JP2009129661A - 流体流路形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量調整要素を小さなスペースで設置でき、小スペース化に有利な流体流路形成装置を提供する。
【解決手段】流体流路形成装置は、第１取付面１１０ｆと第１流体通過口１１２ｆとを有する第１物体１と、第１取付面１１０ｆの延設方向に対して交差する方向に沿って延設されている第２取付面３００ｆと第２流体通過口３０３ｆとを有する第２物体３と、第１物体１と第２物体３との間に介在する流量調整要素５ｆと、第１物体と流量調整要素５ｆとを連結させる第１取付具５１２と、第２物体と流量調整要素５ｆとを連結させる第２取付具５２２とをもつ。流量調整要素５ｆは、第１取付面１１０ｆに対面する第１対向面５７と、第１対向面５７に開口する第１対面開口と、第２取付面３００ｆに対面する第２対向面５８と、第２対向面５８に開口する第２対面開口５０４ｆとを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、スタック等の第１物体と加湿器等の第２物体との間に流量調整要素を備えている流体流路形成装置に関する。

代表的な流体流路形成装置について、燃料電池スタック装置を例にとって説明する。燃料電池スタック装置として、特許文献１に示すように、燃料電池のスタックと、加湿器とを平行に上下に並設配置したものが知られている。このものによれば、スタックは上側に配置され、加湿器は下側に配置されている。スタックと加湿器とを繋ぐ弁装置は、スタックのエンドプレート、または、加湿器の端部に設けられている。更に、燃料電池スタック装置として、特許文献２に示すように、燃料電池のスタックの積層方向の一端部に、往路用の弁装置および復路用の弁装置が設けられている。但し加湿器は設けられていない。
特開２００４−０９５２０６号公報 特開２００５−２７６５７６号公報

上記した燃料電池スタック装置によれば、小スペース化には限界がある。本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、弁装置等の流量調整要素を小さなスペースで設置することができ、小スペース化に有利な流体流路形成装置を提供することを課題とする。

（１）様相１に係る流体流路形成装置は、（ｉ）第１取付面と、第１取付面に開口する第１流体通過口とを有する第１物体と、（ｉｉ）第１取付面の延設方向に対して交差する方向に沿って延設されている第２取付面と、第２取付面に開口する第２流体通過口とを有する第２物体と、（ｉｉｉ）第１物体と第２物体との間に介在し、且つ、第１取付面に対面する第１対向面と、第１対向面に開口する第１対面開口と、第２取付面に対面する第２対向面と、第２対向面に開口する第２対面開口と、第１対面開口と第２対面開口との間に設けられ第１対面開口と第２対面開口との間を流れる流体の流量を調整する流量調整部を有する流量調整要素と、（ｉｖ）第１物体の第１取付面と流量調整要素の第１対向面とを対向させた状態で、第１物体と流量調整要素とを連結させる第１取付具と、（ｖ）第２物体の第２取付面と流量調整要素の第２対向面とを対向させた状態で、第２物体と流量調整要素とを連結させる第２取付具とを具備することを特徴とする。

第１物体の第１取付面と流量調整要素の第１対向面とを対向させた状態で、第１取付具は、第１物体と流量調整要素とを連結させる。また、第２物体の第２取付面は、第１物体の第１取付面の延設方向に対して交差する方向に沿って延設されている。第２物体の第２取付面と流量調整要素の第２対向面とを対向させた状態で、第２取付具は、第２物体と流量調整要素とを連結させる。これにより第１物体と第２物体との間に流量調整要素が取り付けられる。

この状態では、第１物体の第１流体通過口と流量調整要素の第１対面開口とが互いに対面して連通する。更に、流量調整要素の第２対面開口と第２物体の第２流体通過口とが互いに対面して連通する。従って、第１物体から第２物体に流れる流体の流量、あるいは、第２物体から第１物体に流れる流体の流量は、流量調整要素により調整される。

第１物体は、第１取付面と第１取付面に開口すると共に流体が流れる第１流体通過口とを有するものであれば、何でもよく、流体システムに使用される機械要素が例示される。第１物体としては、燃料電池のスタック装置（エンドプレートを含む）、調湿器、熱交換器のうちの一つが例示される。

第２物体は、第２取付面と第２取付面に開口すると共に流体が流れる第２流体通過口とを有するものであれば、何でもよく、機械要素が例示される。第２物体としては、第１物体との間で流体の流路を形成するものが挙げられ、燃料電池のスタック装置（エンドプレートを含む）、調湿器、熱交換器のうちの残りの一つが例示される。この場合、第１物体および第２物体は、互いに異なる種類のものが好ましいが、互いに同一または共通の種類のものでも良い。

第２物体の第２取付面は、第１物体の第１取付面の延設方向に対して交差する方向に沿って延設されている。流量調整要素は、第１物体と第２物体との間を流れる流体の流量を調整するものである。流量調整要素は、第１物体の第１取付面に対面するための第１対向面と、第１対向面において開口する第１対面開口と、第２物体の第２取付面に対面するための第２対向面と、第２対向面において開口する第２対面開口とを有する。

第１対面開口と第２対面開口との間に、第１対面開口と第２対面開口との間を流れる流体の流量を調整する流量調整要素が設けられている。流量調整要素として、例えば、弁部で開閉され開口面積が可変となる弁口が例示される。第１対面開口および／または第２対面開口を弁口として使用してもよい。またオリフィスやノズルなどの流量を絞る絞り口を流量調整要素とすることもできる。

（２）様相２に係る流体流路形成装置によれば、上記様相において、（ｉ）流量調整要素は第１傾斜案内面を有しており、第２物体は第１傾斜案内面に対面すると共に第１傾斜案内面と同じ方向に傾斜する第２傾斜案内面を有しており、（ｉｉ）第２取付具により流量調整要素と第２物体とを連結させるにあたり、第１傾斜案内面と第２傾斜案内面とを互いに接触させつつ案内させることを特徴とする。この場合、第１傾斜案内面と第２傾斜案内面とが互いに接触しつつ案内される。この場合、案内機能により、流量調整要素と第２物体との取付精度を高めるのに有利となる。

（３）様相３に係る流体流路形成装置によれば、上記様相において、（ｉ）第１物体は、燃料流体および酸化剤流体が供給されて電気エネルギを発生させる燃料電池のスタック装置であり、（ｉｉ）第２物体は、スタック装置に供給される燃料流体および酸化剤流体のうちの少なくとも一方の流体を調湿させるために調湿器であり、（ｉｉｉ）流量調整要素は、調湿器とスタック装置との間に設けられ弁装置であることを特徴とする。調湿器としては、スタック装置に供給される前の流体を加湿させる機能をもつ加湿器、スタック装置から排出された後の流体を吸湿させる機能をもつ吸湿器、双方の機能をもつ加湿器が例示される。流量調整要素は、調湿器とスタック装置との間を流れる流体の流量を調整する。

（４）様相４に係る流体流路形成装置によれば、上記様相において、（ｉ）第１物体は、燃料流体および酸化剤流体が供給されて電気エネルギを発生させる燃料電池のスタック装置であり、（ｉｉ）第２物体は、スタック装置から排出された燃料流体および酸化剤流体のうちの少なくとも一方の流体に対して熱交換を実施する熱交換器であり、（ｉｉｉ）流量調整要素は、熱交換器と前記スタックとの間に設けられた弁装置であることを特徴とする。熱交換器としては、スタック装置から排出された燃料オフ流体を熱交換して凝縮水を生成させる機能をもつものでもよいし、スタック装置から排出された酸化剤オフ流体を熱交換して凝縮水を生成させる機能をもつものでもよい。流量調整要素は、熱交換器とスタック装置との間を流れる流体の流量を調整する。

（５）様相５に係る流体流路形成装置によれば、上記様相において、第１取付具は第１物体に取り付けられる棒状部材であり、第２取付具は第２物体に取り付けられる棒状部材であり、第１取付具の軸線および第２取付具の軸線は断面図または投影図において交差する方向に沿って延設されていることを特徴とする。第１取付面および第２取付面は、互いに交差する方向に沿って延設されている。このため第１取付具および第２取付具により、弁装置等の流量調整要素は取り付けられる。交差する方向は、直交する方向が例示される。

本発明によれば、弁装置等の流量調整要素を小さなスペースで第１物体と第２物体との間において設置することができ、小スペース化に有利な流体流路形成装置を提供することができる。

以下、本発明の各実施形態について説明する。

（実施形態１）
図１は流体流路形成装置として機能できる燃料電池スタック装置の外観を示す。図１に示すように、燃料電池スタック装置は、第１物体として機能できる燃料電池のスタック装置１をもつ。スタック装置１は、ＭＥＡ１０１を有するセル１００を矢印Ｘ方向に積層した積層体１０と、積層体１０の積層方向（矢印Ｘ方向）の端側に形成された第１エンドプレート１１および第２エンドプレート１２と、第１エンドプレート１１と第２エンドプレート１２とを接続して拘束させる第１テンション部材１８および第２テンション部材１９とを備えている。

スタック装置１は、燃料流体が燃料極に供給されると共に酸化剤流体が酸化剤極に供給され、発電反応により電気エネルギを発生させる。発電反応に伴い熱がスタック装置１の内部に発生する。スタック装置１は、膜電極接合体（以下、ＭＥＡともいう）を有するセル１００（ほぼ四角形状）を厚み方向に複数個積層して形成されている。ＭＥＡ１０１は、厚み方向にイオン伝導膜１０１ａを燃料極１０１ｂおよび酸化剤極１０１ｃで挟持して形成されている。イオン伝導膜１０１ａは固体高分子膜（例えばパーフルオロスルホン酸系）でも良いし、無機材料膜でも良い。燃料流体は燃料極に供給され、水素含有流体が好ましく、水素含有ガス、水素を含むガス、メタノールなどが例示される。酸化剤流体は酸化剤極に供給され、酸化剤を含有する流体であり、酸素ガス、酸素含有ガスが例示される。第１テンション部材１８および第２テンション部材１９は、矢印Ｘ方向（積層方向）および矢印Ｈ方向（高さ方向）に交差する矢印Ｙ方向（セル１００の面に沿った方向）において積層体１０を挟むように設けられている。

図１に示すように、スタック装置１には第２物体として機能できる加湿器３（調湿器）が取付部材３９０を介して、一体的に固定されている。取付部材３９０の取付具３９１は第１エンドプレート１１に固定されている。取付部材３９０の取付具３９２は加湿器３の第１端プレート３２に固定されている。

第２物体としての加湿器３は、ガス状の酸化剤流体が通過する流体通路を形成する複数の板体３０（セパレータ）を厚み方向（矢印Ｘ方向）に積層して形成されている加湿器本体３１と、加湿器本体３１を構成する板体３０の積層方向の端部に設けられた第１端プレート３２および第２端プレート３３をもつ。第２端プレート３３は、スタック装置１の第１エンドプレート１１に直接的に対面する。なお、図１に示すように、板体３０の積層方向とセル１００の積層方向とは同一方向である。

図１に示すように、一方向（矢印Ｈ方向，高さ方向）におけるスタック装置１の寸法をＬＳとし、一方向（矢印Ｈ方向，高さ方向）における加湿器３の寸法をＬＷとする。一方向（矢印Ｈ方向）における加湿器３の端側に搭載空間４を形成するように、寸法ＬＷは寸法ＬＳよりも小さく設定されている（ＬＷ＜ＬＳ）。このようにＬＷ＜ＬＳに設定されており、一方向における加湿器３の端側に搭載空間４が形成されている。具体的には、搭載空間４は、一方向（矢印Ｈ方向，高さ方向）における加湿器３の一端側（上端側）に形成された第１搭載空間４ｆと、一方向（矢印Ｈ方向，高さ方向）における加湿器３の他端側（下端側）に形成された第２搭載空間４ｓとを備えている。

図１に示すように、流量調整要素として機能できる弁装置５は、搭載空間４ｆに配置された弁装置５ｆ（流量調整要素）と、搭載空間４ｓに配置された弁装置５ｓとを備えている。弁装置５ｆの全部あるいはほとんど全部が搭載空間４ｆに配置されている。弁装置５ｓの全部あるいはほとんど全部が搭載空間４ｓに配置されている。このように搭載空間４ｆに弁装置５ｓが配置されており、搭載空間４ｓには弁装置５ｓが配置されている。このため一方向（矢印Ｈ方向，高さ方向）における燃料電池スタック装置の全体のスペースを小さくすることができる。

図１に示すように、弁装置５ｆおよび弁装置５ｓは、加湿器３とスタック装置１との間に位置するように、スタック装置１を構成する第１エンドプレート１１（第１物体）の上部および下部に対面して設けられている。上側の弁装置５ｆは、加湿器３の加湿室で加湿された発電反応前のフレッシュな酸化剤流体をスタック装置１の酸化剤極の入口に供給する。弁装置５ｆは、スタック装置１の第１エンドプレート１１のプレート端面１００ｆ（第１物体の第１取付面）と加湿器３の第２端プレート３３の上側面３３ｕ（第２物体の第２取付面，加湿器側面３００ｆに相当）との双方に取り付けられている。なお、弁装置５ｆは、第１エンドプレート１１の上部のフランジ部１１ｕに覆われて保護されている。

図１から理解できるように、第１エンドプレート１１のプレート端面１００ｆは鉛直方向(縦２次元方向)に沿って延設されている。上側面３３ｕは第１エンドプレート１１のフランジ部１１ｕの下方に位置しており、水平方向(横２次元方向)に沿って延設されている。従って、プレート端面１００ｆと上側面３３ｕとは、延長させると、互いに交差（直交）する方向に延設されている。

図１に示すように、弁装置５ｓは、スタック装置１の酸化剤極で発電反応を経た発電反応後の相対湿度が高い酸化剤オフ流体をスタック装置１の酸化剤極の出口から加湿器３の吸湿室に吐出させる。弁装置５ｓは、第１エンドプレート１１のプレート端面１００ｓに直接的に連結されているが、加湿器３の第２端プレート３３の下側面３３ｄには直接的に連結されていない。なお、弁装置５ｓは、第１エンドプレート１１の下部のフランジ部１１ｄに覆われて保護されている。

図１から理解できるように、第１エンドプレート１１のプレート端面１００ｓ（第１物体の第１取付面）は鉛直方向（縦２次元方向）に沿って延設されている。下側面３３ｄ（第２物体の第２取付面）は水平方向（横２次元方向）に沿って延設されている。従って、プレート端面１００ｓと下側面３３ｄとは、延長させると、互いに交差（直交）する方向に延設されている。

図１に示すように、弁装置５ｆは、これの開閉を行う駆動部６ｆ（例えばモータ，流体圧シリンダ）を備えている。弁装置５ｓは、これの開閉を行うように且つ、駆動部６ｆと独立して駆動するように、駆動部６ｓ（例えばモータ，流体圧シリンダ）を備えている。

図２は調湿器として機能できる加湿器３を示す。図２に示すように、加湿器３は、酸化剤流体が通過する流体通路を形成する複数の板体３０（セパレータ）を厚み方向に積層して形成されている加湿器本体３１と、加湿器本体３１を構成する板体３０の積層方向の端部に設けられた第１端プレート３２および第２端プレート３３をもつ。第２端プレート３３はスタック装置１の第１エンドプレート１１に対面する。板体３０の積層方向とセル１００の積層方向（矢印Ｘ方向）とは同一方向である。

図２に示すように、加湿器本体３１は、加湿器本体３１の積層方向（矢印Ｘ方向）に沿って延設された第１マニホルド孔３１１および第２マニホルド孔３１２と、第１マニホルド孔３１１および第２マニホルド孔３１２を連通させるように板体３０の表面に沿って形成された面状をなす加湿室３５とをもつ。

更に図２に示すように、加湿器本体３１は、加湿器本体３１の積層方向に延設された第３マニホルド孔３１３および第４マニホルド孔３１４と、第３マニホルド孔３１３および第４マニホルド孔３１４を連通させるように板体３０の表面に沿って形成された面状をなす吸湿室３６（図２（Ｂ）参照）とをもつ。図２（Ｂ）に示すように、吸湿室３６および加湿室３５は、水分保持可能な膜３７（例えばイオン交換膜）で仕切られており、膜３７を介して互いに対向している。吸湿室３６および加湿室３５を区画するように板体３０の外縁部にはシール部３１６，３１７，３１８が設けられている。

図２に示すように、加湿器３の第２端プレート３３のうちの縦２次元方向に延びる左側面３３ｗ（側面）の下部には、フレッシュ流体用の流体通過口９０が形成されている。フレッシュ流体用の流体通過口９０は、第２端プレート３３の左側面３３ｗ（側面）において開口する入口９０ｉと、第２端プレート３３のうち積層方向の端面３３ｅ（加湿器本体３１に対面する端面）において開口する出口９０ｐと、入口９０ｉおよび出口９０ｐを繋ぐ中間通路９０ｍとを備えている。入口９０ｉは外気に連通する。出口９０ｐは、加湿器３の第１マニホルド孔３１１に連通する。

図２に示すように、加湿器３の第２端プレート３３のうちの左側面３３ｗ（側面）の上部には、オフ流体用の流体通過口９１が形成されている。オフ流体用の流体通過口９１は、第２端プレート３３を積層方向における左端面３３ｗにおいて開口する入口９１ｉと、第２端プレート３３のうち積層方向の端面３３ｅにおいて開口する出口９１ｐと、入口９１ｉおよび出口９１ｐを繋ぐ中間通路９１ｍとを備えている。出口９１ｐは、加湿器３の第３マニホルド孔３１３に連通する。

図２に示すように、加湿器３の第２端プレート３３のうちの横２次元方向に延びる上側面３３ｕ（第２物体の第２取付面に相当、側面）には、加湿器３側の第２流体通過口３０３ｆ（図２参照）が形成されている。第２流体通過口３０３ｆは、図２に示すように、加湿器３の第２端プレート３３を積層方向における端面３３ｅ（加湿器本体３１側の端面）において開口する入口３０３ｆｉと、第２端プレート３３のうちの上側面３３ｕ（側面）に形成された出口３０３ｆｐと、入口３０３ｆｉおよび出口３０３ｆｐを繋ぐ中間通路３０３ｆｍとを備える。入口３０３ｆｉは加湿器本体３１の第２マニホルド孔３１２に連通する。流体通過口３０３ｆの出口３０３ｆｐは、連通口５０４ｆ、弁装置５ｆの弁口５０２ｆを介してスタック装置１の酸化剤極の入口に連通する（図４参照）。

図２に示すように、加湿器３の第１端プレート３２にはオフ流体用の流体通過口９２が形成されている。流体通過口９２は、第１端プレート３２の積層方向の端面３２ｅ（加湿器本体３１側の端面）に開口する入口９２ｉ（第４マニホルド孔３１４に連通する）と、第１端プレート３２の下側面３２ｄ（側面）において開口する出口９２ｐと、入口９２ｉと出口９２ｐとを繋ぐ中間連通路９２ｍとを備える。

ここで、図２から理解できるように、流体通過口９０に供給させた発電反応前のフレッシュなガス状の酸化剤流体（例えば酸素含有ガスまたは酸素ガス）は、加湿器３の流体通過口９０の入口９０ｉ、出口９０ｐ、第１マニホルド孔３１１を経て加湿室３５に至り、加湿室３５で膜３７に接触しつつ膜３７で加湿され、更に、第２マニホルド孔３１２を経て、更に、第２流体通過口３０３ｆを経て弁装置５ｆに供給され、スタック装置１の酸化剤極の入口に供給される。

これに対して発電反応後のガス状の酸化剤オフ流体は、高い湿度をもつが、スタック装置１の第１エンドプレート１１の流体通過口１１２ｓを経て第２弁装置５ｓに至り、更に、弁装置５ｓから連結通路５５０（図１参照）を流れ、加湿器３の第２端プレート３３の流体通過口９１を経て第３マニホルド孔３１３（図２（Ａ）参照）を板体３０の積層方向に沿って流れ、更に、第３マニホルド孔３１３を経て吸湿室３６（図２（Ｂ）参照）に至り、吸湿室３６において膜３７に接触しつつ膜３７に水分を与えることにより吸湿され、更に、第４マニホルド孔３１４（図２（Ａ）参照）を介して加湿器３の第１端プレート３２の流体通過口９２を経て外部に排出される。なお、連結通路５５０は、第２端プレート３３の側面３３ｗの上部に装備された箱通路５５０ａ（図１参照）をもつ。

上記した吸湿および加湿の際に、吸湿室３６内の酸化剤オフ流体の熱は水分と共に加湿器３の膜３７を介して、加湿室３５の酸化剤流体に伝達される。このため、加湿器３では水分および熱の双方の交換が行われる。従って加湿器３は熱交換器としても機能できる。

本実施形態によれば、図２に示すように、流体通過口９０，９１，３０３ｆは加湿器３の第２端プレート３３の側面３３ｗ，３３ｕ（加湿器３の板体３０の積層方向に沿っている）に形成されており、流体通過口９２は加湿器３の第１端プレート３２の側面３２ｄ（加湿器３の板体３０の積層方向に沿っている）に形成されている。このため、積層方向（矢印Ｘ方向）においてスタック装置１の第１エンドプレート１１と加湿器３との間に他の部材を介在させることなく、あるいは、介在させるとしても少ない部材で、スタック装置１の積層方向（矢印Ｘ方向）において、加湿器３をスタック装置１に隣設させて取り付けることができる。しかも、酸化剤流体を加湿器３の側方に出し入れするのに有利である。即ち、スタック装置１の第１エンドプレート１１に対して弁装置５ｆおよび弁装置５ｓを伝熱可能に矢印Ｘ方向（積層方向）において密接またはできるだけ接近させることができる。更に加湿器３の第１端プレート３２の外方に露出する端面３２ｋ（図１参照）も簡素化される。

上記したようにスタック装置１の第１エンドプレート１１に弁装置５ｆおよび弁装置５ｓが密接または接近するように取り付けられている。このため弁装置５ｆおよび弁装置５ｓについては、スタック装置１からの伝熱を期待することができる。故に、弁装置５ｆおよび弁装置５ｓの過剰低温化が抑制され、寒冷地等においても凍結等が抑制され、更に、凍結に起因する開弁および閉弁の動作不良が抑制され、寒冷地等における使用に適する。

（本実施形態の要部）
次に本実施形態の要部について図３〜図６を参照して更に説明を加える。図３は、流量調整要素としての弁装置５ｆを、スタック装置１の第１エンドプレート１１と加湿器３の第２端プレート３３との間に取り付ける形態を示す。図３に示すように、スタック装置１（第１物体）の一部をなす第１エンドプレート１１は、プレート端面１１０ｆ（第１物体の第１取付面）と、プレート端面１１０ｆに開口する第１流体通過口１１２ｆ（第１物体の第１流体通過口）と、を有する。第１流体通過口１１２ｆの周囲に第１雌螺子部１１３を有する複数（２個）の螺孔１１３ａとをもつ。

図３に示すように、加湿器３（第２物体）は、第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｆ（第１取付面）の延設方向に対して交差する方向に沿って延設されている調湿器側面として機能する加湿器側面３００ｆ（第２物体の第２取付面）と、加湿器側面３００ｆに開口する第２流体通過口３０３ｆ（第２物体の第２流体通過口）とを有する。

ここで、図４から理解できるように、弁装置５ｆ（流量調整要素）は、第１エンドプレート１１（第１物体）と加湿器３（第２物体）との間に介在し、且つ、第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｆ（第１物体の第１取付面）に対面する平面を有する第１対向面５７と、第１対向面５７において開口する弁口５０２ｆ（流量調整要素の第１対面開口）と、加湿器３の加湿器側面３００ｆ（第２物体の第２取付面，調湿器側面）に対面する平面を有する第２対向面５８と、第２対向面５８において開口する連通口５０４ｆ（流量調整要素の第２対面開口）と、弁口５０２ｆ（流量調整要素の第１対面開口）を開閉することにより弁口５０２ｆの開口面積を可変とする弁部５０３ｆ（流量調整要素の流量調整部，開口面積調整部）とを有する。なお弁部５０３ｆは駆動部６ｆにより駆動される。

本実施形態によれば、弁装置５ｆの組付時には、具体的には、図３から理解できるように、弁装置５ｆを加湿器３の上方に位置させた状態で、第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｆ（第１取付面に相当）と弁装置５ｆ（流量調整要素に相当）の第１対向面５７とを対向させる。そして、第１取付具５１２は、弁装置５ｆの第１挿通孔５１１に挿通され、第１エンドプレート１１と弁装置５ｆとを連結させる。次に、加湿器３（第２物体に相当）の加湿器側面３００ｆ（第２取付面に相当）と第１弁装置５ｆ（流量調整要素に相当）のうち下向きの第２対向面５８とを対向させた状態で、第２取付具５２２は、第２挿通孔５２１に挿通され、加湿器３（第２物体）と弁装置５ｆとを連結させる。

この結果、互いに隣設している第１エンドプレート１１と加湿器３との間において、弁装置５ｆ（流量調整要素）が取り付けられる（図４参照）。この状態では、リング状のシール部１０１ｘ，２０１ｘは弾性圧縮され、シール性を高める。
このように弁装置５ｆ（流量調整要素）が取り付けられると、図４から理解できるように、第１弁装置５ｆの連通口５０４ｆ（第２対面開口）と加湿器３の第２流体通過口３０３ｆとが互いに対面して連通する。従って、第１弁装置５ｆの弁部５０３ｆが作動すると、加湿器３からスタック装置１の酸化剤極に流れる酸化剤流体の流量が弁装置５ｆにより調整される。

更に説明を加える。図３に示すように、弁装置５ｆのボディ５０１ｆには複数（２個）の第１挿通孔５１１が間隔を隔てて形成されている。そして、弁装置５ｆのボディ５０１ｆの第１挿通孔５１１に複数（２本）の第１取付具５１２をそれぞれ挿通する。この状態で、第１取付具５１２の第１雄螺子部５１３を、第１エンドプレート１１の螺孔１１３ａの第１雌螺子部１１３に螺合して締結する。これにより弁装置５ｆの第１対向面５７を、スタック装置１の第１エンドプレート１１のうち加湿器３に対面する側の表面（即ち、第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｆ）であるプレート端面１１０ｆに密接させつつ、弁装置５ｆをスタック装置１の第１エンドプレート１１に取り付ける。これにより図３から理解できるように、第１エンドプレート１１の第１流体通過口１１２ｆは、弁装置５ｆの第１弁口５０２ｆに対面して連通する。

図３に示すように、弁装置５ｆのボディ５０１ｆには、単数の第２挿通孔５２１が長孔状に形成されている。投影した投影図において、第２挿通孔５２１の軸線は、第１挿通孔５１１の軸線と交差する方向（ねじれの関係）に沿って延設されている。

上記したように第１取付具５１２を第１エンドプレート１１の第１雌螺子部１１３を締結した後に、図３から理解できるように、第１取付具５１２に対してねじれの方向に沿って配置されている単数（１本）の第２取付具５２２を、弁装置５ｆの第２挿通孔５２１に挿通する。その第２取付具５２２の第２雄螺子部５２３を加湿器３の第２端プレート３３の雌孔３３３ａの第２雌螺子部３３３に螺合して締結する。これにより、互いに交差（直交）する関係に設定されている第１エンドプレート１１および加湿器３の双方に弁装置５ｆを取り付ける。即ち、上記したように互いに交差（直交）する関係に設定されている第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｆと加湿器３の上側面３３ｕ（加湿器側面３００ｆに相当する）との双方に、弁装置５ｆを取り付ける。この場合、図３から理解できるように、弁装置５ｆの第１ボディ５０１ｆは、第１エンドプレート１１に対して傾斜する第１傾斜案内面５３１をもつ。第１傾斜案内面５３１は、加湿器３に近づくにつれて（つまり、下方に向かうにつれて）第１エンドプレート１１に接近するように直状に傾斜している。同様に、加湿器３の第２端プレート３３は、第１傾斜案内面５３１と同じ方向に傾斜している第２傾斜案内面３３６をもつ。即ち、第２傾斜案内面３３６は、第１弁装置５ｆの第１ボディ５０１ｆに近づくにつれて（つまり、上方に向かうにつれて）、スタック装置１の第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｆから離れるように直状に傾斜している。

そして、図３から理解できるように、弁装置５ｆの取り付けに当たり、弁装置５ｆの第１傾斜案内面５３１に加湿器３の第２端プレート３３の第２傾斜案内面３３６を対面させて案内させつつ、第２取付具５２２の第２雄螺子部５２３を加湿器３の第２端プレート３３の第２雌螺子部３３３に締結する。上記した案内作用により、弁装置５ｆの第１連通口５０４ｆと加湿器３の第２流体通過口３０３ｆとは、精度良く対面できる。

上記したように本実施形態によれば、弁装置５ｆは、２本の第１取付具５１２と、１本の第２取付具５２２とによりスタック装置１の第１エンドプレート１１のプレート端面１００ｆ（第１物体の第１取付面）および加湿器３の第２端プレート３３の加湿器側面３００ｆ（第２物体の第２取付面）の双方に固定される。即ち、所定の間隔を隔てた３点で締められた３点締結構造で、弁装置５ｆは、スタック装置１および加湿器３に締結されている。

更に換言すると、２本の第１取付具５１２と１本の第２取付具５２２とで、締結方向が異なる３点締結構造で、弁装置５ｆは、スタック装置１および加湿器３の双方に締結されている。

ここで、図３から理解できるように、第１取付具５１２の軸線Ｗａと第２取付具５２２の軸線Ｗｃとは、投影されると、互いに交差しており、従って、互いにねじれの関係に設定されている。その理由としては、弁装置５ｆの内部構造の関係で、互いに平行な３本（または３本以上）の第１取付具５１２で弁装置５ｆを第１エンドプレート１１に締結させるだけの必要スペースが得られなかったためである。

上記したねじれの関係とは、図３から理解できるように、第１取付具５１２の軸線Ｗａと第２取付具５２２の軸線Ｗｃとは、直接的に交点を形成するように直接的に交差するものではなく、所定の間隔を隔てて離間しつつ異なる方向に延設されており、軸線Ｗａおよび軸線Ｗｃが投影されると、軸線Ｗａおよび軸線Ｗｃが互いに交差する方向に沿っている関係をいう。

上記したように本実施形態によれば、互いに交差（直交）する関係に設定されている第１エンドプレート１１のプレート端面１００ｆおよび加湿器３の第２端プレート３３の加湿器側面３００ｆの双方において、弁装置５ｆは固定されている。

ここで、第１エンドプレート１１のプレート端面１００ｆは縦方向（鉛直方向）に沿って延設されており、加湿器３の第２端プレート３３の加湿器側面３００ｆ（上側面３３ｕ）は、横方向に沿って延設されている。この結果、プレート端面１００ｆおよび加湿器側面３００ｆ（上側面３３ｕ）は、互いに交差（直交）する方向に沿って延設されている。

上記したように弁装置５ｆが取り付けられた状態では、図４から理解できるように、第１エンドプレート１１の第１流体通過口１１２ｆと第１弁装置５ｆ（流量調整要素）の第１弁口５０２ｆ（第１対面開口）とが互いに対面して連通する。弁装置５ｆの第１弁口５０２ｆは、第１駆動部６ｆにより駆動される第１弁部５０３ｆ（流量調整部）により開弁および閉弁される。

なお図４において、リング状のシール部１０１ｘは、スタック装置１を構成する板状をなす電気絶縁部材１ｒと第１弁装置５ｆとの境界域を気密的にシールしている。電気絶縁部材１ｒは第１エンドプレート１１と積層体１０との間の電気的絶縁を図るものであり、高い電気的絶縁性を有する材料（例えば樹脂、セラミックス）で形成されており、貫通孔１ｒｏを有する。リング状のシール部２０１ｘは、加湿器３と第１弁装置５ｆとの境界域を気密的にシールしている。なお、シール部１０１ｘ，２０１ｘは、軟質樹脂やゴム等の圧縮変形可能な弾性材料で形成されている。

ここで、図３から理解できるように、第１取付具５１２の軸線はＷａとして示される。第２取付具５２２の軸線はＷｃとして示される。第１取付具５１２の軸線Ｗａは、投影されるとき、第２取付具５２２の軸線Ｗｃに対して交差（直交）する方向（ねじれの方向）に沿って延設されている。上記した実施形態によれば、互いに交差（直交する）関係に設置されているスタック装置１の第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｆと加湿器側面３００ｆ（上側面３３ｕ）との間において、弁装置１ｆを設置することができる。即ち、弁装置１ｆを小さなスペースで設置することができる。故に、小スペース化に有利な燃料電池スタック装置を提供することができる。

なお本実施形態によれば、下側の弁装置５ｓは、上側の弁装置５ｆとは異なり、図示しないものの、複数本（４本）の第１取付具（第１取付具５１２と同一構造）で第１エンドプレート１１の螺孔の雄螺子部に締結されて、第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｓに固定状態に連結されており、加湿器３には対面するものの、加湿器３には直接連結されていない。

更に本実施形態によれば、図１に示すように、スタック装置１および加湿器３は、積層方向（矢印Ｘ方向）において、互いに直列状態で隣設されている。即ち、セル１００の積層方向（矢印Ｘ方向）において、スタック装置１および加湿器３は、隣り同士に配置されている。具体的には、スタック装置１の第１エンドプレート１１と加湿器３の第２端プレート３３とは、互いに接近または接触しつつ対面している。ここで、スタック装置１の発電運転は、電気エネルギを発生させると共に熱を発生させる。従って、スタック装置１が発電運転する際に、スタック装置１の内部は熱をおびる。スタック装置１の熱は第１エンドプレート１１（金属または樹脂製）を介して加湿器３に伝達される。このため寒冷地、冬季などにおいて、加湿器３の過剰低温化が抑制され、加湿器３の加湿能力が維持される。もし加湿器３が過剰低温化されていると、加湿器３に流入されるガス状の酸化剤流体が昇温されず、その酸化剤流体に保持できる水蒸気量が増加しにくいため、高い加湿効果が期待しにくい。

なお、燃料電池の発電運転を停止させているとき、寒冷地などにおいては、スタック装置１に凍結防止策を施してスタック装置１を暖めることもある。この場合、暖められたスタック装置１の熱は加湿器３にも伝達され易くなるため、加湿器３（弁装置５ｆ，５ｓ）の過剰低温化が抑制される。凍結防止策としては、スタック装置１の内部に形成されている冷却通路に温水を流す方策、スタック装置１をヒータ（図示せず）で加熱する方策が例示される。

本実施形態によれば、図１に示すように、一方向（矢印Ｈ方向，高さ方向）におけるスタック装置１の寸法をＬＳとし、一方向（矢印Ｈ方向，高さ方向）における加湿器３の寸法をＬＷとする。一方向（矢印Ｈ方向）における加湿器３の端側に搭載空間４を形成するように、寸法ＬＷは寸法ＬＳよりも小さく設定されている（ＬＷ＜ＬＳ）。ここで、矢印Ｈ方向は、セル１００の積層方向（矢印Ｘ方向）と交差（直交）する方向を意味する。加湿器３の加湿能力は、板体３０の積層枚数を増減させることにより調整できる。このように寸法ＬＷ＜寸法ＬＳに設定されており、一方向（矢印Ｈ方向）における加湿器３の端側に搭載空間４が形成されている。

具体的には、図１に示すように、上記した搭載空間４は、一方向（矢印Ｈ方向）における加湿器３の一端（上端）側に形成された搭載空間４ｆと、一方向における加湿器３の他端（下端）側に形成された搭載空間４ｓとを備えている。弁装置５は、搭載空間４ｆに配置された弁装置５ｆと、搭載空間４ｓに配置された弁装置５ｓとを備えている。

上記したように搭載空間４ｆに弁装置５ｆが配置されている。同様に、搭載空間４ｓには弁装置５ｓが配置されている。このため、一方向（矢印Ｈ方向）における燃料電池スタックシステムの全体のスペースを小さくすることができる。ここで、弁装置５ｆの全部あるいはほとんど全部が搭載空間４ｆに配置されている。弁装置５ｓの全部あるいはほとんど全部が搭載空間４ｓに配置されている。このためスタック装置１から加湿器３に伝熱されるように、スタック装置１に加湿器３を接近または接触させつつ、コンパクト化に有利となる。

上記したように弁装置５ｆは、加湿器３とスタック装置１との間に位置するように、スタック装置１を構成する第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｆに対面しつつ、第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｆに固定されている。また、弁装置５ｓは、加湿器３とスタック装置１との間に位置するように、スタック装置１を構成する第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｓに対面しつつ、第１エンドプレート１１のプレート端面１１０ｓに固定されている。

弁装置５ｆはスタック装置１の酸化剤極の入口側に位置しており、開弁時には、加湿器３の加湿室で加湿された発電反応前のガス状のフレッシュな酸化剤流体を、スタック装置１の酸化剤極に供給するように流す。弁装置５ｓはスタック装置１の酸化剤極の出口側に位置しており、開弁時には、スタック装置１の酸化剤極で発電反応を経た発電反応後の相対湿度が高いガス状の酸化剤オフ流体を、スタック装置１の酸化剤極の出口から加湿器３の吸湿室側に向けて吐出させる。

ここで、オフ流体は発電反応後でスタックから排出された流体を意味する。スタック装置１から排出されたガス状の酸化剤オフ流体が加湿器３の吸湿室に至ると、酸化剤オフ流体は冷却され、凝縮水を生成させるため、酸化剤オフ流体は吸湿される。このように酸化剤オフ流体に含まれていた水分は、加湿器３の水分保持可能な膜に保持され、加湿器３の加湿室において加湿用として使用される。

（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図６を準用できる。本実施形態によれば、図示しないものの、第２流量調整要素としての弁装置５ｓは、弁装置５ｆと同様な構造で、第１エンドプレート１１と加湿器３との間に取り付けられている。即ち、弁装置５ｓを取り付けるための第１取付具は、第１物体としてのスタック装置１の第１エンドプレート１１に取り付けられる棒状部材である。第２取付具は第２物体としての加湿器３に取り付けられる棒状部材である。第１取付具の軸線および第２取付具の軸線は断面図または投影図において交差方向に沿って延設されている。

（実施形態３）
図７は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図６を準用することができる。この場合、図７から理解できるように、第２物体としては、加湿器に代えて熱交換器３Ｍが採用されている。熱交換器３Ｍは、燃料電池システムに用いられている熱交換器であれば、何でも良い。殊に、スタック装置１の燃料極の出口から排出された発電反応済みの燃料オフ流体に含まれている湿分を凝縮させて低下させる熱交換器が好ましい。従ってタック１から排出された発電反応済みの燃料オフ流体は、第１エンドプレート１１の流体通過口１１２ｆ（第１物体の第１流体通過口）、第１弁装置１ｆの第１弁口５０２ｆ（流量調整要素の第１対面開口）、連通口５０４ｆ（流量調整要素の第２対面開口）、熱交換器３Ｍの第２流体通過口３０３ｆ（第２物体の第２流体通過口）を経て、熱交換器３Ｍの内部に流れ、熱交換される。

（その他）
上記した実施形態１によれば、本発明に係る取付構造は弁装置５ｆに適用されているものの、弁装置５ｓには適用されていないが、弁装置５ｓに適用することもできる。上記した実施形態１によれば、弁装置５ｆはスタック装置１の酸化剤極の入口に連通すると共に、弁装置５ｓはスタック装置１の酸化剤極の出口に連通することにしているが、これに限定されず、弁装置５ｆはスタック装置１の酸化剤極の出口に連通すると共に、弁装置５ｓはスタック装置１の酸化剤極の入口に連通することにしても良い。場合によっては、弁装置５ｆおよび弁装置５ｓが設けられているが、いずれか一方のみとしても良い。実施形態１によれば、弁装置５ｆ、弁装置５ｓおよび加湿器３は、酸化剤流体，酸化剤オフ流体（例えば空気等）を通過させるものであるが、ガス状の燃料流体，燃料オフ流体を通過させるものとしても良い。即ち、ガス状の酸化剤流体を加湿器３で加湿させることにしているが、燃料流体がガス状である場合には、加湿器３は燃料流体を加湿させることにしても良い。

上記した実施形態１によれば、第１エンドプレート１１はフランジ部１１ｕ，１１ｄを有するが、有しなくても良い。

実施形態１では、吸湿室３６および加湿室３５は平面状をなす膜３７で仕切られているが、中空糸膜式の筒状の膜を採用し、筒状の膜の内部を加湿室とし、外部を吸湿室としても良い。逆に、筒状の膜の内部を吸湿室とし、外部を加湿室としても良い。更に、加湿器は、超音波加湿器を採用しても良い。要するに加湿器は酸化剤流体または燃料流体を加湿する機能を有するものであれば良い。スタック装置１は縦方向に延設された板状またはパネル状のセル１００を横方向に沿って積層させて組み付けられているが、横方向に沿って延設された板状またはパネル状のセル１００を縦方向に沿って積層させて組み付けられていてもよい。スタック装置１は板状またはパネル状のセル１００を積層させて組み付けられているが、チューブ型の燃料電池セルを筐体に並設させつつ組み付ける方式でも良い。要するにスタックは発電機能を有するものであれば良い。

第１物体はスタック装置とされ、第２物体は加湿器とされているが、これに限らず、改質器が装備されているときには、第１物体はスタック装置とされ、第２物体は熱交換器または改質器とされていても良い。第１物体はスタック装置とされ、第２物体はポンプ装置とされていても良い。第１物体はスタック装置とされ、第２物体は燃料電池システムのヒータ装置、補助バッテリー装置、スタック装置の内部に窒素ガス、不活性ガス等のパージガスを供給するパージガスタンクとされていても良い。流量調整要素は、弁装置に限らず、オリフィス開口を可変とする可変オリフィス装置でも良い。その他、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。

上記した記載から次の技術的思想も把握される。
（付記項１）燃料流体および酸化剤流体が供給されて電気エネルギを発生させる燃料電池のスタックと、前記スタックに供給される前の前記燃料流体および前記酸化剤流体のうちの少なくとも一方の流体を加湿させるためにスタックに隣設された加湿器と、前記加湿器と前記スタックとの間に設けられ前記加湿器と前記スタックとの間で流体を流す流量調整要素とを具備していることを特徴とする燃料電池スタック装置。流量調整要素により、スタックと加湿器との間で流体の移動を実行できる。

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、可搬用の燃料電池システムに利用することができる。

実施形態１に係り、スタックと加湿器とに弁装置が取り付けられている燃料電池スタック装置の概念を模式的に示す斜視図である。 実施形態１に係り、（Ａ）は加湿器を説明する斜視図であり、（Ｂ）は加湿器の加湿室および吸湿室を示す断面図である。 実施形態１に係り、第１取付具および第２取付具により弁装置のボディをスタック装置の第１エンドプレートおよび加湿器の端プレートの双方に取り付ける前の状態を示す斜視図である。 実施形態１に係り、第１取付具により弁装置の第１ボディをスタック装置の第１エンドプレートに取り付けた後、第２取付具により弁装置と加湿器とを締結した状態を示す断面図である。 実施形態１に係り、第２取付具により弁装置および加湿器を締結する直前の状態を示す図である。 実施形態１に係り、第２取付具により弁装置および加湿器を締結した状態を示す図である。 別の実施形態に係り、第１取付具および第２取付具により弁装置のボディを第１エンドプレートおよび加湿器の双方に取り付ける前の状態を示す斜視図である。

符号の説明

１はスタック装置（第１物体）、１０は積層体、１１は第１エンドプレート、１１０ｆはプレート端面（第１取付面）、１１２ｆは第１流体通過口、３は加湿器（第２物体）、３００ｆは加湿器側面（第２取付面）、３０３ｆは第２流体通過口、３１は加湿器本体、３２は第１端プレート、３３は第２端プレート、３３６は第２傾斜案内面、４は搭載空間、４ｆは搭載空間、４ｓは搭載空間、５ｆは弁装置（流量調整要素）、５ｓは弁装置、５０３ｆは弁部（流量調整要素の流量調整部，開口面積調整部）、５１２は第１取付具、５２２は第２取付具、５３１は第１傾斜案内面、５７は第１対向面、５８は第２対向面、６ｆは駆動部、６ｓは駆動部を示す。

Claims (5)

1. （ｉ）第１取付面と、前記第１取付面に開口する第１流体通過口とを有する第１物体と、
   （ｉｉ）前記第１取付面の延設方向に対して交差する方向に沿って延設されている第２取付面と、前記第２取付面に開口する第２流体通過口とを有する第２物体と、
   （ｉｉｉ）前記第１物体と前記第２物体との間に介在し、且つ、前記第１取付面に対面する第１対向面と、前記第１対向面に開口する第１対面開口と、前記第２取付面に対面する第２対向面と、前記第２対向面に開口する第２対面開口と、前記第１対面開口と前記第２対面開口との間に設けられ前記第１対面開口と前記第２対面開口との間を流れる流体の流量を調整する流量調整部とを有する流量調整要素と、
   （ｉｖ）前記第１物体の前記第１取付面と前記流量調整要素の前記第１対向面とを対向させた状態で、前記第１物体と前記流量調整要素とを連結させる第１取付具と、
   （ｖ）前記第２物体の前記第２取付面と前記流量調整要素の前記第２対向面とを対向させた状態で、前記第２物体と前記流量調整要素とを連結させる第２取付具とを具備することを特徴とする流体流路形成装置。
2. 請求項１において、前記流量調整要素は第１傾斜案内面を有しており、前記第２物体は前記第１傾斜案内面に対面すると共に前記第１傾斜案内面と同じ方向に傾斜する第２傾斜案内面を有しており、
   前記第２取付具により前記流量調整要素と前記第２物体とを連結させるにあたり、前記第１傾斜案内面と前記第２傾斜案内面とを互いに接触させつつ案内させることを特徴とする流体流路形成装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記第１物体は、燃料流体および酸化剤流体が供給されて電気エネルギを発生させる燃料電池のスタック装置であり、
   前記第２物体は、前記スタック装置に供給される前記燃料流体および前記酸化剤流体のうちの少なくとも一方の流体を調湿させるための調湿器であり、
   前記流量調整要素は、前記調湿器と前記スタック装置との間に設けられた弁装置であることを特徴とする流体流路形成装置。
4. 請求項１または２において、前記第１物体は、燃料流体および酸化剤流体が供給されて電気エネルギを発生させる燃料電池のスタック装置であり、
   前記第２物体は、前記スタック装置から排出された前記燃料流体および前記酸化剤流体のうちの少なくとも一方の流体に対して熱交換を実施する熱交換器であり、
   前記流量調整要素は、前記熱交換器と前記スタック装置との間に設けられ開弁および閉弁可能な弁装置であることを特徴とする流体流路形成装置。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記第１取付具は前記第１物体に取り付けられる棒状部材であり、前記第２取付具は前記第２物体に取り付けられる棒状部材であり、前記第１取付具の軸線および前記第２取付具の軸線は断面図または投影図において交差方向に沿って延設されていることを特徴とする流体流路形成装置。

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