JP4749525B2 - 燃料電池用加湿システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気自動車等の走行車両のエネルギー源として用いられつつある燃料電池に設けられる加湿システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年より、クリーンなエネルギー源として、固体高分子型の燃料電池を用いた電気自動車等の走行車両が開発されつつあり、例えば、特開平６−１３２０３８号に示されるような固体高分子電解質型燃料電池が知られている。一般に、この種の走行車両に用いられる固体高分子型の燃料電池は、水素イオン伝導性の固体高分子膜を白金触媒を担持したカーボンを含む電極で挟み込んで構成される発電素子つまり固体高分子電解質膜−電極接合体及び各電極面に、それぞれの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、発電素子を両側から支持するガス分離部材とを積層した構造を有している。
【０００３】
そして、一方の電極に燃料用供給ガスとして水素ガスを供給し、他方の電極に酸化剤用供給ガスとして酸素あるいは空気を供給して、燃料用供給ガスと酸化剤用供給ガスの酸化還元反応から直接電気エネルギーを抽出するようになっている。つまり、アノード側で水素ガスが水素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、酸素と水素イオンとが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ーを取り出すことができるようになっている
【０００４】
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、エネルギー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固体高分子電解質膜に水分を供給する必要がある。
このため、この種の燃料電池には、燃料用供給ガス及び酸化剤用供給ガス等の供給ガスを加湿して固体高分子電界質膜へ水分を供給し、良好な反応を維持させる加湿装置が設けられている。
【０００５】
ここで、この加湿装置が設けられた燃料電池の構成を図９に示すものを例にとって説明する。
図において、符号１は、加湿装置である。この加湿装置１には、スーパーチャージャー２によってエアクリーナ３を通過した外気が加圧されて供給ガスとして供給ガス用配管４へ送り込まれるようになっており、この送り込まれた供給ガスは、加湿装置１によって加湿されて燃料電池（以下スタックという）３へ送り込まれ、酸素が酸化剤として用いられ、オフガスとして排気されるようになっている。
スタック３での反応時に発生した水を含んだオフガスは、スタック３からオフガス用配管５へ送り出され、加湿装置１へ送り込まれ、含まれる水分が加湿装置１にて供給ガスへ受け渡され、その後、マフラー６を介して排気されるようになっている。
また、スタック３には、水素ガスからなる燃料ガスが燃料ガス循環用配管７によって供給され、循環されるようになっている。
【０００６】
加湿装置１には、その内部に、図１０及び図１１に示すような加湿器１１が設けられている。
この加湿器１１は、水蒸気透過膜（水透過膜）からなる複数のチューブ状の多孔質中空糸１２を束ねたもので、両端近傍における周面に複数の開口部１３が形成された円筒状のケーシング１４内に収納され、その両端では、中空糸１２の外表面同士及び中空糸１２の外表面とケーシング１４の内周面とが気密されている。
【０００７】
そして、この加湿器１１には、供給ガスが、ケーシング１４の一端側の開口部１３から送り込まれて中空糸１２間の隙間を通され、他端側の開口部１３から送り出されるようになっており、また、スタック３からのオフガスが、他端から中空糸１２内へ送り込まれ、一端から送り出されるようになっている。
【０００８】
中空糸１２は、図１２に示すように、無数の毛管部１５を有するもので、中空糸１２内へ送り込まれたオフガス中の水蒸気が、毛管部１５内にて凝縮して外周側へ移動し、供給ガスへ蒸発して受け渡されるようになっている。
つまり、この加湿器１１にて、オフガス中の水分が供給ガスへ受け渡され、これにより、供給ガスが加湿されるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、この加湿装置１は、供給ガス用配管４及びオフガス用配管５によってスタック３と接続するものであるので、システム全体の小型・軽量化には限度があった。また、この種の加湿装置１では、酸化剤として用いられる外気だけでなく水素ガスからなる燃料ガスの加湿を行う場合もあり、しかもスタック３には、冷却水が送出される配管も接続されるため、加湿装置１とスタック３との間及びスタック３の周囲の配管がさらに複雑化してしまうという問題があった。
そして、このように複雑な配管構造を有するため、製造時における組立性に劣るという問題もあった。
特に、小型・軽量化による内部空間の大容量化及び燃費向上が要求される走行車両の駆動源として燃料電池を用いる場合は、その小型・軽量化が急務であった。
【００１０】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、配管構造の簡略化を図り、装置全体の小型・軽量化及び組立性の向上が可能な燃料電池用加湿システムを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池用加湿システムは、ガス出口およびガス入口を有する燃料電池と、水分交換可能な膜体を備え、前記膜体により前記燃料電池から送り出されるガスに含まれる水分を前記燃料電池へ送り込むガスへ受け渡すことで加湿する加湿器と、を有する燃料電池用加湿システムにおいて、前記加湿器に前記燃料電池と接する接続側ジャンクションブロックが連結された加湿ユニットを備え、前記接続側ジャンクションブロックは、一体化されたガス送出口およびガス吸入口を備え、前記接続側ジャンクションブロックには、前記加湿器の前記膜体の一面側と、前記ガス吸入口とを連通する第１の連通路（例えば、実施形態における連通路５５）と、前記加湿器の前記膜体の他面側と、前記ガス送出口とを連通する第２の連通路（例えば、実施形態における連通路５０よび連通路５４）と、が形成され、前記接続側ジャンクションブロックの前記ガス送出口を前記燃料電池のガス入口に、前記接続側ジャンクションブロックの前記ガス吸入口を前記燃料電池のガス出口に接続することで、前記加湿ユニットが前記燃料電池に一体的に取り付けられていることを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、加湿器に燃料電池と接する接続側ジャンクションブロックが連結された加湿ユニットを備え、接続側ジャンクションブロックは、一体化されたガス送出口およびガス吸入口を備え、接続側ジャンクションブロックには、加湿器の膜体の一面側と、ガス吸入口とを連通する第１の連通路と、加湿器の膜体の他面側と、ガス送出口とを連通する第２の連通路と、が形成されている。そして、接続側ジャンクションブロックのガス送出口を燃料電池のガス入口に、接続側ジャンクションブロックのガス吸入口を燃料電池のガス出口に接続することで、加湿ユニットが燃料電池に一体的に取り付けられている。したがって、従来のように、加湿装置と燃料電池とを配管によって接続する場合と比較して、構造の簡略化を図ることができ、装置全体の小型・軽量化を図ることができる。これにより、駆動源として燃料電池を用いた走行車両において、車両の小型・軽量化及び車両内の空間の大容量化を図ることができ、さらには、燃費を大幅に向上させることができる。
【００１３】
また、前記加湿ユニットは、前記加湿器の一端側に前記接続側ジャンクションブロックが連結され、前記接続側ジャンクションブロックは、前記接続側ジャンクションブロックの前記ガス送出口および前記ガス吸入口が形成された接続面を、前記燃料電池のガス入口およびガス出口が形成された接続面に突き合わせて接続されていることを特徴としている。
【００１４】
つまり、接続側ジャンクションブロックを燃料電池の接続面に突き合わせて接続することにより、接続側ジャンクションブロックに形成された連通路によって、極めて容易に、燃料電池のガスの出入口と加湿器の中空糸内及び中空糸間とを連通させて、加湿ユニットが一体化された燃料電池とすることができる。
これにより、配管によって複雑に接続するものと比較して、組立性の向上も図ることができる。
【００１５】
また、前記加湿ユニットは、前記加湿器の他端側に開放側ジャンクションブロックが連結され、前記開放側ジャンクションブロックには、端面からなる開放面に、前記加湿器に送り込むガスの配管および前記加湿器から送り出されるガスの配管が接続され、前記加湿器の前記膜体の一面側と、前記加湿器から送り出されるガスの配管とを連通する第３の連通路（例えば、実施形態における連通路５９）と、前記加湿器の前記膜体の他面側と、前記加湿器に送り込むガスの配管とを連通する第４の連通路（例えば、実施形態における連通路５７および連通路５８）と、が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
このように、加湿ユニットの開放側ジャンクションブロックの端面からなる開放面に接続された配管と加湿器の中空糸内及び中空糸間とが開放側ジャンクションブロックに形成された連通路によって連通されたもの、つまり、配管が開放側ジャンクションブロックの端面である開放面の一面に接続されたものあるので、従来、装置の周囲に接続されて複雑に配設された複数の配管を、配管どうしを近接させてまとめて整列状態に配設することができ、さらなる装置の小型・軽量化及び組み立て作業性の向上を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを、図面を参照して説明する。なお、前述した従来技術と同一構造部分には、同一符号を付して説明を省略する。
図１において、符号２１は、燃料電池用加湿システムである。この加湿システム２１は、加湿ユニット２２を有するもので、この加湿ユニット２２がスタック３に一体的に取り付けられている。
【００１８】
ここで、このスタック３について説明する。
図２に示すように、スタック３は、その一端の面が接続面２３とされており、この接続面２３には、正面視右上に水素ガスからなる燃料ガスがスタック３内へ送り込まれる燃料ガス入口２４ｉが形成され、正面視左下にスタック３から燃料ガスが送り出される燃料ガス出口２４ｏが形成されている。また、スタック３の接続面２３には、正面視左上に外気からなる供給ガスがスタック３内へ送り込まれる供給ガス入口２５ｉが形成され、正面視右下にオフガスが送り出されるオフガス出口２５ｏが形成されている。
【００１９】
つまり、スタック３には、燃料ガス入口２４ｉから燃料ガスが送り込まれるとともに供給ガス入口２５ｉから供給ガスが送り込まれ、スタック３内にて互いに化学反応された後、燃料ガスは燃料ガス出口２４ｏから排出され、供給ガスはオフガスとしてオフガス出口２５ｏから排出されるようになっている。
また、このスタック３の接続面２３には、正面視右中央部に冷却水入口２６ｉが形成され、正面視左中央部に冷却水出口２６ｏが形成されている。そして、このスタック３には、冷却水入口２６ｉから冷却水が供給され、スタック３内を冷却した冷却水は、冷却水出口２６ｏから排出されるようになっている。
【００２０】
次に、このスタック３の接続面２３に接続される加湿ユニット２２の構造について説明する。
図３にも示すように、この加湿ユニット２２は、両端に設けられたジャンクションブロック３１と、これらジャンクションブロック３１同士の間に設けられた一対の加湿器１１とから構成されており、加湿器１１は、その両端部がそれぞれジャンクションブロック３１に連結された状態にて上下に配列されている。
【００２１】
この加湿ユニット２２を構成するジャンクションブロック３１の内の一方の接続側ジャンクションブロック３１Ａは、その端面が接続面３２とされており、この接続面３２がスタック３の接続面２３と突き合わせた状態に接合されるようになっている。
【００２２】
この接続側ジャンクションブロック３１Ａの接続面３２には、正面視左上に燃料ガス送出口３４ｏが形成され、正面視右下に燃料ガス吸入口３４ｉが形成されている。また、接続面３２には、正面視右上に供給ガス送出口３５ｏが形成され、正面視左下にオフガス吸入口３５ｉが形成されている。
さらに、接続面３２には、正面視左中央部に冷却水送出口３６ｏが形成され、正面視右中央部に冷却水吸入口３６ｉが形成されている。
【００２３】
そして、この加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａの接続面３２をスタック３の接続面２３に突き合わせて接続した際に、接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス送出口３４ｏ及び燃料ガス吸入口３４ｉとスタック３の燃料ガス入口２４ｉ及び燃料ガス出口２４ｏとが互いに連通され、接続側ジャンクションブロック３１Ａの供給ガス送出口３５ｏ及びオフガス吸入口３５ｉとスタック３の供給ガス入口２５ｉ及びオフガス出口２５ｏとが互いに連通され、さらに、接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水送出口３６ｏ及び冷却水吸入口３６ｉとスタック３の冷却水入口２６ｉ及び冷却水出口２６ｏとが互いに連通されるようになっている。
なお、これら連通部分は、それぞれ図示しないＯリングによってシールされるようになっている。
【００２４】
また、スタック３と接続されない他方の開放側ジャンクションブロック３１Ｂの端面からなる開放面３７には、正面視右上に燃料ガスが送り込まれる燃料ガス供給口４１ｉが形成され、正面視左下に燃料ガスが排出される燃料ガス排出口４１ｏが形成されている。また、開放面３７には、その正面視右下に供給ガスが送り込まれる供給ガス供給口４２ｉが形成され、正面視左上にオフガスが排出されるオフガス排出口４２ｏが形成されている。
【００２５】
各ジャンクションブロック３１に接続された加湿器１１は、それぞれのジャンクションブロック３１に形成された連通路５１ａ、５１ｂを介して両端部同士が連通されている。接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス送出口３４ｏは、連通路５０（請求項１の「第２の連通路」に相当）を介して上方側の加湿器１１ａの端部近傍におけるケーシング１４に形成された開口部１３を囲うように形成された環状流路５２ａと連通されている。
【００２６】
接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス吸入口３４ｉは、ジャンクションブロック３１Ａ、３１Ｂ間にわたって配設された導通管５３と連通されており、この導通管５３は、開放側ジャンクションブロック３１Ｂに形成された燃料ガス排出口４１ｏと連通されている。接続側ジャンクションブロック３１Ａの供給ガス送出口３５ｏは、連通路５４（請求項１の「第２の連通路」に相当）を介して、下方側の加湿器１１ｂの端部近傍におけるケーシング１４に形成された開口部１３を囲うように形成された環状流路５２ｂと連通されている。
【００２７】
接続側ジャンクションブロック３１Ａのオフガス吸入口３５ｉは、連通路５５（請求項１の「第１の連通路」に相当）を介して、下方側の加湿器１１ｂの端部と連通されている。ここで、この加湿器１１ｂの端部は、連通路５１ａによって上方側の加湿器１１ａの端部と連通されているので、オフガス吸入口３５ｉは、上下の加湿器１１ａ、１１ｂの端部と連通されている。また、接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水送出口３６ｏ及び冷却水吸入口３６ｉは、それぞれ接続側ジャンクションブロック３１Ａの両側部に設けられた冷却水供給配管接続口５６ｉ及び冷却水排出配管接続口５６ｏに連通されている。
【００２８】
開放側ジャンクションブロック３１Ｂの燃料ガス供給口４１ｉは、連通路５７（請求項３の「第４の連通路」に相当）を介して上方側の加湿器１１ａの端部近傍におけるケーシング１４に形成された開口部１３を囲うように形成された環状流路５２ａ′と連通されている。開放側ジャンクションブロック３１Ｂの燃料ガス排出口４１ｏは、前述したように、ジャンクションブロック３１Ａ、３１Ｂ間にわたって配設された導通管５３と連通されている。
【００２９】
開放側ジャンクションブロック３１Ｂの供給ガス供給口４２ｉは、連通路５８（請求項３の「第４の連通路」に相当）を介して下方側の加湿器１１ｂの端部近傍におけるケーシング１４に形成された開口部１３を囲うように形成された環状流路５２ｂ′と連通されている。開放側ジャンクションブロック３１Ｂのオフガス排出口４２ｏは、連通路５９（請求項３の「第３の連通路」に相当）を介して、上方側の加湿器１１ａの端部と連通されている。ここで、この加湿器１１ａの端部は、連通路５１ｂによって下方側の加湿器１１ｂの端部と連通されているので、オフガス排出口４２ｏは、上下の加湿器１１ａ、１１ｂの端部と連通されている。
【００３０】
そして、上記の構造の加湿ユニット２２には、開放側ジャンクションブロック３１Ｂの開放面３７の燃料ガス供給口４１ｉ及び燃料ガス排出口４１ｏに燃料ガス用配管７が接続され、また、供給ガス供給口４２ｉに供給ガス用配管４が接続され、オフガス排出口４２ｏにオフガス用配管５が接続されるようになっている。
また、接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水供給配管接続口５６ｉには、冷却水供給配管６１が接続され、冷却水排出配管接続口５６ｏには、冷却水排出配管６２が接続されるようになっている。
【００３１】
次に、上記構造の加湿ユニット２２における流体の流れについて説明する。
（１）燃料ガスのスタック３への供給時
燃料ガス用配管７から送り込まれる燃料ガスは、図４に示すように、加湿ユニット２２の開放側ジャンクションブロック３１Ｂの燃料ガス供給口４１ｉから連通路５７を介して上方側の加湿器１１ａの一端側の開口部１３を囲う環状流路５２ａ′へ送り込まれて、加湿器１１ａのカートリッジ１４内の中空糸１２間を通過する。
【００３２】
その後、加湿器１１ａの他端側の開口部１３を囲う環状流路５２ａへ送り出され、連通路５０を通り、接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス送出口３４ｏから送り出され、スタック３の燃料ガス入口２４ｉからスタック３内へ送り込まれる。
ここで、この燃料ガスは、上方側の加湿器１１ａのカートリッジ１４内における中空糸１２間を通過することにより中空糸１２内を通過するオフガスの水蒸気が受け渡されて加湿されてスタック３へ送り込まれる。
【００３３】
（２）燃料ガスのスタック３からの排出時
スタック３の燃料ガス出口２４ｏから排出される燃料ガスは、図５に示すように、加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス吸入口３４ｉへ送り込まれ、その後、導通管５３を介して開放側ジャンクションブロック３１Ｂの燃料ガス排出口４１ｏから燃料ガス用配管７へ送り出されて循環される。
【００３４】
（３）供給ガスのスタック３への供給時
供給ガス用配管４から送り込まれた供給ガスは、図６に示すように、加湿ユニット２２の開放側ジャンクションブロック３１Ｂの供給ガス供給口４２ｉから連通路５８を介して下方側の加湿器１１ｂの一端側の開口部１３を囲う環状流路５２ｂ′へ送り込まれて、加湿器１１ｂのカートリッジ１４内の中空糸１２間を通過する。
【００３５】
その後、加湿器１１ｂの他端側の開口部１３を囲う環状流路５２ｂへ送り出され、連通路５４を通り、接続側ジャンクションブロック３１Ａの供給ガス送出口３５ｏから送り出され、スタック３の供給ガス入口２５ｉからスタック３内へ送り込まれる。
ここで、この供給ガスは、下方側の加湿器１１ｂのカートリッジ１４内における中空糸１２間を通過することにより中空糸１２内を通過するオフガスの水蒸気が受け渡されて加湿されてスタック３へ送り込まれる。
【００３６】
（４）オフガスのスタック３からの排出時
スタック３のオフガス出口２５ｏから排出されるオフガスは、図７に示すように、加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａのオフガス吸入口３５ｉへ送り込まれて、連通路５５を介して下方側の加湿器１１ｂの他端部へ導かれ、また、連通路５１ａを通り、上方側の加湿器１１ａの他端部にも導かれる。
【００３７】
その後、このオフガスは、加湿器１１ａ、１１ｂの中空糸１２内を通って一端側へ導かれ、下方側の加湿器１１ｂの一端部に導かれたオフガスは、連通路５１ｂを通り、上方側の加湿器１１ａの一端部に送られ、この上方側の加湿器１１ａの一端部から連通路５９を介してオフガス排出口４２ｏからオフガス用配管５へ送り出されて排出される。
ここで、オフガスは、上下の加湿器１１ａ、１１ｂの中空糸１２内を通過することにより、上方側の加湿器１１ａでは、中空糸１２間を通過する燃料ガスへ水蒸気を受け渡して加湿し、また、下方側の加湿器１１ｂでは、中空糸１２間を通過する供給ガスへ水蒸気を受け渡して加湿する。
【００３８】
（５）冷却水のスタック３への供給及びスタック３からの排出
図８に示すように、加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水供給配管接続口５６ｉに接続された冷却水供給配管６１から送り込まれた冷却水は、接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水送出口３６ｏからスタック３の冷却水入口２６ｉへ送り込まれる。
【００３９】
そして、このスタック３内へ送り込まれた冷却水は、スタック３を冷却して、冷却水出口２６ｏから送り出される。
この冷却水出口２６ｏから送り出された冷却水は、加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水排出配管接続口５６ｏに接続された冷却水排出配管６２へ送り出されて循環される。
【００４０】
このように、上記構造の加湿ユニット２２を有する燃料電池用加湿システム２１によれば、スタック３から送り出されるオフガスの水分をスタック３へ送り込む供給ガス及び燃料ガスへ受け渡して加湿する加湿器１１ａ、１１ｂを有する加湿ユニット２２がスタック３に一体的に取り付けられているので、従来のように、加湿装置とスタックとを配管によって接続する場合と比較して、構造の簡略化を図ることができ、装置全体の小型・軽量化を図ることができる。
これにより、駆動源として燃料電池を用いた走行車両において、車両の小型・軽量化及び車両内の空間の大容量化を図ることができ、さらには、燃費を大幅に向上させることができる。
【００４１】
しかも、接続側ジャンクションブロック３１Ａの接続面３２をスタック３の接続面２３に突き合わせて接続することにより、接続側ジャンクションブロック３１Ａに形成された連通路５０、５１ａ、５４、５５によって、極めて容易に、スタック３の各ガスの出入口と加湿器１１ａ、１１ｂの中空糸１２内及び中空糸１２間とを連通させて、加湿ユニット２１が一体化されたスタック３とすることができる。
これにより、配管によって複雑に接続するものと比較して、組立性の向上も図ることができる。
【００４２】
さらには、加湿ユニット２２の開放側ジャンクションブロック３１Ｂの端面からなる開放面３７に接続された供給ガス用配管４、オフガス用配管５及び燃料ガス用配管７と加湿器１１ａ、１１ｂの中空糸１２内及び中空糸１２間とが開放側ジャンクションブロック３１Ｂに形成された連通路５１ｂ、５７、５８、５９によって連通されたもの、つまり、各配管４、５、７が開放側ジャンクションブロック３１Ｂの端面である開放面３７の一面に接続されたものあるので、従来、装置の周囲に接続されて複雑に配設された複数の配管を、配管４、５、７どうしを近接させてまとめて整列状態に配設することができ、さらなる装置の小型・軽量化及び組み立て作業性の向上を図ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の燃料電池用加湿システムによれば、下記の効果を得ることができる。本発明によれば、加湿器に燃料電池と接する接続側ジャンクションブロックが連結された加湿ユニットを備え、接続側ジャンクションブロックは、一体化されたガス送出口およびガス吸入口を備え、接続側ジャンクションブロックには、加湿器の膜体の一面側と、ガス吸入口とを連通する第１の連通路と、加湿器の膜体の他面側と、ガス送出口とを連通する第２の連通路と、が形成されている。そして、接続側ジャンクションブロックのガス送出口を燃料電池のガス入口に、接続側ジャンクションブロックのガス吸入口を燃料電池のガス出口に接続することで、加湿ユニットが燃料電池に一体的に取り付けられている。したがって、従来のように、加湿装置と燃料電池とを配管によって接続する場合と比較して、構造の簡略化を図ることができ、装置全体の小型・軽量化を図ることができる。これにより、駆動源として燃料電池を用いた走行車両において、車両の小型・軽量化及び車両内の空間の大容量化を図ることができ、さらには、燃費を大幅に向上させることができる。
【００４４】
また、本発明の燃料電池用加湿システムによれば、接続側ジャンクションブロックを燃料電池の接続面に突き合わせて接続することにより、接続側ジャンクションブロックに形成された連通路によって、極めて容易に、燃料電池のガスの出入口と加湿器の中空糸内及び中空糸間とを連通させて、加湿ユニットが一体化された燃料電池とすることができる。これにより、配管によって複雑に接続するものと比較して、組立性の向上も図ることができる。
【００４５】
また、本発明の燃料電池用加湿システムによれば、加湿ユニットの開放側ジャンクションブロックの端面からなる開放面に接続された配管と加湿器の中空糸内及び中空糸間とが開放側ジャンクションブロックに形成された連通路によって連通されたもの、つまり、配管が開放側ジャンクションブロックの端面である開放面の一面に接続されたものあるので、従来、装置の周囲に接続されて複雑に配設された複数の配管を、配管どうしを近接させてまとめて整列状態に配設することができ、さらなる装置の小型・軽量化及び組み立て作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムの構成及び構造を説明するスタックに加湿ユニットが取り付けられた加湿システムの斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムの構成及び構造を説明するスタック及び加湿ユニットの接続部分の斜視図である。
【図３】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットの構造を説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図４】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図５】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図６】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図７】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図８】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図９】 加湿装置が配管によって接続された燃料電池を説明する燃料電池の概略配管図である。
【図１０】 加湿装置を構成する加湿器の構成及び構造を説明する加湿器の斜視図である。
【図１１】 加湿装置を構成する加湿器の構成及び構造を説明する加湿器の断面図である。
【図１２】 加湿器を構成する水透過膜の構造を説明する水透過膜の断面図である。
【符号の説明】
３ スタック燃料電池
４ 供給ガス用配管（配管）
５ オフガス用配管（配管）
７ 燃料ガス用配管（配管）
１１、１１ａ、１１ｂ 加湿器
１２ 中空糸
１４ ケーシング
２１ 加湿システム
２２ 加湿ユニット
２３ 接続面
２４ｉ 燃料ガス入口（入口）
２４ｏ 燃料ガス出口（出口）
２５ｉ 供給ガス入口（入口）
２５ｏ オフガス出口（出口）
３１Ａ 接続側ジャンクションブロック
３１Ｂ 開放側ジャンクションブロック
３７ 開放面
５０、５１ａ、５１ｂ、５４、５５ ５７、５８、５９ 連通路
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気自動車等の走行車両のエネルギー源として用いられつつある燃料電池に設けられる加湿システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年より、クリーンなエネルギー源として、固体高分子型の燃料電池を用いた電気自動車等の走行車両が開発されつつあり、例えば、特開平６−１３２０３８号に示されるような固体高分子電解質型燃料電池が知られている。一般に、この種の走行車両に用いられる固体高分子型の燃料電池は、水素イオン伝導性の固体高分子膜を白金触媒を担持したカーボンを含む電極で挟み込んで構成される発電素子つまり固体高分子電解質膜−電極接合体及び各電極面に、それぞれの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、発電素子を両側から支持するガス分離部材とを積層した構造を有している。
【０００３】
そして、一方の電極に燃料用供給ガスとして水素ガスを供給し、他方の電極に酸化剤用供給ガスとして酸素あるいは空気を供給して、燃料用供給ガスと酸化剤用供給ガスの酸化還元反応から直接電気エネルギーを抽出するようになっている。つまり、アノード側で水素ガスが水素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、酸素と水素イオンとが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ーを取り出すことができるようになっている
【０００４】
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、エネルギー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固体高分子電解質膜に水分を供給する必要がある。
このため、この種の燃料電池には、燃料用供給ガス及び酸化剤用供給ガス等の供給ガスを加湿して固体高分子電界質膜へ水分を供給し、良好な反応を維持させる加湿装置が設けられている。
【０００５】
ここで、この加湿装置が設けられた燃料電池の構成を図９に示すものを例にとって説明する。
図において、符号１は、加湿装置である。この加湿装置１には、スーパーチャージャー２によってエアクリーナ３を通過した外気が加圧されて供給ガスとして供給ガス用配管４へ送り込まれるようになっており、この送り込まれた供給ガスは、加湿装置１によって加湿されて燃料電池（以下スタックという）３へ送り込まれ、酸素が酸化剤として用いられ、オフガスとして排気されるようになっている。
スタック３での反応時に発生した水を含んだオフガスは、スタック３からオフガス用配管５へ送り出され、加湿装置１へ送り込まれ、含まれる水分が加湿装置１にて供給ガスへ受け渡され、その後、マフラー６を介して排気されるようになっている。
また、スタック３には、水素ガスからなる燃料ガスが燃料ガス循環用配管７によって供給され、循環されるようになっている。
【０００６】
加湿装置１には、その内部に、図１０及び図１１に示すような加湿器１１が設けられている。
この加湿器１１は、水蒸気透過膜（水透過膜）からなる複数のチューブ状の多孔質中空糸１２を束ねたもので、両端近傍における周面に複数の開口部１３が形成された円筒状のケーシング１４内に収納され、その両端では、中空糸１２の外表面同士及び中空糸１２の外表面とケーシング１４の内周面とが気密されている。
【０００７】
そして、この加湿器１１には、供給ガスが、ケーシング１４の一端側の開口部１３から送り込まれて中空糸１２間の隙間を通され、他端側の開口部１３から送り出されるようになっており、また、スタック３からのオフガスが、他端から中空糸１２内へ送り込まれ、一端から送り出されるようになっている。
【０００８】
中空糸１２は、図１２に示すように、無数の毛管部１５を有するもので、中空糸１２内へ送り込まれたオフガス中の水蒸気が、毛管部１５内にて凝縮して外周側へ移動し、供給ガスへ蒸発して受け渡されるようになっている。
つまり、この加湿器１１にて、オフガス中の水分が供給ガスへ受け渡され、これにより、供給ガスが加湿されるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、この加湿装置１は、供給ガス用配管４及びオフガス用配管５によってスタック３と接続するものであるので、システム全体の小型・軽量化には限度があった。また、この種の加湿装置１では、酸化剤として用いられる外気だけでなく水素ガスからなる燃料ガスの加湿を行う場合もあり、しかもスタック３には、冷却水が送出される配管も接続されるため、加湿装置１とスタック３との間及びスタック３の周囲の配管がさらに複雑化してしまうという問題があった。
そして、このように複雑な配管構造を有するため、製造時における組立性に劣るという問題もあった。
特に、小型・軽量化による内部空間の大容量化及び燃費向上が要求される走行車両の駆動源として燃料電池を用いる場合は、その小型・軽量化が急務であった。
【００１０】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、配管構造の簡略化を図り、装置全体の小型・軽量化及び組立性の向上が可能な燃料電池用加湿システムを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池用加湿システムは、ガス出口およびガス入口を有する燃料電池と、水分交換可能な膜体を備え、前記膜体により前記燃料電池から送り出されるガスに含まれる水分を前記燃料電池へ送り込むガスへ受け渡すことで加湿する加湿器と、を有する燃料電池用加湿システムにおいて、前記加湿器に前記燃料電池と接する接続側ジャンクションブロックが連結された加湿ユニットを備え、前記接続側ジャンクションブロックは、一体化されたガス送出口およびガス吸入口を備え、前記接続側ジャンクションブロックには、前記加湿器の前記膜体の一面側と、前記ガス吸入口とを連通する第１の連通路（例えば、実施形態における連通路５５）と、前記加湿器の前記膜体の他面側と、前記ガス送出口とを連通する第２の連通路（例えば、実施形態における連通路５０よび連通路５４）と、が形成され、前記接続側ジャンクションブロックの前記ガス送出口を前記燃料電池のガス入口に、前記接続側ジャンクションブロックの前記ガス吸入口を前記燃料電池のガス出口に接続することで、前記加湿ユニットが前記燃料電池に一体的に取り付けられていることを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、加湿器に燃料電池と接する接続側ジャンクションブロックが連結された加湿ユニットを備え、接続側ジャンクションブロックは、一体化されたガス送出口およびガス吸入口を備え、接続側ジャンクションブロックには、加湿器の膜体の一面側と、ガス吸入口とを連通する第１の連通路と、加湿器の膜体の他面側と、ガス送出口とを連通する第２の連通路と、が形成されている。そして、接続側ジャンクションブロックのガス送出口を燃料電池のガス入口に、接続側ジャンクションブロックのガス吸入口を燃料電池のガス出口に接続することで、加湿ユニットが燃料電池に一体的に取り付けられている。したがって、従来のように、加湿装置と燃料電池とを配管によって接続する場合と比較して、構造の簡略化を図ることができ、装置全体の小型・軽量化を図ることができる。これにより、駆動源として燃料電池を用いた走行車両において、車両の小型・軽量化及び車両内の空間の大容量化を図ることができ、さらには、燃費を大幅に向上させることができる。
【００１３】
また、前記加湿ユニットは、前記加湿器の一端側に前記接続側ジャンクションブロックが連結され、前記接続側ジャンクションブロックは、前記接続側ジャンクションブロックの前記ガス送出口および前記ガス吸入口が形成された接続面を、前記燃料電池のガス入口およびガス出口が形成された接続面に突き合わせて接続されていることを特徴としている。
【００１４】
つまり、接続側ジャンクションブロックを燃料電池の接続面に突き合わせて接続することにより、接続側ジャンクションブロックに形成された連通路によって、極めて容易に、燃料電池のガスの出入口と加湿器の中空糸内及び中空糸間とを連通させて、加湿ユニットが一体化された燃料電池とすることができる。
これにより、配管によって複雑に接続するものと比較して、組立性の向上も図ることができる。
【００１５】
また、前記加湿ユニットは、前記加湿器の他端側に開放側ジャンクションブロックが連結され、前記開放側ジャンクションブロックには、端面からなる開放面に、前記加湿器に送り込むガスの配管および前記加湿器から送り出されるガスの配管が接続され、前記加湿器の前記膜体の一面側と、前記加湿器から送り出されるガスの配管とを連通する第３の連通路（例えば、実施形態における連通路５９）と、前記加湿器の前記膜体の他面側と、前記加湿器に送り込むガスの配管とを連通する第４の連通路（例えば、実施形態における連通路５７および連通路５８）と、が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
このように、加湿ユニットの開放側ジャンクションブロックの端面からなる開放面に接続された配管と加湿器の中空糸内及び中空糸間とが開放側ジャンクションブロックに形成された連通路によって連通されたもの、つまり、配管が開放側ジャンクションブロックの端面である開放面の一面に接続されたものあるので、従来、装置の周囲に接続されて複雑に配設された複数の配管を、配管どうしを近接させてまとめて整列状態に配設することができ、さらなる装置の小型・軽量化及び組み立て作業性の向上を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを、図面を参照して説明する。なお、前述した従来技術と同一構造部分には、同一符号を付して説明を省略する。
図１において、符号２１は、燃料電池用加湿システムである。この加湿システム２１は、加湿ユニット２２を有するもので、この加湿ユニット２２がスタック３に一体的に取り付けられている。
【００１８】
ここで、このスタック３について説明する。
図２に示すように、スタック３は、その一端の面が接続面２３とされており、この接続面２３には、正面視右上に水素ガスからなる燃料ガスがスタック３内へ送り込まれる燃料ガス入口２４ｉが形成され、正面視左下にスタック３から燃料ガスが送り出される燃料ガス出口２４ｏが形成されている。また、スタック３の接続面２３には、正面視左上に外気からなる供給ガスがスタック３内へ送り込まれる供給ガス入口２５ｉが形成され、正面視右下にオフガスが送り出されるオフガス出口２５ｏが形成されている。
【００１９】
つまり、スタック３には、燃料ガス入口２４ｉから燃料ガスが送り込まれるとともに供給ガス入口２５ｉから供給ガスが送り込まれ、スタック３内にて互いに化学反応された後、燃料ガスは燃料ガス出口２４ｏから排出され、供給ガスはオフガスとしてオフガス出口２５ｏから排出されるようになっている。
また、このスタック３の接続面２３には、正面視右中央部に冷却水入口２６ｉが形成され、正面視左中央部に冷却水出口２６ｏが形成されている。そして、このスタック３には、冷却水入口２６ｉから冷却水が供給され、スタック３内を冷却した冷却水は、冷却水出口２６ｏから排出されるようになっている。
【００２０】
次に、このスタック３の接続面２３に接続される加湿ユニット２２の構造について説明する。
図３にも示すように、この加湿ユニット２２は、両端に設けられたジャンクションブロック３１と、これらジャンクションブロック３１同士の間に設けられた一対の加湿器１１とから構成されており、加湿器１１は、その両端部がそれぞれジャンクションブロック３１に連結された状態にて上下に配列されている。
【００２１】
この加湿ユニット２２を構成するジャンクションブロック３１の内の一方の接続側ジャンクションブロック３１Ａは、その端面が接続面３２とされており、この接続面３２がスタック３の接続面２３と突き合わせた状態に接合されるようになっている。
【００２２】
この接続側ジャンクションブロック３１Ａの接続面３２には、正面視左上に燃料ガス送出口３４ｏが形成され、正面視右下に燃料ガス吸入口３４ｉが形成されている。また、接続面３２には、正面視右上に供給ガス送出口３５ｏが形成され、正面視左下にオフガス吸入口３５ｉが形成されている。
さらに、接続面３２には、正面視左中央部に冷却水送出口３６ｏが形成され、正面視右中央部に冷却水吸入口３６ｉが形成されている。
【００２３】
そして、この加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａの接続面３２をスタック３の接続面２３に突き合わせて接続した際に、接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス送出口３４ｏ及び燃料ガス吸入口３４ｉとスタック３の燃料ガス入口２４ｉ及び燃料ガス出口２４ｏとが互いに連通され、接続側ジャンクションブロック３１Ａの供給ガス送出口３５ｏ及びオフガス吸入口３５ｉとスタック３の供給ガス入口２５ｉ及びオフガス出口２５ｏとが互いに連通され、さらに、接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水送出口３６ｏ及び冷却水吸入口３６ｉとスタック３の冷却水入口２６ｉ及び冷却水出口２６ｏとが互いに連通されるようになっている。
なお、これら連通部分は、それぞれ図示しないＯリングによってシールされるようになっている。
【００２４】
また、スタック３と接続されない他方の開放側ジャンクションブロック３１Ｂの端面からなる開放面３７には、正面視右上に燃料ガスが送り込まれる燃料ガス供給口４１ｉが形成され、正面視左下に燃料ガスが排出される燃料ガス排出口４１ｏが形成されている。また、開放面３７には、その正面視右下に供給ガスが送り込まれる供給ガス供給口４２ｉが形成され、正面視左上にオフガスが排出されるオフガス排出口４２ｏが形成されている。
【００２５】
各ジャンクションブロック３１に接続された加湿器１１は、それぞれのジャンクションブロック３１に形成された連通路５１ａ、５１ｂを介して両端部同士が連通されている。接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス送出口３４ｏは、連通路５０（請求項１の「第２の連通路」に相当）を介して上方側の加湿器１１ａの端部近傍におけるケーシング１４に形成された開口部１３を囲うように形成された環状流路５２ａと連通されている。
【００２６】
接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス吸入口３４ｉは、ジャンクションブロック３１Ａ、３１Ｂ間にわたって配設された導通管５３と連通されており、この導通管５３は、開放側ジャンクションブロック３１Ｂに形成された燃料ガス排出口４１ｏと連通されている。接続側ジャンクションブロック３１Ａの供給ガス送出口３５ｏは、連通路５４（請求項１の「第２の連通路」に相当）を介して、下方側の加湿器１１ｂの端部近傍におけるケーシング１４に形成された開口部１３を囲うように形成された環状流路５２ｂと連通されている。
【００２７】
接続側ジャンクションブロック３１Ａのオフガス吸入口３５ｉは、連通路５５（請求項１の「第１の連通路」に相当）を介して、下方側の加湿器１１ｂの端部と連通されている。ここで、この加湿器１１ｂの端部は、連通路５１ａによって上方側の加湿器１１ａの端部と連通されているので、オフガス吸入口３５ｉは、上下の加湿器１１ａ、１１ｂの端部と連通されている。また、接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水送出口３６ｏ及び冷却水吸入口３６ｉは、それぞれ接続側ジャンクションブロック３１Ａの両側部に設けられた冷却水供給配管接続口５６ｉ及び冷却水排出配管接続口５６ｏに連通されている。
【００２８】
開放側ジャンクションブロック３１Ｂの燃料ガス供給口４１ｉは、連通路５７（請求項３の「第４の連通路」に相当）を介して上方側の加湿器１１ａの端部近傍におけるケーシング１４に形成された開口部１３を囲うように形成された環状流路５２ａ′と連通されている。開放側ジャンクションブロック３１Ｂの燃料ガス排出口４１ｏは、前述したように、ジャンクションブロック３１Ａ、３１Ｂ間にわたって配設された導通管５３と連通されている。
【００２９】
開放側ジャンクションブロック３１Ｂの供給ガス供給口４２ｉは、連通路５８（請求項３の「第４の連通路」に相当）を介して下方側の加湿器１１ｂの端部近傍におけるケーシング１４に形成された開口部１３を囲うように形成された環状流路５２ｂ′と連通されている。開放側ジャンクションブロック３１Ｂのオフガス排出口４２ｏは、連通路５９（請求項３の「第３の連通路」に相当）を介して、上方側の加湿器１１ａの端部と連通されている。ここで、この加湿器１１ａの端部は、連通路５１ｂによって下方側の加湿器１１ｂの端部と連通されているので、オフガス排出口４２ｏは、上下の加湿器１１ａ、１１ｂの端部と連通されている。
【００３０】
そして、上記の構造の加湿ユニット２２には、開放側ジャンクションブロック３１Ｂの開放面３７の燃料ガス供給口４１ｉ及び燃料ガス排出口４１ｏに燃料ガス用配管７が接続され、また、供給ガス供給口４２ｉに供給ガス用配管４が接続され、オフガス排出口４２ｏにオフガス用配管５が接続されるようになっている。
また、接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水供給配管接続口５６ｉには、冷却水供給配管６１が接続され、冷却水排出配管接続口５６ｏには、冷却水排出配管６２が接続されるようになっている。
【００３１】
次に、上記構造の加湿ユニット２２における流体の流れについて説明する。
（１）燃料ガスのスタック３への供給時
燃料ガス用配管７から送り込まれる燃料ガスは、図４に示すように、加湿ユニット２２の開放側ジャンクションブロック３１Ｂの燃料ガス供給口４１ｉから連通路５７を介して上方側の加湿器１１ａの一端側の開口部１３を囲う環状流路５２ａ′へ送り込まれて、加湿器１１ａのカートリッジ１４内の中空糸１２間を通過する。
【００３２】
その後、加湿器１１ａの他端側の開口部１３を囲う環状流路５２ａへ送り出され、連通路５０を通り、接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス送出口３４ｏから送り出され、スタック３の燃料ガス入口２４ｉからスタック３内へ送り込まれる。
ここで、この燃料ガスは、上方側の加湿器１１ａのカートリッジ１４内における中空糸１２間を通過することにより中空糸１２内を通過するオフガスの水蒸気が受け渡されて加湿されてスタック３へ送り込まれる。
【００３３】
（２）燃料ガスのスタック３からの排出時
スタック３の燃料ガス出口２４ｏから排出される燃料ガスは、図５に示すように、加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａの燃料ガス吸入口３４ｉへ送り込まれ、その後、導通管５３を介して開放側ジャンクションブロック３１Ｂの燃料ガス排出口４１ｏから燃料ガス用配管７へ送り出されて循環される。
【００３４】
（３）供給ガスのスタック３への供給時
供給ガス用配管４から送り込まれた供給ガスは、図６に示すように、加湿ユニット２２の開放側ジャンクションブロック３１Ｂの供給ガス供給口４２ｉから連通路５８を介して下方側の加湿器１１ｂの一端側の開口部１３を囲う環状流路５２ｂ′へ送り込まれて、加湿器１１ｂのカートリッジ１４内の中空糸１２間を通過する。
【００３５】
その後、加湿器１１ｂの他端側の開口部１３を囲う環状流路５２ｂへ送り出され、連通路５４を通り、接続側ジャンクションブロック３１Ａの供給ガス送出口３５ｏから送り出され、スタック３の供給ガス入口２５ｉからスタック３内へ送り込まれる。
ここで、この供給ガスは、下方側の加湿器１１ｂのカートリッジ１４内における中空糸１２間を通過することにより中空糸１２内を通過するオフガスの水蒸気が受け渡されて加湿されてスタック３へ送り込まれる。
【００３６】
（４）オフガスのスタック３からの排出時
スタック３のオフガス出口２５ｏから排出されるオフガスは、図７に示すように、加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａのオフガス吸入口３５ｉへ送り込まれて、連通路５５を介して下方側の加湿器１１ｂの他端部へ導かれ、また、連通路５１ａを通り、上方側の加湿器１１ａの他端部にも導かれる。
【００３７】
その後、このオフガスは、加湿器１１ａ、１１ｂの中空糸１２内を通って一端側へ導かれ、下方側の加湿器１１ｂの一端部に導かれたオフガスは、連通路５１ｂを通り、上方側の加湿器１１ａの一端部に送られ、この上方側の加湿器１１ａの一端部から連通路５９を介してオフガス排出口４２ｏからオフガス用配管５へ送り出されて排出される。
ここで、オフガスは、上下の加湿器１１ａ、１１ｂの中空糸１２内を通過することにより、上方側の加湿器１１ａでは、中空糸１２間を通過する燃料ガスへ水蒸気を受け渡して加湿し、また、下方側の加湿器１１ｂでは、中空糸１２間を通過する供給ガスへ水蒸気を受け渡して加湿する。
【００３８】
（５）冷却水のスタック３への供給及びスタック３からの排出
図８に示すように、加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水供給配管接続口５６ｉに接続された冷却水供給配管６１から送り込まれた冷却水は、接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水送出口３６ｏからスタック３の冷却水入口２６ｉへ送り込まれる。
【００３９】
そして、このスタック３内へ送り込まれた冷却水は、スタック３を冷却して、冷却水出口２６ｏから送り出される。
この冷却水出口２６ｏから送り出された冷却水は、加湿ユニット２２の接続側ジャンクションブロック３１Ａの冷却水排出配管接続口５６ｏに接続された冷却水排出配管６２へ送り出されて循環される。
【００４０】
このように、上記構造の加湿ユニット２２を有する燃料電池用加湿システム２１によれば、スタック３から送り出されるオフガスの水分をスタック３へ送り込む供給ガス及び燃料ガスへ受け渡して加湿する加湿器１１ａ、１１ｂを有する加湿ユニット２２がスタック３に一体的に取り付けられているので、従来のように、加湿装置とスタックとを配管によって接続する場合と比較して、構造の簡略化を図ることができ、装置全体の小型・軽量化を図ることができる。
これにより、駆動源として燃料電池を用いた走行車両において、車両の小型・軽量化及び車両内の空間の大容量化を図ることができ、さらには、燃費を大幅に向上させることができる。
【００４１】
しかも、接続側ジャンクションブロック３１Ａの接続面３２をスタック３の接続面２３に突き合わせて接続することにより、接続側ジャンクションブロック３１Ａに形成された連通路５０、５１ａ、５４、５５によって、極めて容易に、スタック３の各ガスの出入口と加湿器１１ａ、１１ｂの中空糸１２内及び中空糸１２間とを連通させて、加湿ユニット２１が一体化されたスタック３とすることができる。
これにより、配管によって複雑に接続するものと比較して、組立性の向上も図ることができる。
【００４２】
さらには、加湿ユニット２２の開放側ジャンクションブロック３１Ｂの端面からなる開放面３７に接続された供給ガス用配管４、オフガス用配管５及び燃料ガス用配管７と加湿器１１ａ、１１ｂの中空糸１２内及び中空糸１２間とが開放側ジャンクションブロック３１Ｂに形成された連通路５１ｂ、５７、５８、５９によって連通されたもの、つまり、各配管４、５、７が開放側ジャンクションブロック３１Ｂの端面である開放面３７の一面に接続されたものあるので、従来、装置の周囲に接続されて複雑に配設された複数の配管を、配管４、５、７どうしを近接させてまとめて整列状態に配設することができ、さらなる装置の小型・軽量化及び組み立て作業性の向上を図ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の燃料電池用加湿システムによれば、下記の効果を得ることができる。本発明によれば、加湿器に燃料電池と接する接続側ジャンクションブロックが連結された加湿ユニットを備え、接続側ジャンクションブロックは、一体化されたガス送出口およびガス吸入口を備え、接続側ジャンクションブロックには、加湿器の膜体の一面側と、ガス吸入口とを連通する第１の連通路と、加湿器の膜体の他面側と、ガス送出口とを連通する第２の連通路と、が形成されている。そして、接続側ジャンクションブロックのガス送出口を燃料電池のガス入口に、接続側ジャンクションブロックのガス吸入口を燃料電池のガス出口に接続することで、加湿ユニットが燃料電池に一体的に取り付けられている。したがって、従来のように、加湿装置と燃料電池とを配管によって接続する場合と比較して、構造の簡略化を図ることができ、装置全体の小型・軽量化を図ることができる。これにより、駆動源として燃料電池を用いた走行車両において、車両の小型・軽量化及び車両内の空間の大容量化を図ることができ、さらには、燃費を大幅に向上させることができる。
【００４４】
また、本発明の燃料電池用加湿システムによれば、接続側ジャンクションブロックを燃料電池の接続面に突き合わせて接続することにより、接続側ジャンクションブロックに形成された連通路によって、極めて容易に、燃料電池のガスの出入口と加湿器の中空糸内及び中空糸間とを連通させて、加湿ユニットが一体化された燃料電池とすることができる。これにより、配管によって複雑に接続するものと比較して、組立性の向上も図ることができる。
【００４５】
また、本発明の燃料電池用加湿システムによれば、加湿ユニットの開放側ジャンクションブロックの端面からなる開放面に接続された配管と加湿器の中空糸内及び中空糸間とが開放側ジャンクションブロックに形成された連通路によって連通されたもの、つまり、配管が開放側ジャンクションブロックの端面である開放面の一面に接続されたものあるので、従来、装置の周囲に接続されて複雑に配設された複数の配管を、配管どうしを近接させてまとめて整列状態に配設することができ、さらなる装置の小型・軽量化及び組み立て作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムの構成及び構造を説明するスタックに加湿ユニットが取り付けられた加湿システムの斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムの構成及び構造を説明するスタック及び加湿ユニットの接続部分の斜視図である。
【図３】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットの構造を説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図４】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図５】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図６】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図７】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図８】 本発明の実施の形態の燃料電池用加湿システムを構成する加湿ユニットにおける流体の流れを説明する加湿ユニットの斜視図である。
【図９】 加湿装置が配管によって接続された燃料電池を説明する燃料電池の概略配管図である。
【図１０】 加湿装置を構成する加湿器の構成及び構造を説明する加湿器の斜視図である。
【図１１】 加湿装置を構成する加湿器の構成及び構造を説明する加湿器の断面図である。
【図１２】 加湿器を構成する水透過膜の構造を説明する水透過膜の断面図である。
【符号の説明】
３ スタック燃料電池
４ 供給ガス用配管（配管）
５ オフガス用配管（配管）
７ 燃料ガス用配管（配管）
１１、１１ａ、１１ｂ 加湿器
１２ 中空糸
１４ ケーシング
２１ 加湿システム
２２ 加湿ユニット
２３ 接続面
２４ｉ 燃料ガス入口（入口）
２４ｏ 燃料ガス出口（出口）
２５ｉ 供給ガス入口（入口）
２５ｏ オフガス出口（出口）
３１Ａ 接続側ジャンクションブロック
３１Ｂ 開放側ジャンクションブロック
３７ 開放面
５０、５１ａ、５１ｂ、５４、５５ ５７、５８、５９ 連通路
Claims (4)
- ガス出口およびガス入口を有する燃料電池と、
水分交換可能な膜体を備え、前記膜体により前記燃料電池から送り出されるガスに含まれる水分を前記燃料電池へ送り込むガスへ受け渡すことで加湿する加湿器と、
を有する燃料電池用加湿システムにおいて、
前記加湿器に前記燃料電池と接する接続側ジャンクションブロックが連結された加湿ユニットを備え、
前記接続側ジャンクションブロックは、一体化されたガス送出口およびガス吸入口を備え、
前記接続側ジャンクションブロックには、
前記加湿器の前記膜体の一面側と、前記ガス吸入口とを連通する第１の連通路と、
前記加湿器の前記膜体の他面側と、前記ガス送出口とを連通する第２の連通路と、
が形成され、
前記接続側ジャンクションブロックの前記ガス送出口を前記燃料電池のガス入口に、前記接続側ジャンクションブロックの前記ガス吸入口を前記燃料電池のガス出口に接続することで、前記加湿ユニットが前記燃料電池に一体的に取り付けられている、
ことを特徴とする燃料電池用加湿システム。 - 前記加湿ユニットは、前記加湿器の一端側に前記接続側ジャンクションブロックが連結され、
前記接続側ジャンクションブロックは、前記接続側ジャンクションブロックの前記ガス送出口および前記ガス吸入口が形成された接続面を、前記燃料電池のガス入口およびガス出口が形成された接続面に突き合わせて接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿システム。 - 前記加湿ユニットは、前記加湿器の他端側に開放側ジャンクションブロックが連結され、
前記開放側ジャンクションブロックには、
端面からなる開放面に、前記加湿器に送り込むガスの配管および前記加湿器から送り出されるガスの配管が接続され、
前記加湿器の前記膜体の一面側と、前記加湿器から送り出されるガスの配管とを連通する第３の連通路と、
前記加湿器の前記膜体の他面側と、前記加湿器に送り込むガスの配管とを連通する第４の連通路と、
が形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用加湿システム。 - 前記膜体は、水透過膜からなる複数のチューブ状の中空糸を束ねて形成され、
前記加湿器は、前記膜体を筒状のケーシング内に配置して形成され、
前記中空糸内および前記ケーシング内における前記中空糸間のうち、一方が前記膜体の一面側であり、他方が前記膜体の他面側であり、
前記加湿ユニットは、前記燃料電池から送り出されるガスおよび前記燃料電池へ送り込むガスのうち、一方の前記ガスが前記中空糸内へ通され、他方の前記ガスが前記ケーシング内における前記中空糸間へ通されることで、ガス同士の間で水分の受け渡しを行わせる加湿器を有する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池用加湿システム。
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