JPH11162490A

JPH11162490A - 固体高分子電解質型燃料電池システム

Info

Publication number: JPH11162490A
Application number: JP9322967A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Saito; 和夫齊藤; Taiji Kogami; 泰司小上; Sanji Ueno; 三司上野; Hiroshi Tomosawa; 洋知沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 1999-06-18
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JP3923627B2

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷条件等作動条件が変化しても、燃料電池
として最適な状態で動作できるように、反応ガスへの加
湿量をコントロール可能な固体高分子電解質型燃料電池
システムを提供する。【解決手段】固体高分子電解質型燃料電池の電池スタ
ック１に燃料供給管２、空気供給管３、冷却水供給管
４、燃料ガス排出管１０、空気排出管９、冷却水排出管
１１を接続する。燃料供給管２と空気供給管３に水蒸気
発生装置５を接続する。水蒸気発生装置５から燃料供給
管２及び空気供給管３への流路に、流量制御弁１６，１
７を設ける。水蒸気発生装置５に水供給管８を接続す
る。電池スタック１に、抵抗値センサー１８と電圧セン
サー１９を組み込む。抵抗値センサー１８と電圧センサ
ー１９を、制御装置１２に接続する。制御装置１２を、
水蒸気発生装置５に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子膜を電
解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池システム
に係り、固体高分子膜の加湿状態の保持機能と、スペー
ス効率に改良を施した固体高分子電解質型燃料電池シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は水素などの燃料と空気などの
酸化剤を電気化学的に反応させることにより、燃料のも
つ化学的エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装
置である。その中でも、電解質に高分子イオン交換膜を
用いた固体高分子電解質型燃料電池は、出力密度が高い
こと、構造が単純であること、動作温度が比較的低いこ
となどの特徴があり、より一層の技術開発への期待が高
まっている。

【０００３】このような固体高分子電解質型燃料電池に
おける単電池の基本構成を、図１４に従って以下に説明
する。すなわち、イオン導電性を有する固体高分子膜１
０２を挟んで、アノード電極１０３、カソード電極１０
４が配置され、単電池１０１が構成されている。アノー
ド電極１０３は、アノード触媒層１０３ａとアノード多
孔質カーボン平板１０３ｂとによって形成されている。
カソード電極１０４は、カソード触媒層１０４ａとカソ
ード多孔質カーボン平板１０４ｂとによって形成されて
いる。

【０００４】この単電池１０１の上下には、導電性を有
するガス不透過性のセパレータ１０５が配置されてい
る。このセパレータ１０５には、アノード電極１０３及
びカソード電極１０４に反応ガスを供給するための溝１
０３ｃ，１０４ｃが設けられている。

【０００５】以上のような固体高分子電解質型燃料電池
においては、アノード電極１０３に燃料ガスを、カソー
ド電極１０４に酸化剤ガスをそれぞれ供給すると、単電
池１０１の一対の電極間で電気化学反応により、以下の
ように起電力が生じる。すなわち、通常、燃料ガスとし
ては水素が使用され、酸化剤ガスとしては空気が使用さ
れるが、まず、アノード電極１０３に水素、カソード電
極１０４に空気をそれぞれ供給すると、アノード電極１
０３では、供給された水素はアノード触媒層１０３ａに
おいて水素イオンと電子に解離する。そして、水素イオ
ンは固体高分子膜１０２を通り、電子は外部回路を通っ
て、それぞれカソード電極１０４に移動する。

【０００６】一方、カソード電極１０４においては、供
給された空気中の酸素と上記水素イオンと電子がカソー
ド触媒層１０４ａにおいて反応して水を生成する。この
とき、外部回路を通った電子は電流となり電力を供給す
ることができる。つまり、アノード電極１０３とカソー
ド電極１０４においては、それぞれ以下の式１、式２に
示す反応が進行する。なお、生成された水は、未反応ガ
スと共に電池外に排出される。

【０００７】

【化１】アノード反応：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- …式１

【化２】カソード反応：２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …式２ところで、単電池１０１の起電力は、１Ｖ以下と低いた
め、通常の実用型燃料電池システムは、数十〜数百枚の
単電池１０１を、上記セパレータ１０５を介して積層し
た電池スタックを有し、この電池スタックによる発電を
行っている。そして、このような電池スタックは発電に
伴って昇温することになるが、かかる昇温を制御するた
め冷却板が数枚の電池毎に挿入されている。

【０００８】以上のような固体高分子電解質型燃料電池
に使用されるイオン導電性を有する固体高分子膜１０２
としては、例えば、プロトン交換膜であるパーフルオロ
ロカーボンスルホン酸（ナフィオン^R：米国、デュポン
社）が知られている。この膜は、分子中に水素イオンの
交換基を持ち、飽和含水することによりイオン導電性電
解質として機能すると共に、燃料と酸化剤を分離する機
能も有する。逆に、膜の含水量が少なくなるとイオン抵
抗が高くなり、燃料と酸化剤が混合するクロスオーバが
発生し、電池での発電が不可能となる。このため、固体
高分子膜は飽和含水としておくことが望ましい。

【０００９】一方、発電によりアノード電極で分離した
水素イオンが固体高分子膜を通りカソード電極に移動す
る時に、水も一緒に移動するため、アノード電極側では
固体高分子膜は乾燥する傾向にある。また、供給する燃
料又は空気の含まれる水蒸気が少ないと、それぞれの反
応ガス入り口付近で固体高分子膜は乾燥する傾向にあ
る。上記の理由から、固体高分子電解質型燃料電池に
は、予め加湿した燃料と酸化剤を供給することが一般的
に行われている。

【００１０】この加湿方法としては、従来から様々な試
みがなされている。最も一般的に知られているものとし
ては、米国特許ＵＳ−５，２８４，７１８に示されてい
る燃料電池がある。これは、図１５に示すように、電池
スタック内部に加湿領域を設けたものである。すなわ
ち、燃料ガスと酸化剤ガスは、電池部である反応領域に
入る前に、加湿器による加湿領域において加湿される。
この加湿方法は、水と反応ガスを半透膜を介して隣接さ
せ、水分子が半透膜を通過することにより加湿を行うも
のである。加湿量は、水と反応ガスの圧力差、温度、半
透膜固有の物性値、面積、厚み、枚数によって左右され
る。

【００１１】また、他の従来技術として、特開平７−２
９５９１において提案されている加湿方法が知られてい
る。これは、一般にバブラー方式と呼ばれているもので
あって、図１６に示すように、燃料ラインにヒータを備
えた水タンクＴを設置し、水の中に燃料ガスを通過させ
ることにより加湿を行うものである。加湿量は燃料ガス
量とタンク内の水の温度とタンクの幾何学的形状に左右
される。

【００１２】さらに、他の従来技術として、特開平６−
２３１７８８において提案されている超音波振動子を用
いたものが知られている。この方法は、図１７に示すよ
うに、水のタンクＴの内部に、パワーユニットＰに接続
された超音波振動子Ｓを設置し、超音波による水の霧化
を行うことで、反応ガス入り口Ｉから入った反応ガスを
加湿し、反応ガス出口Ｏから排出するものである。加湿
量は超音波振動子Ｓの出力に左右される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の固体高分子電解質型燃料電池システムには
次のような問題点があった。

【００１４】（１）半透膜を用いた加湿器方式による問
題点半透膜を用いた加湿器による方式では、電池スタック内
部に加湿器を組み込む必要があるために、電池スタック
全体が大きくなり重量化する。

【００１５】また、加湿状態を最適なものとするために
は、加湿量を運転状況に応じてコントロールする必要が
ある。しかし、燃料ガスと酸化剤ガスを反応領域に入れ
る前に加湿領域において加湿する方式では、加湿量のコ
ントロールが非常に難しくなる。なぜなら、ある負荷条
件が設定された場合には、温度や反応ガス圧力を大きく
変化させることはできず、反応膜の面積や枚数を変化さ
せることは、実用上不可能だからである。

【００１６】従って、この方式においては、加湿量は常
時相対湿度が１００％となるように、余裕を持って設計
することになり、運転状況に合わせて多少相対湿度が低
いガスを流すことは不可能となる。また、かかる方式で
は、加湿量が多過ぎて、電池接触層のフラッディングに
よる電池性能の低下を起こしやすい。

【００１７】（２）バブラー方式による問題点バブラーによる加湿方式では、電池スタックには加湿部
がないため、電池スタックの大型化や重量化の問題はな
い。しかし、加湿器としては、さらに大きな水タンクＴ
が必要になるので、システム全体が大型化、重量化す
る。また、熱源として電気ヒータＨを用いる場合には、
電池で発電した電気を使用することになるので、システ
ムの効率を落とすという問題がある。また、熱源として
電池で反応時に発生する熱を利用するには、大きな熱交
換器が必要となる。

【００１８】さらに、加湿量のコントロールは、ある決
められた負荷条件においては水タンクＴ内の水の温度を
変えることで対応せざるを得ないが、水タンクＴ内の水
の量が大きく、水タンクＴ自体の熱容量も大きいことか
ら、良好な応答性が期待し難い。また、この方式の場合
には、反応ガスの温度はバブラーの温度によって決まる
ので、自由にコントロールすることができない。

【００１９】（３）超音波方式による問題点超音波による加湿方式では、バブラー方式に比べて自由
度が比較的大きく、加湿量は超音波振動子の出力でコン
トロールできるため、反応ガスの温度は独立して変化さ
せることが可能である。しかし、水タンクＴが必要であ
ることには変わりなく、システム全体の大型化、重量化
といった点に問題がある。また、超音波により微粒化さ
れた水を運ぶために、わざわざ水タンクＴ内に反応ガス
を導いて、水滴と混合させたのち電池へ供給することに
なるので、バブラー方式ほどではないが、応答が遅くな
る。

【００２０】（４）共通の問題点上記の３つの従来例は代表的なものであるが、これらの
方式の共通の基本的な概念は、加湿器内に反応ガスを導
入し、混合させた後、電池へと供給するものである。し
かし、かかる方式にすると、水蒸気側にほとんど流れが
ないため、混合速度が遅くなる。従って、混合状態を十
分なものとするためには、大きなスペースが必要とな
る。

【００２１】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
固体高分子電解質膜に適度な水分を与え、負荷条件等作
動条件が変化しても、燃料電池として最適な状態で動作
できるように、反応ガスへの加湿量をコントロール可能
な固体高分子電解質型燃料電池システムを提供すること
にある。

【００２２】また、本発明の他の目的は、小形化、軽量
化及び低コスト化が可能な固体高分子電解質型燃料電池
システムを提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、固体高分子から成る電解質膜が燃料極
と酸化剤極との間に配置された単電池を少なくとも一つ
有する電池スタックと、前記燃料極に燃料ガスを供給す
る燃料供給管と、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する
酸化剤供給管とを備えた固体高分子電解質型燃料電池シ
ステムにおいて、以下のような技術的特徴を有する。

【００２４】すなわち、請求項１記載の発明は、前記燃
料供給管及び前記酸化剤供給管の少なくとも一方に、水
蒸気若しくは微粒化された水を供給する加湿手段が設け
られていることを特徴とする。以上のような請求項１記
載の発明では、加湿手段によって加湿量を任意にコント
ロールできるので、必要な時に必要な量だけ反応ガスを
加湿することによって、応答性がよく確実な加湿が可能
となり、電池スタックを常時最適な運転状態に維持する
ことができる。さらに、燃料供給管内の燃料ガス、酸化
剤供給管内の酸化剤ガス及び水蒸気には、十分に速い流
速があり、混合速度が速くなるために、大きな加湿器
や、大きなバブラーなどを必要とせず、コンパクトで軽
量なシステム構成が可能となる。

【００２５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の固
体高分子電解質型燃料電池システムにおいて、前記電池
スタックの作動状態に基づいて、前記加湿手段による水
蒸気若しくは微粒化された水の供給量に対して、フィー
ドバック制御を行う制御装置を備えたことを特徴とす
る。以上のような請求項２記載の発明では、電池がどの
ような状態で運転しているのかを監視し、その状態で反
応ガスにどの程度の加湿が必要かを判断し、それを加湿
手段に伝え、必要な加湿を行うことができる。これによ
り、燃料電池を常時最適な運転状態に維持することが可
能となる。

【００２６】請求項３記載の発明は、請求項２記載の固
体高分子電解質型燃料電池システムにおいて、前記電池
スタックの作動状態は、前記電解質膜の電気抵抗値及び
電池の出力電圧であることを特徴とする。以上のような
請求項３記載の発明では、一般に、膜特性として、膜が
十分濡れている場合には電気抵抗値が低く、さらに膜が
濡れすぎて近接する触媒層やその外側にあるサブストレ
ート層まで濡れてしまうと、反応ガスの膜面への拡散が
阻害されていわゆるフラッティング現象が生じ、電池性
能が著しく低下するので、発電電圧が著しく落ちること
になる。かかる膜特性から、電気抵抗値が増加した場合
には乾燥気味と判断して加湿量を増加し、膜抵抗値が低
く出力電圧が落ちている場合には濡れ過ぎと判断して加
湿量を抑える制御を行う。このように制御すれば、電池
を常時最適な加湿状態として運転を継続することができ
る。

【００２７】請求項４記載の発明は、請求項２記載の固
体高分子電解質型燃料電池システムにおいて、前記電池
スタックの作動状態は、電池スタックの負荷量であるこ
とを特徴とする。以上のような請求項４記載の発明で
は、電池の負荷量、つまり電池の発電出力は、反応ガス
量とほぼ比例関係にある。また、反応ガス量と加湿量も
ほぼ比例関係にある。従って、電池の負荷量をセンサー
によって検出すれば、必要な加湿量を容易に決定するこ
とができる。また、システムを動作させる上で、利用側
から要求される必要な負荷量は、常時制御装置が把握し
ているので、特にセンサーを設けない場合であっても、
実用上十分な制御が可能となる。

【００２８】請求項５記載の発明は、請求項２記載の固
体高分子電解質型燃料電池システムにおいて、前記電池
スタックの作動状態は、前記燃料供給管を流れる燃料ガ
ス流量であることを特徴とする。以上のような請求項５
記載の発明では、燃料ガス流量を直接測定すれば、これ
に基づいて、主に燃料ガスの加湿量を決定することがで
きる。また、燃料流量と酸化剤流量とは、お互いにほぼ
比例関係にあるので、燃料ガス流量に基づいて、酸化剤
ガスの加湿量を決定することが可能となる。さらに、必
要な燃料ガス流量は、常時制御装置が把握しているの
で、特にセンサーを設けなくても、実用上十分な制御が
可能となる。

【００２９】請求項６記載の発明では、請求項２記載の
固体高分子電解質型燃料電池システムにおいて、前記電
池スタックの作動状態は、前記酸化剤供給管を流れる酸
化剤ガス流量であることを特徴とする。以上のような請
求項６記載の発明では、酸化剤ガス流量、一般的には空
気量を直接測定すれば、これに基づいて、主に空気側の
加湿量を決定することができる。また、燃料ガス流量と
酸化剤ガス流量は、お互いほぼ比例関係にあるので、両
方のガスの加湿量を決定することも可能となる。さら
に、必要な燃料ガス流量は常時制御装置が把握している
ので、特にセンサーを設けなくても、実用上十分な制御
が可能となる。

【００３０】請求項７記載の発明は、請求項１記載の固
体高分子電解質型燃料電池システムにおいて、前記加湿
手段の下流側に、湿度センサーが設けられ、前記湿度セ
ンサーにより検知された湿度に基づいて、前記加湿手段
による水蒸気の供給量若しくは微粒化された水の供給量
に対して、フィードバック制御を行う制御装置を備えた
ことを特徴とする。以上のような請求項７記載の発明で
は、水蒸気または微粒化された水の供給手段の下流側に
湿度センサーを設け、この湿度センサーによって、加湿
された後の反応ガスの湿度を測定し、それを制御装置に
送り、制御装置はそれが適正な湿度であるかどうかを判
断し、水蒸気または微粒化された水の供給手段へその供
給量を指示する。これにより反応ガスは適正に加湿さ
れ、燃料電池を常時最適な運転状態に維持することが可
能となる。

【００３１】請求項８記載の発明は、請求項１〜７のい
ずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池システ
ムにおいて、前記加湿手段は、前記燃料供給管内及び前
記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた水蒸気
を噴出するノズルと、その上流側に設けられた水蒸気発
生装置とによって構成されていることを特徴とする。以
上のような請求項８記載の発明では、水蒸気発生装置に
て発生した水蒸気は、ノズルより反応ガスへと噴出さ
れ、混合されて反応ガスが加湿される。このとき、速い
流速で強制的に混合加湿されるため、拡散を主体とする
加湿の場合に比べて、加湿手段をはるかにコンパクトに
することができる。

【００３２】請求項９記載の発明は、請求項１〜７のい
ずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池システ
ムにおいて、前記加湿手段は、前記燃料供給管内及び前
記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた噴霧ノ
ズルと、その上流側に設けられた水を加圧する加圧装置
とによって構成されていることを特徴とする。以上のよ
うな請求項９記載の発明では、加圧ポンプによって加圧
された水が噴霧ノズルに導入され、水が微粒化される。
微粒化された水は、液滴径が数十ミクロンと十分に小さ
く、反応ガス内で直ちに蒸発し、混合され加湿する。こ
のとき、速い流速で強制的に混合加湿されるため、拡散
を主体とする加湿に比べて、加湿手段をはるかにコンパ
クトにすることができる。

【００３３】請求項１０記載の発明は、請求項１〜７の
いずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池シス
テムにおいて、前記加湿手段は、前記燃料供給管内及び
前記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた超音
波噴霧ノズルと、その上流側に設けられた水を供給する
ポンプとによって構成されていることを特徴とする。以
上のような請求項１０記載の発明では、超音波噴霧ノズ
ルに供給された水は超音波振動子により液滴径が数十ミ
クロンまで微粒化されるので、反応ガス内で直ちに蒸発
し、混合され加湿する。反応ガス内部の速い流速で強制
的に混合加湿されるため、拡散を主体とする加湿に比べ
て、加湿手段をはるかにコンパクトにすることができ
る。

【００３４】請求項１１記載の発明は、請求項１〜７の
いずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池シス
テムにおいて、前記加湿手段は、前記燃料供給管内及び
前記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた絞り
部分と、前記絞り部分に水を供給するノズルとによって
構成されていることを特徴とする。以上のような請求項
１１記載の発明では、反応ガスは絞り部分で流速が増
し、圧力が低下することで、水をノズルより吸引し、そ
の大きな速度差により水を微粒化する。微粒化された水
は反応ガス内で直ちに蒸発し、混合され加湿する。この
ように、反応ガス内部の速い流速で強制的に混合加湿さ
れるため、拡散を主体とする加湿に比べて、加湿手段を
はるかにコンパクトにすることができる。さらに、ポン
プ等も不要となるため、より一層のコンパクト化が可能
となる。

【００３５】請求項１２記載の発明は、請求項１〜７の
いずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池シス
テムにおいて、前記加湿手段は、前記燃料供給管内及び
前記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた回転
円盤と、前記回転円盤に向かって水を供給するノズル
と、前記ノズルの上流側に水を供給するポンプとによっ
て構成されていることを特徴とする。以上のような請求
項１２記載の発明では、回転円盤を高速で回転させ、そ
の円盤に水を供給することにより、遠心力による円盤か
らの水の剥離現象を利用して水を微粒化する。微粒化さ
れた水は周囲の反応ガス内で直ちに蒸発し、反応ガスを
加湿する。反応ガス内部の速い流速で強制的に混合加湿
されるため、拡散を主体とする加湿に比べて、加湿手段
をはるかにコンパクトにすることができる。

【００３６】請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池シ
ステムにおいて、前記電池スタックの冷却水の流路が、
前記加湿手段への水の供給路に接続されていることを特
徴とする。以上のような請求項１３記載の発明では、燃
料電池を冷却するために循環させている冷却水を加湿源
として用いるので、外部より導入した水をそのまま用い
る場合のように反応ガスまで必要以上に冷却されること
が防止されるとともに、予熱装置が不要となる。従っ
て、より単純でコンパクトなシステムが可能となる。

【００３７】請求項１４記載の発明は、請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池シ
ステムにおいて、前記電池スタック内で反応により生じ
た生成水の流路が、前記加湿手段への水の供給路に接続
されていることを特徴とする。以上のような請求項１４
記載の発明では、燃料電池は発電時に必ず水が生成され
るので、これを加湿源として利用することにより、新た
に外部から水を追加供給する必要がなくなり、より一層
システムが簡素化される。

【００３８】請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４
のいずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池シ
ステムにおいて、前記電池スタックを複数備えているこ
とを特徴とする。以上のような請求項１５記載の発明で
は、複数の電池スタックを有していても、それぞれに加
湿手段を設ける必要がなく、一つの加湿手段で対応でき
るために、よりシステムをコンパクト化することが可能
となる。

【００３９】請求項１６記載の発明は、請求項１〜１５
のいずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池シ
ステムにおいて、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを、
燃料電池にて発生する熱により予熱する予熱手段が設け
られていることを特徴とする。以上のような請求項１６
記載の発明では、電池スタックに供給される反応ガスが
予熱手段によって予熱されるので、加湿用の水蒸気ある
いは微粒化された水は供給管内で凝縮することがない。
また、より広範囲な電池動作温度条件に対応することが
できるため、効果的な加湿が可能となる。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面に従
って以下に説明する。

【００４１】（１）第１の実施の形態（構成）請求項１〜３記載の発明に対応する実施の形態
を、図１及び図２に従って以下に説明する。すなわち、
図１に示すように、固体高分子電解質型燃料電池の電池
スタック１には、燃料ガスである水素を供給する燃料供
給管２と、酸化剤ガスである空気を供給する空気供給管
３が接続されている。また、電池スタック１には、冷却
水供給管４が接続されている。

【００４２】これらの燃料供給管２と空気供給管３に
は、水蒸気を供給する水蒸気発生装置５が接続されてい
る。ここで、図中の６，７は、それぞれ水蒸気が燃料供
給管２と空気供給管３に噴出される入り口を示してい
る。水蒸気発生装置５から燃料供給管２及び空気供給管
３への流路には、流量制御弁１６，１７が設けられてお
り、それぞれ燃料供給管２及び空気供給管３への加湿量
をコントロールできる構成となっている。

【００４３】そして、水蒸気発生装置５には、水を供給
するための水供給管８が接続されている。この水供給管
８には、下流側の反応ガスの圧力条件によっては、ポン
プを設ける場合もあり、加圧手段として、反応ガス上流
側の圧力を利用して水を加圧する方法もある。

【００４４】また、電池スタック１には、電池スタック
１内で反応しきれなかった燃料ガスと空気を排出する燃
料ガス排出管１０及び空気排出管９と、冷却水を排出す
る冷却水排出管１１が接続されている。

【００４５】さらに、電池スタック１には、燃料電池の
作動状態をモニターするセンサーとして、固体高分子電
解質膜の電気抵抗値を検出する抵抗値センサー１８と、
燃料電池の出力電圧を検出する電圧センサー１９とが組
み込まれている。この抵抗値センサー１８及び電圧セン
サー１９は、制御装置１２に接続されている。制御装置
１２は、電池の作動状態を判断し、水蒸気発生量を指示
できるように、水蒸気発生装置５に接続されている。

【００４６】（作用）以上のような本実施の形態の作用
は以下の通りである。すなわち、電池スタック１に対し
て、燃料ガスである水素が燃料供給管２から供給され、
酸化剤ガスである空気が空気供給管３から供給されるこ
とによって、発電が行われる。そして、冷却水供給管４
から供給される冷却水によって、電池内部で発生する熱
が、水の顕熱の形で吸収され、電池が適正な温度に保持
される。さらに、電池スタック１内で反応しきれなかっ
た燃料ガスと空気は、それぞれ燃料ガス排出管１０、空
気排出管９を通って排出される。また、冷却水は冷却水
排出管１１を通って排出される。

【００４７】このような発電過程において、燃料供給管
２と空気供給管３には、水蒸気発生装置５からの水蒸気
が入り口６，７から噴出され、燃料ガス及び空気が加湿
される。制御装置１２は、電池の作動状態を判断し、水
蒸気発生装置５からの水蒸気供給量を制御する。

【００４８】より具体的には、電気抵抗値が高いと固体
高分子電解質膜が乾燥状態にあるが、電気抵抗値が低
く、かつ出力電圧が低いと固体高分子電解質膜がフラッ
ディング気味で濡れすぎの状態にあることを表している
ので、膜の濡れ状態は、電気抵抗値と出力電圧値によっ
て知ることができる。従って、抵抗値センサー１８によ
って検出された電気抵抗値と、電圧センサー１９によっ
て検出された出力電圧値に基づいて、制御装置１２が水
蒸気発生装置５に発生量を指示することにより、適切な
濡れ状態が維持される。

【００４９】このような制御装置１２による制御シーケ
ンスの一例を、図２に示す。なお、膜抵抗値はＲ、電圧
値はＶとし、それぞれのしきい値をＲｓ，Ｖｓとする。
すなわち、制御装置１２に、抵抗値センサー１８からの
膜抵抗値Ｒと電圧センサー１９からの電圧値Ｖが入力さ
れると（ステップ２０１）。Ｒがしきい値Ｒｓよりも大
きい場合には（ステップ２０２）、水蒸気発生装置５に
対して加湿量増加指令が出される（ステップ２０３）。

【００５０】そして、Ｒがしきい値Ｒｓよりも小さく、
電圧値Ｖがしきい値Ｖｓよりも小さい場合には（ステッ
プ２０４）、水蒸気発生装置５に対して加湿量減少指令
が出される。Ｒがしきい値Ｒｓよりも小さく、電圧値Ｖ
がしきい値Ｖｓよりも大きい場合には、水蒸気発生装置
の加湿量は維持され、膜抵抗値Ｒと電圧値Ｖの入力待ち
となる（ステップ２０６）。

【００５１】（効果）以上のような本実施の形態によれ
ば、電池スタック１の作動状態を絶えずモニターしなが
ら燃料ガス及び空気の加湿量をコントロールするので、
作動条件が変化しても、この変化に合わせて固体高分子
電解質膜の濡れ状態を良好なものとし、常に最適な運転
状態を維持することができる。

【００５２】また、上記の従来技術のように電池スタッ
ク１内に加湿部分を設ける必要がないので、電池スタッ
ク１の小形化、軽量化が可能となる。さらに、燃料供給
管２内の燃料ガス、空気供給管３内の酸化剤ガスには、
十分に速い流速があり、供給される水蒸気との混合速度
が速くなるので、大きな加湿器や大きなバブラーなどを
必要せず、システム全体の小形化、軽量化が実現でき
る。

【００５３】（２）第２の実施の形態（構成）請求項１、請求項２及び請求項７記載の発明に
対応する実施の形態を、図３に従って以下に説明する。
すなわち、本実施の形態は、燃料供給管２と空気供給管
３に設けられた水蒸気の入り口６，７の下流側に、それ
ぞれ湿度センサー１３，１４が設けられている。そし
て、湿度センサー１３，１４は、制御装置１２に接続さ
れている。このように抵抗値センサー１８及び電圧セン
サー１９の代わりに湿度センサー１３，１４を設けた以
外の構成は、上記の第１の実施の形態と同様である。

【００５４】（作用効果）以上のような本実施の形態で
は、電池スタック１が作動中、燃料ガスと空気が予め設
定された湿度に維持できるよう、湿度センサー１３，１
４によって測定される湿度をモニターしながら、制御装
置１２によって水蒸気発生装置５及び流量制御弁１６，
１７がコントロールされる。従って、第１の実施の形態
と同様の作用効果が得られるとともに、燃料ガスと空気
の湿度を直接測定するので、必要な加湿量をより正確に
コントロールすることができる。

【００５５】（３）第３の実施の形態（構成）請求項９記載の発明に対応する実施の形態を、
図４及び図５に従って説明する。すなわち、本実施の形
態においては、燃料供給管２の内部に、噴霧ノズル２１
が設置されている。この噴霧ノズル２１は、水供給管２
２を介して高圧ポンプ２０に接続され、高圧ポンプ２０
は、外部から水を供給するための水供給管８に接続され
ている。そして、高圧ポンプ２０は、その回転数が制御
装置１２によって制御可能に設けられている。このよう
に水蒸気発生装置５、流量制御弁１６，１７の代わり
に、噴霧ノズル２１及び高圧ポンプ２０を設けた以外の
構成は、上記の第１の実施の形態と同様である。

【００５６】（作用）以上のような本実施の形態では、
水供給管８から供給された水は、高圧ポンプ２０によっ
て高圧となり、水供給管２２を介して噴霧ノズル２１に
供給される。そして、図５に示すように、高圧水が微細
孔を持つ噴霧ノズル２１を通過する際、直径数十ミクロ
ン程度の小さな液滴に微粒化され、燃料供給管２内へ散
布される。微粒化された液滴は燃料ガス内で予め蒸発
し、燃料ガスを加湿する。このときの加湿量は、第１の
実施の形態と同様に、制御装置１２において、燃料電池
の作動状態から必要な加湿量を判断し、それを高圧ポン
プ２０の回転数へとフィードバックし、加湿量を増加し
たいときは回転数を上げ、低減したいときは回転数を下
げる制御を行うことによってコントロールする。

【００５７】（効果）以上のような本実施の形態によれ
ば、第１の実施の形態と同様な作用効果が得られるとと
もに、非常に単純な構造と小さな部材によって、加湿手
段を構成することができるので、より一層コンパクトで
軽量となる。

【００５８】（４）第４の実施の形態（構成）請求項１０記載の発明に対応する実施の形態
を、図６及び図７に従って説明する。すなわち、本実施
の形態においては、燃料供給管内２内に、超音波ノズル
２４が設けられている。この超音波ノズル２４には、流
量制御バルブ２３が設けられた水供給管２２が接続され
ている。そして、水供給管２２は、外部から水を供給す
るための水供給管８に接続されている。超音波ノズル２
４及び流量制御バルブ２３は、制御装置１２に接続され
ている。このように水蒸気発生装置５、流量制御弁１
６，１７の代わりに、超音波ノズル２４及び流量制御バ
ルブ２３を設けた以外の構成は、上記の第１の実施の形
態と同様である。

【００５９】（作用）以上のような本実施の形態では、
水供給管８から供給された水は、水供給管２２を介して
超音波ノズル２４に供給される。超音波ノズル２４にお
いては、超音波による霧化作用により、供給水が直径数
十ミクロンまで微粒化され、燃料供給管２内へ散布され
て、燃料ガスを加湿する。このときの加湿量は、第１の
実施の形態と同様に、電池スタック１の作動状態から必
要な加湿量を判断し、それを流量制御バルブ２３へとフ
ィードバックすることにより制御される。つまり、加湿
量を増加するときはバルブ開度を大きくし、低減したい
ときにはバルブ開度を小さくする制御を行うことによっ
て、加湿量がコントロールされる。

【００６０】（効果）以上のような本実施の形態によれ
ば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるとと
もに、第３の実施の形態に示した高圧噴霧方式に比べ
て、高圧ポンプ２０が不要となるので、さらに簡潔な構
成とすることができ、より一層のコンパクト化が実現で
きる。

【００６１】（５）第５の実施の形態（構成）請求項１１記載の発明に対応する実施の形態
を、図８に従って説明する。本実施の形態は、上記の第
４の実施の形態とほぼ同様の構成であるが、燃料供給管
２内には絞り部分２６が設けられ、この絞り部分２６
に、超音波ノズル２４ではなく水噴霧孔２５が設けられ
ている点が異なる。そして、この水噴霧孔２５には、水
供給管２２が接続されている。

【００６２】（作用）以上のような本実施の形態では、
高速噴流による水の吸引効果、つまり霧吹き効果によっ
て、燃料ガスを加湿する。すなわち、燃料供給管２を通
ってきた燃料は、絞り部分２６に近付くにつれて流速を
徐々に増すが、反対に圧力は徐々に下がり、絞り部分２
６において最低の圧力となる。すると、水供給管２２か
ら供給される水が、水噴霧孔２５を通って吸引され、高
速の燃料ガスによって微粒化されて、加湿される。この
ときの加湿量は、上記の第４の実施例と同様の制御でコ
ントロールされる。

【００６３】（効果）以上のような本実施の形態によれ
ば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるとと
もに、第４の実施の形態に比べて、超音波ノズル２４が
不要となるので、さらに構造を単純にすることができ
る。また、流量制御弁２３の制御以外には、水を霧化す
るための電力を必要としないので、より高い発電効率を
得ることができる。

【００６４】（６）第６の実施の形態（構成）請求項１２記載の発明に対応する実施の形態
を、図９に従って説明する。本実施の形態は、上記の第
４の実施の形態とほぼ同様の構成であるが、回転霧化方
式を採用している点が異なる。すなわち、燃料供給管２
内の一部には、霧化室２９が設けられており、その中
に、モータ２８につながれた回転円盤２７が配置されて
いる。この回転円盤２７には、テーパ部分が設けられ、
テーパ部分に近接する位置に、水供給管２２の先端部が
配設されている。

【００６５】（作用）以上のような本実施の形態では、
モータ２８によって回転円盤２７が高速で回転する。そ
して、水供給管２２から供給される水は、回転円盤２７
のテーパ部分によって、遠心力効果で回転円盤２７端部
へと移動し、当該端部から液滴となって燃料供給管２の
一部である霧化室２９へと散布される。散布された水
は、下流側にいくに従って蒸発し、燃料ガスを加湿す
る。このときの加湿量は、上記の第４の実施例と同様の
制御でコントロールされる。

【００６６】（効果）以上のような本実施の形態によれ
ば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるとと
もに、幅広い水の流量に応じて、常に一定の粒径の液滴
を供給することができるので、極めて安定した加湿を実
現できる。

【００６７】（７）第７の実施の形態（構成）請求項１３記載の発明に対応する実施の形態
を、図１０に従って説明する。本実施の形態は、第１の
実施の形態とほぼ同様の構成であるが、加湿水として電
池の冷却水を用いる点が異なる。すなわち、電池スタッ
ク１の冷却水排出管１１は、ポンプ３０を介してラジエ
ータ３１に接続されている。このラジエータ３１は、戻
り管３３を介して冷却水供給管４に接続されている。冷
却水供給管４には、補給用バルブ３２が設けられてい
る。また、冷却水排出管１１は、ポンプ３０を介して水
蒸気発生器５にも接続されている。

【００６８】（作用）以上のような本実施の形態では、
電池スタック１から排出された冷却水は、ポンプ３０に
よって送られてラジエータ３１に入り、設定温度まで冷
却された後、戻り管３３を通って再度電池スタック１へ
供給され、循環する。そして、循環水の一部は、水蒸気
発生器５に導かれ、反応ガスの加湿に用いられる。この
ときの加湿量は、上記の第１の実施例と同様の制御でコ
ントロールされる。冷却水量は加湿に用いられると徐々
に減ってくるので、補給用バルブ３２を開き、足りない
分を補給する。

【００６９】（効果）以上のような本実施の形態によれ
ば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるとと
もに、加湿水が予め電池の廃熱により加熱されるので、
水蒸気発生器５における加熱ヒータ等に必要なエネルギ
ーを節減できる。従って、システムの発電効率がより一
層向上する。

【００７０】（８）第８の実施の形態（構成）請求項１４記載の発明に対応する実施の形態
を、図１１に従って説明する。本実施の形態は、上記の
第７の実施の形態とほぼ同様の構成であるが、燃料電池
内部で反応時に生成された生成水を加湿水として用いる
点が異なる。すなわち、電池スタック１の空気排出管９
には、気液分離器３４が設けられている。この気液分離
器３４は、ポンプ３０を介して水蒸気発生器５に接続さ
れている。

【００７１】（作用）以上のような本実施の形態では、
電池スタック１からの排出空気は、気液分離器３４を通
り、空気及び余分な水分が排出管９を通って外部へと排
出される。気液分離器３４において分離された液体すな
わち水は、ポンプ３０によって水蒸気発生器５に導か
れ、水蒸気となって反応ガスの加湿に用いられる。この
ときの加湿量は、上記の第４の実施例と同様の制御でコ
ントロールされる。

【００７２】（効果）以上のような本実施の形態によれ
ば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるとと
もに、加湿水が予め電池の廃熱により加熱されるので、
水蒸気発生器５における加熱ヒータ等に必要なエネルギ
ーを節減できる。従って、システムの発電効率を一層向
上させることができる。

【００７３】さらに、加湿水は燃料電池の生成水の量で
十分足りるので、外部より水を補給する必要がなく、よ
り単純なシステム構成が可能となり、コンパクト化、軽
量化が実現できる。

【００７４】（９）第９の実施の形態（構成）請求項１５記載の発明に対応する実施の形態
を、図１２に従って説明する。本実施の形態の基本構成
は、第１の実施の形態と同様であるが、複数の電池スタ
ックからなるシステムである点が異なる。すなわち、増
設された電池スタック３５には、燃料供給管２、空気供
給管３及び冷却水供給管４からの分岐部３７，３８，３
９が接続されている。水蒸気の入り口６，７は、分岐部
３７，３８の上流側に設けられている。また、電池スタ
ック３５からの空気排出管３００、燃料ガス排出管３０
１、冷却水排出管３０２は、電池スタック３５からの燃
料ガス排出管９、空気排出管１０、冷却水排出管１１に
接続されている。

【００７５】（作用）以上のような本実施の形態では、
水蒸気の入り口６，７は、分岐部３７，３８の上流側に
設けられているので、一つの加湿器で複数の電池スタッ
ク１，３５の加湿をまかなうことができる。そして、制
御装置１２は、第１の実施の形態と同様に、電池スタッ
ク１の抵抗値センサー１８によって検出される固体高分
子電解質膜の電気抵抗値と、電圧センサー１９によって
検出される電池スタック１の出力電圧をモニターし、電
池の作動状態を判断して加湿量を決定する。制御装置１
２は水蒸気発生器５へ必要な加湿量を指令し、これに従
って反応ガスが加湿されることになる。

【００７６】（効果）以上のような本実施の形態によれ
ば、複数の電池スタック１，３５を有する燃料電池であ
っても、各電池スタックごとに加湿手段を設ける必要が
ないので、大幅なコンパクト化が可能となる。また、部
品点数も大幅に少なくなり、製造コストも大きく低減で
きる。

【００７７】（１０）第１０の実施の形態（構成）請求項１６記載の発明に対応する実施の形態
を、図１３に従って以下に説明する。本実施の形態の基
本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、反応ガス
を電池スタック１内を通して予熱した後、加湿するよう
にしている点が異なる。すなわち、燃料ガス供給管２及
び空気供給管３は、電池スタック１内に設けられた予熱
ダクト４０，４１を貫通している。そして、予熱ダクト
４０，４１から出た燃料ガス供給管２及び空気供給管３
には、水蒸気の入り口６，７が設けられ、さらに電池ス
タック１内に導かれている。

【００７８】（作用）以上のような本実施の形態では、
燃料ガス供給管２及び空気供給管３より供給された燃料
ガスと空気は、電池スタック１内に設けられた予熱ダク
ト４０，４１を通って予熱される。そして、電池スタッ
ク１の外部にて水蒸気発生器５により加湿された後、電
池スタック１内に導かれ、反応する。

【００７９】（効果）以上のような本実施の形態によれ
ば、反応ガスが予熱され温度が高い状態で水蒸気が供給
されるため、反応ガス内に噴出された水蒸気は凝縮しに
くくなり、より広範囲の温度領域で効果的な加湿が可能
となる。また、反応ガスの予熱には、電池スタック１の
発電により生じた熱を用いるので、効率的である。

【００８０】（１１）他の実施の形態本発明は以上のような実施の形態に限定されるものでは
なく、各部材の構成は適宜変更可能である。例えば、請
求項４記載の発明に対応する実施の形態として、第２の
実施の形態における湿度センサー１３，１４の代わり
に、電池スタック１の電流を測定する電流センサーを用
いても、加湿量決定のための情報とすることができる。
すなわち、加湿量はほぼ負荷量に比例するため、予め比
例常数を設定すれば、最適な湿度とするために必要な加
湿量を算出できることになる。

【００８１】さらに、システム上、負荷量は利用する側
から決定される場合が多いので、その場合には、制御装
置１２が負荷量を把握していることになり、センサーを
用いない場合であっても、ある程度の制御が可能とな
る。

【００８２】また、請求項５及び請求項６記載の発明に
対応する実施の形態として、湿度センサーの代わりに燃
料ガスの流量センサーを用いても、加湿量決定のための
情報とすることができる。すなわち、加湿量はほぼ燃料
流量に比例するため、予め比例常数を設定すれば、最適
な湿度とするために必要な加湿量を算出できることにな
る。空気流量についても全く同様のことが言える。

【００８３】さらに、システム上、負荷量は利用する側
から決定される場合が多く、負荷量はまた反応ガス量に
ほぼ比例するので、その場合は制御装置１２が反応ガス
量を把握していることになり、センサーを用いない場合
であっても、ある程度の制御が可能である。

【００８４】また、請求項８記載の発明に対応する実施
の形態として、上記の第３の実施の形態における加圧ポ
ンプ２０の代わりに、水蒸気発生装置５を設けることも
可能である。また、上記の第３〜６の実施の形態では、
燃料ガス側の加湿を行っているが、同様の方法で空気側
の加湿を行うことも可能である。また、上記の第９の実
施の形態では、電池の作動状態として、代表的な電池ス
タック１の状態をモニターしているが、複数の電池スタ
ック１，３５の平均の値を採用してもよい。また、加湿
状態をモニターする手段としては、第２の実施の形態で
述べたような湿度センサーを用いてもよく、流量センサ
ーを用いてもよい。さらに、加湿手段としては、図１２
に示す水蒸気発生器に限定されることはなく、第３〜６
の実施の形態で述べたような種々の加湿手段が適用でき
る。

【００８５】また、第１０の実施の形態では、第３〜６
の実施の形態において示した微粒化された水を用いた場
合にも、水の蒸発がより一層促進されるため、周囲に水
が凝縮するようなことがなく、より確実な加湿が可能と
なる。予熱手段として、冷却水と反応ガスとの熱交換器
を用いてもよい。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体高分子電解質膜に適度な水分を与え、負荷条件等作
動条件が変化しても、燃料電池として最適な状態で動作
できるように、反応ガスへの加湿量をコントロール可能
な固体高分子電解質型燃料電池システムを提供すること
ができる。また、小形化、軽量化及び低コスト化が可能
な固体高分子電解質型燃料電池システムを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システム
の第１の実施の形態を示す構成図である。

【図２】図１の実施の形態における加湿制御の基本シー
ケンスを表す流れ図である。

【図３】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システム
の第２の実施の形態を示す構成図である。

【図４】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システム
の第３の実施の形態を示す構成図である。

【図５】図４の実施の形態における噴霧ノズル近傍の燃
料ガス供給管を示す断面図である。

【図６】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システム
の第４の実施の形態を示す構成図である。

【図７】図６の実施の形態における超音波ノズル近傍の
燃料ガス供給管を示す断面図である。

【図８】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システム
の第５の実施の形態における絞り部近傍の燃料ガス供給
管を示す断面図である。

【図９】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システム
の第６の実施の形態における回転霧化装置近傍の燃料ガ
ス供給管を示す断面図である。

【図１０】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システ
ムの第７の実施の形態を示す構成図である。

【図１１】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システ
ムの第８の実施の形態を示す構成図である。

【図１２】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システ
ムの第９の実施の形態を示す構成図である。

【図１３】本発明の固体高分子電解質型燃料電池システ
ムの第１０の実施の形態を示す構成図である。

【図１４】従来の燃料電池の単電池構造の一例を表す断
面図である。

【図１５】電池スタック内部に加湿部分を持つ従来の燃
料電池システムの一例を示す側面図である。

【図１６】加湿装置としてバブラーを備えた従来の燃料
電池システムの一例を示す構成図である。

【図１７】加湿装置として超音波霧化装置を備えた従来
の電池スタックの一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１，３５…電池スタック２…燃料供給管３…空気供給管４…冷却水供給管５…水蒸気発生装置６，７…水蒸気入り口８，２２…水供給管９，３００…空気排出管１０，３０１…燃料ガス排出管１１，３０２…冷却水排出管１２…制御装置１３，１４…湿度センサー１６，１７，２３，３２…流量制御弁１８…抵抗値センサー１９…電圧センサー２０…高圧ポンプ２１…噴霧ノズル２４…超音波ノズル２５…水噴出口２６…絞り部２７…回転円盤２８…モーター２９…霧化室３０…循環ポンプ３１…ラジエーター３３…冷却水戻り管３４…気液分離器３７，３８，３９…分岐部４０，４１…予熱ダクト１０１…単電池１０２…固体高分子膜１０３…アノード電極１０３ａ…アノード触媒層１０３ｂ…アノード多孔質カーボン平板１０３ｃ…燃料供給溝１０４…カソード電極１０４ａ…カソード触媒層１０４ｂ…カソード多孔質カーボン平板１０４ｃ…酸化剤供給溝１０５…セパレータ

フロントページの続き (72)発明者知沢洋神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体高分子から成る電解質膜が燃料極と
酸化剤極との間に配置された単電池を少なくとも一つ有
する電池スタックと、前記燃料極に燃料ガスを供給する
燃料供給管と、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸
化剤供給管とを備えた固体高分子電解質型燃料電池シス
テムにおいて、前記燃料供給管及び前記酸化剤供給管の少なくとも一方
に、水蒸気若しくは微粒化された水を供給する加湿手段
が設けられていることを特徴とする固体高分子電解質型
燃料電池システム。
【請求項２】前記電池スタックの作動状態に基づい
て、前記加湿手段による水蒸気若しくは微粒化された水
の供給量に対して、フィードバック制御を行う制御装置
を備えたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子電
解質型燃料電池システム。
【請求項３】前記電池スタックの作動状態は、前記電
解質膜の電気抵抗値及び電池の出力電圧であることを特
徴とする請求項２記載の固体高分子電解質型燃料電池シ
ステム。
【請求項４】前記電池スタックの作動状態は、電池ス
タックの負荷量であることを特徴とする請求項２記載の
固体高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項５】前記電池スタックの作動状態は、前記燃
料供給管を流れる燃料ガス流量であることを特徴とする
請求項２記載の固体高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項６】前記電池スタックの作動状態は、前記酸
化剤供給管を流れる酸化剤ガス流量であることを特徴と
する請求項２記載の固体高分子電解質型燃料電池システ
ム。
【請求項７】前記加湿手段の下流側に、湿度センサー
が設けられ、前記湿度センサーにより検知された湿度に基づいて、前
記加湿手段による水蒸気の供給量若しくは微粒化された
水の供給量に対して、フィードバック制御を行う制御装
置を備えたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子
電解質型燃料電池システム。
【請求項８】前記加湿手段は、前記燃料供給管内及び
前記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた水蒸
気を噴出するノズルと、その上流側に設けられた水蒸気
発生装置とによって構成されていることを特徴とする請
求項１〜７のいずれか１項に記載の固体高分子電解質型
燃料電池システム。
【請求項９】前記加湿手段は、前記燃料供給管内及び
前記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた噴霧
ノズルと、その上流側に設けられた水を加圧する加圧装
置とによって構成されていることを特徴とする請求項１
〜７のいずれか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電
池システム。
【請求項１０】前記加湿手段は、前記燃料供給管内及
び前記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた超
音波噴霧ノズルと、その上流側に設けられた水を供給す
るポンプとによって構成されていることを特徴とする請
求項１〜７のいずれか１項に記載の固体高分子電解質型
燃料電池システム。
【請求項１１】前記加湿手段は、前記燃料供給管内及
び前記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた絞
り部分と、前記絞り部分に水を供給するノズルとによっ
て構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいず
れか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池システ
ム。
【請求項１２】前記加湿手段は、前記燃料供給管内及
び前記酸化剤供給管内の少なくとも一方に設けられた回
転円盤と、前記回転円盤に向かって水を供給するノズル
と、前記ノズルの上流側に水を供給するポンプとによっ
て構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいず
れか１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池システ
ム。
【請求項１３】前記電池スタックの冷却水の流路が、
前記加湿手段への水の供給路に接続されていることを特
徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の固体高
分子電解質型燃料電池システム。
【請求項１４】前記電池スタック内で反応により生じ
た生成水の流路が、前記加湿手段への水の供給路に接続
されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか
１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項１５】前記電池スタックを複数備えているこ
とを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の
固体高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項１６】前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを、
燃料電池にて発生する熱により予熱する予熱手段が設け
られていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか
１項に記載の固体高分子電解質型燃料電池システム。