JP2002184440A - 燃料電池用加湿装置および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池用加湿装置内の中空糸膜が水で閉塞
しないようにする。 【解決手段】 本発明の燃料電池用加湿装置は、中空糸
膜６５を束ねた中空糸膜束をハウジング６４内に収納し
た中空糸膜モジュール６１を備える。このモジュール６
１は、排出ガスを中空糸膜６５の内側に供給する入口ヘ
ッド６２と、中空糸膜６５の内側を通過した排出ガスを
中空糸膜モジュール６１の他端側で合流させる出口ヘッ
ド６３と、入口ヘッド６２に溜まった液体を排出する排
出口６７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば中空糸膜を
利用した水透過型の燃料電池用加湿装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池自動車等に搭載されるＰＥＭ
（Polymer Electrolytic Membrane）型の燃料電池に
は、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードと
を備えた電極膜構造体と、この電極膜構造体の両側にそ
れぞれ反応ガスを供給するためのガス通路を形成すると
ともに電極膜構造体を両側から支持するセパレータと、
を積層して構成したものがある。

【０００３】この燃料電池では、アノードに燃料供給ガ
スとして水素ガスを供給し、カソードに酸化剤供給ガス
として酸素あるいは空気を供給して、燃料供給ガスの酸
化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギと
して抽出する。

【０００４】つまり、アノード側で水素ガスがイオン化
して固体高分子電解質中を移動し、電子は、外部負荷を
通ってカソード側に移動し、酸素と反応して水を生成す
る一連の電気化学反応による電気エネルギを取り出すこ
とができる。

【０００５】ところで、この燃料電池にあっては、固体
高分子電解質膜が乾燥してしまうと、イオン伝導率が低
下し、エネルギ変換効率が低下してしまう。したがっ
て、良好なイオン伝導を保つために個体高分子電解質膜
に水分を供給する必要がある。

【０００６】このため、この種の燃料電池には、燃料供
給ガスおよび酸化剤供給ガスを加湿して固体高分子電解
質膜に水分を供給し、良好な反応を維持させる加湿装置
が設けられている。

【０００７】この種の加湿装置としては、例えば、特開
平８−２７３６８７号公報に開示されているように、膜
厚方向に水蒸気の透過を許容する中空糸膜を備えた水透
過型の加湿装置が知られている。

【０００８】図１６は、従来の加湿装置を備えた燃料電
池システムの構成図である。酸化剤供給ガスとしての外
気はスーパーチャージャー８１によって加圧され、酸化
剤供給ガス管８２を介して酸化剤用加湿装置８０Ａに供
給され、酸化剤用加湿装置８０Ａにおいて加湿されて燃
料電池（以下、スタックという）８３のカソードに供給
される。カソードに供給された空気中の酸素が酸化剤と
して用いられた後、オフガスとしてスタック８３から排
気される。スタック８３での反応時に発生した水分を含
むオフガスは、スタック８３からオフガス管８４を介し
て酸化剤用加湿装置８０Ａに送られ、酸化剤用加湿装置
８０Ａにおいてオフガス中の水蒸気が酸化剤供給ガスへ
受け渡される。その後、オフガスは排気される。

【０００９】燃料供給ガスとしての水素ガスは燃料供給
用ガス管８５を介して燃料用加湿装置８０Ｂに供給さ
れ、燃料用加湿装置８０Ｂにおいて加湿されてスタック
８３のアノードに供給される。アノードに供給された水
素ガスの一部が燃料として用いられ、酸化還元反応に供
される。水素ガスはその一部が反応に供された後、オフ
ガスとなってスタック８３から排出される。

【００１０】ところで、固体高分子電解質膜は、イオン
水和効果によって固体高分子電解質膜を境にして水分濃
度の高い側から低い側に水蒸気を透過させる性質を有し
ている。前述したようにカソード側を流れるオフガス
は、反応時に発生した水分を含むためアノード側を流れ
るオフガスよりも水分濃度が高くなるが、前記イオン水
和効果によりカソード側を流れるオフガス中の水分が水
蒸気となって固体高分子電解質膜を透過して、アノード
側を流れるオフガス中に拡散する。したがって、アノー
ド側のオフガス中にも水分が含まれている。

【００１１】このように水分を含むアノード側のオフガ
スは、スタック８３からオフガス用管８６を介して燃料
用加湿装置８０Ｂに送られ、燃料用加湿装置８０Ｂにお
いてオフガス中の水蒸気が燃料供給ガスへ受け渡され、
その後、排気される。

【００１２】図１７は酸化剤用加湿装置８０Ａおよび燃
料用加湿装置８０Ｂ（以下、特に区別する必要がない場
合には加湿装置８０とする）を示す。これら加湿装置８
０は、複数の加湿器９１と、これら加湿器９１を並列に
連結する入口ヘッド９２と出口ヘッド９３とを備える。
加湿器９１は、円筒状のハウジング９４の内部に、水蒸
気透過膜（水透過膜）からなる多数のチューブ状の多孔
質の中空糸膜９５を束ねたものが収納されており、中空
糸膜９５の両端部を束ねる仕切部材９６が、中空糸膜９
５の外表面同士および中空糸膜９５の外表面とハウジン
グ９４の内周面とを気密に結合する。各ハウジング９４
の一端側は入口ヘッド９２に連結されており、他端側は
出口ヘッド９３に連結されている。また、各ハウジング
９４の外周部であって両仕切部材９６よりも内側にはガ
ス入口孔９７ａとガス出口孔９７ｂが設けられており、
各ハウジング９４のガス入口孔９７ａはハウジング９４
の外部に設けられた図示しない接続通路で互いに連通
し、ガス出口孔９７ｂはハウジング９４の外部に設けら
れた図示しない接続通路で互いに連通している。

【００１３】この加湿装置８０では、反応ガスは各加湿
器９１のハウジング９４のガス入口孔９７ａから供給さ
れて、ハウジング９４内の中空糸膜９５の間を通ってガ
ス出口孔９７ｂから流出し、一方、オフガスは入口ヘッ
ド９２に供給され、入口ヘッド９２から各加湿器９１の
ハウジング９４に供給されて中空糸膜９５の中空部に入
り、この中空部を通ってハウジング９４の他端側から出
口ヘッド９３に流れ込み、出口ヘッド９３から流出す
る。

【００１４】中空糸膜９５は、径方向に貫通する無数の
毛管部を有しており、中空糸膜９５の中空部内に送り込
まれたオフガス中の水蒸気が、前記毛管部内で凝縮して
外周側へ移動し、反応ガスへ蒸発して受け渡される。つ
まり、この加湿装置８０により、オフガス中の水分が反
応ガスへ受け渡され、反応ガスが加湿される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
加湿装置８０では、オフガス中の水蒸気が入口ヘッド９
２において凝縮し、次のような不具合が生じる。

【００１６】凝縮水が加湿器９１の中空糸膜９５の中空
部を流れた場合には、凝縮水は中空糸膜９５を透過する
ことができず中空部を吹き抜けてしまうため、この凝縮
水は回収されることなく排出されることになり、水回収
率が低下するという問題がある。水回収率が低下する
と、加湿装置の加湿性能が低下する。また、燃料電池へ
の加湿が過剰に行われると、燃料電池内のガス通路が閉
塞してしまい、燃料電池が過加湿状態となって発電性能
が低下する。

【００１７】また、入口ヘッド９２において凝縮水が溜
まり、その水位が加湿器９１の中空糸膜９５の最下位位
置よりも上方に達すると、凝縮水が中空糸膜９５の入口
側を閉塞し、オフガスの流通面積を減少させて圧力損失
の上昇を招くという問題が生じる。また、オフガスの流
通面積の減少は水回収率を低下させて、加湿性能を低下
させるという問題も生じる。これは、出口ヘッド９３に
おいて凝縮水が生じた場合にも生じる問題である。

【００１８】この発明は、中空糸膜などの水透過型加湿
器を用いた燃料電池用加湿装置において、凝縮水に起因
する不具合を防止し、燃料電池を最適な加湿状態で運転
させることができる燃料電池用加湿装置を提供すること
を課題としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る燃料電池用加湿装置は、複数の中空糸
膜を束ねた中空糸膜束と、この中空糸膜束を収容するハ
ウジングとを有し、前記ハウジングの内部であって前記
中空糸膜の外側に、燃料電池へ供給する反応ガスを流通
させ、前記中空糸膜の内部に前記燃料電池から排出され
た排出ガスを流通させることにより、前記排出ガス中の
水分を前記中空糸膜を介して前記反応ガスに移行させて
加湿する中空糸膜モジュールを具備し、前記中空糸膜モ
ジュールの一端側には、前記排出ガスを前記中空糸膜の
内側に流入させる排出ガス流入口が形成され、前記排出
ガス流入口に流入する前記排出ガスから生じた液体を排
出する液体排出機構が設けられていることを特徴とす
る。

【００２０】この構成によれば、排出ガス流入口に溜ま
った液体を液体排出機構で排出することにより、水で閉
塞される中空糸膜をなくすか、若しくは減少させること
ができるので、加湿に寄与できる中空糸膜を多くするこ
とができるとともに、排出ガスの流路面積の減少を抑制
し、排出ガスの圧力損失の上昇を抑制することができ
る。

【００２１】前記排気ガス流入口の水詰まりを検知する
水詰まり検知手段を備え、前記液体排出機構は前記水詰
まり検知手段の検知結果に応じて制御されるようにして
もよい。この構成によれば、中空糸膜の水詰まりが広が
らないうちに排出ガス入口に溜まった液体を確実に排出
することができ、信頼性が向上する。

【００２２】前記排出された液体を蓄えておく貯蔵手段
と、前記貯蔵手段に蓄えられた液体を利用して前記反応
ガスを補助加湿する補助加湿手段を備えていてもよい。
この構成によれば、排出された液体を再利用して反応ガ
スを補助加湿するから、加湿性能がさらに向上するとい
う効果が奏される。

【００２３】前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電
力検出手段と、この出力電力検出手段により検出された
出力電力が所定値未満の時に前記液体排出機構によって
液体を排出するコントローラとをさらに具備してもよ
い。この構成によれば、燃料電池の出力電圧が低下した
場合に、反応ガス中の水がガス流路内に溜まっていると
判断して、前記液体排出機構により効率的に液体を排出
することができる。

【００２４】本発明の他の態様の燃料電池用加湿装置
は、複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、この中空糸
膜束を収容するハウジングとを有し、前記ハウジングの
内部であって前記中空糸膜の外側に、燃料電池から排出
された排出ガスを流通させるとともに、前記中空糸膜の
内部に前記燃料電池へ供給する反応ガスを流通させるこ
とにより、前記排出ガス中の水分を前記中空糸膜を介し
て前記反応ガスに移行させて加湿する中空糸膜モジュー
ルを具備し、前記中空糸膜モジュールの一端側には、前
記反応ガスを前記中空糸膜の内側から排出させる供給ガ
ス流出口が形成され、前記供給ガス流出口から流出した
前記反応ガスから生じた液体を排出する液体排出機構が
設けられていることを特徴とする。

【００２５】この構成によれば、中空糸膜を通過した際
に反応ガスの温度が下がり、反応ガス中の水分が凝縮し
た場合にも、燃料電池へ供給する前に反応ガス中の液体
を排出して、燃料電池内へ凝縮水を供給しないようにす
ることができる。したがって、燃料電池膜の過加湿や、
多量の生成水によるガス流路内の閉塞を未然に防止でき
る。

【００２６】前記供給ガス流出口の水詰まりを検知する
水詰まり検知手段を備え、前記液体排出機構は前記水詰
まり検知手段の検知結果に応じて制御されてもよい。こ
の構成によれば、供給ガス流出口に水が詰まったことを
検知し、前記液体排出機構により効率的に水を排出する
ことができ、燃料電池へ供給する反応ガスの加湿状態が
安定する。

【００２７】前記燃料電池の出力電力を検出する出力電
力検出手段と、この出力電力検出手段により検出された
出力電力が所定値未満の時に、前記液体排出機構によっ
て水を排出するコントローラとを具備してもよい。

【００２８】本発明の燃料電池システムは、反応ガスが
供給されることにより発電する燃料電池と、前記燃料電
池より排出された排出ガスに含まれる水分によって前記
反応ガスを加湿する水透過型加湿器とを備え、前記燃料
電池は、固体高分子膜の両側にアノードとカソードとを
備えた電極膜構造体と、前記電極膜構造体の両側にそれ
ぞれ反応ガスを供給するガス流路と、前記電極膜構造体
を両側から支持するセパレータとを積層して構成され、
前記水透過型加湿器は、前記排出ガスまたは前記反応ガ
スの少なくとも一方から生じた水を排出する液体排出機
構と、前記燃料電池の加湿状態に応じて前記液体排出機
構を制御するコントローラとを具備することを特徴とす
る。

【００２９】前記水透過型加湿器は、複数の中空糸膜を
束ねた中空糸膜束と、この中空糸膜束を収容するハウジ
ングとを具備した中空糸膜モジュールであり、前記中空
糸膜の内側に、前記排出ガスおよび前記反応ガスの一方
を流通させ、前記中空糸膜の外側に前記排出ガスおよび
前記反応ガスの他方を流通させることにより、前記反応
ガス中の水分を前記中空糸膜を介して前記反応ガスに移
行させて加湿してもよい。

【００３０】前記中空糸膜モジュールの一端側には、前
記排出ガスを前記中空糸膜モジュールに流通させる流出
ガス流入口が形成され、前記中空糸膜モジュールの他端
側には、前記排出ガスを前記中空糸膜モジュールから排
出させる排出ガス流出口が形成され、前記液体排出機構
は、前記排出ガス流入口に設けられていてもよい。

【００３１】前記中空糸膜モジュールの一端側には、前
記反応ガスを前記中空糸膜モジュールに流通させる反応
ガス流入口が形成され、前記中空糸膜モジュールの他端
側には、前記反応ガスを前記中空糸膜モジュールから排
出させる反応ガス流出口が形成され、前記液体排出機構
は、前記反応ガス流出口に設けられていてもよい。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る燃料電池用
加湿装置の実施形態を図１から図１５を参照して説明す
る。以下に記載する各実施形態は、燃料電池自動車に搭
載された燃料電池の加湿装置としての態様であるが、本
発明はこれに限定されず、車載用以外の燃料電池にも適
用可能である。

【００３３】〔第１実施形態〕この発明に係る燃料電池
用加湿装置の第１実施形態を図１から図１０を参照して
説明する。図1は、燃料電池自動車に搭載された燃料電
池（以下、スタックという）１のカソード側の反応ガス
の供給システムを示す図である。酸化剤供給ガスとして
の空気はスーパーチャージャー２によって加圧され、空
気供給管３を介して反応ガス入口４からカソード加湿器
ユニット５Ａに供給され、カソード加湿器ユニット５Ａ
を通過する際に加湿される。その後、カソード加湿器ユ
ニット５Ａの反応ガス出口６から空気供給管７に流出
し、空気供給管７を介してスタック１のカソードに供給
される。カソードに供給された空気中の酸素が酸化剤と
して用いられた後、空気は排出ガス（以下、オフガスと
いう）としてスタック１からオフガス管８に排出され
る。

【００３４】このオフガスはスタック１での反応時に発
生した水分を含んでおり、オフガス管８を介してオフガ
ス入口（排出ガス入口）９からカソード加湿器ユニット
５Ａに供給され、カソード加湿器ユニット５Ａを通過す
る際に、オフガス中の水蒸気が反応ガスとしての前記空
気に受け渡され、該空気は加湿される。その後、オフガ
スはカソード加湿器ユニット５Ａのオフガス出口（排出
ガス出口）１０からオフガス管１１に排出され、圧力調
整弁１２を介して排気される。圧力調整弁１２はスタッ
ク内１の内圧を調整する弁である。

【００３５】図２から図４を参照してカソード加湿器ユ
ニット５Ａについて説明する。カソード加湿器ユニット
５Ａは、複数本（この実施形態では５本）の中空糸膜モ
ジュール６１と、これら中空糸膜モジュール６１を並列
に連結する入口ヘッド（排出ガス流入口）６２と出口ヘ
ッド（排出ガス流出口）６３とを備える。中空糸膜モジ
ュール６１は、円筒状のハウジング６４の内部に、水蒸
気透過膜（水透過膜）からなる多数のチューブ状の多孔
質の中空糸膜６５を束ねてなる中空糸膜束が収納されて
構成されている。中空糸膜６５はその両端部において仕
切部材６６によって束ねられており、仕切部材６６は、
中空糸膜６５の外表面同士および中空糸膜６５の外表面
とハウジング６４の内周面とを気密に結合している。

【００３６】各中空糸膜モジュール６１のハウジング６
４の一端側はオフガス入口９を有する入口ヘッド６２に
連結されており、他端側はオフガス出口１０を有する出
口ヘッド６３に連結されている。入口ヘッド６２および
出口ヘッド６３の底部にはそれぞれ排水口６７，６８が
設けられており、入口ヘッド６２および出口ヘッド６３
の内底部に溜まった水を排出することができる。入口ヘ
ッド６２の排水口６７は、図３に示すように、入口ヘッ
ド６２の内部空間６２ａの最下部を連通する連通通路６
９から延出させてもよいし、図４に示すように、入口ヘ
ッド６２の内部空間６２ａの中で水が一番溜まり易い部
位６２ｂから延出させてもよい。出口ヘッド６３の排水
口６８についても同様である。

【００３７】各ハウジング６４の外周部であって両仕切
部材６６よりも内側には、反応ガス入口４と反応ガス出
口６が設けられており、各ハウジング６４の反応ガス入
口４はハウジング６４の外周部に設けられた図示しない
接続通路で互いに連通し、反応ガス出口６はハウジング
６４の外周部に設けられた図示しない接続通路で互いに
連通している。

【００３８】カソード加湿器ユニット５Ａでは、反応ガ
スとしての空気が各中空糸膜モジュール６１のハウジン
グ６４の反応ガス入口４からハウジング６４内に導入さ
れて、ハウジング６４内の中空糸膜６５の間を通って反
応ガス出口６から流出する。一方、オフガスはオフガス
入口９から入口ヘッド６２の内部空間６２ａに導入さ
れ、内部空間６２ａを通って各中空糸膜モジュール６１
のハウジング６４の一端側から中空糸膜６５の内部に入
り、この中空糸膜６５の内部を通ってハウジング６４の
他端側から出口ヘッド６３の内部空間６３ａに流れ込ん
で合流し、オフガス出口１０から流出する。この際に、
各中空糸膜モジュール６１内において、オフガス中の水
分が中空糸膜６５を介して反応ガスへ受け渡され、反応
ガスが加湿される。

【００３９】図１に示すように、空気供給管３と空気供
給管７は、カソード加湿器ユニット５Ａをバイパスする
バイパス管１３によって接続されており、バイパス管１
３の途中にはその上流側から順に補助加湿器１４と補助
加湿制御弁１５が設けられている。補助加湿器１４は、
ハウジング１６の内部にカソード加湿器ユニット５Ａの
中空糸膜６５と同様の多数の中空糸膜１７が束になって
収納されて構成されており、補助加湿制御弁１５が開い
ている時には、空気供給管３からバイパス管１３に流れ
込んだ空気が中空糸膜１７の内部を通り下流側のバイパ
ス管１３および制御弁１５を通って空気供給管７に流れ
込み、カソード加湿器ユニット５Ａを通過した空気と合
流してスタック１に供給される。この実施形態におい
て、バイパス管１３と補助加湿器１４と補助加湿制御弁
１５は補助加湿手段を構成する。

【００４０】ハウジング１６は、排水管１８を介して、
カソード加湿器ユニット５Ａの排水口６７，６８に取り
付けられた排水制御弁（液体排出機構）１９，２０に接
続されており、カソード加湿器ユニット５Ａの入口ヘッ
ド６２内および出口ヘッド６３内に溜まった水をハウジ
ング１６内に導入することができる。この第１実施形態
において、ハウジング１６はこの発明における貯蔵手段
を構成している。また、補助加湿器１４には、ハウジン
グ１６内の水の水位を検出する水位計（水位検知手段）
２１が取り付けられている。この補助加湿器１４では、
ハウジング１６内に水を貯水した状態で中空糸膜１７の
内部に空気を流すと、中空糸膜１７のイオン水和効果に
より、ハウジング１６内の水が水蒸気となって中空糸膜
１７を透過し中空糸膜１７内の空気に受け渡され、空気
を加湿することができる。

【００４１】このように構成された第１実施形態の燃料
電池用加湿装置においては、スタック１での発電に際
し、酸化剤供給ガスとしての空気が、カソード加湿器ユ
ニット５Ａを通る際に加湿されてスタック１に供給さ
れ、スタック１を通過したオフガスがカソード加湿器ユ
ニット５Ａを通過する際に前記空気を加湿する。オフガ
ス中の水分がカソード加湿器ユニット５Ａの入口ヘッド
６２あるいは出口ヘッド６３において凝縮し、入口ヘッ
ド６２内あるいは出口ヘッド６３内に溜まり、中空糸膜
モジュール６１の中空糸膜６５を目詰まりさせる場合が
あるが、この燃料電池用加湿装置では、そのようになっ
た時あるいはそうなる前に所定のタイミングで排水制御
弁１９，２０を開き、入口ヘッド６２および出口ヘッド
６３の内部に溜まった水（液体）を排水する。これによ
り、水で閉塞される中空糸膜６５を水で閉塞されないよ
うにしたり、あるいは、水で閉塞される中空糸膜６５を
減少させることができるので、加湿に寄与できる中空糸
膜６５を多くすることができるとともに、オフガスの流
路面積の減少を抑制することができ、オフガスの圧力損
失の上昇を抑制することができる。その結果、燃料電池
用加湿装置の加湿性能が向上する。

【００４２】排水制御弁１９，２０は、中空糸膜６５が
水による目詰まりを起こした時もしくは起こす前に開く
ように、コントローラ（図示略）によって制御される。
排水制御弁１９，２０の開弁タイミングの決定方法（換
言すれば中空糸膜６５の水詰まり検知手段）は、以下の
ような方法が考えられる。

【００４３】一つは、一定時間毎に排水制御弁１９，２
０を開弁するようにする。これは、スタック１を一定時
間運転したときの入口ヘッド６２あるいは出口ヘッド６
３に溜まる水の量を予測できることに基づく。

【００４４】別の方法は、スタック１の出力電圧毎に設
定された規定時間毎に排水制御弁１９，２０を開弁す
る。これは、前述した一定時間毎に排水制御弁１９，２
０を開弁する方法をより精度よくした。つまり、同じ一
定時間であっても、スタック１の出力が大きいほど入口
ヘッド６２あるいは出口ヘッド６３に溜まる水の量が多
いので、予め、実験的に出力電圧と開弁間隔との関係を
求めて図５に示すようなマップにしておき、出力電圧毎
の規定時間が経過したときに排水制御弁１９，２０を開
弁する。

【００４５】別の方法は、入口ヘッド６２と出口ヘッド
６３の間の圧力損失を検出し、この圧力損失が所定値以
上（例えば、５ｋＰａ以上）になったときに排水制御弁
１９，２０を開く。これは、中空糸膜６５の目詰まりの
増大に伴って圧力損失が増大することに基づく。

【００４６】別の方法は、スタック１の出力電圧が所定
値以下になったときに排水制御弁１９，２０を開く。こ
れは、中空糸膜６５の目詰まりの増大に伴って供給ガス
の加湿量（相対湿度、露点等）が下がるので、燃料電池
の加湿不足によりスタック１の出力電圧が低下すること
に基づく。

【００４７】別の方法は、入口ヘッド６２および／また
は出口ヘッド６３内の温度が急激に低下したときに排水
制御弁１９，２０を開く。ヘッド６２、６３内の温度が
下がることにより、その内部の水蒸気が飽和し、ヘッド
６２、６３内に凝縮水が溜まるからである。

【００４８】スタック１を構成する単セルのセル電圧が
所定値（例えば、０．３Ｖ）未満になったときに排水制
御弁１９，２０を開くという運転方法も可能である。ス
タック１は、固体高分子電解質膜をアノードとカソード
でサンドウィッチ状に挟んでなる単セルを複数枚積み重
ねて構成されているが、この各単セルのセル電圧を検知
可能にしておく。単セルのセル電圧が前記所定値未満で
あるときには、単セルが目詰まりを起こしている（すな
わち、燃料電池の加湿が過剰である）と判断し、排水制
御弁１９，２０を開く。これにより、中空糸膜モジュー
ル６１での圧力損失を減少させてスタック１における排
水性を向上させ、単セルに溜まった水を排水させること
ができる。

【００４９】また、この第１実施形態の燃料電池用加湿
装置では、上述のように、カソード加湿器ユニット５Ａ
の入口ヘッド６２および出口ヘッド６３から排水される
水を廃棄しないで、排水管１８を介して補助加湿器１４
のハウジング１６に回収し、補助加湿用の水として再利
用している。

【００５０】スタック１が定常状態で発電を行っている
ときには、スタック１の固体高分子電解質膜のイオン水
和効果によりオフガスに水分が供給されるので、水分を
含むオフガスがカソード加湿器ユニット５Ａに送られる
ため、カソード加湿器ユニット５Ａにおいて空気供給管
３から供給される空気を加湿することができ、スタック
１に加湿された空気を供給することができる。したがっ
て、この場合には、補助加湿は必要ない。

【００５１】ところが、自動車の始動時などではカソー
ド加湿器ユニット５Ａでの空気に対する加湿量が足ら
ず、加湿されていない空気がスタック１に供給されてし
まい、スタック１の発電状態が低下してしまう。このよ
うな時に加湿補助が必要になる。この第１実施形態で
は、バイパス管１３と補助加湿器１４と補助加湿制御弁
１５によって補助加湿手段が構成されており、空気供給
管７に湿度計や露点計（いずれも図示せず）等を設け
て、スタック１に供給される空気の相対湿度を検出し、
相対湿度が所定値よりも低いとき（例えば、８０％以下
のとき）に、補助加湿制御弁１５を開くことにより、空
気供給管３を流れる空気の一部をバイパス管１３に導
き、補助加湿器１４を通過させることにより加湿して、
空気供給管７に戻し、これにより加湿された空気を、カ
ソード加湿器ユニット５Ａを通ってきた加湿不十分な空
気とともにスタック１のカソードに供給するようにし
た。ただし、補助加湿器１４のハウジング１６内の水位
が所定水位よりも高くないと、補助加湿手段１４が効果
的に機能しないので、所定水位以上あるときにだけ補助
加湿制御弁１５を開き、補助加湿を実行することにし
た。これにより、始動時などにおいてスタック１の出力
電圧を大きくすることができる。しかも、カソード加湿
器ユニット５Ａの入口ヘッド６２および出口ヘッド６３
に溜まった水を冷却させずに補助加湿器１４に導入する
ことができるので、外部から熱を与えることなく補助加
湿を行うことができる。

【００５２】以下の説明の都合上、補助加湿制御弁１５
を閉じてカソード加湿器ユニット５Ａを通過させた空気
だけをスタック１に供給する加湿処理を「通常加湿処
理」と称し、補助加湿制御弁１５を開いて補助加湿器１
４に空気を通過させて空気の加湿を補助する加湿処理を
「補助加湿処理」と称す。

【００５３】図６から図１０のフローチャートを参照し
て、補助加湿処理を説明する。図６を参照して、まず、
ステップＳ１０１においてスタック１で発電すると、ス
テップＳ１０２に進んで通常加湿処理が実行される。前
述したように、通常加湿処理では補助加湿制御弁１５は
閉じている。

【００５４】ステップＳ１０３に進んで一定時間経過し
たか否か判定し、一定時間経過していない場合にはステ
ップＳ１０２に戻って通常加湿処理を実行する。一方、
ステップＳ１０３において一定時間が経過したと判定さ
れた場合には、ステップＳ１０４に進んで、排水制御弁
１９，２０を開く。これは、前述したように、一定時間
経過した時には入口ヘッド６２あるいは出口ヘッド６３
に水が溜まって中空糸膜６５が水で目詰まりしている
か、その虞があるからである。尚、排水制御弁１９，２
０の開弁期間は短時間に設定されている。排水制御弁１
９，２０を長時間開けていると、カソード加湿器ユニッ
ト５Ａの中空糸膜６５を流れるオフガス流量が低下する
虞があるからである。

【００５５】次に、ステップＳ１０５に進み、水位計２
１により検出された補助加湿器１４内の水位が所定水位
以上か否か判定する。ステップＳ１０５において補助加
湿器１４の水位が所定水位以下と判定した場合には、補
助加湿器１４の加湿性能が低く効果的な補助加湿処理を
行うことができないので、ステップＳ１０２に戻って通
常加湿処理を実行する。一方、ステップＳ１０５におい
て補助加湿器１４の水位が所定水位以上であると判定し
た場合には、補助加湿器１４が十分に加湿性能を発揮す
ることができるので、補助加湿制御弁１５を開弁して補
助加湿処理を実行する。これにより、空気供給管３を流
れる空気の一部が補助加湿器１４によって加湿されて空
気供給管７を介してスタック１に供給される。

【００５６】この後、ステップＳ１０６からステップＳ
１０３に戻って、再び、一定時間が経過したか否か判定
する。図７は、排水制御弁１９，２０を開弁するか否か
の判定基準を、スタック１の出力電圧毎に設定された規
定時間経過したか否かにした場合を示すもので、この場
合には、ステップＳ１０３において、スタック１の出力
電圧毎に設定された規定時間を経過したか否かを判定
し、肯定判定したときにはステップＳ１０４に進み、否
定判定したときにはステップＳ１０２に進む。

【００５７】図８は、排水制御弁１９，２０を開弁する
か否かの判定基準を、入口ヘッド６２と出口ヘッド６３
の間の圧力損失が所定値以上か否かにした場合を示すも
ので、この場合には、ステップＳ１０３において、圧力
損失が所定値以上か否かを判定し、肯定判定したときに
はステップＳ１０４に進み、否定判定したときにはステ
ップＳ１０２に進む。

【００５８】図９は、排水制御弁１９，２０を開弁する
か否かの判定基準を、スタック１の出力電圧が所定値以
下か否かにした場合を示すもので、この場合には、ステ
ップＳ１０３において、出力電圧が所定値以下か否かを
判定し、肯定判定したときにはステップＳ１０４に進
み、否定判定したときにはステップＳ１０２に進む。

【００５９】図１０は、排水制御弁１９，２０を開弁す
るか否かの判定基準を、入口ヘッド６２あるいは出口ヘ
ッド６３内の温度が急激に低下したか否かにした場合を
示すもので、この場合には、ステップＳ１０３におい
て、温度が急激に低下したか否かを判定し、肯定判定し
たときにはステップＳ１０４に進み、否定判定したとき
にはステップＳ１０２に進む。

【００６０】この第１実施形態では、燃料電池用加湿装
置を酸化剤供給ガスを加湿する燃料電池システムに適用
した場合で説明したが、この第１実施形態の燃料電池用
加湿装置は、燃料供給ガスを加湿する加湿システムに適
用することもできる。さらに、酸化剤供給ガスを加湿す
る加湿システムと、燃料供給ガスを加湿する加湿システ
ムの両方を設けた燃料電池システムも可能である。後述
する他の実施形態においても同様である。

【００６１】〔第２実施形態〕次に、この発明に係る燃
料電池用加湿装置の第２実施形態を図１１および図１２
の図面を参照して説明する。図１１は、スタック１のカ
ソード側の反応ガス供給システムを示す図である。前述
した第１実施形態の反応ガス供給システムと同一態様部
分については図中同一符号を付して説明を省略し、第１
実施形態と相違する点について以下に説明するものとす
る。

【００６２】第２実施形態の反応ガス供給システムに
は、カソード加湿器ユニット（水透過型加湿器）５Ａの
排水口６７，６８、排水制御弁１９，２０、排水管１８
がない。すなわち、第２実施形態のカソード加湿器ユニ
ット５Ａは、図１７に示す従来の加湿装置８０と同様の
構成をなしている。

【００６３】その代わりに、オフガス管８の途中と、オ
フガス管１１の途中に、オフガスから凝縮水を除去する
気液分離器３０Ａ，３０Ｂ（以下、特に区別する必要が
ない場合には気液分離器３０と記す）が設けられてい
る。気液分離器３０はデミスターや透湿膜によって構成
することもできるが、気液分離器３０の具体例を図１２
を参照して説明すると、気液分離器３０は、ハウジング
３１と、ハウジング３１の内部を下から上に向かって蛇
行する流路３２を形成する多数の仕切板３３と、ハウジ
ング３１の下部に設けられ流路３２に連通するオフガス
入口（排気ガス導入口）３４と、ハウジング３１の上部
に設けられ流路３２に連通するオフガス出口（気体排出
口）３５と、ハウジング３１の底部に設けられ流路３２
に連通する排水口（液体排出口）３６と、を備えてい
る。

【００６４】この気液分離器３０では、水分を含むオフ
ガスがオフガス入口３４からハウジング３１内に供給さ
れ、流路３２を蛇行しながら上昇していく。オフガス中
の水分は空気より比重が大きいので、オフガスが流路３
２を流れると、オフガス中の水分（液体）は慣性によっ
て仕切板３３の壁面やハウジング３１の壁面に衝突して
付着する。これら壁面に付着した水分は液体となって重
力により壁面に沿って落下していき、ハウジング３１の
底部に到達し、排水口３６から液体として排出される。
一方、水分を除去されたオフガスは飽和状態のオフガス
となってオフガス出口３５から排出される。つまり、こ
の気液分離器３０にオフガスを通すことによって、オフ
ガスは気液分離されて、過剰な水分を除去された飽和状
態のオフガスだけがオフガス出口３５から流出し、オフ
ガス中の過剰な水分は液体（水）となって排水口３６か
ら排出される。

【００６５】気液分離器３０Ａのオフガス入口３４はオ
フガス管８を介してスタック１に連通し、オフガス出口
３５はオフガス管８を介してカソード加湿器ユニット５
Ａのオフガス入口９に連通し、排水口３６は排水管３７
を介して補助加湿器１４のハウジング１６の内部に連通
しており、スタック１から排出されたオフガスがオフガ
ス通路８を介して気液分離器３０Ａに導入され、過剰な
水分を除去された飽和状態のオフガスがオフガス管８を
介してカソード加湿器ユニット５Ａに供給され、オフガ
ス中の過剰な水分が排水管３７を介して補助加湿器１４
のハウジング１６内に供給される。

【００６６】また、気液分離器３０Ｂのオフガス入口３
４はオフガス管１１を介してカソード加湿器ユニット５
Ａのオフガス出口１０に連通し、オフガス出口３５はオ
フガス管１１を介して圧力調整弁１２に接続され、排水
口３６は排水管３８を介して補助加湿器１４のハウジン
グ１６の内部に連通している。カソード加湿器ユニット
５Ａから排出されたオフガスがオフガス通路１１を介し
て気液分離器３０Ｂに導入され、過剰な水分を除去され
た飽和状態のオフガスがオフガス管１１を介して排気さ
れ、オフガス中の過剰な水分が排水管３８を介して補助
加湿器１４のハウジング１６内に供給される。

【００６７】補助加湿制御弁１５は、第１実施形態の場
合と同様に、水位計２１で検出した水位に基づいてコン
トローラ（図示略）により開閉制御される。この第２実
施形態の燃料電池用加湿装置においては、カソード加湿
器ユニット５Ａの上流のオフガス管８の途中に気液分離
器３０Ａを設けたことにより、過剰な水分を除去された
オフガスがカソード加湿器ユニット５Ａの入口ヘッド６
２に導入されるので、入口ヘッド６２内および出口ヘッ
ド６３内で凝縮水が生じなくなる。したがって、カソー
ド加湿器ユニット５Ａの中空糸膜６５が凝縮水によって
目詰まりを起こすのを未然に防止することができる。ま
た、カソード加湿器ユニット５Ａ内におけるオフガスの
流路面積が減少するということも防止できる。その結
果、加湿装置の加湿性能が向上し、信頼性も向上する。

【００６８】この気液分離器３０Ａ，３０Ｂでオフガス
から分離抽出した水は、補助加湿器１４のハウジング１
６内に回収されて、第１実施形態と同様に、補助加湿用
の水として再利用することができる。これにより、始動
時などにおいてスタック１の出力電圧を大きくすること
ができる。しかも、気液分離器３０Ａ，３０Ｂで抽出さ
れた水を冷却させずに補助加湿器４８に導入することが
できるので、外部から熱を与えることなく補助加湿を行
うことができる。

【００６９】〔第３実施形態〕次に、この発明に係る燃
料電池用加湿装置の第３実施形態を図１３を参照して説
明する。図１３は、スタック１のアノード側の反応ガス
供給システムを示す図である。この実施形態に用いられ
るアノード加湿器ユニット（水透過型加湿器）５Ｂは、
第２実施形態におけるカソード加湿器ユニット５Ａと同
じであるので、図中同一態様部分に同一符号を付して説
明するものとし、詳細説明は省略する。

【００７０】燃料供給ガスとしての水素ガスは、途中に
エゼクタ４２を備えた水素供給管４１を介して反応ガス
入口４からアノード加湿器ユニット５Ｂに供給され、ア
ノード加湿器ユニット５Ｂを通過する際に加湿された
後、アノード加湿器ユニット５Ｂの反応ガス出口６から
水素供給管４３に流出し、水素供給管４３を介してスタ
ック１のアノードに供給される。アノードに供給された
水素の一部が燃料として用いられ、酸化還元反応に供さ
れる。水素ガスはその一部が反応に供された後、オフガ
スとなってスタック１から排出されるが、前述したよう
に、スタック１の固体高分子電解質膜のイオン水和効果
によって、カソード側を流れるオフガス中の水分が固体
高分子電解質膜を透過し水蒸気となってアノード側を流
れる水素のオフガス中に拡散する。

【００７１】スタック１から排出された水素のオフガス
は、途中に気液分離器３０Ｃを備えたオフガス管４４に
排出され、このオフガス管４４を介してオフガス入口
（排気ガス入口）９からアノード加湿器ユニット５Ｂに
供給され、アノード加湿器ユニット５Ｂを通過する際
に、オフガス中の水蒸気が反応ガスとしての水素ガスに
受け渡され、水素ガスは加湿される。その後、オフガス
はアノード加湿器ユニット５Ｂのオフガス出口（排気ガ
ス出口）１０から、途中に気液分離器３０Ｄを備えたオ
フガス管４５に排出され、エゼクタ４２の二次流体入口
に供給される。このエゼクタ４２では、水素供給管４１
からエゼクタ４２に供給された水素ガスの流れによって
生じる負圧により、オフガス管４５を介して導入される
オフガスが吸引され、水素ガスとオフガスの混合ガスが
アノード加湿器ユニット５Ｂに供給される。

【００７２】気液分離器３０Ｃ，３０Ｄの構成について
は第２実施形態における気液分離器３０Ａ，３０Ｂと同
じであるのでその説明は省略する。気液分離器３０Ｃの
オフガス入口３４はオフガス管４４を介してスタック１
に連通し、オフガス出口３５はオフガス管４４を介して
アノード加湿器ユニット５Ｂのオフガス入口９に連通
し、排水口３６は排水管４６を介して後述する補助加湿
器４８のハウジング４９の内部に連通しており、スタッ
ク１から排出されたオフガスがオフガス通路４４を介し
て気液分離器３０Ｃに導入され、オフガスは気液分離さ
れる。過剰な水分を除去された飽和状態のオフガスがオ
フガス管４４を介してアノード加湿器ユニット５Ｂに供
給され、オフガス中の過剰な水分が液体となって排水管
４６を介して補助加湿器４８のハウジング４９内に導入
される。

【００７３】気液分離器３０Ｄのオフガス入口３４はオ
フガス管４５を介してアノード加湿器ユニット５Ｂのオ
フガス出口１０に連通し、オフガス出口３５はオフガス
管４５を介してエゼクタ４２に接続され、排水口３６は
排水管４７を介して補助加湿器４８のハウジング４９の
内部に連通しており、アノード加湿器ユニット５Ｂから
排出されたオフガスがオフガス通路４５を介して気液分
離器３０Ｄに導入され、オフガスは気液分離される。過
剰な水分を除去された飽和状態のオフガスがオフガス管
４５を介してエゼクタ４２に導入され、オフガス中の過
剰な水分が液体となって排水管４７を介して補助加湿器
４８のハウジング４９内に導入される。この第３実施形
態において、ハウジング４９はこの発明における貯蔵手
段を構成している。

【００７４】水素供給管４１においてエゼクタ４２より
も上流部位と空気供給管４３は、アノード加湿器ユニッ
ト５Ｂをバイパスするバイパス管５１によって接続され
ており、バイパス管５１の途中にはその上流側から順に
補助加湿器４８と補助加湿制御弁５２が設けられてい
る。補助加湿器４８の構成は、第１あるいは第２実施形
態における補助加湿器１７と同様であり、ハウジング４
９の内部に多数の中空糸膜５０が束になって収納されて
構成されており、補助加湿制御弁５２が開いている時に
は、水素供給管４１からバイパス管５１に流れ込んだ水
素ガスが中空糸膜５０の内部を通り下流側のバイパス管
５１および補助加湿制御弁５２を通って水素供給管４３
に流れ込み、アノード加湿器ユニット５Ｂを通過した水
素ガスと合流してスタック１に供給される。前述したよ
うに、ハウジング４９は、排水管４６，４７を介して気
液分離器３０Ｃ，３０Ｄの排水口３６に接続されてい
て、気液分離器３０Ｃ，３０Ｄにおいてオフガスから分
離された液体（水）がハウジング４９内に導入される。
この第３実施形態においては、補助加湿器４８とバイパ
ス管５１と補助加湿制御弁５２によって補助加湿手段が
構成されている。

【００７５】補助加湿器４８には、ハウジング４９内の
水の水位を検出する水位計５３が取り付けられている。
この補助加湿器４８の機能は第１あるいは第２実施形態
における補助加湿器１４と同じであり、ハウジング４９
内に水を貯水した状態で中空糸膜５０の内部に空気を流
すと、中空糸膜５０のイオン水和効果により、ハウジン
グ４９内の水が水蒸気となって中空糸膜５０を透過し中
空糸膜５０内の水素ガスに受け渡され、水素ガスを加湿
する。

【００７６】補助加湿制御弁５２は、第１実施形態にお
ける補助加湿制御弁１５の場合と同様に、水位計（水位
検知手段）５３で検出した水位に基づいて、コントロー
ラ（図示略）により開閉制御される。

【００７７】この第３実施形態の燃料電池用加湿装置に
おいては、アノード加湿器ユニット５ｂの上流のオフガ
ス管４４の途中に気液分離器３０Ｃを設けたことによ
り、過剰な水分を除去されたオフガスがアノード加湿器
ユニット５ｂの入口ヘッド６２に導入されるので、入口
ヘッド６２内および出口ヘッド６３内で凝縮水が生じな
くなり、したがって、アノード加湿器ユニット５ｂの中
空糸膜６５が凝縮水によって目詰まりを起こすのを未然
に防止することができる。アノード加湿器ユニット５ｂ
内におけるオフガスの流路面積が減少するということも
ない。その結果、燃料電池用加湿装置の加湿性能が向上
し、信頼性も向上する。

【００７８】この気液分離器３０Ｃ，３０Ｄでオフガス
から分離抽出した水は、補助加湿器４８のハウジング４
９内に回収されて、第１および第２実施形態と同様に、
補助加湿用の水として再利用することができる。これに
より、始動時などにおいてスタック１の出力電圧を大き
くすることができる。しかも、気液分離器３０Ｃ，３０
Ｄで抽出された水を冷却させずに補助加湿器４８に導入
することができるので、外部から熱を与えることなく補
助加湿を行うことができる。

【００７９】〔第４実施形態〕次に、この発明に係る燃
料電池用加湿装置の第４実施形態を図１４および図１５
を参照して説明する。この第４実施形態では、前述した
加湿器ユニット５Ａへのガス供給方法を変更した点を特
徴としており、他の構成は第１実施形態と同様でよい。

【００８０】第４実施形態では、加湿器ユニット５Ａの
ガス入口９から反応ガス（空気または水素）が供給さ
れ、各中空糸膜モジュール６１中の中空糸膜６５の内部
を通過して、ガス出口１０から排出される。一方、ガス
入口４からオフガス（湿った空気または湿った水素）が
供給され、中空糸膜６５の外面に沿ってハウジング６４
内を通過して、ガス出口６から流出する。この過程で、
オフガス中の水分の一部が反応ガスへ移り、反応ガスが
加湿される。

【００８１】このようなガス供給方法を採用したことに
より、反応ガスから入口ヘッド６２内に生じた水が排水
口６７から排出され、出口ヘッド６３内に生じた水が排
水口６８から排出される。排水口６７，６８から排出さ
れた水は、第１実施形態と同様に、排水制御弁１９，２
０を介して補助加湿器１４へと供給される。排水制御弁
１９，２０は前述のようにコントローラ（図示略）によ
り制御される。

【００８２】第１実施形態では、反応ガスが中空糸膜モ
ジュールを通過した際に反応ガスの温度が下がり、反応
ガス中の水分が凝結して液体を生じることがある。この
液体が反応ガスとともに燃料電池内へ供給されると、燃
料電池膜が過剰に加湿されたり、多量の液体によってガ
ス流路が狭められる可能性がある。この現象は、燃料電
池の温度が運転時よりも低下する始動時などに起こりや
すい。したがって、燃料電池始動時に排水制御弁１９，
２０を一定時間解放して凝縮した水を排水することが望
ましい。

【００８３】一方、この第４実施形態によれば、燃料電
池へ供給される反応ガスから生じた過剰な液体を除去で
きるから、燃料電池内へ液体が流入することを抑制で
き、燃料電池膜の過加湿や多量の生成水によるガス流路
内のフラッディング状態を防止できる利点を有する。

【００８４】〔第５実施形態〕次に、この発明に係る第
５実施形態を説明する。この実施形態では、図示しない
コントローラにより、例えば図１４および図１５に示
す、出口ヘッド６３の底部に形成された排水口６８を開
閉する排水制御弁１９を制御する。そして、出口ヘッド
６３の内部に水が溜まった時、または溜まる前に、排水
制御弁１９を一定時間開くようにする。排水制御弁１９
を開閉するタイミングは、第１実施形態で用いた水詰ま
り検知手段により決定すればよく、特に好ましくは、燃
料電池セルの出力が所定電圧（例えば０．３Ｖ）未満と
なった場合に、単セルが目詰まりを起こしたと判断し、
排水制御弁１９を開く。これにより、燃料電池へ供給さ
れる反応ガス中の水分量（液体量）を減らすことがで
き、燃料電池のガス流路内の目詰まりを回復することが
できるから、燃料電池を常に安定した加湿状態で運転す
ることが可能となる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の第１態様
によれば、排出ガス流入口に溜まった液体を液体排出機
構で排出することにより、水で閉塞される中空糸膜をな
くすか、若しくは減少させることができるので、加湿に
寄与できる中空糸膜を多くすることができるとともに、
排出ガスの流路面積の減少を抑制し、排出ガスの圧力損
失の上昇を抑制することができる。

【００８６】前記排気ガス流入口の水詰まりを検知する
水詰まり検知手段を備え、前記液体排出機構は前記水詰
まり検知手段の検知結果に応じて制御されるようにした
場合には、中空糸膜の水詰まりが広がらないうちに排出
ガス入口に溜まった液体を確実に排出することができ、
信頼性が向上する。

【００８７】前記排出された液体を蓄えておく貯蔵手段
と、前記貯蔵手段に蓄えられた液体を利用して前記反応
ガスを補助加湿する補助加湿手段を備えている場合に
は、排出された液体を再利用して反応ガスを補助加湿す
るから、加湿性能がさらに向上するという効果が奏され
る。

【００８８】前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電
力検出手段と、この出力電力検出手段により検出された
出力電力が所定値未満の時に前記液体排出機構によって
液体を排出するコントローラとをさらに具備する場合に
は、燃料電池の出力電圧が低下した場合に、反応ガス中
の水がガス流路内に溜まっていると判断して、前記液体
排出機構により効率的に液体を排出することができる。

【００８９】本発明の他の態様の燃料電池用加湿装置
は、中空糸膜モジュールの一端側に前記反応ガスを前記
中空糸膜の内側から排出させる供給ガス流出口が形成さ
れ、前記供給ガス流出口から流出した前記反応ガスから
生じた液体を排出する液体排出機構が設けられているか
ら、中空糸膜を通過した際に反応ガスの温度が下がり、
反応ガス中の水分が凝縮した場合にも、燃料電池へ供給
する前に反応ガス中の液体を排出して、燃料電池内へ凝
縮水を供給しないようにすることができる。したがっ
て、燃料電池膜の過加湿や、多量の生成水によるガス流
路内の閉塞を未然に防止できる。

【００９０】前記供給ガス流出口の水詰まりを検知する
水詰まり検知手段を備え、前記液体排出機構は前記水詰
まり検知手段の検知結果に応じて制御される場合には、
供給ガス流出口に水が溜まったことを検知し、前記液体
排出機構により効率的に水を排出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る燃料電池用加湿装置の第１実
施形態のブロック図である。

【図２】 第１実施形態におけるカソード加湿器ユニッ
トの断面図である。

【図３】 図２のIII−III線断面図である。

【図４】 第１実施形態におけるカソード加湿器ユニッ
トの変形例における図３に相当する断面図である。

【図５】 燃料電池の出力電圧と開弁間隔規定時間との
関係の一例を示す図である。

【図６】 第１実施形態における燃料電池用加湿装置の
補助加湿処理のフローチャートである。

【図７】 第１実施形態における燃料電池用加湿装置の
補助加湿処理のフローチャートである。

【図８】 第１実施形態における燃料電池用加湿装置の
補助加湿処理のフローチャートである。

【図９】 第１実施形態における燃料電池用加湿装置の
補助加湿処理のフローチャートである。

【図１０】 第１実施形態における燃料電池用加湿装置
の補助加湿処理のフローチャートである。

【図１１】 この発明に係る燃料電池用加湿装置の第２
実施形態のブロック図である。

【図１２】 第２実施形態における気液分離器の概略断
面図である。

【図１３】 この発明に係る燃料電池用加湿装置の第３
実施形態のブロック図である。

【図１４】 第４実施形態におけるカソード加湿器ユニ
ットの断面図である。

【図１５】 図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図である。

【図１６】 従来の燃料電池用加湿装置のブロック図で
ある。

【図１７】 従来の燃料電池用加湿装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・スタック（燃料電池） ４・・・供給反応ガス入口４ ５Ａ・・・カソード加湿器ユニット（水透過型加湿器） ５Ｂ・・・アノード加湿器ユニット（水透過型加湿器） ６・・・供給反応ガス出口 ８・・・オフガス管（排出ガス流路） ９・・・オフガス入口（排出ガス入口） １０・・・オフガス出口（排出ガス出口） １３・・・バイパス管（補助加湿手段） １４・・・補助加湿器（補助加湿手段） １５・・・補助加湿制御弁（補助加湿手段） １６・・・ハウジング（貯蔵手段） １９・・・排水制御弁（液体排出手段） ２１・・・水位計（水位検知手段） ３０Ａ，３０Ｃ，・・・気液分離器（気液分離手段） ３４・・・オフガス入口（排出ガス導入口） ３５・・・オフガス出口（気体排出口） ３６・・・排水口（液体排出口） ４４・・・オフガス管（排出ガス流路） ４８・・・補助加湿器（補助加湿手段） ４９・・・ハウジング（貯蔵手段） ５１・・・バイパス管（補助加湿手段） ５２・・・補助加湿制御弁（補助加湿手段） ５３・・・水位計（水位検知手段） ６１・・・中空糸膜モジュール ６２・・・入口ヘッド（排出ガス流入口） ６３・・・出口ヘッド（排出ガス流出口） ６４・・・ハウジング ６５・・・中空糸膜 ６７・・・排水口（液体排出手段） ステップＳ１０３・・・水詰まり検知手段

フロントページの続き (72)発明者 片桐 敏勝 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 草野 佳夫 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA16 HA19 JA25A KE17P KE21P KE22Q MA01 MB04 PA10 PB19 PB65 PC80 5H026 AA06 CC03 CX05 5H027 AA06 KK52 MM02

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池用加湿装置であって、 複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、この中空糸膜束
   を収容するハウジングとを有し、前記ハウジングの内部
   であって前記中空糸膜の外側に、燃料電池へ供給する反
   応ガスを流通させ、前記中空糸膜の内部に前記燃料電池
   から排出された排出ガスを流通させることにより、前記
   排出ガス中の水分を前記中空糸膜を介して前記反応ガス
   に移行させて加湿する中空糸膜モジュールを具備し、 前記中空糸膜モジュールの一端側には、前記排出ガスを
   前記中空糸膜の内側に流入させる排出ガス流入口が形成
   され、 前記排出ガス流入口に流入する前記排出ガスから生じた
   液体を排出する液体排出機構が設けられていることを特
   徴とする燃料電池用加湿装置。
2. 【請求項２】 請求項１の燃料電池用加湿装置であっ
   て、前記排気ガス流入口の水詰まりを検知する水詰まり
   検知手段を備え、前記液体排出機構は前記水詰まり検知
   手段の検知結果に応じて制御されることを特徴とする燃
   料電池用加湿装置。
3. 【請求項３】 請求項１の燃料電池用加湿装置であっ
   て、前記排出された液体を蓄えておく貯蔵手段と、前記
   貯蔵手段に蓄えられた液体を利用して前記反応ガスを補
   助加湿する補助加湿手段を備えることを特徴とする燃料
   電池用加湿装置。
4. 【請求項４】 請求項１の燃料電池用加湿装置であっ
   て、前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電力検出手
   段と、この出力電力検出手段により検出された出力電力
   が所定値未満の時に前記液体排出機構によって液体を排
   出するコントローラとを具備することを特徴とする燃料
   電池用加湿装置。
5. 【請求項５】 燃料電池用加湿装置であって、 複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、この中空糸膜束
   を収容するハウジングとを有し、前記ハウジングの内部
   であって前記中空糸膜の外側に、燃料電池から排出され
   た排出ガスを流通させるとともに、前記中空糸膜の内部
   に前記燃料電池へ供給する反応ガスを流通させることに
   より、前記排出ガス中の水分を前記中空糸膜を介して前
   記反応ガスに移行させて加湿する中空糸膜モジュールを
   具備し、 前記中空糸膜モジュールの一端側には、前記反応ガスを
   前記中空糸膜の内側から排出させる供給ガス流出口が形
   成され、 前記供給ガス流出口から流出した前記反応ガスから生じ
   た液体を排出する液体排出機構が設けられていることを
   特徴とする燃料電池用加湿装置。
6. 【請求項６】 請求項５の燃料電池用加湿装置であっ
   て、前記供給ガス流出口の水詰まりを検知する水詰まり
   検知手段を備え、前記液体排出機構は前記水詰まり検知
   手段の検知結果に応じて制御されることを特徴とする燃
   料電池用加湿装置。
7. 【請求項７】 請求項５の燃料電池用加湿装置であっ
   て、前記燃料電池の出力電力を検出する出力電力検出手
   段と、この出力電力検出手段により検出された出力電力
   が所定値未満の時に、前記液体排出機構によって水を排
   出するコントローラとを具備することを特徴とする燃料
   電池用加湿装置。
8. 【請求項８】 燃料電池システムであって、 反応ガスが供給されることにより発電する燃料電池と、 前記燃料電池より排出された排出ガスに含まれる水分に
   よって前記反応ガスを加湿する水透過型加湿器とを備
   え、 前記燃料電池は、固体高分子膜の両側にアノードとカソ
   ードとを備えた電極膜構造体と、前記電極膜構造体の両
   側にそれぞれ反応ガスを供給するガス流路と、前記電極
   膜構造体を両側から支持するセパレータとを積層して構
   成され、 前記水透過型加湿器は、前記排出ガスまたは前記反応ガ
   スの少なくとも一方から生じた水を排出する液体排出機
   構と、前記燃料電池の加湿状態に応じて前記液体排出機
   構を制御するコントローラとを具備することを特徴とす
   る燃料電池システム。
9. 【請求項９】 請求項８の燃料電池システムであって、
   前記水透過型加湿器は、複数の中空糸膜を束ねた中空糸
   膜束と、この中空糸膜束を収容するハウジングとを具備
   した中空糸膜モジュールであり、 前記中空糸膜の内側に、前記排出ガスおよび前記反応ガ
   スの一方を流通させ、前記中空糸膜の外側に前記排出ガ
   スおよび前記反応ガスの他方を流通させることにより、
   前記反応ガス中の水分を前記中空糸膜を介して前記反応
   ガスに移行させて加湿することを特徴とする燃料電池シ
   ステム。
10. 【請求項１０】 請求項９の燃料電池システムであっ
    て、前記中空糸膜モジュールの一端側には、前記排出ガ
    スを前記中空糸膜モジュールに流通させる流出ガス流入
    口が形成され、前記中空糸膜モジュールの他端側には、
    前記排出ガスを前記中空糸膜モジュールから排出させる
    排出ガス流出口が形成され、前記液体排出機構は、前記
    排出ガス流入口に設けられていることを特徴とする燃料
    電池システム。
11. 【請求項１１】 請求項９の燃料電池システムであっ
    て、前記中空糸膜モジュールの一端側には、前記反応ガ
    スを前記中空糸膜モジュールに流通させる反応ガス流入
    口が形成され、前記中空糸膜モジュールの他端側には、
    前記反応ガスを前記中空糸膜モジュールから排出させる
    反応ガス流出口が形成され、前記液体排出機構は、前記
    反応ガス流出口に設けられていることを特徴とする燃料
    電池システム。