧力は、１５
〜２０ＭＰａＧ（１５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）で
ある。なお、水素ガスボンベ３１は、水素吸蔵合金を内
蔵し、１ＭＰａＧ（１０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）程度の圧力
で水素を貯蔵する水素吸蔵合金タイプの場合もある。

【００３７】レギュレータ３２は、図示しないダイヤフ
ラムや調整バネ等から構成され、高圧で貯蔵された供給
水素Ｈｓを所定の圧力まで減圧させ、一定圧力で使用で
きるように圧力調整する圧力調整弁である。ダイヤフラ
ムに入力される基準圧を大気圧にすると、水素ガスボン
ベ３１に貯蔵された供給水素Ｈｓの圧力を大気圧近辺に
まで減圧することができる。また、ダイヤフラムに入力
される基準圧を負圧で運転している空気供給装置２の負
圧部分の圧力にすると、水素ガスボンベ３１に貯蔵され
た供給水素Ｈｓの圧力を当該負圧部分の圧力近辺にまで
減圧することができる。本実施の形態では、水素供給装
置３を負圧で運転するため、レギュレータ３２には、空
気供給装置２のコンプレッサ２４の吸入側の圧力が基準
圧として入力される。

【００３８】水素循環ポンプ３３は、図示しないエジェ
クタ等から構成され、燃料電池１のアノード極側に向か
う供給水素Ｈｓの流れを利用して、燃料電池１で燃料ガ
スとして使用された後の供給水素Ｈｓ、つまり燃料電池
１のアノード極側から排出されて三方弁３４を通流する
排出水素Ｈｅを吸引し循環させる。

【００３９】三方弁３４は、図示しない流路切替器から
構成され、排出水素Ｈｅの流路を切り替えて、排出位
置、循環位置にする。つまり、三方弁３４を排出位置に
切り替えた場合には、三方弁３４は、燃料電池１のアノ
ード極側ガス通路１ｅ（図２参照）と図示しない排出水
素Ｈｅの排出口を連通する。すると、排出水素Ｈｅは、
三方弁３４を介して水素供給装置３の系外に排出され
る。他方、三方弁３４を循環位置に切り替えた場合に
は、三方弁３４は、燃料電池１のアノード極側ガス通路
１ｅと水素循環ポンプ３３を連通する。すると、排出水
素Ｈｅは、三方弁３４を介して水素循環ポンプ３３に導
かれる。

【００４０】次に、図１を参照して、制御装置４につい
て説明する。なお、制御装置４は燃料電池システムＦＣ
Ｓを統括制御するが、ここでは、本発明に関する空気供
給装置２に対する制御および供給ガス加湿装置２２に対
する制御について説明する。制御装置４は、燃料電池１
の要求出力に基づいて、空気供給装置２に対して供給空
気Ａｗ（Ａｄ）の流量制御、温度制御および湿度制御を
行なう。なお、制御装置４は、燃料電池１の要求出力
を、ドライバによる電気自動車へのアクセルペダルの開
度等から決定する。また、制御装置４は、供給ガス加湿
装置２２に対して水透過膜型加湿器２３のパージ制御お
よびタンク２７の内圧制御を行なう。

【００４１】制御装置４は、図示しないＣＰＵ、メモ
リ、入出力インタフェイス、Ａ／Ｄ変換器、バス等から
構成される。そして、制御装置４は、前記の通り各セン
サＨ，Ｐ，Ｑ，Ｔ１，Ｔ２からの検出信号および電気自
動車のイグニッションスイッチ信号を受信するととも
に、燃料電池１の要求出力に基づいて供給空気Ａｗ（Ａ
ｄ）に対する目標量（目標流量、目標温度、目標湿度）
を決定する。さらに、制御装置４は、水透過膜型加湿器
２３、コンプレッサ２４、圧力制御弁２５、第１三方弁
２８および第２三方弁２９に対する制御信号を送信す
る。

【００４２】まず、空気供給装置２に対しての供給空気
Ａｗ（Ａｄ）の流量制御、温度制御および湿度制御につ
いて説明する。

【００４３】流量制御では、制御装置４は、燃料電池１
のカソード極側の供給空気Ａｄ（Ａｗ）の流量が目標流
量になるように、流量センサＱからの検出信号に基づい
て、コンプレッサ２４の回転数を増減させる。制御装置
４は、目標流量に基づいて、目標流量が増加した場合、
コンプレッサ２４の吐出量（モータの回転数）を増加す
るように制御信号を生成し、コンプレッサ２４に送信す
る。他方、制御装置４は、目標流量が減少した場合、コ
ンプレッサ２４の吐出量（モータの回転数）を低減する
ように制御信号を生成し、コンプレッサ２４に送信す
る。この際、制御装置４は、流量センサＱからの検出信
号と目標流量の偏差がゼロになるようにフィードバック
制御を行なう。さらに、制御装置４は、流量センサＱの
検出信号に基づいて、供給空気Ａｄ（Ａｗ）の流量が少
ない場合、中空糸膜モジュールを１本のみ使用するよう
に制御信号を生成し、水透過膜型加湿器２３に送信す
る。他方、制御装置４は、流量センサＱの検出信号に基
づいて、供給空気Ａｄ（Ａｗ）の流量が多い場合、中空
糸膜モジュールを２本とも使用するように制御信号を生
成し、水透過膜型加湿器２３に送信する。なお、制御装
置４は、この水透過膜型加湿器２３に対する中空糸膜モ
ジュールの切替制御では、後記する湿度制御を加味して
制御信号を生成する。

【００４４】温度制御では、制御装置４は、燃料電池１
のカソード極側入口に供給される供給空気Ａｗの温度が
６０〜７５℃の目標温度になるように、温度センサＴ１
からの検出信号に基づいて、圧力制御弁２５の開度をス
テッピングモータによりフィードバック制御する。具体
的には、制御装置４は、目標温度よりも供給空気Ａｗの
温度が上昇した場合（上昇しそうになった場合）、圧力
制御弁２５の開度が増加するようにステッピングモータ
を駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信す
る。すると、圧力制御弁２５の開度が増加することによ
って、コンプレッサ２４の吐出圧が低くなり、排出空気
Ａｅの温度が低下する。さらに、水透過膜型加湿器２３
では供給される排出空気Ａｅの温度が低下することによ
って熱交換量が減り、供給空気Ａｗの温度が低下する。
他方、制御装置４は、目標温度よりも供給空気Ａｗの温
度が低下した場合（低下しそうになった場合）、圧力制
御弁２５の開度が減少するようにステッピングモータを
駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２５に送信す
る。すると、圧力制御弁２５の開度が減少することによ
って、コンプレッサ２４の吐出圧が高くなり、排出空気
Ａｅの温度が上昇する。さらに、水透過膜型加湿器２３
では供給される排出空気Ａｅの温度が上昇することによ
って熱交換量が増し、供給空気Ａｗの温度が上昇する。
なお、コンプレッサ２４は、圧力制御弁２５の開度にか
かわらず、目標流量の供給空気Ａｗを燃料電池１に供給
すべく動作する。

【００４５】なお、図３に、コンプレッサ２４の圧力比
（吐出圧／吸入圧）に対する排出空気Ａｅの温度上昇幅
（ΔＴ＝吐出側温度−吸入側温度）の関係を示す。この
図３より、圧力比を上昇（低下）させると温度上昇幅が
増加（減少）するのがわかる。したがって、圧力制御弁
２５を制御することにより、コンプレッサ２４の吐出側
の排出空気Ａｅの温度を制御でき、結果として熱交換さ
れる供給空気Ａｗの温度制御を行なうことができる。

【００４６】ちなみに、フェイルアンドセーフ機構とし
て、制御装置４は、温度センサＴ２の検出信号が所定温
度以上（本実施の形態では、１５０℃以上）になると、
コンプレッサ２４等を保護すべく、圧力制御弁２５の開
度の増加する制御信号および／またはコンプレッサ２４
の吐出量を低減する制御信号を生成し、圧力制御弁２５
および／またはコンプレッサ２４に送信する。すると、
圧力制御弁２５の開度が増加および／またはコンプレッ
サの回転数が減少することによって、コンプレッサ２４
の吐出側の温度が下がり、コンプレッサ２４等が保護さ
れる。

【００４７】湿度制御では、制御装置４は、燃料電池１
のカソード極側入口に供給される供給空気Ａｗの湿度が
目標湿度になるように、湿度センサＨからの検出信号に
基づいて、水透過膜型加湿器２３の中空糸膜モジュール
の本数を切り替える。具体的には、制御装置４は、目標
湿度よりも供給空気Ａｗの湿度が上昇した場合（上昇し
そうになった場合）、中空糸膜モジュールを１本のみ使
用するように制御信号を生成し、水透過膜型加湿器２３
に送信する。すると、排出空気Ａｅの水分によって供給
空気Ａｄを加湿する中空糸膜が半減し、供給空気Ａｗの
湿度が低下する。他方、制御装置４は、目標湿度よりも
供給空気Ａｗの湿度が低下した場合（低下しそうになっ
た場合）、中空糸膜モジュールを２本とも使用するよう
に制御信号を生成し、水透過膜型加湿器２３に送信す
る。すると、排出空気Ａｅの水分によって供給空気Ａｄ
を加湿する中空糸膜が増加し、供給空気Ａｗの湿度が上
昇する。なお、制御装置４は、この水透過膜型加湿器２
３に対する中空糸膜モジュールの切替制御では、前記し
た流量制御を加味して制御信号を生成する。

【００４８】次に、供給ガス加湿装置２２に対しての水
透過膜型加湿器２３のパージ制御およびタンク２７の内
圧制御について説明する。

【００４９】パージ制御では、制御装置４は、水透過膜
型加湿器２３をパージするために第１三方弁２８を供給
位置からパージ位置に切替制御するとともに、第２三方
弁２９を供給位置から排出位置に切替制御する。制御装
置４は、イグニッションスイッチ信号がオフになった場
合（すなわち、電気自動車が運転停止した場合）、第１
三方弁２８をパージ位置に切り替える制御信号および第
２三方弁２９を排出位置に切り替える制御信号を生成
し、第１三方弁２８および第２三方弁２９に送信する。
すると、第１三方弁２８を介してタンク２７と水透過膜
型加湿器２３の燃料電池側排出口２３ａとが連通すると
ともに、水透過膜型加湿器２３のエアクリーナ側導入口
２３ｂと図示しない排出空気Ａｅの排出口とが連通す
る。なお、通常時、制御装置４は、第１三方弁２８が供
給位置におよび第２三方弁２９が供給位置になるように
切替制御している。

【００５０】内圧制御では、制御装置４は、水透過膜型
加湿器２３をパージする際に必要となる排出空気Ａｅの
噴出圧を確保するために、圧力センサＰからの検出信号
に基づいて、タンク２７の内圧が所定圧力以上となるよ
うに圧力制御弁２５の開度をステッピングモータにより
制御する。なお、この所定圧力は、前記したように排出
空気Ａｅの噴出圧に基づいて決定される。具体的には、
制御装置４は、所定圧力よりもタンク２７の内圧が低い
場合、圧力制御弁２５の開度が減少するようにステッピ
ングモータを駆動する制御信号を生成し、圧力制御弁２
５に送信する。すると、圧力制御弁２５の開度が減少す
ることによって、コンプレッサ２４の吐出圧が高くな
る。そして、この高くなっていく吐出圧が逆止弁２６の
弾性部材の弾性力より大きくなると、排出空気Ａｅが逆
止弁２６を介してタンク２７に流入し、タンク２７の内
圧が上昇する。やがて、タンク２７の内圧が所定圧力以
上になると、制御装置４は、圧力制御弁２５の開度が減
少する制御を停止し、この開度を保持する。なお、制御
装置４は、供給ガス加湿装置２２に対するタンク２７の
内圧制御では、前記した空気供給装置２に対する温度制
御を加味して制御信号を生成する。また、この内圧制御
では、コンプレッサ２４の回転数を制御することによっ
てコンプレッサ２４の吐出圧を制御できるので、制御装
置４によってコンプレッサ２４の回転数を制御してもよ
い。

【００５１】それでは、空気供給装置２の動作について
説明する。まず、制御装置４が、ドライバのアクセルペ
ダル操作に応じて、燃料電池１で要求出力が決定する。
そして、制御装置４は、前記したように、この要求出力
に基づいて、供給空気Ａｗ（Ａｄ）の目標量（目標流
量、目標温度、目標湿度）を決定し、空気供給装置２に
制御信号を送信する。

【００５２】まず、空気供給装置２では、制御装置４か
らの制御信号により、目標流量となるように、コンプレ
ッサ２４のモータが回転始動する。すると、空気供給装
置２では、コンプレッサ２４の上流側で負圧（大気圧よ
り低い圧力）が発生する。この負圧によって、空気供給
装置２では、燃料電池１の下流側において、燃料電池１
から排出空気Ａｅを吸引し、水透過膜型加湿器２３に送
り込む。さらに、この負圧によって、空気供給装置２で
は、燃料電池１の上流側において、燃料電池１内に供給
空気Ａｗを吸い込むことによって、供給空気Ａｗを燃料
電池１に供給する。その結果、空気供給装置２では、こ
の負圧吸気により、大気中からエアクリーナ２１に供給
空気Ａｄを吸い込むことができる。

【００５３】エアクリーナ２１では、供給空気Ａｄ中の
ゴミや埃等を取り除く。なお、エアクリーナ２１では、
ゴミや埃等を完全に取り除けない場合がある。そして、
空気供給装置２では、供給位置にある第２三方弁２９を
介して、水透過膜型加湿器２３に供給空気Ａｄを吸い込
む。

【００５４】さらに、水透過膜型加湿器２３では、中空
糸膜での毛管現象により排出空気Ａｅの水分を吸い出
し、この水分で供給空気Ａｄを加湿する。なお、水透過
膜型加湿器２３は、制御装置４からの制御信号により、
目標湿度となるように、中空糸膜モジュールの本数が切
替制御される。さらに、水透過膜型加湿器２３では、コ
ンプレッサ２４で圧縮されて高温となった排出空気Ａｅ
と供給空気Ａｄ（Ａｗ）とを中空糸膜を介して熱交換す
る。なお、前記したように、コンプレッサ２４から吐出
される排出空気Ａｅの温度は、燃料電池１のカソード極
側入口に供給される供給空気Ａｗの温度が６０〜７５℃
の目標温度となるように、圧力制御弁２５の開度調整に
よって制御される。そして、空気供給装置２では、供給
位置にある第１三方弁２８を介して、水透過膜型加湿器
２３で加湿および加熱された供給空気Ａｗを燃料電池１
のカソード極側に供給する。

【００５５】続いて、空気供給装置２では、燃料電池１
からの排出空気Ａｅをコンプレッサ２４による負圧で吸
引し、水透過膜型加湿器２３に送り込む。さらに、空気
供給装置２では、排出空気Ａｅを水透過膜型加湿器２３
の中空糸膜内に通流させた後、圧力制御弁２５を介して
系外に排出する。ちなみに、コンプレッサ２４の吐出圧
力が逆止弁２６の弾性部材の弾性力より大きい場合、コ
ンプレッサ２４からの排出空気Ａｅが逆止弁２６を介し
てタンク２７に送り込まれる。

【００５６】次に、供給ガス加湿装置２２の水透過膜型
加湿器２３に対するパージ動作について説明する。ちな
みに、供給ガス加湿装置２２は、空気供給装置２の動作
説明で説明したように、水透過膜型加湿器２３によって
乾燥した供給空気Ａｄを加湿するのが主な役割である。
しかし、水透過膜型加湿器２３の中空糸膜同士で形成さ
れる隙間に供給空気Ａｄが通流した場合、この隙間は非
常に狭いため、隙間にはエアクリーナ２１で除去しきれ
なかったゴミや埃等が詰まる場合がある。この隙間にゴ
ミ等が詰まると、水透過膜型加湿器２３の加湿能力が低
下したり、燃料電池１に供給空気Ａｗを送り込む圧力が
損失するため、燃料電池１の発電効率が低下する。そこ
で、供給ガス加湿装置２２は、水透過膜型加湿器２３の
供給空気Ａｄ（Ａｗ）が通流するガス流路（中空糸膜同
士で形成される隙間）をパージする手段を備える。な
お、供給ガス加湿装置２２は、制御装置４によって制御
され、電気自動車の運転停止時に水透過膜型加湿器２３
をパージする。つまり、水透過膜型加湿器２３のパージ
は、燃料電池１に供給空気Ａｗを供給しなくてもよい場
合に行なわれる。

【００５７】まず、制御装置４が、イグニッションスイ
ッチ信号に基づいて、電気自動車の運転が停止されたと
判断すると、第１三方弁２８をパージ位置に切り替える
制御信号を第１三方弁２８に送信するとともに、第２三
方弁２９をパージ位置に切り替える制御信号を第２三方
弁２９に送信する。すると、供給ガス加湿装置２２で
は、第１三方弁２８がパージ位置に切り替わり、第１配
管２８ａ、第１三方弁２８および第２配管２８ｂを介し
てタンク２７と水透過膜型加湿器２３の燃料電池側排出
口２３ａとが連通する。さらに、供給ガス加湿装置２２
では、第２三方弁２９がパージ位置に切り替わり、第４
配管２９ａ、第２三方弁２９および第５配管２９ｂを介
して水透過膜型加湿器２３のエアクリーナ側導入口２３
ｂと図示しない排出空気Ａｅの排出口とが連通する。

【００５８】連通後、供給ガス加湿装置２２では、タン
ク２７に蓄圧された排出空気Ａｅを、水透過膜型加湿器
２３内の供給空気Ａｄ（Ａｗ）が通流するガス流路に前
記した噴出圧で噴出する。すると、このガス流路内では
高圧で排出空気Ａｅが通流するため、中空糸膜同士の隙
間に詰まったゴミや埃等が、排出空気Ａｅとともに水透
過膜型加湿器２３外に排出される。つまり、供給ガス加
湿装置２２は、排出空気Ａｅを有効利用し、供給空気Ａ
ｗを燃料電池１に供給する時とは逆方向に水透過膜型加
湿器２３内に排出空気Ａｅを噴出する構成である。そし
て、供給ガス加湿装置２２では、この水透過膜型加湿器
２３から排出された排出空気Ａｅを第２三方弁２９等を
介して大気中に排出する。その結果、水透過膜型加湿器
２３内の供給空気Ａｄ（Ａｗ）が通流するガス流路が、
パージされ、ゴミや埃等の詰まりがなくなる。

【００５９】また、供給ガス加湿装置２２では、水透過
膜型加湿器２３に対して前記した噴出圧でパージするた
めに、タンク２７の内圧を所定圧力以上に保持しておか
なければならない。そこで、制御装置４は、圧力センサ
Ｐの検出信号に基づいて、タンク２７の内圧が所定圧力
以下と判断すると、圧力制御弁２５の開度が減少するよ
うにステッピングモータを駆動する制御信号を圧力制御
弁２５に送信する。すると、供給ガス加湿装置２２で
は、圧力制御弁２５の開度が減少し、コンプレッサ２４
の吐出圧が高くなる。そして、この吐出圧が逆止弁２６
の弾性部材の弾性力より大きくなると、供給ガス加湿装
置２２では、逆止弁２６を介してタンク２７内に排出空
気Ａｅが送り込まれ、タンク２７の内圧が上昇する。さ
らに、供給ガス加湿装置２２では、コンプレッサ２４の
吐出圧が前記した所定圧力以上になるまで圧力制御弁２
５の開度を減少し、タンク２７の内圧を所定圧力以上に
保持する。

【００６０】この供給ガス加湿装置２２によれば、タン
ク２７に蓄圧された排出空気Ａｅを水透過膜型加湿器２
３内の供給空気Ａｄ（Ａｗ）が通流するガス流路を逆流
させることによって、水透過膜型加湿器２３をパージす
る。そのため、水透過膜型加湿器２３の加湿能力が保持
され、供給空気Ａｗの供給圧力も低下しない。さらに、
水透過膜型加湿器２３自体の耐久性も向上する。また、
供給ガス加湿装置２２は、圧力制御弁２５等によって加
圧して排出空気Ａｅをタンク２７に送り込むので、水透
過膜型加湿器２３に高圧で排出空気Ａｅを噴出すること
ができる。さらに、供給ガス加湿装置２２は、空気供給
装置２のコンプレッサ２４および圧力制御弁２５を利用
してタンク２７に排出空気Ａｅを送り込み、そして排出
空気Ａｅを逆流させる構成としたので、簡単な装置構成
で水透過膜型加湿器２３をパージすることができる。

【００６１】以上、本発明は、前記の実施の形態に限定
されることなく、様々な形態で実施される。例えば、本
発明に係る供給ガス加湿装置を空気供給装置に適用した
が、水素供給装置に適用してもよい。また、水透過膜型
加湿器に対するパージを運転停止時に行なったが、燃料
電池の運転始動時（イグニッションのＯＮ時）、燃料電
池電気自動車のシフトレバーがパーキング位置等の燃料
電池に供給空気（供給ガス）を供給しなくてもよい時、
あるいは目詰まりを検出するセンサを設けて目詰まりを
検出した時、燃料電池電気自動車の走行距離または走行
時間が所定値を超えた時等の水透過膜型加湿器が目詰ま
りした時にパージを行ってもよい。また、ガス移動手段
としてコンプレッサで構成したが、ポンプ等で構成して
もよい。

【００６２】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る燃料電池の供給
ガス加湿装置は、排出ガスを水透過型加湿器内の供給ガ
スが通流するガス流路に逆流させることによって、水透
過型加湿器内をパージする。そのため、水透過型加湿器
の加湿能力が維持され、しかも供給ガスの燃料電池への
供給圧力が低下しないため、燃料電池の発電効率が低下
しない。さらに、供給ガス加湿装置は、排出ガスを移動
させる（つまり、燃料電池に供給ガスを供給する）ため
のガス移動手段を利用して蓄圧手段に排出ガスを蓄え、
この排出ガスを水透過型加湿器内に逆流させる構成とし
たので、簡単な装置構成で水透過型加湿器をパージする
ことができる。

【００６３】本発明の請求項２に係る燃料電池の供給ガ
ス加湿装置は、燃料電池が所定の運転状態のときに蓄圧
手段に蓄えられた排出ガスをガス流路に逆流させるの
で、適切なタイミングでパージを行うことができる。

【００６４】本発明の請求項３に係る燃料電池の供給ガ
ス加湿装置は、圧力制御手段の圧力調整によって、燃料
電池の運転中は何時でも、蓄圧手段の内圧を必要十分な
圧力に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る供給ガス加湿装置を備える
燃料電池システムの構成図であえる。

【図２】図１の燃料電池の構成を模式化した説明図であ
る。

【図３】図１のコンプレッサにおける圧力比と温度上昇
幅の特性図である。

【図４】従来の水透過膜型加湿器を備える供給ガス加湿
装置の構成図である。

【符号の説明】

１・・・燃料電池２・・・空気供給装置３・・・水素供給装置４・・・制御装置２２・・・供給ガス加湿装置２３・・・水透過膜型加湿器（水透過型加湿器）２４・・・コンプレッサ（ガス移動手段）２５・・・圧力制御弁（圧力制御手段）２６・・・逆止弁（蓄圧手段）２７・・・タンク（蓄圧手段）２８・・・第１三方弁（連通手段）２９・・・第２三方弁Ｐ・・・圧力センサＦＣＳ・・・燃料電池システム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池からの排出ガス内に含まれる水
分を透過させることによって前記燃料電池への供給ガス
を加湿する水透過型加湿器を備える燃料電池の供給ガス
加湿装置であって、前記排出ガスを加圧して下流側に供給するガス移動手段
と、前記ガス移動手段からの排出ガスを蓄える蓄圧手段と、前記蓄圧手段と前記水透過型加湿器の燃料電池側排出口
とを連通する連通手段とを備え、前記蓄圧手段に蓄えられた排出ガスを前記水透過型加湿
器内の供給ガスが通流するガス流路に逆流させることを
特徴とする燃料電池の供給ガス加湿装置。
【請求項２】前記燃料電池が所定の運転状態のときに
前記連通手段を制御して、前記蓄圧手段に蓄えられた排
出ガスを前記ガス流路に逆流させることを特徴とする請
求項１に記載の燃料電池の供給ガス加湿装置。
【請求項３】前記水透過型加湿器の排出側下流に前記
ガス移動手段の吐出圧を制御する圧力制御手段を備え、前記圧力制御手段を調整することによって前記蓄圧手段
内の圧力を制御することを特徴とする請求項１または請
求項２に記載の燃料電池の供給ガス加湿装置。