JP2024048080A - 燃料電池用加湿器 - Google Patents

Abstract

【課題】余剰のシール材が流路にはみ出さないように構成された燃料電池用加湿器を提供する。【解決手段】燃料電池用加湿器は、乾燥ガス流路１１ａが形成された板状の第一セパレータ１１と、第一セパレータ１１に対向配置され、含水ガス流路１２ａが形成された板状の第二セパレータ１２と、乾燥ガス流路１１ａと含水ガス流路１２ａとの間に配置された加湿膜１３と、乾燥ガス流路１１ａと含水ガス流路１２ａとの連通を防ぐシール材１６と、を備えている。第一セパレータ１１はシール材１６が密着する第一密着部１１ｂと第一段部１１ｃとを有し、第二セパレータ１２は第二密着部１２ｂと第二段部１２ｃとを有している。シール材１６は、第一密着部１１ｂ及び第二密着部１２ｂの全体に密着すると共に、余剰シール材１６ａが第一密着部１１ｂから第一段部１１ｃにはみ出すと共に、第二密着部１２ｂから第二段部１２ｃにはみ出している。【選択図】図４

Description

本開示は、燃料電池用加湿器に関する。

近年、燃料電池が利用されており、燃料電池にはカソード側に供給されるカソードガスを加湿するために加湿器が設けられている。このような加湿器には、カソードガスを案内するセパレータと水を透過する膜とを交互に配置した加湿ユニットが備えられているものがある。このような加湿器として、例えば下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

特許文献１には、燃料電池用加湿器（特許文献１においては加湿器）が開示されている。この燃料電池加湿器は、カソードガスとカソードオフガスとが流通するガス貫通孔を有し厚み方向に積層される複数のセパレータと、積層方向において互いに隣り合うセパレータで挟まれた水分保持膜と、少なくともガス貫通孔の外縁に沿って設けられたシール部とを備えている。シール部は、積層されたセパレータを固定すると共に、水分保持膜を挟持することによりカソードガスが流通する加湿室とカソードオフガスが流通する吸湿室とを区画する。シール部はシール材（特許文献１においては接着剤）を塗布することにより形成される。

特開２０１０－２７６３２２号公報

特許文献１に開示された燃料電池用加湿器においては、加湿室のカソードガスと吸湿室のカソードオフガスとの連通を防止するために、シール部で確実に区画することが必要である。そのため、ガス貫通孔の外縁に塗布されるシール材の量は、適量よりも多い方が好ましい。しかし、適量よりも多い量のシール材が塗布された場合、余剰のシール材がガス貫通孔、加湿室、及び吸湿室等の流路にはみ出す場合があり、はみ出したシール材がガスの流路断面積を減少させてしまい、圧力損失や加湿性能の低下を引き起こすおそれがある。このため、余剰のシール材がガス貫通孔、加湿室、及び吸湿室等の流路にはみ出さないようにする上で、改良の余地がある。

そこで、余剰のシール材が流路にはみ出さないように構成された燃料電池用加湿器が求められる。

本開示に係る燃料電池用加湿器の一つの実施形態は、一方の面の中央領域に乾燥空気が流通する乾燥ガス流路が形成された板状の第一セパレータと、前記第一セパレータに対向配置され、前記乾燥ガス流路に対向する面の中央領域に含水空気が流通する含水ガス流路が形成された板状の第二セパレータと、前記乾燥ガス流路と前記含水ガス流路との間に配置され、前記乾燥空気に対して前記含水空気に含まれる水分を与えることにより、前記乾燥空気を加湿空気にすると共に前記含水空気を除湿空気にする加湿膜と、前記乾燥ガス流路と前記含水ガス流路との連通を防ぐシール材と、を備え、前記第一セパレータは、前記シール材が密着する第一密着部と、前記第一密着部から段状に拡幅された第一段部とを有し、前記第二セパレータは、前記第一密着部に対向し前記シール材が密着する第二密着部と、前記第二密着部から段状に拡幅された第二段部とを有し、前記シール材は、前記第一密着部及び前記第二密着部の全体に密着すると共に、余剰シール材が前記第一密着部から前記第一段部にはみ出すと共に、前記第二密着部から前記第二段部にはみ出している。

本実施形態によると、第一セパレータは、シール材が密着する第一密着部と、第一密着部から段状に拡幅された第一段部とを有し、第二セパレータは、第一密着部に対向しシール材が密着する第二密着部と、第二密着部から段状に拡幅された第二段部とを有している。これにより、シール材は、第一密着部及び第二密着部の全体に密着すると共に、余剰シール材が第一密着部から第一段部にはみ出し、第二密着部から第二段部にはみ出す。この結果、適量よりも多い量のシール材が塗布された場合であっても、第一密着部及び第二密着部の密着に使用されなかった余剰シール材が第一段部と第二段部とにはみ出すので、シール材を第一セパレータの第一密着部と第二セパレータの第二密着部との全体に密着させることができる。その結果、乾燥空気と含水空気との連通を確実に防止することができる。また、第一段部及び第二段部は、シール材がはみ出す凹状領域となり、乾燥ガス流路や含水ガス流路にシール材がはみ出すことを抑制する緩衝機能を発揮する。このように、余剰のシール材が流路にはみ出さないように構成された燃料電池用加湿器となっている。

本開示に係る燃料電池用加湿器の他の一つの実施形態において、前記第一密着部と前記第一段部とは、前記第一セパレータの外縁の全周に亘って形成され、前記第二密着部と前記第二段部とは、前記第二セパレータの外縁の全周に亘って形成され、前記第一段部の一部は前記乾燥ガス流路に連続し、前記第二段部の一部は前記含水ガス流路に連続しており、前記シール材の前記余剰シール材は、前記第一段部から前記乾燥ガス流路にはみ出しておらず、且つ前記第二段部から前記含水ガス流路にはみ出していない。

本実施形態によると、第一密着部が第一セパレータの外縁の全周に亘って形成されると共に、第二密着部が第二セパレータの外縁の全周に亘って形成されているので、乾燥空気が第一セパレータから漏出することを防止できると共に、含水空気が第二セパレータから漏出することを防止することができる。また、シール材の余剰シール材は、第一段部から乾燥ガス流路にはみ出しておらず、且つ第二段部から含水ガス流路にはみ出していないので、シール材が乾燥ガス流路及び含水ガス流路の流路断面積を減少させることはなく、圧力損失や加湿性能の低下を引き起こすこともない。

本開示に係る燃料電池用加湿器の他の一つの実施形態は、前記第一段部を構成する壁面のうち前記乾燥ガス流路に連続する第一段部壁面と、前記乾燥ガス流路を構成する壁面のうち前記第一段部に連続する第一流路壁面とのなす角は鈍角であり、前記第二段部を構成する壁面のうち前記含水ガス流路に連続する第二段部壁面と、前記含水ガス流路を構成する壁面のうち前記第二段部に連続する第二流路壁面とのなす角は鈍角である。

第一セパレータと第二セパレータとを垂直になるように配置すると、第一段部と第二段部とに含水空気に含まれる水分が凝縮して溜まる場合がある。この凝縮水は、凍結すると、シール材と第一セパレータの第一密着部、及びシール材と第二セパレータの第二密着部を引き剥がす方向に力を作用させる。本実施形態によると、第一段部及び第二段部に鈍角となる傾斜を設けているため、凍結した凝縮水がシール材と第一密着部、及びシール材と第二密着部を引き剥がす方向の分力を低減させる。その結果、シール材と第一密着部、及びシール材と第二密着部を剥がれにくくすることが可能となる。

本開示に係る燃料電池用加湿器の他の一つの実施形態は、前記第一セパレータと前記第二セパレータはそれぞれ、前記乾燥ガス流路に供給される前記乾燥空気が流通する乾燥空気導入口と、前記乾燥ガス流路から排出された前記加湿空気が流通する乾燥空気導出口と、前記含水ガス流路に供給される前記含水空気が流通する含水空気導入口と、前記含水ガス流路から排出された前記除湿空気が流通する含水空気導出口とを有し、前記第一段部は、前記含水空気導入口の全周又は一部、及び前記含水空気導出口の全周又は一部に形成され、前記第二段部は、前記乾燥空気導入口の全周又は一部、及び前記乾燥空気導出口の全周又は一部に形成されている。

本実施形態によると、第一段部を含水空気導入口の全周又は一部、及び含水空気導出口の全周又は一部に形成し、第二段部を乾燥空気導入口の全周又は一部、及び乾燥空気導出口の全周又は一部に形成することにより、シール材が、含水空気導入口、含水空気導出口、乾燥空気導入口、及び乾燥空気導出口からはみ出ることを抑制することができる。そのため、シール材が含水空気導入口、含水空気導出口、乾燥空気導入口、及び乾燥空気導出口の流路断面積を減少させることはなく、圧力損失や加湿性能の低下を引き起こすこともない。

燃料電池用加湿器の斜視図である。 第一セパレータの平面図である。 第二セパレータの平面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ矢視断面図である。 図２のＶ－Ｖ矢視断面図である。 図２のＶＩ－ＶＩ矢視断面図である。 窪みに凝縮水が溜まった状態を表す図である。 窪みに凝縮水が溜まった状態を表す図である。

以下、本開示に係る燃料電池用加湿器の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本開示は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

加湿器１は、図１に示されるように、複数のセパレータ１０ａと、複数のセパレータ１０ａを収容するケース２０と、複数のセパレータ１０ａをケース２０の底面との間で挟持して固定するトッププレート２２とにより構成されている。トッププレート２２はボルト２４によりケース２０に固定される。セパレータ１０ａは、矩形板状であり、複数のセパレータ１０ａは、板厚方向に沿って積層されている。以下、積層された複数のセパレータ１０ａを加湿ユニット１０ともいう。

燃料電池用加湿器１（以下、単に加湿器１ともいう）は、不図示の燃料電池（ＦＣスタック）に供給するために外部から導入された乾燥空気を加湿ユニット１０で加湿してカソードガス（加湿空気の一例）を生成する機能を有する。加湿ユニット１０で加湿されたカソードガスは、加湿ユニット１０から排出されて燃料電池に供給され発電に使用される。発電に使用されたカソードガスはカソードオフガス（含水空気の一例）となり、燃料電池から排出される。カソードオフガスは発電により発生した水分を含有しており、加湿器１に供給される。そして、加湿ユニット１０でカソードオフガスに含有される一部の水分が取り除かれた後に、カソードオフガスは除湿空気として排出される。加湿ユニット１０でカソードオフガスから取り除かれた水分は、導入された乾燥空気に与えられ、この水分により乾燥空気は加湿されたカソードガスになる。なお、除湿空気は、カソードオフガスから少しでも水分が取り除かれていればよく、水分が完全に取り除かれた空気に限定されるものではない。

加湿ユニット１０には、図２、図３に示されるように、加湿器１に導入された乾燥空気が流通する乾燥空気流路３１（乾燥空気導入口及び乾燥ガス流路の一例）と、加湿により生成されたカソードガスが流通するカソードガス流路３２（乾燥空気導出口及び乾燥ガス流路の一例）と、加湿器１に供給されたカソードオフガス流路４１（含水空気導入口及び含水ガス流路の一例）と、除湿空気が流通する除湿空気流路４２（含水空気導出口及び含水ガス流路の一例）とが形成されている。本実施形態においては、乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２、カソードオフガス流路４１、除湿空気流路４２は、それぞれ矩形状のセパレータ１０ａの四隅に形成されており、乾燥空気流路３１とカソードガス流路３２、カソードオフガス流路４１と除湿空気流路４２がそれぞれ対角線上に位置するように配置されている。乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２、カソードオフガス流路４１、及び除湿空気流路４２は、複数のセパレータ１０ａのそれぞれに形成され、ケース２０の底面に隣接しているセパレータ１０ａを除き、積層された状態で加湿ユニット１０を貫通している。加湿ユニット１０を貫通する乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２、カソードオフガス流路４１、及び除湿空気流路４２は、トッププレート２２の板面に突出形成された乾燥空気ポート３１ａ、カソードガスポート３２ａ、カソードオフガスポート４１ａ、及び除湿空気ポート４２ａにそれぞれ連通している。なお、乾燥空気ポート３１ａ、カソードガスポート３２ａ、カソードオフガスポート４１ａ、及び除湿空気ポート４２ａのいずれか又は全部は、トッププレート２２の板面ではなく、トッププレート２２の側面から突出して形成されるように構成されてもよい。

セパレータ１０ａは、加湿ユニット１０の積層方向の両端に位置するセパレータ１０ａを除いて、セパレータ１０ａの板面の一方の面の中央領域には、乾燥空気流路３１とカソードガス流路３２との間に乾燥空気を流通させてカソードガスを生成する加湿流路１１ａ（乾燥ガス流路の一例）が形成されており、他方の面の中央領域には、カソードオフガス流路４１と除湿空気流路４２との間にカソードオフガスを流通させて一部の水分を取り除く除湿流路１２ａ（含水ガス流路の一例）が形成されている。加湿流路１１ａと除湿流路１２ａは、セパレータ１０ａに形成された複数の溝である。加湿流路１１ａと除湿流路１２ａとは互いに対向配置されている。以下、セパレータ１０ａの両面のうち加湿流路１１ａが形成された面を第一セパレータ１１と称し、除湿流路１２ａが形成された面を第二セパレータ１２と称する。なお、セパレータ１０ａには、加湿流路１１ａと除湿流路１２ａのいずれか一方だけが形成されていてもよい。加湿ユニット１０の積層方向の両端に位置するセパレータ１０ａは、加湿流路１１ａと除湿流路１２ａのいずれか一方だけが形成されている。

積層方向で隣り合うセパレータ１０ａは、図４に示されるように、第一セパレータ１１の加湿流路１１ａと第二セパレータ１２の除湿流路１２ａとが対向配置されている。そして、対向する加湿流路１１ａと除湿流路１２ａの間には、加湿膜１３、二枚の保護膜１４、補強部材１５が配置されている。本実施形態においては、加湿膜１３の両面に二枚の保護膜１４のそれぞれが配置され、保護膜１４と第二セパレータ１２との間に補強部材１５が配置されている。加湿膜１３、二枚の保護膜１４、補強部材１５は、セパレータ１０ａにおける乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２、カソードオフガス流路４１、及び除湿空気流路４２が形成された領域の内側に配置されており、平面視で六角形状である（図２、図３も参照）。

加湿膜１３は、除湿流路１２ａを流れるカソードオフガスに含まれる水分を透過させる機能を有しており、これにより、除湿流路１２ａを流れるカソードオフガスに含まれる水分が加湿流路１１ａを流れる乾燥空気に与えられ、乾燥空気が加湿されてカソードガスが生成される。一方、カソードオフガスは含有された一部の水分が取り除かれて除湿空気となる。保護膜１４は、加湿膜１３に密着して積層された状態で設けられ、加湿膜１３を補強する。本実施形態では、保護膜１４は、加湿膜１３における第一面１３ａ及び第二面１３ｂの双方（表裏）にそれぞれ設けられる。保護膜１４としては、例えば不織布を利用するが、これに限定されず、抄紙、メッシュ、多孔膜等を利用することが可能である。これにより保護膜１４が、薄膜（例えば厚さが数μｍ）である加湿膜１３を保護すると共に機械的強度を補強し、例えば製造工程におけるハンドリング性を高め、損傷を防止することが可能となる。

平面視における二枚の保護膜１４の外形は、加湿膜１３の外形と同じである。しかし、少なくとも一方の保護膜１４の外縁部１４ａが、加湿膜１３の外縁部１３ｃよりも加湿膜１３の中央側に引退していてもよいし、加湿膜１３の外縁部１３ｃよりはみ出していてもよい。保護膜１４の外縁部１４ａが、加湿膜１３の外縁部１３ｃよりも加湿膜１３の中央側に引退していれば、保護膜１４の外形は加湿膜１３の外形よりも小さくなる。保護膜１４の外縁部１４ａが、加湿膜１３の外縁部１３ｃよりはみ出していれば、保護膜１４の外形は加湿膜１３の外形よりも大きくなる。

補強部材１５は、加湿膜１３の第一面１３ａ側に設けられた保護膜１４に対向するように、加湿膜１３とは反対側に積層されて配置されている。補強部材１５と保護膜１４とは、密着している。本実施形態において、補強部材１５は、加湿膜１３及び密着する保護膜１４と同じ大きさを有している。補強部材１５としては、例えば樹脂製のメッシュを利用するが、これに限定されず、抄紙、不織布、多孔膜等を利用することが可能である。

加湿ユニット１０を構成する積層方向で隣り合うセパレータ１０ａはシール材１６により接着されている。シール材１６は、例えば、接着剤のような弾性を有する絶縁物からなる。シール材１６により、隣り合う第一セパレータ１１と第二セパレータ１２とが固定される。また、加湿膜１３、二枚の保護膜１４、補強部材１５が配置された箇所においては、隣り合う第一セパレータ１１と第二セパレータ１２に加え、加湿膜１３、二枚の保護膜１４、補強部材１５も固定される。シール材１６を配置することにより、加湿膜１３、二枚の保護膜１４、補強部材１５を挟んで対向する第一セパレータ１１の加湿流路１１ａと第二セパレータ１２の除湿流路１２ａとが連通するのを防止する。

シール材１６が塗布される箇所は、第一セパレータ１１の第一密着部１１ｂと第二セパレータ１２の第二密着部１２ｂである。第一密着部１１ｂと第二密着部１２ｂとにより、第一セパレータ１１及び第二セパレータ１２はシール材１６と密着する。第一密着部１１ｂは、図２の網掛けで示されるように、第一セパレータ１１の外縁の全周と、カソードオフガス流路４１、除湿空気流路４２の全周に形成される。同様に、図３の網掛けで示されるように、第二密着部１２ｂは、第二セパレータ１２の外縁の全周と、乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２の全周に形成される。

第一密着部１１ｂと第二密着部１２ｂとの全体に密着させるシール材１６は適量であることが望ましい。適量とは、第一セパレータ１１の加湿流路１１ａと第二セパレータ１２の除湿流路１２ａとの連通を防止し、且つ加湿流路１１ａを流通する乾燥空気の流通と除湿流路１２ａを流通するカソードオフガスの流通とを妨げない量である。しかし、シール材１６の塗布量はばらつくことが考えられる。塗布量がばらつく場合、塗布量は適量に対して不足するよりも過剰である方が好ましい。仮にシール材１６の量が適量よりも不足していると、第一セパレータ１１の加湿流路１１ａと第二セパレータ１２の除湿流路１２ａとが連通するおそれがあるからである。しかし、シール材１６の量が適量に対して多すぎると、シール材１６のうちの余剰シール材１６ａが加湿流路１１ａや除湿流路１２ａに入り込み、加湿流路１１ａを流通する乾燥空気と除湿流路１２ａを流通するカソードオフガスの流通を妨げるおそれがある。

そこで、本実施形態においては、図２、図３に示すように、第一セパレータ１１に、第一密着部１１ｂに隣接して第一密着部１１ｂから段状に拡幅された第一段部１１ｃを形成している。また、第二セパレータ１２に、第二密着部１２ｂに隣接して第二密着部１２ｂから段状に拡幅された第二段部１２ｃを形成している。第一段部１１ｃの一部は加湿流路１１ａに連続し、第二段部１２ｃの一部は除湿流路１２ａに連続している。また、第一段部１１ｃの他の一部と第二段部１２ｃの他の一部は、乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２、カソードオフガス流路４１、及び除湿空気流路４２にそれぞれ連続している。第一段部１１ｃを構成する壁面のうち加湿流路１１ａに連続する第一段部壁面１１ｄと、加湿流路１１ａを構成する壁面のうち第一段部１１ｃに連続する第一流路壁面１１ｅとのなす角は直角である（図４も参照）。第二段部１２ｃを構成する壁面のうち除湿流路１２ａに連続する第二段部壁面１２ｄと、除湿流路１２ａを構成する壁面のうち第二段部１２ｃに連続する第二流路壁面１２ｅとのなす角は直角である。

第一段部１１ｃは、図２に示されるように、カソードオフガス流路４１の全周、及び除湿空気流路４２の全周に形成されると共に、乾燥空気流路３１、加湿流路１１ａ、カソードガス流路３２を囲む全周に形成されている。また、第二段部１２ｃは、図３に示されるように、乾燥空気流路３１の全周、及びカソードガス流路３２の全周に形成されると共に、カソードオフガス流路４１、除湿流路１２ａ、除湿空気流路４２を囲む全周に形成されている。

第一段部１１ｃと第二段部１２ｃを設けることにより、第一密着部１１ｂと第二密着部１２ｂとに密着したシール材１６に余剰シール材１６ａがあった場合には、余剰シール材１６ａは第一段部１１ｃと第二段部１２ｃとにそれぞれはみ出し、それ以上ははみ出さない。これにより、余剰シール材１６ａが加湿流路１１ａや除湿流路１２ａにはみ出ることを抑制し、加湿流路１１ａを流通する乾燥空気と除湿流路１２ａを流通するカソードオフガスの流通を妨げることを抑制する。

図４は図２のＩＶ－ＩＶ矢視断面図、図５は図２のＶ－Ｖ矢視断面図、図６は図２のＶＩ－ＶＩ矢視断面図である。図４に示されるように、第一セパレータ１１と第二セパレータ１２とは、第一密着部１１ｂと第二密着部１２ｂとでシール材１６に密着している。そして、第一段部１１ｃは加湿流路１１ａに連続し、第二段部１２ｃは除湿流路１２ａに連続している。余剰シール材１６ａは、第一密着部１１ｂと第二密着部１２ｂとから第一段部１１ｃと第二段部１２ｃとにそれぞれはみ出しているが、加湿流路１１ａと除湿流路１２ａには、はみ出していない。

図５に示されるように、第一セパレータ１１と第二セパレータ１２とは、第一密着部１１ｂと第二密着部１２ｂとでシール材１６に密着している。そして、第一段部１１ｃと第二段部１２ｃとは、いずれも乾燥空気流路３１に連続している。余剰シール材１６ａは、第一密着部１１ｂと第二密着部１２ｂとから第一段部１１ｃと第二段部１２ｃとにそれぞれはみ出しているが、乾燥空気流路３１には、はみ出していない。

図６に示されるように、第一セパレータ１１は、第一密着部１１ｂでシール材１６に密着している。そして、第一段部１１ｃは第一密着部１１ｂの両側に形成されており、一方の第一段部１１ｃは加湿流路１１ａに連続し、他方の第一段部１１ｃはカソードオフガス流路４１に連続している。余剰シール材１６ａは、第一密着部１１ｂから両側の第一段部１１ｃにはみ出しているが、加湿流路１１ａとカソードオフガス流路４１には、はみ出していない。

図６において、第二密着部１２ｂは形成されているが、第二段部１２ｃは形成されていない。第二密着部１２ｂには載置溝１８が形成され、載置溝１８に複数の除湿流路１２ａを跨ぐシールプレート１７が配置されている（図２も参照）。そして、シール材１６は、シールプレート１７の上面に密着しており、第二密着部１２ｂには密着していない。シールプレート１７を設けることにより、シール材１６だけを配置した場合と比較して、カソードオフガスが除湿流路１２ａに漏出するおそれを更に低下させることができる。なお、シール材１６は、平面視で、シールプレート１７より除湿流路１２ａ側及びカソードオフガス流路４１側にはみ出さないように構成されている。

本実施形態によると、第一セパレータ１１はシール材１６が密着する第一密着部１１ｂと第一段部１１ｃとを有し、第二セパレータ１２は第一密着部１１ｂに対向しシール材１６が密着する第二密着部１２ｂと第二段部１２ｃとを有している。これにより、シール材１６は、第一密着部１１ｂ及び第二密着部１２ｂの全体に密着すると共に、余剰シール材１６ａが第一密着部１１ｂから第一段部１１ｃにはみ出し、第二密着部１２ｂから第二段部１２ｃにはみ出す。この結果、適量よりも多い量のシール材１６が塗布された場合であっても、第一密着部１１ｂ及び第二密着部１２ｂの密着に使用されなかった余剰シール材１６ａが第一段部１１ｃと第二段部１２ｃとにはみ出すので、シール材１６を第一セパレータ１１の第一密着部１１ｂと第二セパレータ１２の第二密着部１２ｂとの全体に密着させることができる。その結果、乾燥空気とカソードオフガスとの連通を確実に防止することができる。また、第一段部１１ｃ及び第二段部１２ｃは、シール材１６がはみ出す凹状領域となり、加湿流路１１ａや除湿流路１２ａにシール材１６がはみ出すことを抑制する緩衝機能を発揮する。

また、第一密着部１１ｂが第一セパレータ１１の外縁の全周に亘って形成されると共に、第二密着部１２ｂが第二セパレータ１２の外縁の全周に亘って形成されているので、乾燥空気が第一セパレータ１１から漏出することを防止できると共に、カソードオフガスが第二セパレータ１２から漏出することを防止することができる。また、シール材１６の余剰シール材１６ａは、第一段部１１ｃから加湿流路１１ａにはみ出しておらず、且つ第二段部１２ｃから除湿流路１２ａにはみ出していないので、シール材１６が加湿流路１１ａ及び除湿流路１２ａの流路断面積を減少させることはなく、圧力損失や加湿性能の低下を引き起こすこともない。

さらに、第一段部１１ｃをカソードオフガス流路４１の全周、及び除湿空気流路４２の全周に形成し、第二段部１２ｃを乾燥空気流路３１の全周、及びカソードガス流路３２の全周に形成することにより、シール材１６が、乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２、カソードオフガス流路４１、及び除湿空気流路４２にはみ出ることを抑制することができる。そのため、シール材１６が乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２、カソードオフガス流路４１、及び除湿空気流路４２の流路断面積を減少させることはなく、圧力損失や加湿性能の低下を引き起こすこともない。なお、シール材１６のはみ出しが許容されている箇所等においては、第一段部１１ｃや第二段部１２ｃを形成しなくてもよい。すなわち、そのような箇所においては、第一段部１１ｃをカソードオフガス流路４１の全周の一部、及び除湿空気流路４２の全周の一部に形成し、第二段部１２ｃを乾燥空気流路３１の全周の一部、及びカソードガス流路３２の全周の一部に形成するように構成してもよい。

第一セパレータ１１と第二セパレータ１２とが垂直になるようにセパレータ１０ａを配置して加湿ユニット１０を構成した場合、シール材１６の上方であって、第一密着部１１ｂとシール材１６と第二密着部１２ｂとで形成される窪みにカソードオフガスに含まれる水分が凝縮して溜まる場合がある。これは、特に、乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２、カソードオフガス流路４１、及び除湿空気流路４２の鉛直方向の下端の部位において顕著である。以下では、カソードオフガス流路４１の鉛直方向下端の部位についてのみ説明するが、乾燥空気流路３１、カソードガス流路３２、除湿空気流路４２のそれぞれの鉛直方向下端の部位においても同様である。

カソードオフガス流路４１に連続する窪みに溜まった凝縮水１９は、凍結すると、シール材１６と第一セパレータ１１の第一密着部１１ｂ、及びシール材１６と第二セパレータ１２の第二密着部１２ｂを引き剥がす方向に力を作用させる。しかし、本実施形態のように、第一密着部１１ｂに連続する第一段部１１ｃと第二密着部１２ｂに連続する第二段部１２ｃとを形成することにより、図７に示されるように、凝縮水１９が第一段部１１ｃ及び第二段部１２ｃに溜まって凍結したとしても、凍結した凝縮水１９がシール材１６と第一密着部１１ｂ、及びシール材１６と第二密着部１２ｂを引き剥がす力を低減させることができる。これは、余剰シール材１６ａが第一段部１１ｃ及び第二段部１２ｃの底部を覆っており、シール材１６と第一密着部１１ｂ及び第二密着部１２ｂとの間への凝縮水１９の浸入を防止して密着性を担保できるからである。これにより、シール材１６と第一密着部１１ｂ、及びシール材１６と第二密着部１２ｂを剥がれにくくすることが可能となる。

図７においては、第一段部壁面１１ｄと第一流路壁面１１ｅが直角であり、第二段部壁面１２ｄと第二流路壁面１２ｅが直角であった。しかし、図８に示されるように、第一段部１１ｃを構成する第一段部壁面１１ｄと第一流路壁面１１ｅとのなす角である壁面角θを鈍角にし、第二段部１２ｃを構成する第二段部壁面１２ｄと第二流路壁面１２ｅとのなす角である壁面角θを鈍角にすることにより、更に凝縮水１９がシール材１６と第一密着部１１ｂ、及びシール材１６と第二密着部１２ｂを引き剥がす方向の分力を低減させることができる。これにより、シール材１６と第一密着部１１ｂ、及びシール材１６と第二密着部１２ｂを更に剥がれにくくすることが可能となる。

上記各実施形態及び変形例に係る構成は、可能な限り組み合わせることができる。

本開示は、燃料電池用加湿器に用いることが可能である。

１ ：燃料電池用加湿器
１１ ：第一セパレータ
１１ａ ：加湿流路（乾燥ガス流路）
１１ｂ ：第一密着部
１１ｃ ：第一段部
１１ｄ ：第一段部壁面
１１ｅ ：第一流路壁面
１２ ：第二セパレータ
１２ａ ：除湿流路（含水ガス流路）
１２ｂ ：第二密着部
１２ｃ ：第二段部
１２ｄ ：第二段部壁面
１２ｅ ：第二流路壁面
１３ ：加湿膜
１６ ：シール材
１６ａ ：余剰シール材（シール材）
３１ ：乾燥空気流路（乾燥空気導入口、乾燥ガス流路）
３２ ：カソードガス流路（乾燥空気導出口、乾燥ガス流路）
４１ ：カソードオフガス流路（含水空気導入口、含水ガス流路）
４２ ：除湿空気流路（含水空気導出口、含水ガス流路）
θ ：壁面角

Claims (4)

1. 一方の面の中央領域に乾燥空気が流通する乾燥ガス流路が形成された板状の第一セパレータと、
   前記第一セパレータに対向配置され、前記乾燥ガス流路に対向する面の中央領域に含水空気が流通する含水ガス流路が形成された板状の第二セパレータと、
   前記乾燥ガス流路と前記含水ガス流路との間に配置され、前記乾燥空気に対して前記含水空気に含まれる水分を与えることにより、前記乾燥空気を加湿空気にすると共に前記含水空気を除湿空気にする加湿膜と、
   前記乾燥ガス流路と前記含水ガス流路との連通を防ぐシール材と、を備え、
   前記第一セパレータは、前記シール材が密着する第一密着部と、前記第一密着部から段状に拡幅された第一段部とを有し、
   前記第二セパレータは、前記第一密着部に対向し前記シール材が密着する第二密着部と、前記第二密着部から段状に拡幅された第二段部とを有し、
   前記シール材は、前記第一密着部及び前記第二密着部の全体に密着すると共に、余剰シール材が前記第一密着部から前記第一段部にはみ出すと共に、前記第二密着部から前記第二段部にはみ出している燃料電池用加湿器。
2. 前記第一密着部と前記第一段部とは、前記第一セパレータの外縁の全周に亘って形成され、
   前記第二密着部と前記第二段部とは、前記第二セパレータの外縁の全周に亘って形成され、
   前記第一段部の一部は前記乾燥ガス流路に連続し、前記第二段部の一部は前記含水ガス流路に連続しており、
   前記シール材の前記余剰シール材は、前記第一段部から前記乾燥ガス流路にはみ出しておらず、且つ前記第二段部から前記含水ガス流路にはみ出していない請求項１に記載の燃料電池用加湿器。
3. 前記第一段部を構成する壁面のうち前記乾燥ガス流路に連続する第一段部壁面と、前記乾燥ガス流路を構成する壁面のうち前記第一段部に連続する第一流路壁面とのなす角は鈍角であり、
   前記第二段部を構成する壁面のうち前記含水ガス流路に連続する第二段部壁面と、前記含水ガス流路を構成する壁面のうち前記第二段部に連続する第二流路壁面とのなす角は鈍角である請求項２に記載の燃料電池用加湿器。
4. 前記第一セパレータと前記第二セパレータはそれぞれ、前記乾燥ガス流路に供給される前記乾燥空気が流通する乾燥空気導入口と、前記乾燥ガス流路から排出された前記加湿空気が流通する乾燥空気導出口と、前記含水ガス流路に供給される前記含水空気が流通する含水空気導入口と、前記含水ガス流路から排出された前記除湿空気が流通する含水空気導出口とを有し、
   前記第一段部は、前記含水空気導入口の全周又は一部、及び前記含水空気導出口の全周又は一部に形成され、
   前記第二段部は、前記乾燥空気導入口の全周又は一部、及び前記乾燥空気導出口の全周又は一部に形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池用加湿器。

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