JP2007095459A - 反応ガス用加湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応ガス用加湿装置１０のシール性の向上を図るとともに、積層方向の剛性を確保することを可能にする。
【解決手段】反応ガス用加湿装置１０の積層体５６は、水透過性膜５０を挟んで配設される第１セパレータ５２及び第２セパレータ５４を備える。第１セパレータ５２は、空気供給連通孔５８ａ及び空気排出連通孔５８ｂと第１流路溝６２ａ、６４ａとの連結部位に対応する第１凸部６２ｂ、６４ｂに、凹部７４ａ、７４ｂが形成される。凹部７４ａ、７４ｂには、板状部材７６ａ、７６ｂが配設されるとともに、前記板状部材７６ａ、７６ｂは、水透過性膜５０を挟んで第２セパレータ５４のシール７２と積層方向に重なり合っている。
【選択図】図４

Description

本発明は、水透過性膜の一方の面に被加湿用の反応ガスを導入するとともに、前記水透過性膜の他方の面に加湿流体を導入して前記反応ガスを加湿する反応ガス用加湿装置に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。

この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。

この場合、上記の燃料電池では、有効な発電機能を発揮させるために、電解質膜を適度な湿潤状態に維持することが必要とされている。このため、燃料ガスや酸化剤ガスを、予め水を介して加湿する加湿装置を用意し、この加湿装置を燃料電池に連結することにより、前記加湿された燃料ガスや酸化剤ガスを燃料電池に供給するものが知られている。

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用加湿器は、図１４に示すように、加湿膜１を挟んで一対の樹脂製の板部材２が配置され、これらが積層されてスタックを構成している。加湿膜１の一方の面と一方の板部材２との間には、燃料電池の空気極に供給される前の空気を通過させるための加湿往路３が設けられるとともに、前記加湿膜１の他方の面と他方の板部材２との間には、前記燃料電池の空気極から吐出された反応後のオフガスを通過させる加湿復路４が設けられている。

特開２００３−１８７８３９号公報（図３）

ところで、上記の加湿器では、複数の板部材２と加湿膜１とが積層されており、各加湿往路３に空気を供給する往路連通孔と、各加湿復路４にオフガスを供給する復路連通孔とを、積層方向に貫通して設ける構成が採用されている。その際、往路連通孔及び復路連通孔の周囲には、空気やオフガスの洩れを阻止するために、シール部材（図示せず）が配設されている。

ここで、加湿効率の向上を図るため、例えば、加湿往路３及び加湿復路４を蛇行する複数の流路溝等に構成する場合がある。このため、加湿膜１を挟んで２枚の板部材２が配設される際、互いの流路溝同士が交差する部分が発生し、例えば、シール部材が前記流路溝内に垂れ下がってしまう。これにより、所望のシール機能を維持することができず、しかも積層方向の剛性が低下するという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、シール性の向上を図るとともに、積層方向の剛性を確保することが可能な反応ガス用加湿装置を提供することを目的とする。

本発明は、固体高分子型燃料電池に供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するための反応ガス用加湿装置である。加湿装置は、水透過性膜の一方の面に配設され、前記一方の面側に反応ガスを供給する複数の第１流路溝と複数の第１凸部とが交互に且つ両面に形成される波板形状の第１セパレータと、前記水透過性膜の他方の面に配設され、前記他方の面側に加湿流体を供給する複数の第２流路溝と複数の第２凸部とが交互に且つ両面に形成される波板形状の第２セパレータとを備えている。

第１及び第２セパレータには、第１流路溝に連通して積層方向に貫通する第１連通孔と、第２流路溝に連通して積層方向に貫通する第２連通孔とが形成されている。そして、少なくとも第１セパレータは、第１連通孔と第１流路溝との連結部位に対応する第１凸部に、前記第１流路溝の流れ方向に交差する方向に延在して凹部を形成するとともに、前記凹部には、第２セパレータ側に設けられるシールと積層方向に重なり合って板状部材が配設されている。

また、少なくとも第１セパレータの両面に設けられる第１凸部には、積層方向に対して重なり合う位置に互いに平行して凹部が形成されることが好ましい。さらに、少なくとも第１セパレータの両面に設けられる第１凸部には、互いに所定の角度だけ傾斜して凹部が形成されることが好ましい。

さらにまた、少なくとも第１セパレータの両面に設けられる第１凸部には、積層方向に対して互いにオフセットする位置に凹部が形成されることが好ましい。また、少なくとも第１セパレータの一方の面に設けられる第１凸部には、それぞれ複数の板状部材を配設するために複数の凹部が設けられることが好ましい。

本発明では、第１セパレータの第１凸部に形成された凹部に板状部材が配設されるとともに、前記板状部材は、前記第１セパレータと水透過性膜を挟んで対向する第２セパレータのシールと積層方向に重なり合っている。このため、シールは、板状部材により確実に支持され、このシールが第１セパレータの第１流路溝に入り込むことがない。

従って、簡単な構成で、シールの面圧を維持してシール性の向上を図るとともに、積層方向の剛性を確保することが可能になる。特に、水透過性膜の変形による圧損の増大やシールの変形による洩れ等を良好に阻止することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る加湿装置１０を組み込む燃料電池システム１２の概略構成説明図である。

燃料電池システム１２は、例えば、自動車等の車両に搭載されており、燃料電池スタック１４を備える。この燃料電池スタック１４は、複数の発電セル１６を矢印Ａ方向に積層するとともに、積層方向両端にエンドプレート１８ａ、１８ｂが配置されており、前記エンドプレート１８ａ、１８ｂが図示しない締め付けボルトにより積層方向に締め付けられている。

発電セル１６は、例えば、固体高分子電解質膜２０ａの両側にアノード側電極２０ｂとカソード側電極２０ｃとを配置した電解質膜・電極構造体２０と、前記電解質膜・電極構造体２０を挟持する一対のセパレータ２２、２４とを備える。アノード側電極２０ｂには、燃料ガスとして、例えば、水素ガスが供給される一方、カソード側電極２０ｃには、酸化剤ガスとして、例えば、酸素を含む空気が供給される。

エンドプレート１８ａには、発電セル１６に水素ガスを供給するための水素供給口２６ａと、前記発電セル１６から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを燃料電池スタック１４から排出するための水素排出口２６ｂとが設けられる。エンドプレート１８ｂには、発電セル１６に空気を供給するための空気供給口２８ａと、前記発電セル１６から排出される空気（以下、オフガスともいう）を燃料電池スタック１４から排出するための空気排出口２８ｂとが設けられる。

燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１４に水素ガスを供給する水素供給流路３０と、前記燃料電池スタック１４から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを、前記水素供給流路３０の途上に戻して該燃料電池スタック１４に供給するための水素循環流路３２とを備える。

水素供給流路３０には、高圧水素を貯留する水素タンク３４と、前記水素タンク３４から供給される水素ガスの圧力を減圧するレギュレータ３６と、減圧された前記水素ガスを燃料電池スタック１４に供給するとともに、水素循環流路３２から排ガスを吸引して前記燃料電池スタック１４に戻すためのエゼクタ３８とが配設される。

燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１４に空気を供給する空気供給流路４０と、前記燃料電池スタック１４から排出されるオフガスを、外部に排気するための空気排出流路４２とを備える。空気供給流路４０には、空気を圧縮して供給するためにスーパーチャージャ（又はポンプ）４４が設けられる。

燃料電池スタック１４には、エンドプレート１８ｂに連結されて加湿装置１０が装着される。図２〜図４に示すように、加湿装置１０は、水透過性膜５０の一方の面５０ａに配設される第１セパレータ５２と、前記水透過性膜５０の他方の面５０ｂに配設される第２セパレータ５４とを備える。第１及び第２セパレータ５２、５４は、水透過性膜５０を介装して交互に矢印Ａ方向に積層されて積層体５６を構成する。

積層体５６の矢印Ａ方向両端には、エンドプレート５７ａ、５７ｂが配置され、前記エンドプレート５７ａ、５７ｂ間は、複数の締め付けロッド５９を介して締め付け保持される（図２及び図３参照）。第１及び第２セパレータ５２、５４は、金属製プレートを波形状に成形して構成される。なお、この第１及び第２セパレータ５２、５４は、例えば、カーボンプレートに削り加工等を施して波板形状に構成してもよい。

図４に示すように、積層体５６の矢印Ｂ方向の一端縁部には、互いに矢印Ａ方向に貫通して、反応前の空気（一方の反応ガス）を供給する空気供給連通孔（第１連通孔）５８ａと、反応前の空気を加湿した後のオフガスを排出するオフガス排出連通孔（第２連通孔）６０ｂとが上下（矢印Ｃ方向）に設けられる。

積層体５６の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、オフガスが供給されるオフガス供給連通孔（第２連通孔）６０ａと、加湿された反応前の空気を排出する空気排出連通孔（第１連通孔）５８ｂとが上下方向に配列されて設けられる。

図１に示すように、空気供給連通孔５８ａは、空気供給流路４０に連通し、空気排出連通孔５８ｂは、燃料電池スタック１４の空気供給口２８ａに連通する。オフガス供給連通孔６０ａは、燃料電池スタック１４の空気排出口２８ｂに連通し、オフガス排出連通孔６０ｂは、空気排出流路４２に連通する。

図４〜図６に示すように、第１セパレータ５２は、水透過性膜５０の一方の面５０ａに向かう第１面５２ａ側に、空気供給連通孔５８ａと空気排出連通孔５８ｂとを連通し、矢印Ｂ方向に１往復半のサーペンタイン形状の複数の第１流路溝６２ａと、複数の第１凸部６２ｂとを交互に設ける。

第１セパレータ５２の第１面５２ａとは反対の第２面５２ｂ側には、空気供給連通孔５８ａと空気排出連通孔５８ｂとを連通し、矢印Ｂ方向に１往復半のサーペンタイン形状の複数の第１流路溝６４ａと、複数の第１凸部６４ｂとが交互に設けられる。第１流路溝６４ａは、第１流路溝６２ａと交互に形成され、全体として波形状を有している（図５参照）。

第２セパレータ５４は、図７に示すように、水透過性膜５０の他方の面５０ｂに向かう第３面５４ａ側にオフガス供給連通孔６０ａとオフガス排出連通孔６０ｂとを連通し、矢印Ｂ方向に１往復半のサーペンタイン形状の複数の第２流路溝６６ａと、複数の第２凸部６６ｂとを交互に設ける。

第２セパレータ５４は、第３面５４ａとは反対の第４面５４ｂ側に、オフガス供給連通孔６０ａとオフガス排出連通孔６０ｂとを連通し、矢印Ｂ方向に１往復半のサーペンタイン形状の複数の第２流路溝６８ａと、複数の第２凸部６８ｂとを交互に設ける。第２流路溝６８ａは、第２流路溝６６ａと交互に形成され、全体として波形状を有している。

第１セパレータ５２には、外周縁部を覆ってシール７０が一体成形される。このシール７０は、第１及び第２面５２ａ、５２ｂで、空気供給連通孔５８ａ及び空気排出連通孔５８ｂを第１流路溝６２ａ、６４ａに連通するとともに、前記第１流路溝６２ａ、６４ａをオフガス供給連通孔６０ａ及びオフガス排出連通孔６０ｂからシールする（図６参照）。

第２セパレータ５４には、その外周縁部を覆ってシール７２が一体成形される。このシール７２は、第３及び第４面５４ａ、５４ｂにおいて、それぞれオフガス供給連通孔６０ａ及びオフガス排出連通孔６０ｂを第２流路溝６６ａ、６８ａに連通する一方、前記第２流路溝６６ａ、６８ａを空気供給連通孔５８ａ及び空気排出連通孔５８ｂからシールする（図７参照）。

図５に示すように、第１セパレータ５２は、第１流路溝６２ａと空気供給連通孔５８ａとの連結部位に対応する複数の第１凸部６２ｂに、前記第１流路溝６２ａの流れ方向（矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に一体的に延在して凹部７４ａを形成する。凹部７４ａには、板状部材７６ａが配設されるとともに、この板状部材７６ａは、図６及び図８に示すように、水透過性膜５０を挟んで第２セパレータ５４のシール７２と積層方向（矢印Ａ方向）に重なり合っている。板状部材７６ａは、金属プレート又は樹脂プレートで構成される。

第１セパレータ５２は、第１流路溝６２ａと空気排出連通孔５８ｂとの連結部位に対応する複数の第１凸部６２ｂに、同様に矢印Ｃ方向に延在して凹部７４ａを形成し、前記凹部７４ａには、板状部材７６ａが配設される（図６参照）。

図５及び図６に示すように、第１セパレータ５２は、第１流路溝６４ａと空気供給連通孔５８ａとの連結部位に対応する複数の第１凸部６４ｂに、前記第１流路溝６４ａの流れ方向（矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に一体的に延在して凹部７４ｂを形成する。凹部７４ｂは、凹部７４ａと積層方向（矢印Ａ方向）に重なり合う位置に互いに平行して設定される。

凹部７４ｂには、板状部材７６ｂが配設されるとともに、この板状部材７６ｂは、図８に示すように、水透過性膜５０を挟んで第２セパレータ５４のシール７２と積層方向（矢印Ａ方向）に重なり合っている。板状部材７６ｂは、金属プレート又は樹脂プレートで構成される。

図６に示すように、第１セパレータ５２は、第１流路溝６４ａと空気排出連通孔５８ｂとの連結部位に対応する複数の第１凸部６４ｂに、同様に矢印Ｃ方向に一体的に延在して凹部７４ｂを形成し、前記凹部７４ｂには、板状部材７６ｂが配設される。

図７に示すように、第２セパレータ５４は、第２流路溝６６ａとオフガス供給連通孔６０ａとの連結部位に対応する複数の第２凸部６６ｂに、前記第２流路溝６６ａの流れ方向（矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に一体的に延在して凹部７８ａを形成する。凹部７８ａには、板状部材８０ａが配設されるとともに、この板状部材８０ａは、水透過性膜５０を挟んで第１セパレータ５２のシール７０と積層方向（矢印Ａ方向）に重なり合っている。板状部材８０ａは、金属プレート又は樹脂プレートで構成される。

第２セパレータ５４は、第２流路溝６６ａとオフガス排出連通孔６０ｂとの連結部位に対応する複数の第２凸部６６ｂに、同様に矢印Ｃ方向に一体的に延在して凹部７８ａを形成し、前記凹部７８ａには、板状部材８０ａが配設される。

図４及び図７に示すように、第２セパレータ５４は、第２流路溝６８ａとオフガス供給連通孔６０ａとの連結部位に対応する複数の第２凸部６８ｂに、前記第２流路溝６８ａの流れ方向（矢印Ｂ方向）に交差する方向（矢印Ｃ方向）に一体的に延在して凹部７８ｂを形成する。凹部７８ｂは、凹部７８ａと積層方向（矢印Ａ方向）に重なり合う位置に互いに平行して設定される。

凹部７８ｂには、板状部材８０ｂが配設されるとともに、この板状部材８０ｂは、水透過性膜５０を挟んで第１セパレータ５２のシール７０と積層方向（矢印Ａ方向）に重なり合っている。板状部材８０ｂは、金属プレート又は樹脂プレートで構成される。

第２セパレータ５４は、第２流路溝６８ａとオフガス排出連通孔６０ｂとの連結部位に対応する複数の第２凸部６８ｂに、同様に矢印Ｃ方向に一体的に延在して凹部７８ｂを形成し、前記凹部７８ｂには、板状部材８０ｂが配設される。

このように構成される燃料電池システム１２の動作について、加湿装置１０との関連で以下に説明する。

図１に示すように、水素タンク３４から水素供給流路３０に供給される水素ガスは、レギュレータ３６を介して所定の圧力に減圧され、エゼクタ３８を通って燃料電池スタック１４の水素供給口２６ａに供給される。水素供給口２６ａに供給された水素は、各発電セル１６を構成するアノード側電極２０ｂに沿って移動した後、未使用の水素を含む排ガスが、水素排出口２６ｂから水素循環流路３２に排出される。この排ガスは、エゼクタ３８の吸引作用下に、水素供給流路３０の途上に戻された後、再度、燃料電池スタック１４内に燃料ガスとして供給される。

一方、スーパーチャージャ４４を介して空気供給流路４０に空気が供給される。この空気は、加湿装置１０を構成するエンドプレート５７ｂから積層体５６の空気供給連通孔５８ａに供給される。

図５及び図６に示すように、第１セパレータ５２では、空気供給連通孔５８ａに第１流路溝６２ａ、６４ａの入口端部が開放されている。このため、空気供給連通孔５８ａに供給された反応前の空気は、サーペンタイン形状の複数の第１流路溝６２ａ、６４ａに沿って移動する。第１流路溝６２ａを流れる空気は、水透過性膜５０の一方の面５０ａに接触するとともに、第１流路溝６４ａに沿って移動する空気は、他の水透過性膜５０の一方の面５０ａに接触する（図３参照）。

加湿装置１０では、燃料電池スタック１４の発電に使用された反応済みの空気であるオフガスが、オフガス供給連通孔６０ａに供給される。このオフガスは、第２セパレータ５４のオフガス供給連通孔６０ａに連通する第２流路溝６６ａ、６８ａに導入される。

図４及び図７に示すように、オフガス供給連通孔６０ａに供給されたオフガスは、サーペンタイン形状の複数の第２流路溝６６ａ、６８ａに沿って移動する。このため、第２流路溝６６ａを移動するオフガスは、水透過性膜５０の他方の面５０ｂに接触するとともに、第２流路溝６８ａに沿って移動するオフガスは、また別の水透過性膜５０の他方の面５０ｂに接触する（図３参照）。

従って、第２セパレータ５４の第２流路溝６６ａに沿って移動するオフガス中の水分は、水透過性膜５０を透過し第１流路溝６２ａに沿って移動する反応前の空気に供給され、この空気が加湿される。さらに、第１流路溝６４ａに沿って移動する反応前の空気は、第２流路溝６８ａに沿って移動するオフガスにより加湿される。そして、加湿された空気は、空気排出連通孔５８ｂから燃料電池スタック１４の空気供給口２８ａに供給される。

この加湿された空気は、図１に示すように、各発電セル１６のカソード側電極２０ｃに供給され、未使用の空気を含むオフガスが、上記のように空気排出口２８ｂから加湿装置１０に排出される。これにより、各発電セル１６では、アノード側電極２０ｂに供給される水素と、カソード側電極２０ｃに供給される空気中の酸素とが反応して発電が行われる。

この場合、第１の実施形態では、第１セパレータ５２の複数の第１凸部６２ｂに、凹部７４ａが一体的に形成されるとともに、前記凹部７４ａには、第２セパレータ５４のシール７２と積層方向に重なり合って板状部材７６ａが配設されている。このため、シール７２は、板状部材７６ａにより確実に支持され、このシール７２が第１セパレータ５２の第１流路溝６２ａ内に入り込むことがない。

従って、簡単な構成で、シール７２の面圧を維持してシール性の向上を図るとともに、積層方向の剛性を確保することが可能になる。特に、水透過性膜５０の変形による圧損の増大やシール７２の変形による洩れ等を良好に阻止することができるという効果が得られる。また、第２セパレータ５４は、上記の第１セパレータ５２と同様に構成されており、同様の効果を得ることができる。

なお、第１の実施形態では、一方の反応ガスである空気を加湿して燃料電池スタック１４に供給するように構成しているが、これに限定されるものではなく、他方の反応ガスである燃料ガスを加湿する構造を採用してもよい。また、加湿流体として燃料電池スタック１４から排出される空気であるオフガスを用いているが、これに限定されるものではなく、他の加湿ガス、例えば、専用の水蒸気ガスや純水又は液体等を用いてもよい。

図９は、本発明の第２の実施形態に係る加湿装置１００の要部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る加湿装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３及び第４の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

加湿装置１００は、水透過性膜５０の一方の面５０ａに配設される第１セパレータ１０２と、前記水透過性膜５０の他方の面５０ｂに配設される第２セパレータ１０４とを備える。

図９及び図１０に示すように、第１セパレータ１０２では、複数の第１凸部６２ｂに一体的に設けられる凹部７４ａと、複数の第１凸部６４ｂに一体的に設けられる凹部７４ｂとが、積層方向（矢印Ａ方向）に対して互いにオフセットする位置に設定される。第２セパレータ１０４は、上記の第１セパレータ１０２と同様に、凹部７８ａと凹部７８ｂとが積層方向に対して互いにオフセットする位置に設定される。

このように構成される第２の実施形態では、例えば、図１０に示すように、空気供給連通孔５８ａと第１流路溝６２ａ、６４ａとの連結部位に設けられる凹部７４ａ、７４ｂは、積層方向に対して互いにオフセットしている。このため、特に第１流路溝６２ａ、６４ａにおける圧損の上昇を良好に抑えることができるという効果が得られる。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る加湿装置１１０の要部分解斜視説明図である。

加湿装置１１０は、水透過性膜５０の一方の面５０ａに配設される第１セパレータ１１２と、前記水透過性膜５０の他方の面５０ｂに配設される第２セパレータ１１４とを備える。

第１セパレータ１１２では、複数の第１凸部６２ｂに一体的に設けられる凹部７４ａが、矢印Ｃ方向に延在する一方、複数の第１凸部６４ｂに一体的に設けられる凹部７４ｂが、前記凹部７４ａに対して傾斜する方向に延在する。第２セパレータ１１４は、上記の第１セパレータ１１２と同様に、凹部７８ａと凹部７８ｂとが互いに傾斜する方向に延在して設けられる。

このように構成される第３の実施形態では、例えば、凹部７４ａと凹部７４ｂとが互いに傾斜して設けられるため、第１流路溝６２ａ、６４ａに供給される空気の分配及び／又は圧損を容易に制御することができるという効果が得られる。また、凹部７４ａ、７４ｂの傾斜角度の他、前記凹部７４ａ、７４ｂの幅寸法や高さ寸法を種々設定することにより、空気の分配及び／又は圧損の制御が良好に遂行可能になる。

なお、凹部７８ａ、７８ｂにおいても同様に、互いの傾斜角度、幅寸法又は高さ寸法等を種々設定することにより、オフガスの分配及び／又は圧損の制御が有効に行われるという利点がある。

図１２は、本発明の第４の実施形態に係る加湿装置１２０の要部分解斜視説明図である。

加湿装置１２０は、水透過性膜５０の一方の面５０ａに配設される第１セパレータ１２２と、前記水透過性膜５０の他方の面５０ｂに配設される第２セパレータ１２４とを備える。

図１２及び図１３に示すように、第１セパレータ１２２では、複数の第１凸部６２ｂに互いに所定間隔離間して２（又は３以上）の凹部７４ａが一体的に設けられるとともに、複数の第１凸部６４ｂに互いに所定間隔離間して２（又は３以上）の凹部７４ｂが一体的に設けられる。各凹部７４ａと各凹部７４ｂとは、積層方向（矢印Ａ方向）に対して互いに重なり合う位置（又はオフセットする位置）に設定される。第２セパレータ１２４は、上記の第１セパレータ１２２と同様に、それぞれ２以上の凹部７８ａと凹部７８ｂとを設ける。

このように構成される第４の実施形態では、それぞれ２以上の凹部７４ａ、７４ｂ及びそれぞれ２以上の凹部７８ａ、７８ｂが設けられるため、空気及びオフガスの分配及び／又は圧損を有効に制御することができる等、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。

本発明の第１の実施形態に係る加湿装置を組み込む燃料電池システムの概略構成説明図である。 前記加湿装置の概略斜視説明図である。 前記加湿装置の一部断面側面図である。 前記加湿装置の要部分解斜視説明図である。 前記加湿装置を構成する第１セパレータの一部拡大分解斜視図である。 前記第１セパレータの正面図である。 前記加湿装置を構成する第２セパレータの正面図である。 前記加湿装置の一部断面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る加湿装置の要部分解斜視説明図である。 前記加湿装置を構成する第１セパレータの一部拡大分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る加湿装置の要部分解斜視説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る加湿装置の要部分解斜視説明図である。 前記加湿装置を構成する第１セパレータの一部拡大分解斜視図である。 特許文献１の加湿器の一部断面図である。

符号の説明

１０、１００、１１０、１２０…加湿装置
１２…燃料電池システム １４…燃料電池スタック
１６…発電セル ２０…電解質膜・電極構造体
２０ａ…固体高分子電解質膜 ２０ｂ…アノード側電極
２０ｃ…カソード側電極
２２、２４、５２、５４、１０２、１０４、１１２、１１４、１２２、１２４…セパレータ
２６ａ…水素供給口 ２６ｂ…水素排出口
２８ａ…空気供給口 ２８ｂ…空気排出口
４０…空気供給流路 ４２…空気排出流路
５０…水透過性膜 ５６…積層体
５８ａ…空気供給連通孔 ５８ｂ…空気排出連通孔
６０ａ…オフガス供給連通孔 ６０ｂ…オフガス排出連通孔
６２ａ、６４ａ、６６ａ、６８ａ…流路溝
６２ｂ、６４ｂ、６６ｂ、６８ｂ…凸部
７０、７２…シール ７４ａ、７４ｂ、７８ａ、７８ｂ…凹部
７６ａ、７６ｂ、８０ａ、８０ｂ…板状部材

Claims (5)

1. 固体高分子型燃料電池に供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するための反応ガス用加湿装置であって、
   水透過性膜の一方の面に配設され、前記一方の面側に前記反応ガスを供給する複数の第１流路溝と複数の第１凸部とが交互に且つ両面に形成される波板形状の第１セパレータと、
   前記水透過性膜の他方の面に配設され、前記他方の面側に前記加湿流体を供給する複数の第２流路溝と複数の第２凸部とが交互に且つ両面に形成される波板形状の第２セパレータと、
   を備え、
   前記第１及び第２セパレータには、前記第１流路溝に連通して積層方向に貫通する第１連通孔と、
   前記第２流路溝に連通して積層方向に貫通する第２連通孔と、
   が形成され、
   少なくとも前記第１セパレータは、前記第１連通孔と前記第１流路溝との連結部位に対応する前記第１凸部に、前記第１流路溝の流れ方向に交差する方向に延在して凹部を形成するとともに、
   前記凹部には、前記第２セパレータ側に設けられるシールと積層方向に重なり合って板状部材が配設されることを特徴とする反応ガス用加湿装置。
2. 請求項１記載の反応ガス用加湿装置において、少なくとも前記第１セパレータの両面に設けられる前記第１凸部には、前記積層方向に対して重なり合う位置に互いに平行して前記凹部が形成されることを特徴とする反応ガス用加湿装置。
3. 請求項１記載の反応ガス用加湿装置において、少なくとも前記第１セパレータの両面に設けられる前記第１凸部には、互いに所定の角度だけ傾斜して前記凹部が形成されることを特徴とする反応ガス用加湿装置。
4. 請求項１記載の反応ガス用加湿装置において、少なくとも前記第１セパレータの両面に設けられる前記第１凸部には、前記積層方向に対して互いにオフセットする位置に前記凹部が形成されることを特徴とする反応ガス用加湿装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の反応ガス用加湿装置において、少なくとも前記第１セパレータの一方の面に設けられる前記第１凸部には、それぞれ複数の前記板状部材を配設するために複数の前記凹部が設けられることを特徴とする反応ガス用加湿装置。

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