(57)【要約】【課題】  水蒸気を発生させるための熱効率を改善し、加湿ガスの設定変更に対する応答性をよくしながら装置を大容量化できる加湿ガス供給システムおよびその供給方法を提供する。【解決手段】  本発明の加湿ガス供給システム１０は、所定の温度、流量、および湿度の製品加湿ガスを連続的に製造する加湿ガス供給システムであって、蒸発部１４は、原水を貯留する貯水槽２９と、貯水槽２９の内部に形成された多孔層と、環状に形成されて高さ方向に配置されるとともに原水を厚み方向に通過可能な隙間３９を有し、貯水槽２９の内部に、原料ガスを高さ方向に通過させながら加熱する給熱部４２を形成する仕切壁３６，３７と、給熱部４２を加熱する加熱手段３０〜３５とを備えている。本発明の加湿ガス供給方法は、給熱部４２に原料ガスを通過させながら加熱手段３０〜３５で加熱するとともに、仕切壁３６，３７の外側に貯留されている所定温度の原水でさらに加熱する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を供給する水供給手段と、原料ガスを供給するガス供給手段と、前記水供給手段から供給された原水を加熱するとともに、前記ガス供給手段から供給された前記原料ガスを通過させて水蒸気を発生させる蒸発部とを有し、所定の温度、流量、および湿度の製品加湿ガスを連続的に製造する加湿ガス供給システムであって、
前記蒸発部は、
前記原水を貯留する貯水槽と、
前記貯水槽の内部に形成され、原水中を通過する気泡を微細化する多孔層と、
環状に形成されて高さ方向に配置されるとともに前記原水を厚み方向に通過可能な隙間を有し、前記貯水槽の内部に、前記原料ガスを高さ方向に通過させながら加熱する給熱部を形成する仕切壁と、
前記給熱部内の原水を加熱する加熱手段と
を備えていることを特徴とする加湿ガス供給システム。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記仕切壁の内側に高さ方向に伸びるように配置され、前記仕切壁の前記隙間は、多数の貫通孔または貫通した溝部によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加湿ガス供給システム。
【請求項３】
前記仕切壁および前記仕切壁の前記隙間は、螺旋状に形成され、前記加熱手段は、前記仕切壁と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加湿ガス供給システム。
【請求項４】
前記多孔層は、前記仕切壁に形成された前記隙間を通過不可能な大きさの球状固体物を前記貯水槽の内部に充填して形成され、前記仕切壁の上下には、原水が前記給熱部の内部と外部との間を移動可能な流路が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の加湿ガス供給システム。
【請求項５】
前記蒸発部の上部には、前記蒸発部から供給される前記水蒸気および前記原料ガスを混合して生加湿ガスを生成させ、この生加湿ガスを加熱して過熱加湿ガスを生成させる混合昇温部と、前記混合昇温部で生成した過熱加湿ガスを降温する冷却部とが設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の加湿ガス供給システム。
【請求項６】
前記仕切壁は、同心状に複数配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の加湿ガス供給システム。
【請求項７】
前記加熱手段は、それぞれ独立して加熱可能な複数の加熱ヒータを、設置したときの高さ方向に接続して形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載の加湿ガス供給システム。
【請求項８】
原水を供給する水供給手段と、原料ガスを供給するガス供給手段と、前記水供給手段から供給された原水を加熱するとともに、前記ガス供給手段から供給された前記原料ガスを通過させて水蒸気を発生させる蒸発部と、前記蒸発部から供給される前記水蒸気および前記原料ガスを混合して生加湿ガスを生成させ、この生加湿ガスを加熱して過熱加湿ガスを生成させる混合昇温部と、前記混合昇温部で生成した過熱加湿ガスを降温する冷却部とを有し、所定の温度、流量、および湿度の製品加湿ガスを連続的に製造する加湿ガス供給の供給方法であって、
環状に形成されて高さ方向に配置され、前記原水が厚み方向に通過可能な隙間を有する仕切壁と、原水中を通過する気泡を微細化する多孔層とを内部に配置した貯水槽に原水を貯留し、
前記仕切壁の内側に形成した給熱部に加熱手段を配置し、
前記給熱部に前記原料ガスを通過させながら前記加熱手段で加熱するとともに、前記仕切壁の外側に形成した蓄熱部でさらに加熱することを特徴とする加湿ガスの供給方法。
【請求項９】
前記仕切壁を同心状に複数配置して各前記仕切壁の間に前記給熱部を形成し、前記原料ガスを通過させる前記給熱部を、前記原料ガスの供給量と、前記給熱部の断面積に応じて選択することを特徴とする請求項８に記載の加湿ガスの供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、固体高分子型の燃料電池等の設備にガスと水蒸気とを混合した加湿ガスを供給する加湿ガス供給システムおよびその供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加湿ガスは、多くの分野で必要とされており、例えば、固体高分子型の燃料電池においては、必要不可欠な原料である。
燃料電池は、例えば、電解質としてイオン交換膜を用いた固体高分子型（ＰＥＦＣ）、リン酸を電解質としたリン酸型（ＰＡＦＣ）、炭酸カリウム炭酸リチウムを電解質とした溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、安定化ジルコニアを電解質とした固体酸化物型（ＳＯＦＣ）等の種々の形式があるが、特に固体高分子型の燃料電池においては、高湿度の加湿ガスを安定して供給することが必要とされている。
すなわち、固体高分子型燃料電池は、一般的に、水素イオン伝導性の固体高分子を白金触媒を担持したカーボン電極で挟み込んで構成される発電素子、すなわち固体高分子電解質膜−電極接合体、およ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を積層した構造を有している。そして、一方の電極に水素ガス（燃料ガス）を供給し、他方の電極に酸素あるいは空気すなわち酸化剤ガスを供給して、燃料ガスの酸化還元反応に用いられる化学エネルギーを、直接電気エネルギーとして取り出すようにしている。
【０００３】
この燃料電池にあっては、アノード側で水素ガスがイオン化して固体高分子電解質膜中を移動し、電子は、外部負荷を通ってカソード側に移動し、酸素と反応して水を生成する一連の電気化学反応により電気エネルギーを取り出すことができる。この固体高分子電解質膜中を水素イオンが移動するため、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ので、水分を供給する必要がある。
【０００４】
従来の固体高分子型燃料電池においては、例えば、特許文献１に示すように、水蒸気透過膜を使用した加湿装置や噴霧器等によって反応ガスを積極的に加湿して高い反応速度を維持するようにしている。そして、最終的には大容量のチャンバー内に加湿したガスを所定温度、所定湿度に保つようにして保持し、発電量に応じて加湿したガスを燃料電池に供給している。一方、燃料電池の製造にあたっては、出荷前に前述の固体高分子電解質膜に適度の湿り気が必要であり、また、性能検査にあたっては、その水分条件を精度よく確保する必要がある。
【０００５】
一方、従来多く使用されていた加湿ガス供給システムは、バブラーと称する密閉タンクに水を封入し、底からガスを泡状に吹き込んで上部の出口から加湿されたガスを得ていた。水の温度を供給するガスの温度に維持しておけば、ガスは水中を拡散しながら上昇し、加熱および加湿が同時に行われる。気泡が水中に滞留する時間が十分に長ければ、湿度を飽和温度に限りなく近づけることができる。また、水蒸気が直接加熱されると、温度が急激に上昇してしまうが、バブラーは、ガスを直接加熱する構造ではないため、加えた熱に対する緩衝効果が高く、装置を安定して運転することができる。例えば、タンク内の水温を一定にして運転すると、発生する加湿ガスの温度の誤差を、設定温度に対して２度以内に収めることができるため、精度がよい。
【０００６】
近年、固体高分子型燃料電池の大容量化の要求が増加しており、また、製造設備の高性能化が求められている。また、高湿度の加湿ガスを精度良く供給する装置は、例えば、各種の実験装置等への応用も期待できる。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１３２０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のような水蒸気透過膜を用いた方法では、加湿能力に限界があるため、飽和状態に近い高湿度のガスを製造することができないという問題がある。また、露点が安定せず、湿度が一定になるまでの時間がかかる（通常、数十分）ため、その間、加湿ガスの温度や圧力が一定にならず、燃料電池の性能検査の条件設定に困難を伴うという問題もある。
【０００９】
特に装置を大容量化しようとした場合には、容量に比例した台数分の装置を並列に接続するしかなく、設備の巨大化および費用の増大が避けられないという問題がある。
【００１０】
一方、従来のバブラーを用いた場合、バブラー内の気泡は、周囲の水が蒸発するときに気化熱を奪って温度が下がるため、ヒータによって気泡近傍の水を加熱する必要があるが、ヒータから気泡までの距離が離れてしまうと、気泡近傍の水に加わる熱が少なくなり、また、外壁から、空気中に熱が逃げるので、外壁近傍を通過する気泡近傍の水に加わる熱が少なくなるため、水蒸気を発生させるための熱効率が悪いという問題がある。
【００１１】
特に、従来のバブラーは、タンク内の水温を一定にして、通過する気泡近傍の水に加える熱量を一定にする必要があるが、タンクを大容量化した場合には、タンク内の水の熱容量が増加するため、装置の運転開始直後や設定変更後にタンク内の温度が安定するまでの時間が長くなり、発生する水蒸気量や露点が安定するまでの時間が長くなる。また、ヒータの発熱量には限界があり、また、外壁から逃げる熱量も多くなるため、水蒸気を発生させるための熱効率が悪くなるという問題も発生する。
【００１２】
そこで本発明が解決しようとする課題は、水蒸気を発生させるための熱効率を改善し、加湿ガスの設定変更に対する応答性をよくしながら装置を大容量化できる加湿ガス供給システムおよびその供給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明の加湿ガス供給システムは、原水を供給する水供給手段と、原料ガスを供給するガス供給手段と、前記水供給手段から供給された原水を加熱するとともに、前記ガス供給手段から供給された前記原料ガスを通過させて水蒸気を発生させる蒸発部とを有し、所定の温度、流量、および湿度の製品加湿ガスを連続的に製造する加湿ガス供給システムであって、前記蒸発部は、前記原水を貯留する貯水槽と、前記貯水槽の内部に形成され、原水中を通過する気泡を微細化する多孔層と、環状に形成されて高さ方向に配置されるとともに前記原水を厚み方向に通過可能な隙間を有し、前記貯水槽の内部に、前記原料ガスを高さ方向に通過させながら加熱する給熱部を形成する仕切壁と、前記給熱部内の原水を加熱する加熱手段とを備えている。
【００１４】
貯水槽の容量に対して供給する原料ガスの流量が少ないときは、貯水槽全体に原料ガスを流すと、貯水槽に蓄えられた水全体に必要な熱量を加えなければならないため、水蒸気を発生させるための熱効率が悪くなる。そこで、仕切壁を設け、仕切壁内の給熱部に原料ガスを供給すると、給熱部内に供給されたガスは、気泡となり、逆円錐状に拡散しながら上昇する。上昇した気泡は、仕切壁によって側方への拡散を防止され、仕切壁の内側に形成された給熱部内を上昇しながら加熱手段により加熱される。
【００１５】
原水中の気泡の界面では、周囲の水が蒸発しやすくなっており、発生した水蒸気は原料ガスの気泡内に混入する。また、水が蒸発するときには、周囲の水から気化熱を奪うので、気泡およびその周囲の原水の温度は、気泡が通過しない部分よりも温度が低下する。
【００１６】
給熱部を移動する気泡は、加熱手段により加熱されながら上昇するので、蒸発によって気化熱を奪われても、加熱手段から気泡近傍の水を介して熱を効率よく受け取ることができる。また、仕切壁によって気泡が拡がりにくくなっているので、気泡が給熱部から離れることはなく、熱を効率よく受け取ることができる。
【００１７】
また、給熱部の外側には所定温度の原水が貯留されているので、給熱部の熱が外壁の外側の空気中に直接逃げることがなくなる。さらに、仕切壁に隙間が形成されているので、蓄熱部内の温度が高い原水は、仕切壁の隙間を通過して給熱部内に移動でき、一時的に温度が下がった気泡およびその周囲の原水に補助的に熱を加える。また、給熱部内の原水が蒸発したときも、原水は仕切壁の隙間を通過して給熱部内に移動するので、貯水槽内に水位の差は発生しない。
【００１８】
貯水槽の内部に形成する多孔層には、気泡が上方に通過可能な流路が形成されていればよく、例えば、内部に多数の貫通孔を有する固体物により形成することができ、また、金網等の貫通孔を有する板状物を積層して形成することができる。また、多数の粒状物を貯水槽内に充填して形成することもできる。多孔層は、水蒸気の発生によって成長しながら上昇する気泡を細分化し、また、気泡の上昇速度を低下させて原水中の通過時間を長くする。同体積の気体であっても、１つずつの気泡の体積を小さくすると、総表面積が大きくなるので、水蒸気を発生させるための熱効率がよくなる。また、原水中の通過時間が長くなると、原水から受け取る熱量が多くなる。なお、多孔層内の流路を狭くしすぎると、気泡が通過する給熱部内の圧力が大きくなり過ぎ、気泡が仕切壁の隙間を通過して給熱部の外部に移動する可能性があるので、多孔層に形成する気泡の流路の断面積と、仕切壁の隙間の大きさは、気泡が給熱部内のみを通過するような大きさに設定している。
【００１９】
なお、環状とは、平面視したときに閉じた形状となっているものをいい、例えば、円状、矩形状、その他の形状を含む。また、加熱手段は、液体を加熱可能なものであればよく、例えば、ニクロム線を絶縁物で覆った電気式ヒータを使用することができる。また、加熱手段は、給熱部を連続的に加熱できる位置に配置されていればよい。
【００２０】
また、製品加湿ガスの量が多量に必要になった場合には、蓄熱部に原料ガスを供給することによって、さらに多量の水蒸気を発生させることが可能である。
【００２１】
前記加熱手段を、前記仕切壁の内側に高さ方向に伸びるように配置し、前記仕切壁の前記隙間を、多数の貫通孔または貫通した溝部によって形成すると、給熱部は、加熱手段によって内側から加熱されるとともに、給熱部の外側に貯留された原水によっても加熱される。
【００２２】
仕切壁の材質は、耐蝕性および熱伝導性に優れるステンレス合金等の金属が好ましい。また、多数の貫通孔または貫通した溝部は、均一のピッチで形成することが好ましく、例えば、板材に貫通孔を形成したものの他、網状部材を用いることができる。
【００２３】
前記仕切壁および前記仕切壁の前記隙間を、螺旋状に形成し、前記加熱手段を、前記仕切壁と一体的に形成すると、給熱部は、加熱手段によって加熱され、給熱部の外側に貯留された原水によっても加熱される。加熱手段を螺旋状に形成すると、例えば、両端部に電圧を加える電気式ヒータを加工して使用することができ、仕切壁の周方向にわたって均一な熱量を発生させることができる。
なお、螺旋状とは、コイルばねのように線材を筒状に巻いた形状をいい、平面上に形成した渦巻き形状は含まない。
【００２４】
前記多孔層を、前記仕切壁に形成された前記隙間を通過不可能な大きさの球状固体物を前記貯水槽の内部に充填して形成し、前記仕切壁の上下に、原水が前記給熱部の内部と外部との間を移動可能な流路を形成すると、気泡の通過時に多数の球状固体物が原水中で揺動することができるので、気泡は、給熱部内を均一に通過する。また、原水が仕切壁の上下の流路を移動できるので、原水の対流がスムーズに行われる。
【００２５】
球状固体物には、アルミナ形セラミック等のセラミックや耐熱強化処理を施したガラス材料が使用できる。球状固体物は、例えば、直径３〜７ｍｍの実質的に球形に形成され、原料ガスや水蒸気の流れおよび貯水槽内の原水の対流によって、上下左右に揺動可能となっている。
【００２６】
給熱部を加熱すると、給熱部内の原水は、原料ガスや水蒸気とともに上昇する。球状固体物は、仕切壁に形成された隙間を通過不可能な大きさに形成されているので、仕切壁を通過して給熱部の外側に移動することはなく、球状固体物間の隙間を移動する原料ガスや水蒸気も蓄熱部に移動することはなく、給熱部内を上昇する。
【００２７】
原料ガスや水蒸気は、水面に達した後、気泡が破裂してさらに上方に移動するが、原水は、仕切壁の上側の流路から蓄熱部に移動する。そして、原水の対流により、蓄熱部からは、仕切壁の下側の流路から給熱部内に原水が流入する。
【００２８】
原料ガスを供給する給熱部の下部では、水の蒸発が活発に行われるため、奪われる気化熱も多く、局所的には著しく温度が低下する。これを補うために、仕切壁の下側から給熱部内に原水を流入させることによって、給熱部の下部には、加熱手段から加える熱以外に、流入する原水が有する熱を加えることができる。
【００２９】
蒸発部の上部に、蒸発部から供給される水蒸気および原料ガスを混合して生加湿ガスを生成させ、この生加湿ガスを加熱して過熱加湿ガスを生成させる混合昇温部と、混合昇温部で生成した過熱加湿ガスを降温する冷却部とを設けると、蒸発部で発生した水蒸気は、混合昇温部で原料ガスと混合されて生加湿ガスとなり、さらに加熱されて過熱加湿ガスとなる。次いで、冷却部で、この過熱加湿ガスを降温することによって、所定の温度、流量、および湿度の製品加湿ガスが連続的に製造される。
【００３０】
前記仕切壁を、同心状に複数配置すると、貯水槽内に環状のゾーンが形成される。この環状のゾーンは、給熱部または蓄熱部として使用することができる。環状のゾーンを給熱部として使用するときは、環状のゾーンを加熱可能な位置に加熱手段を配置するとともに、ガス供給手段を環状のゾーンの下部に配置する。このとき、環状のゾーンの内側および外側の部屋は、所定温度の原水を貯留して給熱部に熱を加える蓄熱部として使用することができる。また、環状の部屋を蓄熱部として使用するときは、環状の部屋には原料ガスを通過させず、他の部屋に原料ガスを通過させる。ここで、同心状とは、第１の仕切壁を囲むように、第２の仕切壁を配置することをいい、中心を一致させる必要はない。
【００３１】
前記加熱手段に、それぞれ独立して加熱可能な複数の加熱ヒータを、設置したときの高さ方向に接続して形成すると、給熱部を高さ方向の複数の範囲に分割してそれぞれの範囲を独立して加熱することができる。
【００３２】
原料ガスおよび水蒸気は原水とともに加熱手段に沿って加湿されながら上昇する。給熱部の下部の原料ガスの供給部では、気泡内の水蒸気量が少なく、気化量が多くなって温度が低下するため、温度低下を防止するために多くの熱を供給することが好ましい。一方、給熱部の上部では、気泡内の水蒸気が飽和状態に近くなり、気化量が少なく温度も低下しにくいため、加える熱量は少なくてもよい。このような場合には、給熱部の下部に配置した加熱ヒータの出力を、上部に配置した加熱ヒータの出力より大きくする。すなわち、原料ガスの流量が多い場合は、高さ方向に一様に高熱量を加え、流量が少ない場合は、高さ方向に一様に熱量を加減して加えるか、または傾斜投入する。
【００３３】
一方、設定変更により原水の温度を上昇させたいときには、給熱部の各加熱ヒータの出力をそれぞれ最大にする。
【００３４】
本発明の加湿ガスの供給方法は、原水を供給する水供給手段と、原料ガスを供給するガス供給手段と、前記水供給手段から供給された原水を加熱するとともに、前記ガス供給手段から供給された前記原料ガスを通過させて水蒸気を発生させる蒸発部と、前記蒸発部から供給される前記水蒸気および前記原料ガスを混合して生加湿ガスを生成させ、この生加湿ガスを加熱して過熱加湿ガスを生成させる混合昇温部と、前記混合昇温部で生成した過熱加湿ガスを降温する冷却部とを有し、所定の温度、流量、および湿度の製品加湿ガスを連続的に製造する加湿ガス供給の供給方法であって、環状に形成されて高さ方向に配置され、前記原水が厚み方向に通過可能な隙間を有する仕切壁と、原水中を通過する気泡を微細化する多孔層とを内部に配置した貯水槽に原水を貯留し、前記仕切壁の内側に形成した給熱部に加熱手段を配置し、前記給熱部に前記原料ガスを通過させながら前記加熱手段で加熱するとともに、前記仕切壁の外側に形成した蓄熱部でさらに加熱する。
【００３５】
供給された原料ガスが気泡となって給熱部内を上昇するときに、気泡の界面で水蒸気が発生するので、気化熱が奪われる。給熱部を、加熱手段により加熱するとともに、周囲に形成した蓄熱部から仕切壁を通過して流入する所定温度の原水によって加熱するので、給熱部内の温度低下が防止される。
【００３６】
前記仕切壁を同心状に複数配置して各前記仕切壁の間に前記給熱部を形成し、前記原料ガスを通過させる前記給熱部を、前記原料ガスの供給量と、前記給熱部の断面積に応じて選択すると、原料ガスの供給量を少なくしたときには、断面積が狭い給熱部を使用して、原料ガスが拡散しないようにでき、原料ガスの供給量を多くしたときには、断面積が広い給熱部を使用して、原料ガスに水蒸気を発生させるための十分な水が供給されるようにできる。また、原料ガスの供給量をさらに多くしたときには、仕切壁で分割された２以上のゾーンを、複数の給熱部として使用することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば次の効果を奏する。
（１）本発明の加湿ガス供給システムは、貯水槽に隙間を有する仕切壁と多孔層とを設け、貯水槽内に原料ガスを通過させる給熱部を形成し、給熱部を加熱する加熱手段を設けたので、給熱部内で気泡の拡散を防止しながら加熱手段で加熱し、さらに蓄熱部によって外側から加熱して、大容量の貯水槽内の一部だけを水蒸気発生部分として使用することができ、水蒸気を発生させるための熱効率を向上させて、加湿ガスの設定変更に対する応答性をよくしながら装置を大容量化できる。
（２）加熱手段を、仕切壁の内側に高さ方向に伸びるように配置し、仕切壁の隙間を、多数の貫通孔または貫通した溝部によって形成すると、給熱部は、加熱手段によって内側から加熱されるとともに、蓄熱部によって外側から加熱されるので、給熱部の水蒸気を発生させるための熱効率を向上させて応答性を向上させることができ、また、仕切壁の構造が簡単なので、製造や設置位置の変更を容易に行うことができる。
（３）仕切壁および仕切壁の隙間を、螺旋状に形成し、加熱手段を、仕切壁と一体的に形成すると、装置の部品点数を増やさずに装置を大容量化でき、また、給熱部に接する加熱部の面積が増加し、周方向の発熱量が均一になるので、応答性をよくするとともに加熱手段の熱的負荷を減らすことができる。
（４）貯水槽に、仕切壁に形成された隙間を通過不可能な大きさの球状固体物を充填すると、原料ガスや水蒸気の給熱部の通過時間を長くし、また、気泡の大きさを小さくして水蒸気を発生させるための熱効率を向上させ、装置の応答性を向上させることができる。また、球状固体物、原料ガスおよび水蒸気が仕切壁を通過して蓄熱部に移動することがなく、原料ガスおよび水蒸気が給熱部内を加熱されながら上昇するので、応答性が向上する。
（５）仕切壁の上下に、球状固体物が移動可能な流路を形成すると、対流により仕切壁の下側から給熱部内に原水が流入するので、水蒸気を発生させるための熱を効率的に加えて装置の応答性を向上させることができる。
（６）蒸発部の上部に、蒸発部から供給される水蒸気および原料ガスを混合して生加湿ガスを生成させ、この生加湿ガスを加熱して過熱加湿ガスを生成させる混合昇温部と、混合昇温部で生成した過熱加湿ガスを降温する冷却部とを設けると、蒸発部で発生した水蒸気は、混合昇温部で原料ガスと混合されて生加湿ガスとなり、さらに加熱されて過熱加湿ガスとなる。次いで、冷却部で、この過熱加湿ガスを降温することによって、所定の温度、流量、および湿度の製品加湿ガスを連続的に精度良く製造することができる。
（７）仕切壁を、同心状に複数配置すると、貯水槽内に環状の部屋を形成して、給熱部または蓄熱部として使用することができ、原料ガスの供給量の変更等の設定変更に対する応答性を向上させることができる。
（８）加熱手段に、それぞれ独立して加熱可能な複数の加熱ヒータを、設置したときの高さ方向に接続して形成すると、給熱部を高さ方向の複数の範囲に分割し、給熱部の温度分布や、原料ガスの流量に応じて、それぞれの範囲を独立して加熱することができ、水蒸気を発生させるための熱効率を向上させ、原料ガスの供給量の変更等の設定変更に対する応答性を向上させることができる。
（９）本発明の加湿ガス供給方法は、給熱部に原料ガスを通過させながら加熱手段で加熱するとともに、仕切壁の外側に形成した蓄熱部でさらに加熱するので、原料ガスの供給量の変更等の設定変更に対する応答性をよくしながら装置を大容量化できる。
（１０）  仕切壁を同心状に複数配置して各仕切壁の間に給熱部を形成し、原料ガスを通過させる給熱部を、原料ガスの供給量と、給熱部の断面積に応じて選択すると、原料ガスの供給量の変更等の設定変更に対する応答性をよくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の加湿ガス供給システムの説明図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の加湿ガス供給システム１０は、固体高分子型の燃料電池１１に所定の流量、温度および湿度の製品加湿ガスを連続的に供給する装置であって、原水を供給する水供給手段１２と、原料ガスの一例である水素を供給するガス供給手段１３と、水供給手段１２から供給された原水を加熱するとともにガス供給手段１３から供給された原料ガスを通過させて水蒸気を発生させる蒸発部１４とを有している。
【００３９】
また、加湿ガス供給システム１０は、蒸発部１４から供給される水蒸気および原料ガスを混合して生加湿ガスを生成させ、この生加湿ガスを加熱して過熱加湿ガスを生成させる混合昇温部１５と、混合昇温部で生成した過熱加湿ガスを降温して、所定の温度、流量、および湿度の製品加湿ガスを生成する冷却部１６と、生成した製品加湿ガスを保温または昇温して所定値に保つ温調部１７とを有し、製品加湿ガスを温調部１７から固体高分子型の燃料電池１１に連続的に供給するシステムである。なお、蒸発部１４、混合昇温部１５および冷却部１６は、高さ方向に下から順に積み上げられている。以下、詳しく説明する。
【００４０】
水供給手段１２は、原水（例えば、２μＳ／ｃｍ以下、好ましくは１μＳ／ｃｍ以下の純水）を貯留する原水タンク２０と、原水タンク２０に貯留された原水を、原水供給管２１を介して蒸発部１４に供給する定量ポンプ２２を有している。原水供給管２１には、原水をあらかじめ加熱する配管ヒータ２４が設けられている。なお、蒸発部１４の内壁に原水供給管２１を沿わせ、加熱された原水を供給する構成にしてもよい。
【００４１】
ガス供給手段１３は、原料ガス、例えば、水素を貯留しているガスボンベ２５と、ガスボンベ２５から蒸発部１４の下部へ原料ガスを送る複数のガス供給管２６ａ〜２６ｃと、ガス供給管２６ａ〜２６ｃにそれぞれ設けられ、供給するガスの流量を調節する減圧弁および流量調節弁を有するガス流量調節器２７ａ〜２７ｃとを有している。ガス供給管２６ａ〜２６ｃの先部は、原料ガスを小さな気泡として供給できる形状となっている。また、ガス供給管２６ａ〜２６ｃのガス流量調節器２７ａ〜２７ｃの下流側には、原料ガスを加熱する配管ヒータ２８ａ〜２８ｃがそれぞれ取り付けられている。
【００４２】
図２は本発明の第１の実施の形態の蒸発部の平断面図、図３は同部分拡大正断面図、図４は同給熱部および蓄熱部の制御ブロックを示す説明図である。図１〜図４に示すように、蒸発部１４は、原水を貯留する貯水槽２９と、加熱手段の一例である加熱ヒータ３０〜３２をコイルばねのような螺旋状に巻いて、設置したときの高さ方向に接続した仕切壁３６と、螺旋状の加熱ヒータ３３〜３５を同様に接続した仕切壁３７とを有している。仕切壁３６、３７は、それぞれ平面視して円環状に形成されており、仕切壁３７は、仕切壁３６より大径に形成されている。
【００４３】
また、貯水槽２９の内部には、球状固体物の一例であるアルミナ系セラミックのボール３８が充填されている。この、充填されたボール３８によって、多孔層が形成されている。ボール３８は直径Ｄ１が３〜７ｍｍの実質的に球形に形成され、比重も軽く、貯水槽２９内の原水の対流や供給される原料ガスの圧力によって貯水槽２９内の原水中を微小移動することができる。ボール３８によって形成される多孔層の厚みは、貯留された原水の深さと略同じになっている。
【００４４】
仕切壁３６，３７を構成する加熱ヒータ３０〜３５は、電熱線を、マグネシア（ＭｇＯ）等の絶縁粉末を充填した金属円管の内部に配置したもので、通電により加熱され、原水に熱を加える。加熱ヒータ３０〜３５は、それぞれ独立して通電可能で、それぞれ独立して原水に熱を加えることができる。
【００４５】
加熱ヒータ３０〜３５には、コイルばねの線間すきまに相当する部分に、原水を厚み方向に通過可能な螺旋状の隙間３９が形成されている。この隙間３９の幅Ｌ１は、ボール３８の直径Ｄ１より小さく形成されており、ボール３８は、隙間３９を通過することができない。
【００４６】
貯水槽２９の外壁４０は、円筒状に形成されており、外壁４０の外側には、貯水槽用ヒータ４１が設けられている。平面視して円環状に形成された仕切壁３６，３７は、その中心を貯水槽２９の外壁４０の中心に合わせて同心状に配置されている。
【００４７】
仕切壁３６は、その内側に円柱状の給熱部４２を形成し、外側に円環状の蓄熱部４３を形成している。給熱部４２は、原料ガスを高さ方向に通過させながら加熱して水蒸気を発生させることができ、蓄熱部４３は、所定温度の原水を貯留しておき、この原水によって給熱部４２を外側から加熱することができる。
【００４８】
また、仕切壁３７は、蓄熱部４３を内側円環部４４と外側円環部４５とに分割している。内側円環部４４は、原料ガスを通過させるときには給熱部として使用でき、通過させないときは、蓄熱部として使用することができる。なお、ガス供給管２６ａの供給口は給熱部４２の下部の２カ所に設けられ、ガス供給管２６ｂの供給口は内側円環部４４の下部の４カ所に設けられ、ガス供給管２６ｃの供給口は外側円環部４５の下部の８カ所に設けられている。
【００４９】
図４に示すように、給熱部４２、内側円環部４４および外側円環部４５は、それぞれ３ずつの制御ブロック４２ａ〜４２ｃ、４４ａ〜４４ｃ、４５ａ〜４５ｃに分割されている。各制御ブロック４２ａ〜４２ｃ、４４ａ〜４４ｃ、４５ａ〜４５ｃには、温度センサ５５がそれぞれ１台ずつ配置されている。
【００５０】
給熱部４２に設けられた３台の温度センサ５５は、仕切壁３６を構成している加熱ヒータ３０〜３２とともに給熱部４２内での水蒸気の発生量を制御する温度調整用制御ループ５６を構成している。また、内側円環部４４に設けられた３台の温度センサ５５は、仕切壁３７を構成している加熱ヒータ３３〜３５とともに内側円環部４４に原料ガスを供給したときの水蒸気の発生量を制御する温度調整用制御ループ５７を構成している。なお、外側円環部４５に設けられた３台の温度センサ５５は、温度調整用制御ループ５６や温度調整用制御ループ５７の一部として使用することができ、また、貯水槽用ヒータ４１の制御に用いることもできる。なお、貯水槽用ヒータ４１の制御には、貯水槽２９内の全ての温度センサ５５を用いて外部に放散された熱量を計算し、この放散された熱量と同等の熱量を与える温度調整用制御ループ（図示せず）を用いることも可能である。
【００５１】
仕切壁３６，３７の上下には、原水および加湿ガスが給熱部４２と蓄熱部４３との間を移動可能な流路４６，４７がそれぞれ形成されている。また、上部の流路４６の上端部には、多数のボール３８が原水内で大きく移動しないように押え板２３が配置されている。押え板２３には、原水が蒸発して発生した水蒸気等の気体を上方に通過させる微小隙間が多数形成されている。給熱部４２を加熱すると、原水の対流が発生する。すなわち、押え板２３によって半固定状態に保持されたボール３８間の隙間を原水が通過して給熱部４２内を上昇し、上部の流路４６を通過して外側の蓄熱部４３に移動する。そして、蓄熱部４３内を下降しながら、原水は、仕切壁３６の隙間３９を通過して給熱部４２内に流入し、また、下部の流路４７を通過して内側の給熱部４２に移動する。
【００５２】
なお、貯水槽２９内には、図示しない水位計が設けられ、貯水槽３０内の水位が低下したときには、水供給手段１２から原水を供給している。
【００５３】
図１に示すように、混合昇温部１５は、蒸発部１４の上部に配置され、一体的に形成されたチャンバー４８を有している。チャンバー内部には、蒸発部１４から供給される水蒸気および原料ガスを加熱する加熱ヒータ４９が設けられ、チャンバーの外側周囲には外部に放散される熱量に対して同等の熱量を加熱するリボン型のチャンバー用ヒータ５０が取り付けられている。チャンバー４８内では、蒸発部１４から供給される水蒸気および原料ガスが混合されて生加湿ガスとされ、さらにヒータで生加湿ガスが加熱されて過熱加湿ガスとされる。
【００５４】
ここで、チャンバー４８内では、原料ガスと水蒸気の流れによって、自然に両者が混合されるが、混合を促進する必要があれば、チャンバー４８内に邪魔板等を置いて、ガスの流れによって、積極的に乱流を発生させてもよい。また、邪魔板等によって、生加湿ガスが加熱ヒータ４９に接近するように誘導し、生加湿ガスを効率よく昇温させてもよい。混合昇温部は、下部に蒸発部およびガス供給手段から、それぞれ供給される水蒸気および原料ガスを混合して、生加湿ガスを生成させる混合部を設け、その上部に混合部で生成した生加湿ガスを加熱して、過熱加湿ガスを生成させる昇温部を設けてもよい。
【００５５】
冷却部１６は、チャンバー４８の上部に配置される熱交換器５１と、熱交換器に冷媒、例えば、２０℃の水を貯留する冷媒槽５２と、冷媒槽５２から熱交換器５１に冷媒を供給する冷媒配管５３およびポンプ５４とを有している。チャンバー４８で生成した過熱加湿ガスは、熱交換器によって、所定温度まで降温されて製品加湿ガスとなる。
【００５６】
また、温調部１７は、冷却部１６の下流側、すなわち上部に設けられ、冷却部１６によって生成した製品加湿ガスを保温する配管ヒータ５８を有し、所定温度の製品加湿ガスを燃料電池１１に供給している。なお、温調部１７は、生成した製品加湿ガスを燃料電池１１まで供給する製品ガス供給配管５９を有し、製品ガス供給配管５９にも配管ヒータ５８が取り付けられ、製品加湿ガスの温度低下を防止している。
【００５７】
また、製品ガス供給配管には、冷却部１６で生成した製品加湿ガスを加熱して所定温度よりも高温の加湿ガスとし、外部への熱の放散による温度低下を防止する加熱装置と、さらにこの加熱された加湿ガスを燃料電池１１に供給する前に所定温度に冷却して製品加湿ガスとする冷却装置とを設けることもできる。
【００５８】
加湿ガス供給システム１０には、蒸発部１４以外にも温度センサ６０〜６３が設けられている。チャンバー４８内には、チャンバー４８内の上部に設けられ、チャンバー４８内で生成する過熱加湿ガスの温度を測定する温度センサ６０と、温度センサ６０による測定値によって、チャンバー４８内を加熱する加熱ヒータ４９を制御して、過熱加湿ガスの温度を所定値とする温度調整用制御ループ６４とが設けられている。
【００５９】
なお、チャンバー４８内の下部およびチャンバー４８の外部にそれぞれ温度センサを配置し、チャンバー４８下部の温度センサによって、蒸発部１４から供給される水蒸気および原料ガスの温度を測定し、チャンバー４８上部の温度センサ６０によって、水蒸気および原料ガスが混合して加熱された過熱加湿ガスの温度を測定して、チャンバー４８外部の温度センサで測定された温度から、チャンバー４８外部に放散される熱量を計算し、この放散された熱量と同等の熱量をチャンバー用ヒータ５０を制御してチャンバー４８に与える温度調整用制御ループを設けることもできる。
【００６０】
また、温調部１７には、温調部１７の内部および外部にそれぞれ温度センサ６１、６２が配置されている。温調部１７内部の温度センサ６１では、冷却部１６で冷却された製品加湿ガスの温度が測定されている。この温度が所定値となるように冷却部１６のポンプ５４から供給する冷媒の量を調整する温度調整用制御ループ６７がインバータ６８を介してポンプ５４に設けられている。さらに、温調部１７外部の温度センサ６２で測定された温度から、温調部１７外部に放散される熱量が計算できる。また、配管ヒータ５８を制御して、この計算された熱量を温調部１７に与える温度調整用制御ループ６９が設けられている。さらに、温調部１７は、温調部１７内の製品加湿ガスの湿度を測定する湿度センサ７０が設けられている。また、温調部１７内の最下流には温度センサ６３が設けられ、燃料電池１１に供給される製品加湿ガスの温度を測定している。
【００６１】
次に、図１〜図４を参照して、本発明の第１の実施の形態の加湿ガス供給システムを用いた燃料電池に供給する加湿ガスの供給方法について説明する。まず、原料ガスの量が少ない場合について説明する。
【００６２】
蒸発部１４の原料ガスの流路および加熱状態についての初期設定は、次のように行う。すなわち、原料ガスを流す場合に、ガス供給管２６ａ、２６ｂは閉じた状態のままで、ガス供給管２６ｃから流すように設定しておき、加熱ヒータ３３〜３５には通電せず、加熱ヒータ３０〜３２のみに通電を行うように設定しておく。この場合、内側円環部４４および外側円環部４５は、蓄熱部４３として使用される。
【００６３】
原水タンクに貯留された原水は、定量ポンプ２２の駆動により貯水槽２９に所定量を連続的に供給するように設定しておく。貯水槽２９内には、所定温度の原水が貯留された状態にする。
【００６４】
まず、ガス流量調節器２７ｃで流量を調節された原料ガスを、ガスボンベ２５からガス供給管２６ｃを介して給熱部４２に流しながら、加熱ヒータ３０〜３２に通電し、給熱部４２を加熱する。原料ガスは、ガス供給管２６ｃに取付けられた配管ヒータ２８ｃで、あらかじめ貯水槽２９内の原水と同じ温度まで加熱することが好ましい。原料ガスは、原水とともに充填されたボール３８によって上昇の抵抗を受け、ボール３８の隙間を通過しながら小さな気泡となり界面で水蒸気を発生させながら上昇する。ボール３８は、上昇の抵抗を受けるために通過時間が長くなり、また、総表面積が大きくなるので、より加湿されやすくなる。
【００６５】
また、ボール３８は、仕切壁３６の隙間３９を通過することができないので、給熱部４２内で微動し、気泡および原水は、給熱部４２内を上昇する。気泡が加熱ヒータ３０〜３２に近接した状態で気泡の近傍にある原水が加熱されるので、原水が蒸発しやすくなる。
【００６６】
加熱ヒータ３０〜３２は、給熱部４２内に配置した３台の温度センサ５５で給熱部４２内の制御ブロック４２ａ〜４４ｃの温度をそれぞれ測定し、この温度が所定値、例えば、６０〜９０℃となるように、温度調整用制御ループ５６で制御する。このとき、原料ガスの供給口に近い加熱ヒータ３２の出力を他の加熱ヒータ３０，３１より大きくして、奪われる熱量が多い給熱部の下部の温度低下を小さくしてもよい。
【００６７】
原水は、対流により給熱部４２内を上昇し、蓄熱部４３内を下降する。蓄熱部４３内の原水の一部は、仕切壁３６の隙間３９を通過して給熱部４２内に移動して給熱部を加熱し、また、蓄熱部４３内の原水は、下部の流路４７を通過して給熱部４２内に移動し、給熱部４２の下部を加熱することができる。
【００６８】
なお、装置の運転開始直後や、蓄熱部４３内の水温低下が著しい場合は、仕切壁３７の加熱ヒータ３３〜３５や貯水槽２９の周囲に設けられた貯水槽用ヒータ４１を用いて蓄熱部４３を加熱することも可能である。
【００６９】
蒸発部１４に送られた原料ガスと、原水が蒸発して発生した水蒸気とは、混合昇温部１４で混合されて生加湿ガスとなる。チャンバー４８内で生成した過熱加湿ガスは、冷却部１６の熱交換器５１によって所定温度、すなわち製品加湿ガスの温度（例えば６０〜９０℃）まで降温して製品加湿ガスとする。ここで、温調部１７の温度センサ５２による製品加湿ガスの温度が所定温度と異なる場合には、温度調整用制御ループ６７によって、熱交換器５１に供給する冷媒の量をポンプ５４で制御して、製品加湿ガスの温度を一定とする。なお、熱交換器５１によって冷却された過熱加湿ガス中の水蒸気の一部が水滴となったときには、この水滴が落下して下部に配置された貯水槽３０に貯留される。さらに、生成した製品加湿ガスは、温調部１７の配管ヒータ５８によって所定温度とされて燃料電池１１に供給される。
【００７０】
なお、熱交換器５１によって生成した製品加湿ガスの温度が所定温度よりも高い場合には、熱交換器５１に供給する冷媒の流量を多くし、低い場合には冷媒の流量を少なくして、製品加湿ガスの温度を調整することができる。また、燃料電池１１に供給する製品加湿ガスの流量を多くする場合には、水供給手段１２およびガス供給手段１３からそれぞれ供給される原水および原料ガスの量を増やし、また、少なくする場合には、それぞれの供給量を減らせばよい。
【００７１】
次に、設定変更により原料ガスの量を少し多くした場合について説明する。蒸発部１４の原料ガスの流路および加熱状態についての初期設定は、次のように行う。すなわち、原料ガスを流す場合に、ガス供給管２６ａ、２６ｃは閉じた状態のままで、ガス供給管２６ｂから流すように設定しておき、加熱ヒータ３０〜３２には通電せず、加熱ヒータ３３〜３５のみに通電を行うように設定しておく。この場合、内側円環部４４は給熱部として使用され、外側円環部４５は、蓄熱部として使用される。このように設定しておくと、給熱部４２より内側円環部４４の断面積の方が大きいので、より多くの原料ガスを流してより多くの水蒸気を発生させることができる。
【００７２】
次に、設定変更により原料ガスの量をさらに多くした場合について説明する。蒸発部１４の原料ガスの流路および加熱状態についての初期設定は、次のように行う。すなわち、原料ガスを流す場合に、ガス供給管２６ｃは閉じた状態のままで、ガス供給管２６ａ、２６ｂから流すように設定しておき、加熱ヒータ３０〜３２および加熱ヒータ３３〜３５に通電を行うように設定しておく。この場合、給熱部４２および内側円環部４４が給熱部として使用され、外側円環部４５は、蓄熱部として使用される。このように設定しておくと、給熱部４２より内側円環部４４の断面積の方が大きいので、より多くの原料ガスを流して、より多くの水蒸気を発生させることができる。なお、供給する原料ガスの量があまり多くない場合には、加熱ヒータ３０〜３２を使用しないで、加熱ヒータ３３〜３５のみを使用することも可能である。
【００７３】
次に、設定変更により原料ガスの量を最大にした場合について説明する。蒸発部１４の原料ガスの流路および加熱状態についての初期設定は、次のように行う。すなわち、原料ガスを流す場合に、全てのガス供給管２６ａ〜２６ｃから流すように設定しておき、加熱ヒータ３０〜３２および加熱ヒータ３３〜３５に通電を行うように設定しておく。この場合は、給熱部４２、内側円環部４４および外側円環部４５は、すべて給熱部として使用される。なお、この状態で運転を行うときには、貯水槽用ヒータ４１にも通電を行い、外側円環部４５を外側から加熱することが好ましい。
【００７４】
このように、原料ガスを通過させる給熱部を、原料ガスの供給量と、給熱部の断面積に応じて選択することができ、装置の設定を変更した場合でも、効率よく水蒸気を発生させ、高品質の製品加湿ガスを供給することができる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施の形態の加湿ガス供給システムについて説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態の加湿ガス供給システムの説明図、図６は、同蒸発部の平断面図である。図５、図６に示すように、第２の実施の形態の加湿ガス供給システム８０は、第１の実施の形態の加湿ガス供給システム１０とは、蒸発部の仕切壁および加熱手段の構成が異なるだけで他の構成は同じなので、同一の構成要素には同一の番号を付して説明は省略する。
【００７６】
加湿ガス供給システム８０の蒸発部８１は、高さ方向に伸びるように複数配置された加熱手段の一例である棒状の加熱ヒータ８２〜８４と、円筒状に形成された金属網板からなる仕切壁８５，８６とを有している。仕切壁８５は、仕切壁８６より小径に形成されている。以下、詳しく説明する。
【００７７】
仕切壁８５，８６は、貯水槽２９に同心状に配置されている。仕切壁８５，８６には、ボール３８が通過不可能な大きさの多数の貫通孔９１が形成されている。仕切壁８５の内側には、給熱部８７が形成され、仕切壁８５の外側には蓄熱部８８が形成されている。仕切壁８６は、蓄熱部８８を内側円環部８９と外側円環部９０とに分割している。内側円環部８９は、原料ガスを通過させるときには給熱部として使用でき、通過させないときは、蓄熱部として使用することができる。
【００７８】
加熱ヒータ８２は、給熱部８７内の高さ方向に２本並べて設けられている。また、加熱ヒータ８３は、内側円環部８９内の周方向に４本均等配置され、加熱ヒータ８４は、外側円環部９０の周方向に８本均等配置されている。
【００７９】
給熱部８７に原料ガスを供給し、加熱ヒータ８２に通電を行うと、原料ガスは、ボール３８の間を通過しながら細かい気泡となり給熱部８７内に拡がる。仕切壁８５の貫通孔９１はボール３８が通過しないので、気泡も仕切壁８５内の給熱部８７内を上昇する。気泡を給熱部８７内に閉じこめた状態で給熱部を加熱するので、原料ガスの流量が少ない場合でも水蒸気を発生させるために効率よく加熱を行うことができる。
【００８０】
加熱ヒータ８２による原水の加熱によって対流が発生し、給熱部８７内を上昇した原水およびボール３８は、上部の流路９２を通過して蓄熱部８８を下降し、下部の流路９３を通過して再び給熱部８７内に流入する。また、原水は、蓄熱部８８から仕切壁８５の貫通孔９１を通過して給熱部８７を加熱することができる。このように、給熱部８７は、加熱ヒータ８２によって内側から加熱され、蓄熱部８８によって外側からも加熱されるので、効率よく加熱を行い、水蒸気を発生させることができる。
【００８１】
なお、仕切壁８５，８６には、網板の代わりに貫通孔を形成した板材を用いることも可能であり、貫通孔９１の代わりに貫通した溝部を形成することも可能である。また、加熱ヒータは、上下方向に複数に分割して用いてもよく、分割することによって、貯水槽２９内の給熱部８７および蓄熱部８８の温度制御を、分割した各ゾーンごとに行うことができる。
【００８２】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、仕切壁に形成した隙間の大きさは、球状固体物の大きさより大きくても、気泡が通過しにくい大きさであればよい。また、原料ガスには、水素以外に空気、水素と二酸化炭素の混合気体、水素と窒素の混合気体等を用いてもよい。
【００８３】
また、球状固体物としてアルミナ系セラミックを用いたが、耐熱強化処理を施したガラス材料を用いることも可能である。また、仕切壁の数や直径は変更することができ、これに応じて、加熱手段の数も増減することができる。また、加熱手段の分割数も変更することができ、高さ方向の温度変化が大きい場所では分割数を増やし、温度変化が小さい場所では分割数を減らすように調整することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、固体高分子型の燃料電池に連続的に供給する加湿ガス供給システムに利用でき、これ以外に高湿度の気体を精度よく製造する大型加湿装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の加湿ガス供給システムの説明図
【図２】同蒸発部の平断面図
【図３】同蒸発部の部分拡大正断面図
【図４】同給熱部および蓄熱部の制御ブロックを示す説明図
【図５】本発明の第２の実施の形態の加湿ガス供給システムの説明図
【図６】同蒸発部の平断面図
【符号の説明】
【００８６】
１０  加湿ガス供給システム
１１  燃料電池
１２  水供給手段
１３  ガス供給手段
１４  蒸発部
１５  混合昇温部
１６  冷却部
１７  温調部
２０  原水タンク
２１  原水供給管
２２  定量ポンプ
２３  押え板
２４  配管ヒータ
２５  ガスボンベ
２６ａ〜２６ｃ  ガス供給管
２７ａ〜２７ｃ  ガス流量調節器
２８ａ〜２８ｃ  配管ヒータ
２９  貯水槽
３０〜３２  加熱ヒータ（加熱手段）
３３〜３５  加熱ヒータ（加熱手段）
３６  仕切壁
３７  仕切壁
３８  ボール（球状固体物）
３９  隙間
４０  外壁
４１  貯水槽用ヒータ
４２  給熱部
４２ａ〜４２ｃ  制御ブロック
４３  蓄熱部
４４  内側円環部
４４ａ〜４４ｃ  制御ブロック
４５  外側円環部
４５ａ〜４５ｃ  制御ブロック
４６，４７  流路
４８  チャンバー
４９  加熱ヒータ
５０  チャンバー用ヒータ
５１  熱交換器
５２  冷媒槽
５３  冷媒配管
５４  ポンプ
５５  温度センサ
５６  温度調整用制御ループ
５７  温度調整用制御ループ
５８  配管ヒータ
５９  製品ガス供給配管
６０〜６３  温度センサ
６４  温度調整用制御ループ
６７  温度調整用制御ループ
６８  インバータ
６９  温度調整用制御ループ
７０  湿度センサ
８０  加湿ガス供給システム
８１  蒸発部
８２〜８４  加熱ヒータ（加熱手段）
８５，８６  仕切壁
８７  給熱部
８８  蓄熱部
８９  内側円環部
９０  外側円環部
９１  貫通孔
９２，９３  流路
【図１】
2006064265.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006064265.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006064265.tif 000008