JP3511653B2 - 燃料電池の加湿装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の加湿装置に
関し、詳しくは燃料電池の電極に供給する燃料ガスを加
湿する加湿装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体高分子型燃料電池では、次式に示す
ように、アノードでは水素ガスを水素イオンと電子にす
る反応が、カソードでは酸素ガスと水素イオンおよび電
子から水を生成する反応が行なわれる。 【０００３】アノード 反応：Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- カソード 反応：２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- ＋（１／２）Ｏ² →Ｈ₂
Ｏ 【０００４】アノードで発生した水素イオンは、水和状
態（Ｈ⁺・ｘＨ₂Ｏ）となって電解質膜中をカソードに移
動する。このため、電解質膜のアノード側表面付近で
は、水が不足する状態となり、上述の反応を連続して行
なうには、この不足する水を補給する必要がある。固体
高分子型燃料電池に用いられる電解質膜は、湿潤状態で
良好な電気伝導性を有するが、含水率が低下すると、電
解質膜の電気抵抗が大きくなって電解質として十分に機
能しなくなり、場合によっては、電極反応を停止させて
しまう。 【０００５】この水の補給は、燃料ガスを加湿すること
により行なうのが一般的である。燃料ガスを加湿する装
置としては、燃料ガスをバブリングして加湿する装置
や、燃料ガスに加圧水を直接噴霧して加湿する装置（例
えば、特開平５−５４９００号公報）、水蒸気を透過す
るガス拡散膜を介して燃料ガスを加湿する装置（例え
ば、特開平３−２０９７１号公報）、四フッ化エチレン
樹脂製の多孔質膜を介して燃料ガスを加湿する装置（例
えば、特開平３−２６９９５８号公報）等が提案されて
いる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の加湿装置では、いずれも加湿する水の量（加湿量）を
適正かつ容易にコントロールすることができないという
問題があった。バブリングして加湿する装置では、加湿
量は、燃料ガスの温度や燃料ガスと水との接触時間等に
より定まり、燃料ガス量に対して所望の加湿量とはなら
ない。燃料ガスに加圧水を直接噴霧して加湿する装置で
は、噴射量を制御することにより加湿量をコントロール
することができるが、噴霧ノズルの状態により噴霧状態
が変化し、時には噴霧ノズルに異物が詰まり加湿できな
い場合を生じる。ガス拡散膜を用いて加湿する装置で
は、液相の水を用いることができず、水蒸気とするため
に水を加熱しなければならない。四フッ化エチレン樹脂
製の多孔質膜を用いる加湿装置では、多孔質膜上で気化
した水の量だけ多孔質膜に隣接した多孔体から液相の水
が補給される構造であり、その補給される水量を精度よ
く調節或いは設定することは困難である。 【０００７】加湿量を調整できないこのような旧来の装
置では、燃料ガスを過剰に加湿してしまうことがあり、
この場合には、水蒸気が電極上で結露して電極を濡ら
し、電極への燃料ガスの供給を妨げ、燃料電池の性能を
低下させてしまうという問題をも生じる。 【０００８】本発明の燃料電池の加湿装置は、こうした
問題を解決し、加湿量を適正かつ容易にコントロールす
ることを目的としてなされ、次の構成を採った。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池の加湿
装置は、燃料電池の電極に供給する燃料ガスを加湿する
加湿装置であって、前記燃料ガスの流路および水の流路
に接し、該燃料ガスと該水との圧力差に応じて該水を透
過する多孔膜と、前記圧力差を設定或いは調整する圧力
差調整手段と、前記多孔膜の前記燃料ガスの流路側に設
けられ、前記多孔膜を透過した水と前記燃料ガスとの接
触面積を大きくする親水層と、を備え、前記親水層は、
前記多孔膜にラミネートした不織布であることを要旨と
する。 【００１０】 【００１１】 【作用】以上のように構成された本発明の燃料電池の加
湿装置は、多孔膜が、圧力差調整手段により設定或いは
調整された燃料ガスと水との圧力差に応じて水を透過す
る。透過した水は、気化して水蒸気となり燃料ガスと混
合する。この結果、多孔膜を透過する水量の調整が可能
となり、ひいては燃料ガスの加湿量の調整が可能とな
る。また、多孔膜の燃料ガスの流路側に多孔膜を透過し
た水を燃料ガスに気化させる親水層を備えているので、
燃料ガスと水との接触面積が大きくなり、加湿能力が増
す。さらに、親水層を多孔膜にラミネートした不織布と
しているので、製造も容易となる。 【００１２】 【００１３】 【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図１は、本発明の燃料電池の加湿装置の実施例
を適用した固体高分子型燃料電池１０の概略構成を例示
した模式図である。固体高分子型燃料電池１０は、単電
池のセル１００と冷却水流路２００とをその厚み方向に
複数積層してなる発電ゾーン２０と、水素ガスを加湿す
る水素ガス加湿層３００および酸素含有ガスを加湿する
酸素含有ガス加湿層４００からなる加湿ゾーン３０と、
水素ガス加湿層３０で水素ガスの加湿量を制御する制御
装置８００とを備える。 【００１４】セル１００は、その構造の概略を例示した
図２のように、電解質膜１１０と、この電解質１１０を
両側から挟んでサンドイッチ構造とするカソード１２０
およびアノード１３０と、このサンドイッチ構造を両側
から挟むと共にカソード１２０およびアノード１３０と
でカソード側燃料およびアノード側燃料の流路を形成す
る集電極１４０および１５０と、集電極１４０および１
５０の外側に配置されセル１００を積層した際の隔壁を
なすセパレータ１６０とにより構成されている。 【００１５】電解質膜１１０は、高分子材料、例えばフ
ッ素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤
状態で良好な電気電導性を示す。カソード１２０および
アノード１３０は、炭素繊維からなる糸で織成したカー
ボンクロスにより形成されており、このカーボンクロス
には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる
合金等を担持したカーボン粉がクロスの隙間に練り込ま
れている。集電極１４０および１５０は、多孔質でガス
透過性を有する気孔率が４０ないし８０％のポーラスカ
ーボンにより形成されている。集電極１４０は、カソー
ド１２０の表面とでカソード燃料の酸素含有ガスの流路
をなすと共にカソード１２０で生成する水の集水路をな
す酸素ガス流路１４８を形成する。また、集電極１５０
は、アノード１３０の表面とでアノード燃料の水素ガス
と水蒸気との混合ガスの流路をなす水素ガス流路１５８
を形成する。セパレータ１６０は、カーボンを圧縮して
ガス不透過としたガス不透過カーボンにより形成されて
おり、電解質膜１１０，電極１２０，１３０，集電極１
４０および１５０により構成されるセルをその厚み方向
に積層する際の隔壁をなす。 【００１６】水素ガス加湿層３００は、その構造の概略
を例示した図３のように、水素ガス加湿層３００の中央
層を形成する水流路構造体３０５と、水流路構造体３０
５の両側に配置して水流路構造体３０５とで水流路３０
８を形成すると共に水流路３０８の水を透過する水透過
層３１０と、水透過層３１０の外側に配置され水素ガス
加湿層３００の外層をなすと共に水透過層３１０とで水
素ガス流路３４８を形成するガス流路構造体３４０とに
より構成されている。以下に、さらに詳しく説明する。 【００１７】水流路構造体３０５は、カーボンを圧縮し
てガス不透過としたガス不透過カーボンにより形成され
ている。水流路構造体３０５は、所定の厚みの枠形状を
しており、その厚み方向の両側を水透過層３１０で挟ま
れることにより水流路３０８を形成する。この水流路３
０８は、水流路構造体３０５と水透過層３１０とをシー
ル部材３０６によりシールすることにより水密となって
いる。なお、実施例では水流路構造体３０５をガス不透
過カーボンにより形成したが、水に対して安定な材質で
あれば如何なる材質により形成してもかまわない。 【００１８】水透過層３１０は、ポリプロピレン製で孔
径１０^-8ないし１０^-7の孔を多数有するフィルム状のマ
イクロポーラスフィルム３１２と、このマイクロポーラ
スフィルム３１２のガス流路構造体３４０側の表面にラ
ミネートした親水層３１４とからなる。 【００１９】マイクロポーラスフィルム３１２は、フィ
ルムを境とした両側の圧力差に応じて水を透過する。マ
イクロポーラスフィルム３１２に作用する圧力とマイク
ロポーラスフィルム３１２を透過する水量との関係の一
例を表わしたグラフを図４に示す。図中、直線Ａは、最
大孔径０．２５×０．０７５μｍ，空孔率４５％，厚み
２５μｍのマイクロポーラスフィルムが、その表面を界
面活性剤により親水処理された場合に示す特性であり、
直線Ｂは、最大孔径０．１２５×０．０５μｍ，空孔率
３８％，厚み２５μｍのマイクロポーラスフィルムが、
その表面を界面活性剤により親水処理された場合に示す
特性である。マイクロポーラスフィルムの両側に作用す
る燃料ガスと水の圧力差に対して、このフィルムを透過
する水の量は、マイクロポーラスフィルムの孔径や空孔
率，厚み，フィルムの表面状態によって定まる。マイク
ロポーラスフィルム３１２は、例えば、ダイセル化学工
業から商品名「セルガード」として入手することができ
る。 【００２０】親水層３１４は、ポリプロピレンを材料と
した不織布からなり、マイクロポーラスフィルム３１２
を透過した水と水素ガスとの接触面積を大きくして、加
湿能力を高める。 【００２１】ガス流路構造体３４０は、ガス不透過カー
ボンにより形成されている。ガス流路構造体３４０の水
透過層３１０側の表面には、平行に配列された複数の凸
部３４２が設けられており、複数の凸部３４２と水透過
層３１０とで複数の水素ガス流路３４８を形成する。ま
た、ガス流路構造体３４０と水透過層３１０は、シール
部材３４６によりシールされている。なお、実施例では
ガス流路構造体３４０をガス不透過カーボンにより形成
したが、水素ガスに侵されない材質であれば如何なる材
質により形成してもかまわない。 【００２２】また、水素ガス加湿層３００の水流路３０
８と水素ガス流路３４８には、水流路３０８内の水圧を
測定する圧力計３０９と、水素ガス流路３４８内の水素
ガス圧を測定する圧力計３４９とが設けられており、圧
力計３０９および圧力計３４８は、制御装置８００に接
続されている。 【００２３】こうして構成された水素ガス加湿層３００
は、水流路３０８を流れる水の圧力と水素ガス流路３４
８を流れる水素ガスの圧力との差に応じて水流路３０８
の水がマイクロポーラスフィルム３１２を透過する。こ
の透過した水は、親水層３１４で水素ガス中に気化して
水素ガスを加湿する。 【００２４】固体高分子型燃料電池１０に用いられる燃
料ガスのうち酸素含有ガスを加湿する酸素含有ガス加湿
層４００は、水素ガス加湿層３００を構成する水流路構
造体３０５，水透過層３１０およびガス流路構造体３４
０と同一の水流路構造体４０５，水透過層４１０および
ガス流路構造体４４０を備え、水素ガス加湿層３００の
水流路４０８および水素ガス流路３４８に相当する水流
路４０８および酸素ガス流路４４８とを有する。また、
水透過層４１０は、水透過層３１０と同様にマイクロポ
ーラスフィルム４１２と親水層４１４とから構成されて
いる。したがって、酸素含有ガス加湿層４００は、水流
路４０８を流れる水の圧力と酸素ガス流路４４８を流れ
る酸素含有ガスの圧力との差に応じて水流路４０８の水
がマイクロポーラスフィルム４１２を透過する。この透
過した水は、親水層４１４で酸素含有ガス中に気化して
酸素含有ガスを加湿する。 【００２５】次に、セル１００の燃料ガスの流路１４８
および１５８，冷却水流路２００，水素ガス加湿層３０
０の水流路３０８および水素ガス流路３４８，酸素含有
ガス加湿層４００の水流路４０８および酸素ガス流路４
４８等の接続状態について説明する。発電ゾーン２０の
冷却水流路２００の入口は、水通路５２０，ポンプ５０
０を介して図示しない貯水槽に接続されており、冷却水
流路２００の出口は、水通路５２２を介して水素ガス加
湿層３００の水流路３０８および酸素含有ガス加湿層４
００の水流路４５８の入口に接続されている。したがっ
て、発電ゾーン２０で冷却水として用いられた水が、水
素ガス加湿層３００の水流路３０８および酸素含有ガス
加湿層４００の水流路４５８へ供給される。また、水流
路３０８および水流路４５８の出口は、水通路５２４を
介して図示しない熱交換器および貯水槽に接続されてい
る。 【００２６】また、ポンプ５００には、ポンプ５００の
回転数を可変する電動機５１０が設けられている。この
電動機５１０は、制御装置８００に接続されており、制
御装置８００からの制御信号に基づいて回転数でポンプ
５００を駆動する。したがって、ポンプ５００の回転数
を変えることで、冷却水流路２００および水流路３０８
内の水圧を調整することができる。 【００２７】水素ガス加湿層３００のガス流路構造体３
４０に形成された水素ガス流路３４８の入口は、水素ガ
ス通路６２０，ブロワ６００を介して水素ガス貯蔵槽
（図示せず）に接続されており、水素ガス流路３４８の
出口は、水素ガス通路６２２を介してセル１００の集電
極１５０に形成された水素ガス流路１５８の入口に接続
されている。したがって、水素ガス流路１５８には、水
素ガスと水蒸気との混合ガスが流入する。また、水素ガ
ス流路１５８の出口は、水素ガス通路６２４を介して水
素ガス回収槽（図示せず）に接続されている。 【００２８】酸素含有ガス加湿層４００のガス流路構造
体４４０に形成された酸素ガス流路４４８の入口は、酸
素ガス通路７２０を介してブロワ７００に接続されてお
り、酸素ガス流路４４８の出口は、酸素ガス通路７２２
を介してセル１００の集電極１４０に形成された酸素ガ
ス流路１４８の入口に接続されている。したがって、酸
素ガス流路１４８には、酸素含有ガスと水蒸気との混合
ガスが流入する。また、酸素ガス流路１４８の出口は、
酸素ガス通路７２４を介して外部大気と接続されてい
る。 【００２９】制御装置８００は、マイクロコンピュータ
を中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め
設定された制御プログラムに従って所定の演算等を実行
するＣＰＵ８１０、ＣＰＵ８１０で各種演算処理を実行
するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格
納されたＲＯＭ８２０、同じくＣＰＵ８１０で各種演算
処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書
きされるＲＡＭ８３０、圧力計３０８および圧力計３４
９からの検出信号を入力する入力処理回路８４０、ＣＰ
Ｕ８１０での演算結果に応じて電動機５１０に制御信号
を出力する出力処理回路８５０を備えている。 【００３０】こうして構成された固体高分子型燃料電池
１０は、上述した化学反応により化学エネルギを直接電
気エネルギに変換するが、加湿ゾーン３０で加湿された
燃料ガスにより、この化学反応がスムーズに行なわれて
いる。 【００３１】すなわち、アノード１３０では、水素が水
素イオンと電子となる反応が行なわれ、生じた水素イオ
ンが、アノード１３０付近の水と結合して水和状態とな
って電解質膜１１０内を移動する。このため、そのまま
では電解質膜１１０のアノード１３０付近で水が不足す
るが、この不足は、水素ガスと水蒸気との混合ガス中の
水蒸気により補給される。この結果、電解質膜１１０は
常に湿潤状態となり、水素イオンは電解質膜１１０内を
スムーズに移動することができ、アノード反応がスムー
ズに行なわれる。カソード１２０では、水素イオンと電
子と酸素とにより水を生成する反応が行なわれる。酸素
含有ガスと水蒸気の混合ガス中の水蒸気は、運転開始直
後の電解質膜１１０の湿潤状態を確保すると共にカソー
ド１２０と集電極１４０等との接触抵抗を低減させる。 【００３２】次に、水素ガス加湿層３００での加湿量の
制御を図５に基づいて説明する。図５は、制御装置８０
０のＣＰＵ８１０で実行される差圧制御ルーチンを例示
したフローチャートである。この差圧制御ルーチンは、
ＲＯＭ８２０に記憶されており、固体高分子型燃料電池
１０が運転された後、所定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ
毎）に実行される。 【００３３】本ルーチンが実行されると、まずＣＰＵ８
１０は、圧力計３０９により測定される水圧Ｐｗと圧力
計３４９により測定される水素ガス圧Ｐｈとを入力処理
回路８４０を介して読み込む（ステップＳ１００）。次
に、固体高分子型燃料電池１０が要求する加湿量Ｗ＊に
基づいて水圧と水素ガス圧との設定差圧△Ｐｓｅｔを定
める（ステップＳ１１０）。加湿量Ｗ＊は、固体高分子
型燃料電池１０の運転状態等により求められるものであ
る。続いて、ステップＳ１００で読み込んだ水圧Ｐｗか
ら水素ガス圧Ｐｈを減じて差圧△Ｐを求め（ステップＳ
１２０）、この差圧△Ｐと設定差圧△Ｐｓｅｔとの差の
絶対値と閾値Ｐｒｅｆと比較する（ステップＳ１３
０）。ここで、閾値Ｐｒｅｆは、差圧△Ｐが設定差圧△
Ｐｓｅｔから許容される圧力差の最大値である。この閾
値Ｐｒｅｆは、ポンプ５００の回転数を制御できる最小
値等により定められる。 【００３４】差圧△Ｐと設定差圧△Ｐｓｅｔとの差の絶
対値が閾値Ｐｒｅｆ以下のときには、適正な加湿量を得
るのに適切な差圧であると判断して本ルーチンを終了す
る。閾値Ｐｒｅｆより大きいときには、差圧△Ｐと設定
差圧△Ｐｓｅｔとの差に制御ゲインＫを乗じて回転数増
減量△Ｆを求め（ステップＳ１４０）、ＣＰＵ８１０か
ら出力処理回路８５０を介して電動機５１０に制御信号
を出力して、ポンプ５００の回転数を回転数増減量△Ｆ
だけ増減させる（ステップＳ１５０）。こうして水圧Ｐ
ｗと水素ガス圧Ｐｈとの差圧△Ｐを設定差圧△Ｐｓｅｔ
にして適正な加湿量とする。 【００３５】次に、固体高分子型燃料電池１０の特性を
具体例を用いて説明する。図６は、固体高分子型燃料電
池１０の電流密度と電圧との関係の一例を例示したグラ
フである。図中曲線Ｃは、次の固体高分子型燃料電池１
０が示す運転特性である。この固体高分子型燃料電池１
０の発電ゾーン２０は、電解質膜１１０としてデュポン
社製Ｎａｆｉｏｎ膜（商品名）を用い、白金０．４ｍｇ
／ｃｍ² を担持したカーボンクロスのカソード１２０お
よびアノード１３０とをホットプレス法により電解質膜
１１０に圧着し、電極面積１４４ｃｍ² として形成した
セル１００を５０セル積層して構成されている。また、
加湿ゾーン３０は、図４の直線Ａの特性を持つマイクロ
ポーラスフィルム３１２にポリプロピレン製の不織布を
ラミネートし、透過面積１４４ｃｍ² として形成した水
透過層３１０，４１０を用いた水素ガス加湿層３００お
よび酸素含有ガス加湿層４００により構成されている。
燃料ガスおよび冷却水の運転条件は、水素ガスの圧力お
よび酸素含有ガスの圧力は共に２ｋｇ／ｃｍ² で、冷却
水の圧力は２．２ｋｇ／ｃｍ² である。 【００３６】燃料ガスの圧力と冷却水の圧力との差であ
る０．２ｋｇ／ｃｍ² は、固体高分子型燃料電池１０を
電流密度１Ａ／ｃｍ²で運転しても十分な補給水を得る
ことができることを意味する。すなわち、この固体高分
子型燃料電池１０を電流密度１Ａ／ｃｍ² で運転するに
は、水素ガスは理論流量５０リットル／ｍｉｎ、ストイ
キ比１．３として６５リットル／ｍｉｎが必要となる。
この場合、水素イオンが電解質膜１１０内を３分子の水
と水和した状態で移動し、カソード１２０で生成する水
が電解質膜１１０内へ拡散することを考慮して、水素イ
オン１個に対して０．２分子の水が不足すると仮定すれ
ば、電解質膜１１０で不足する水量は、約２２ｇ／ｍｉ
ｎとなり、単位面積（１ｃｍ² ）当たりに換算するとの
０．０８ｇ／ｍｉｎとなる。この透過流量を得るマイク
ロポーラスフィルム３１２の圧力は、図４の直線Ａから
０．１９ｋｇ／ｃｍ² と求められる。したがって、圧力
差０．２ｋｇ／ｃｍ² は、固体高分子型燃料電池１０を
電流密度１Ａ／ｃｍ² で運転しても十分な水を補給し得
る値である。 【００３７】図中曲線Ｄは、曲線Ｃの特性を示す固体高
分子型燃料電池１０と水透過層３１０のみが異なる固体
高分子型燃料電池が、同一の燃料ガスおよび冷却水の運
転条件で運転したときに示す運転特性である。この固体
高分子型燃料電池の水透過層３１０は、マイクロポーラ
スフィルム３１２のみで構成され、親水層３１４のない
ものである。また、図中曲線Ｅは、曲線Ｃの特性を示す
固体高分子型燃料電池１０の発電ゾーン２０と同一構成
で、固体高分子型燃料電池１０の加湿ゾーン３０に代え
て水素ガスおよび酸素含有ガスをバブリングする加湿装
置を用いた固体高分子型燃料電池が、曲線Ｃと同一の条
件で運転したときに示す運転特性である。 【００３８】図示するように、水透過層３１０を用いた
固体高分子型燃料電池（曲線Ｃおよび曲線Ｄ）は、バブ
リングにより加湿した固体高分子型燃料電池（曲線Ｅ）
に比較して、電流密度の全領域において内部抵抗が小さ
く、高い電圧を示す。特に高電流密度領域では、顕著な
差を示す。親水層３１４を備えた水透過層３１０を用い
た固体高分子型燃料電池１０（曲線Ｃ）は、マイクロポ
ーラスフィルム３１２のみで親水層３１４のない水透過
層３１０を用いた固体高分子型燃料電池（曲線Ｄ）に比
して電流密度の全領域で高い電圧を示す。 【００３９】以上説明した固体高分子型燃料電池１０で
は、水透過層３１０にマイクロポーラスフィルム３１２
を用いたので液相の水を透過して、燃料ガスを加湿する
ことができる。また、マイクロポーラスフィルム３１２
の透過水量は、マイクロポーラスフィルム３１２に作用
する燃料ガスの圧力と水の圧力との差によって定まるの
で、圧力差を調整することにより加湿量を容易にコント
ロールすることができる。したがって、固体高分子型燃
料電池１０の運転状態に応じて圧力差を制御して加湿量
をコントロールすることも可能である。 【００４０】また、マイクロポーラスフィルム３１２の
表面にポリプロピレン製の不織布をラミネートして親水
層３１４を設けたので、燃料ガスと水との接触面積を大
きくすることができ、加湿能力を高めることができる。
この結果、加湿ゾーン３０を小型化できる。さらに、燃
料ガスを加湿する水に固体高分子型燃料電池１０の冷却
水を用いたので、固体高分子型燃料電池１０の構造をシ
ンプルとすることができ、小型化および低コスト化する
ことができる。このように固体高分子型燃料電池を小型
化およびシンプル化することができるので、自動車等の
移動体に搭載する電池として有効なものとなる。 【００４１】なお、本実施例では、加湿装置を加湿ゾー
ン３０として固体高分子型燃料電池本体の発電ゾーン２
０と一体としたが、固体高分子型燃料電池本体と別体と
する構成も好適である。また、実施例では、燃料ガスを
加湿する水に発電ゾーン２０の冷却水を用いたが、加湿
専用の水を用いる構成も差し支えない。さらに、実施例
では、燃料ガスを加湿するのに水素ガス加湿層３００と
酸素含有ガス加湿層４００とを設けそれぞれに水の流路
を形成したが、水の流路を挟む二つのガス流路構造体に
より形成される流路の一方を水素ガスの流路とし、他方
を酸素ガスの流路とした構成も好適である。もとより、
セル１００および冷却水流路２００からなる発電ゾーン
２０は、如何なる積層数および冷却水流路２００の配置
であってもかまわない。 【００４２】また、本実施例では、固体高分子型燃料電
池１０に水素ガス貯蔵槽（図示せず）から水素ガスを供
給したが、メタノール改質等により水素リッチガスを生
成して固体高分子型燃料電池１０に供給する構成も好適
である。この場合、固体高分子型燃料電池１０内への水
素リッチガスの流入温度を通常の加湿器を用いる場合に
比べて若干高め（例えば、９０℃程度）としておき、気
化熱によって水素ガス温度が所定温度（例えば８０℃）
以下となるのを防止するのが望ましい。メタノール改質
にて生成される水素リッチガスの温度は、通常２００℃
〜３００℃であり、固体高分子型燃料電池１０の作動温
度よりかなり高温なので、温度を下げるために熱交換器
等を備えている。よって、この熱交換器等の設定温度を
高めに設定することで水素リッチガスの流入温度を調節
し得る。 【００４３】本実施例では、水圧Ｐｗと水素ガス圧Ｐｈ
との差圧△Ｐをポンプ５００の回転数を変えることによ
り調整したが、ブロワ６００の加圧量を変えることによ
り調整する構成、ポンプ５００の回転数およびブロワ６
００の加圧量を変えることにより調整する構成も好適で
ある。また、本実施例では酸素含有ガスの加湿量は、水
素ガスの加湿量の調整に伴って調整される構成とした
が、ブロワ７００の加圧量を調整することにより水素ガ
スの加湿量とは独立に調整する構成も好適である。 【００４４】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。 【００４５】 【発明の効果】以上説明したように本発明の燃料電池の
加湿装置では、多孔膜に作用する燃料ガスの圧力と水の
圧力との差を調整することにより多孔膜を透過する水量
を容易に調整することができるという効果を奏する。し
たがって、燃料ガスの加湿を適正に行なうことができ
る。 【００４６】また、親水層を備えた加湿装置とすれば、
燃料ガスと水との接触面積を大きくすることができ、加
湿能力を高めることができる。この結果、装置を小型化
することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例である燃料電池の加湿装置を
備えた固体高分子型燃料電池１０の構造の概略を例示し
たのブロック図である。 【図２】セル１００の構造の概略を例示した構造図であ
る。 【図３】水素ガス加湿層３００の構造の概略を例示した
構造図である。 【図４】マイクロポーラスフィルム３１２に作用する圧
力と透過する水量との関係の一例を表わしたグラフであ
る。。 【図５】制御装置８００のＣＰＵ８１０で実行される差
圧制御ルーチンを例示したフローチャートである。 【図６】固体高分子型燃料電池１０の電流密度と電圧と
の関係の一例を例示したグラフである。 【符号の説明】 １０…固体高分子型燃料電池 ２０…発電ゾーン ３０…加湿ゾーン １００…セル １１０…電解質膜 １２０…カソード １３０…アノード １４０…集電極 １４８…酸素ガス流路 １５０…集電極 １５８…水素ガス流路 １６０…セパレータ ２００…冷却水流路 ３００…水素ガス加湿層 ３０５…水流路構造体 ３０６，３４６…シール部材 ３０８…水流路 ３０９…圧力計 ３１０…水透過層 ３１２…マイクロポーラスフィルム ３１４…親水層 ３４０…ガス流路構造体 ３４２…凸部 ３４８…水素ガス流路 ３４９…圧力計 ４００…酸素含有ガス加湿層 ４０５…水流路構造体 ４０８…水流路 ４１０…水透過層 ４１２…マイクロポーラスフィルム ４１４…親水層 ４４０…ガス流路構造体 ４４８…酸素ガス流路 ５００…ポンプ ５１０…電動機 ５２０，５２２，５２４…水通路 ６００，７００…ブロワ ６２０，６２２，６２４…水素ガス通路 ７２０，７２２，７２４…酸素ガス通路 ８００…制御装置 ８１０…ＣＰＵ ８２０…ＲＯＭ ８３０…ＲＡＭ ８４０…入力処理回路 ８５０…出力処理回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/02 - 8/10 F24F 6/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 燃料電池の電極に供給される２種類の燃
   料である水素ガスと酸素ガスのうちの一方を含む燃料ガ
   スを加湿する加湿装置であって、 前記燃料ガスの流路および水の流路に接し、該燃料ガス
   と該水との圧力差に応じて該水を透過する多孔膜と、 前記圧力差を設定或いは調整する圧力差調整手段と、 前記多孔膜の前記燃料ガスの流路側に設けられ、前記多
   孔膜を透過した水と前記燃料ガスとの接触面積を大きく
   する親水層と、を備え、 前記親水層は、前記多孔膜にラミネートした不織布であ
   る、 加湿装置。