(57)【要約】【課題】  複数の消費機器に供給する加湿ガスの温度、流量および湿度を精度よく制御する加湿ガス分岐供給システムおよび加湿ガス分岐供給方法を提供する。【解決手段】  本発明の加湿ガス分岐供給方法は、加湿ガス製造装置１１と、主配管１２，２２と、分岐管１５，１６，２５，２６と、分岐管１５，１６，２５，２６に設けられた流量調節弁３２と、加湿ガスを冷却する冷却器３３と、各冷却器３３の下流側に配置された加熱ヒータ３４とを備えた加湿ガス分岐供給システム１０を用い、加湿ガスを加圧する高圧設定工程と、分岐管１５，１６，２５，２６を通過する加湿ガスを、冷却器３３を用いて冷却する冷却工程と、加湿ガスを加熱して要求温度に調整するとともに、冷却工程で発生した結露水を蒸発させる加熱工程とを有している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を加湿して加湿ガスを発生する加湿ガス製造装置と、この加湿ガス製造装置に接続された主配管と、この主配管に接続され、内部に加湿ガスを通過させる複数の分岐管とを備え、各前記分岐管にそれぞれ形成された加湿ガス供給口から加湿ガスを供給する加湿ガス分岐供給システムにおいて、
各前記分岐管に設けられ、加湿ガスの流量を調節する流量調節弁と、
各前記流量調節弁の下流側に配置されて加湿ガスを冷却する冷却器と、
各前記冷却器の下流側に配置されて加湿ガスを加熱する加熱ヒータとを備えていることを特徴とする加湿ガス分岐供給システム。
【請求項２】
前記主配管には、前記加湿ガス製造装置から発生した加湿ガスを過熱する過熱ヒータが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の加湿ガス分岐供給システム。
【請求項３】
前記加熱ヒータの伝熱面は、前記分岐管の壁面に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の加湿ガス分岐供給システム。
【請求項４】
気体を加湿して加湿ガスを発生する加湿ガス製造装置と、この加湿ガス製造装置に接続された主配管と、この主配管に接続され、内部に加湿ガスを通過させる複数の分岐管と、各前記分岐管に設けられ、加湿ガスの流量を調節する流量調節弁と、各前記流量調節弁の下流側に配置されて加湿ガスを冷却する冷却器と、各前記冷却器の下流側に配置されて加湿ガスを加熱する加熱ヒータとを備え、各前記分岐管に形成された加湿ガス供給口から加湿ガスを供給する加湿ガス分岐供給システムを用いた加湿ガス分岐供給方法において、
前記加湿ガス製造装置で、前記主配管内を通過する加湿ガスを使用圧力より高い圧力に設定する高圧設定工程と、
前記分岐管を通過する加湿ガスを、前記冷却器を用いて冷却する冷却工程と、
前記加湿ガスを加熱して要求温度に調整するとともに、前記冷却工程で発生した結露水を蒸発させる加熱工程とを有していることを特徴とする加湿ガス分岐供給方法。
【請求項５】
前記加湿ガス製造装置、または前記主配管内で、前記主配管内を通過する加湿ガスを、少なくとも結露が発生しない温度まで過熱する過熱工程を有することを特徴とする請求項４に記載の加湿ガス供給方法。
【請求項６】
前記主配管に圧力センサを設け、前記圧力センサの値に基づいて加湿ガスの圧力を一定に保持する圧力一定制御を行うことを特徴とする請求項４または５に記載の加湿ガス分岐供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加湿ガス分岐供給システムおよび加湿ガス分岐供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、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共に、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する。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かか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なっている。
【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る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は、物質が水素イオンを伴って移動するため、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】
そこで、固体高分子型燃料電池においては、加湿機構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。このような固体高分子型燃料電池を量産するときには、多数の燃料電池本体（スタック）を試験する必要があるが、多数のスタックごとに加湿ガス製造装置を設けると、莫大なスペースおよび費用が必要になる。このため、１台の加湿ガス製造装置から多数のスタックに加湿ガスを供給する構造が必要になるが、この場合、各スタックに供給する加湿ガスの流量、ガス温度、露点温度、圧力を規定することが必要になる。
【０００５】
そこで、スペースおよび費用を抑制する手段として、特許文献１に記載のように、加湿ガス製造装置と複数の消費機器との間に容積可変型の中間タンクを設け、中間タンクから延びるヘッダー管から流量調節弁および開閉弁を介して各消費機器に加湿ガスを供給する手段が開示されている。容積可変型の中間タンクを設けることによって、前述の要件を満たし、消費機器で加湿ガスを使用する毎に発生する圧力の変動をある程度抑えることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６５８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の加湿ガス製造装置は、中間タンクから消費機器に向かうときの加湿ガスの温度を高くすると、結露が発生することがあり、加湿ガスの圧力を低く設定せざるを得ないため、中間タンクの下流側に設けられた各流量調節弁で十分な圧力損失を確保することができず、供給する加湿ガスの流量範囲が大きくとれないことおよび流量制御の精度が悪くなるという問題がある。
【０００８】
そこで本発明が解決しようとする課題は、複数の消費機器に供給する加湿ガスの温度、流量および湿度を精度よく制御する加湿ガス分岐供給システムおよび加湿ガス分岐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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の加湿ガス分岐供給システムは、気体を加湿して加湿ガスを発生する加湿ガス製造装置と、この加湿ガス製造装置に接続された主配管と、この主配管に接続され、内部に加湿ガスを通過させる複数の分岐管とを備え、各前記分岐管にそれぞれ形成された加湿ガス供給口から加湿ガスを供給する加湿ガス分岐供給システムにおいて、各前記分岐管に設けられ、加湿ガスの流量を調節する流量調節弁と、各前記流量調節弁の下流側に配置されて加湿ガスを冷却する冷却器と、各前記冷却器の下流側に配置されて加湿ガスを加熱する加熱ヒータとを備えている。
【００１０】
加湿ガス製造装置は、例えば空気や水素等の気体と、水蒸気とを混合機を用いて混合することにより加湿ガスを製造するものでもよく、また、温水中に気体を通過させてバブリングすることにより加湿ガスを製造するものでもよい。加湿ガス製造装置には、予め設定された使用量に応じたガスおよび水が供給されている。加湿ガス製造装置は、所定湿度の加湿ガスを発生させることができ、また、過熱蒸気を発生させることができる。
【００１１】
主配管は、例えば、直線状または環状に形成されて加湿ガス製造装置に接続されている。加湿ガス製造装置から発生した加湿ガスは、主配管内を通過する。
【００１２】
各分岐管の流量調節弁は、流量に応じた開度に設定されている。流量調節弁を通過した加湿ガスは、冷却器によって設定温度に降温される。ここで、冷却器の設置スペースを小さくしようとすると、過冷を許容することになり、冷却器の表面温度が、設定温度より低い温度になる。このため、通過する加湿ガスの一部が、温度が露点より下がって結露が発生し、冷却器の下流側の分岐管の内壁に水滴が付着することがある。
【００１３】
発生した水滴は、ドレンに集めて排出することも可能であるが、このようにすると、加湿ガスに含まれる水分が減少してしまい、所定の湿度の加湿ガスを供給することができなくなる。
【００１４】
また、水滴を含んだ加湿ガスが、そのまま加湿ガス供給口から供給されると、消費機器の種類によっては、問題が発生することがある。例えば、燃料電池の場合は、アノード側の電極とカソード側の電極との間に、水滴によるブリッジが発生して電気的に短絡した状態となり、電力を取り出すことができなくなってしまう。
【００１５】
そこで、冷却器の下流側に加熱ヒータを設けることにより、結露により発生した水滴を蒸発させて、湿度の減少を防止することができる。また、分岐管に加熱ヒータを設けて結露水を除去できるので、主配管内の圧力を高圧に設定することが可能になる。
【００１６】
主配管に、加湿ガス製造装置から発生した加湿ガスを過熱する過熱ヒータを設けると、
加湿ガス製造装置で発生した加湿ガスの温度を上昇させるため、温度調整の精度が向上し、また、加湿ガス製造装置内の温度を必要以上に上昇させる必要がなくなるため、特に設定温度を低温に変更するときの変更時間が短縮される。
【００１７】
加熱ヒータの伝熱面を、分岐管の壁面に設けると、加湿ガスが冷却器の伝熱面を通過するときに生じた結露による水滴が、冷却器の下流側の管壁に付着することを防止するとともに、伝熱面で結露水を再蒸発させ水蒸気を発生させることにより、湿度の低下が防止される。
【００１８】
本発明の加湿ガス分岐供給方法は、気体を加湿して加湿ガスを発生する加湿ガス製造装置と、この加湿ガス製造装置に接続された主配管と、この主配管に接続され、内部に加湿ガスを通過させる複数の分岐管と、各前記分岐管に設けられ、加湿ガスの流量を調節する流量調節弁と、各前記流量調節弁の下流側に配置されて加湿ガスを冷却する冷却器と、各前記冷却器の下流側に配置されて加湿ガスを加熱する加熱ヒータとを備え、各前記分岐管に形成された加湿ガス供給口から加湿ガスを供給する加湿ガス分岐供給システムを用いた加湿ガス分岐供給方法において、前記加湿ガス製造装置で、前記主配管内を通過する加湿ガスを使用圧力より高い圧力に設定する高圧設定工程と、前記分岐管を通過する加湿ガスを、前記冷却器を用いて冷却する冷却工程と、前記加湿ガスを加熱して要求温度に調整するとともに、前記冷却工程で発生した結露水を蒸発させる加熱工程とを有している。
【００１９】
高圧設定工程は、加湿ガス製造装置の設定圧力を使用圧力より高くすることにより行う。主配管内の圧力を高圧に設定するので、分岐管に設けた流量調節弁の圧損を大きくとることができ、流量調整弁による流量調整範囲が広くなる。このため、各分岐管から供給する加湿ガスの流量をそれぞれ変更することができる。高圧設定工程で設定する圧力は、加熱工程で結露水を除去できる限度まで上昇させることができる。
【００２０】
加湿ガス製造装置で製造された加湿ガスは、主配管と分岐管を通過して各供給口から燃料電池等の機器に供給される。流量調節弁を通過した加湿ガスを、冷却工程で冷却し、設定温度に調整する。このとき、分岐管内で結露が発生した場合でも、流路の最終段に結露水を蒸発させる加熱工程を有しているので、湿度の低下が防止され所定の湿度の加湿ガスが供給される。
【００２１】
加湿ガス製造装置、または主配管内で、主配管内を通過する加湿ガスを、少なくとも結露が発生しない温度まで過熱する過熱工程を設けると、高圧設定工程で主配管内の加湿ガスの圧力を高圧にしたときに露点が上昇した場合でも、露点を超える温度で加湿ガスを流すことができ、結露が防止される。過熱工程は、加湿ガス製造装置で高温の加湿ガスを発生させることにより実現でき、また、主配管中に過熱ヒータを設けて加湿ガスを過熱することにより実現することができる。
【００２２】
主配管に圧力センサを設け、圧力センサの値に基づいて加湿ガス製造時の圧力を一定に保持する圧力一定制御を行うと、要求される流量や湿度に応じた最適な設定圧力を選択することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば次の効果を奏する。
（１）本発明の加湿ガス分岐供給システムは、加湿ガス製造装置と、この主配管に接続した複数の分岐管と、その下流側に配置された冷却器と、冷却器の下流側に設けられた加熱ヒータとを備えているので、加湿ガスが冷却器によって冷却され、結露が発生したときに加熱ヒータで結露により発生した水滴を蒸発させることができ、加湿ガスの露点を安定させて、複数の消費機器に供給する加湿ガスの温度、流量および湿度を精度よく制御することができる。また、分岐管に加熱ヒータを設けて結露水を除去できるので、主配管内の圧力を高圧に設定することが可能になり、各流量調節弁の調整範囲が広がり、流量の制御範囲を広くすることができる。
（２）主配管に、加湿ガス製造装置から発生した加湿ガスを過熱する過熱ヒータを設けると、加湿ガス製造装置で発生した加湿ガスの温度を上昇させるため、温度調整の範囲が拡大し、特に、主配管内の加湿ガスの圧力を一定の高圧力にしたときに、結露が発生しない温度まで過熱できるので、複数の消費機器に供給する加湿ガスの流量調節範囲を広くすることができる。また、加湿ガス製造装置内の温度を必要以上に上昇させる必要がなくなるため、特に設定温度を低温に変更するときの変更時間が短縮され、加湿ガスの露点が安定する。
（３）  加熱ヒータの伝熱面を、分岐管の壁面に設けると、加湿ガスが冷却器の伝熱面を通過するときに生じた結露による水滴が、冷却器の下流側の管壁に付着することを防止するとともに、伝熱面で結露水を再蒸発させ水蒸気を発生させることにより、湿度の低下が防止され、加湿ガスの露点が安定する。
（４）本発明の加湿ガス分岐供給方法は、主配管内を通過する加湿ガスを使用圧力より高い圧力に設定する高圧設定工程と、分岐管を通過する加湿ガスを、冷却器を用いて冷却する冷却工程と、加湿ガスを加熱して要求温度に調整するとともに、冷却工程で発生した結露水を再蒸発させる加熱工程とを有しているので、主配管内の加湿ガスの圧力を高圧にして流量調整弁による流量調整範囲が広くなり、加湿ガスの流量調節範囲を広くすることができる。また、冷却工程で結露が発生しても加熱工程で再蒸発させることができ、加湿ガスの露点を安定させることができる。このようにして、複数の消費機器に供給する加湿ガスの温度、流量および湿度を精度よく制御することができる。
（５）加湿ガス製造装置、または主配管内で、主配管内を通過する加湿ガスを、少なくとも結露が発生しない温度まで過熱する過熱工程を設けると、高圧設定工程で主配管内の加湿ガスの圧力を高圧にしたときに露点が上昇した場合でも、露点を超える温度で加湿ガスを流すことができ、結露が防止されて、加湿ガスの温度、流量および湿度を精度よく制御することができる。
（６）主配管に圧力センサを設け、高圧設定工程で、圧力センサの値に基づいて加湿ガスの圧力を一定に保持する圧力一定制御を行うと、要求される流量や湿度に応じた最適な設定圧力を選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態の加湿ガス分岐供給システムの構成を示す説明図である。
図１に示すように、本発明の加湿ガス分岐供給システム１０は、気体の一例である水素等の燃料ガスを加湿して加湿ガスを発生する加湿ガス製造装置１１と、この加湿ガス製造装置１１に接続された主配管１２と、この主配管１２に開閉弁１３，１４を介して接続され、内部に加湿ガスを通過させる複数の分岐管１５，１６とを備え、各分岐管１５，１６にそれぞれ形成された加湿ガス供給口１７，１８から、所定の温度、流量および湿度の加湿水素ガスを燃料電池本体１９，２０に供給するシステムである。
【００２５】
また、加湿ガス分岐供給システム１０は、気体の一例である空気を加湿して加湿ガスを発生する加湿ガス製造装置２１と、この加湿ガス製造装置２０に接続された主配管２２と、この主配管２２に開閉弁２３，２４を介して接続され、内部に加湿ガスを通過させる複数の分岐管２５，２６とを備え、各分岐管２５，２６にそれぞれ形成された加湿ガス供給口２７，２８から、所定の温度、流量および湿度の加湿水素ガスを燃料電池本体１９，２０に供給している。
【００２６】
なお、主配管１２，２２には、分岐管１５，１６，２５，２６以外にも同じ構成の分岐管（図示せず）が、例えば、１０本ずつ取り付けられ、各加湿ガス供給口（図示せず）には、燃料電池本体（図示せず）がそれぞれ取り付けられている。
【００２７】
主配管１２，２２には、リリーフ弁２９，３０および圧力センサ４７，４８と、加湿ガス製造装置１１，２１から発生した加湿ガスをそれぞれ過熱する過熱ヒータ４９，５０がそれぞれ設けられている。また、分岐管１５，１６，２５，２６および図示しない他の分岐管には、上流側から順に、加湿ガスの流量を調節する流量調節弁３２、加湿ガスを冷却する冷却器３３、加湿ガスを過熱する加熱ヒータ３４がそれぞれ設けられている。以下、詳しく説明する。
【００２８】
加湿ガス製造装置１１には、純水供給管３５と燃料ガス供給管３６とが設けられている。純水と燃料ガスは、燃料電池本体１９，２０に供給する加湿ガスの流量に応じて、供給量が設定される。また、加湿ガス製造装置１１は、加熱機能を有しており、加湿ガス製造装置１１の内部で燃料ガスと純水から発生する蒸気を混合して、加湿ガスを製造する。加熱温度は、要求される露点に応じて設定される。
【００２９】
加湿ガス製造装置２１には、純水供給管３７と空気供給管３８とが設けられている。純水と燃料ガスは、燃料電池本体１９，２０に供給する加湿ガスの流量に応じて、供給量が設定される。また、加湿ガス製造装置１１は、加熱機能を有しており、加湿ガス製造装置１１の内部で空気と純水から発生する蒸気を混合して、加湿ガスを製造する。加熱温度は、要求される露点に応じて設定される。
【００３０】
なお、加湿ガス製造装置１１，２１は、加熱した純水の内部にガスを通過させて加湿を行うバブラ方式の装置を用いているが、水分量とガス量を精度良く制御できるものであれば、ガスと水蒸気を混合する蒸気インジェクション方式の装置を用いてもよい。
【００３１】
主配管１２，２２は、加湿ガス製造装置１１，２１にそれぞれ直結されて設けられ、過熱ヒータ４９，５０は、主配管１２，２２の最上流側にそれぞれ設けられている。過熱ヒータ４９，５０の下流側には、温度センサ５１，５２がそれぞれ設けられており、主配管内の加湿ガスの温度を計測することができる。また、主配管１２，２２の圧力の設定値は、圧力センサ４７，４８によってそれぞれ計測することができる。
【００３２】
ここで、加湿ガスの圧力と露点の変化について説明する。図２は、加湿ガスの温度と、絶対湿度との関係を示すグラフである。横軸は温度（℃）を示し、縦軸は絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ））を示している。なお、絶対湿度は、乾燥空気（ＤＡ：Ｄｒｙ  Ａｉｒ）の質量に対するその乾燥空気に含まれる水分の質量としている。この値は、ある温度における蒸気圧から得られる値で、混合気体の圧力比がモル比となることから求められる。グラフ上のＰは、燃料電池本体１９，２０に加湿ガスを供給するときの使用圧力（低圧）に対応する露点曲線を示し、Ｑは、主配管１２，２２内の設定圧力（高圧）に対応する露点曲線を示している。
【００３３】
図１，図２に示すように、点ａは、加湿ガス供給口１７，１８，２７，２８から加湿ガスを供給するときに要求される加湿ガスの温度と絶対湿度を表している。このときの圧力は、低圧であり、点ａの温度は、露点曲線Ｐ上の露点ｃより高いので、当然、結露は発生しない。
【００３４】
主配管１２，２２内の圧力を上げると、露点曲線は、ＰからＱに移動する。すなわち、露点は、低温の点ｃから高温の点ｄに移動し、点ａの温度より高くなる。この状態のままでは、結露が発生して、点ａから点ｅまで絶対湿度が低下することになるが、過熱ヒータ４９，５０により主配管１２，２２内の加湿ガスの温度を、点ｄの温度を超える点ｂの温度まで過熱することにより、結露の発生による絶対湿度の低下を防止することができる。
【００３５】
主配管１２，２２内の加湿ガスの露点は、圧力の上昇に伴って上昇するが、各過熱ヒータ４９，５０の過熱温度は、各圧力センサ４７，４８の計測値に応じて、露点以上に加湿ガスを過熱する。なお、主配管１２，２２内の加湿ガスの圧力は、圧力一定制御により、一定の設定値に保持されている。
【００３６】
リリーフ弁２９，３０は、主配管１２，２２内の圧力が、配管系の強度限界から決められた圧力以上に上昇したときに作動する。
【００３７】
開閉弁１３，１４，２３，２４は、主配管１２に接続された分岐管１５，１６、および主配管２２に接続された分岐管２５，２６の最上流側に設けられており、それぞれ独立して開閉することができる。なお、他の図示しない分岐管の開閉弁も同様に独立して開閉することができる。
【００３８】
開閉弁１３，１４，２３，２４と、その下流側にそれぞれ設けられている各流量調節弁３２との間には、流量センサ４１〜４４がそれぞれ設けられている。流量センサ４１〜４４によって、分岐管１５，１６，２５，２６内を流れる加湿ガスの流量を計測することができ、開閉弁１３，１４，２３，２４の開閉の状態を確認するとともに、測定された流量に応じて各流量調節弁３２の開度を調整することができる。
【００３９】
各流量調節弁３２の開度は、各流量調節弁３２のＣＶ値から十分な範囲で調整できるように設計されており、また、調整に必要な圧力損失に応じて、主配管１２，２２の設定圧力は定められる。
【００４０】
ここで、冷却器３３および加熱ヒータ３４の構成について詳しく説明する。図３は、冷却器および加熱ヒータの構成を示す部分拡大図である。図３に示すように、分岐管１５の中間部は、等半径の螺旋状に形成された冷却部５５を備えている。冷却器３３は、冷却部５５の周囲に配置され、分岐管１５の冷却部５５に外側から冷却空気を吹き付ける多数のノズル５６を有している。分岐管１５の冷却部５５の外側面には、温度センサ５８が設けられ、冷却部５５の下流側の内部には、冷却部出側のガス温度を測定する温度センサ５９が設けられている。
【００４１】
冷却部５５の下部には、Ｌ字状に形成されたベンド部５７が設けられ、加熱ヒータ３４は、ベンド部５７に巻き付けるように配置されている。ベンド部５７の表面には、温度センサ６０が設けられ、ベンド部５７の下流側の内部には、ベンド部出側のガス温度を測定する温度センサ６１が設けられている。
【００４２】
加湿ガスは、流量調節弁３２内の流路を通過するときに圧力が降下し、露点曲線は、図２上のＱからＰ側に移動する。すなわち、露点を下げてから、冷却器３３で温度を下げることになる。しかしながら、冷却器の設置スペースを小さくしようとすると、過冷を許容することになる。すなわち、冷却器３３の伝熱面の温度は、通常、点ａの温度より低く設定している。従って、要求される加湿ガスの絶対湿度が高い場合には、冷却器３３の伝熱面の温度が、点ｆのように露点ｃより低くなることがある。この場合には、冷却器３３の伝熱面、すなわち冷却部５５の内面で結露が発生することになるが、結露により発生した水滴は、冷却部５５からベンド部５７に流れ、加熱ヒータ３４で加熱されて、再蒸発する。
【００４３】
温度センサ５０〜５３は、制御装置に接続されており、冷却器３３と加熱ヒータ３４の設定温度は、ベンド部出側で結露が発生せず、かつ、ガス温度が設定通りになるように調整されている。なお、分岐管１６，２５，２６の構成も分岐管１５と同様である。このように構成することによって、結露により発生した水滴を効率よく除去することができ、所定の温度、流量、湿度の加湿ガスが加湿ガス供給口１７，１８，２７，２８から供給される。
【００４４】
燃料電池本体１９，２０には、アノード側から水素を含んだ加湿ガスが供給され、カソード側から酸素を含んだ加湿ガスが供給され電気エネルギーが取り出される。燃料電池本体１９，２０のアノード側とカソード側の排気口には、排ガス管４５，４６がそれぞれ設けられている。排ガス管４５から排出された加湿ガスは、水と燃料ガスに分離され、燃料タンクおよび原水タンクにそれぞれ回収される。また、排ガス管４６から排出された加湿ガスは、水と空気に分離された後、水のみが原水タンクに回収され、空気は大気中に放出されるが、加湿ガスの状態で、大気中に放出することもできる。
【００４５】
分岐管１５，１６と各排ガス管４５との間、および分岐管２５，２６と各排ガス管４６との間は、切替弁を備えたバイパス管（図示せず）で接続されており、切替弁の操作によって、分岐管１５，１６，２５，２６内の加湿ガスが、燃料電池本体１９，２０を介して排ガス管４５，４６に流れるようにしたり、または、分岐管１５，１６，２５，２６内からそれぞれの排ガス管４５，４６に直接流れるようにしたりすることができる。なお、バイパス管は、結露が発生した場合に、結露水が各加湿ガス供給口１７，１８，２７，２８側に流入しないように、分岐管１５，１６，２５，２６の下部に接続して設けることが好ましい。バイパス管は、加湿ガスの初期設定時や設定変更時に加湿ガスの温度、流量、湿度が安定するまで用いられる。
【００４６】
次に、加湿ガス分岐供給システム１０の使用方法について説明する。ここでは、２台の燃料電池本体１９，２０を使用する場合について説明する。
（準備工程）
まず、燃料電池本体１９，２０と加湿ガス供給口１７，１８，２７，２８とを接続し、また、燃料電池本体１９，２０と排ガス管４５，４６とを接続する。次いで、開閉弁１３，１４，２３，２４を開き、各流量調節弁３２の開度を、設定流量に併せて調整する。また、分岐管１５，１６，２５，２６と、排ガス管４５，４６とをそれぞれ接続したバイパス管の切替弁を操作して、加湿ガスが分岐管１５，１６，２５，２６から排ガス管４５，４６に流れるようにしておき、燃料電池本体１９，２０に加湿ガスが流入しないようにする。
【００４７】
主配管系の設定圧力は、各流量調節弁３２の圧力損失に応じて設定する。次いで、過熱ヒータ４９，５０の過熱温度を、主配管系の設定圧力と、加湿ガスの湿度から求められる露点を超える温度となるように設定する。
【００４８】
（初期運転工程）
加湿ガス製造装置１１に、要求される流量に応じて燃料ガスを供給するとともに、露点温度に応じて純水を供給し、これらを加熱して加湿ガスを発生させる。また、加湿ガス製造装置２１に、要求される流量に応じて空気を供給するとともに、露点温度に応じて純水を供給し、これらを加熱して加湿ガスを発生させる。加湿ガス製造装置１１，２１で発生したそれぞれの加湿ガスは、主配管１２，２２に供給される。
【００４９】
（高圧設定工程）
加湿ガス製造装置１１および主配管１２には、昇圧させる前に予め窒素ガスを充填しておく。加湿ガス製造装置１１の設定圧力を主配管系の設定値に合わせておき、圧力センサ４７，４８の測定値を監視しながら、主配管１２，２２内を通過する加湿ガスの圧力を、主配管系の設定値に合わせる。通常、高圧設定工程は、初期運転工程と同時に行う。主配管１２，２２内の圧力上昇により、流量調節弁３２の圧力損失分が確保され、調整範囲が広がる。なお、加湿ガスの露点は上昇する。
【００５０】
（過熱工程）
温度センサ５１，５２を監視しながら主配管１２，２２内を通過する加湿ガスを、所定の温度まで、過熱する。過熱により加湿ガスの温度が露点を超え、結露の発生が防止される。
【００５１】
（冷却工程）
分岐管１５，１６，２５，２６を通過する加湿ガスを、冷却器３３を用いて要求される温度より低い温度で冷却する。
【００５２】
（加熱工程）
加熱ヒータ３４を用いて、加湿ガスを加熱して要求温度に調整するとともに、冷却工程で発生した結露水を蒸発させる。加湿ガス供給口１７，１８，２７，２８の直上流側には、図示しない温度センサおよび流量センサが設けられており、これらの測定値を監視しながら、加湿ガスの温度、流量、湿度が安定するまで待機する。
【００５３】
（実機運転工程）
加湿ガスの温度、流量、湿度が安定した後に、バイパス管の切替弁を操作して、加湿ガス供給口１７，１８，２７，２８から燃料電池本体１９，２０に加湿ガスを供給する。なお、加圧工程、過熱工程、冷却工程は切替弁の操作前後において継続して行われている。
【００５４】
このようにして、加湿ガス分岐供給システム１０を使用することができる。なお、本発明の加湿ガス分岐供給システム１０の使用方法は、前述したように加圧工程および過熱工程を有しているので、流量調整弁３２の調整範囲を広くとることができ、主配管１２，２２内の加湿ガスの圧力を一定に保持した状態で、複数の流量調節弁３２をそれぞれ異なる開度で使用することも可能である。
【００５５】
また、実機運転中に設定変更を行うには、一旦、実機運転工程から初期運転工程に切り替えてから設定変更を行い、設定変更後の加湿ガスの温度、流量、湿度が安定してから再度実機運転工程に切り替えることができる。
【００５６】
次に、本発明の他の実施の形態の加湿ガス分岐供給システムについて説明する。他の実施の形態の加湿ガス分岐供給システム６２は、第１の実施の形態の加湿ガス分岐供給システム１０の分岐管１５，１６，２５，２６、冷却器３３および加熱ヒータ３４の代わりに、分岐管６３、冷却器６４および加熱ヒータ６５を設けたもので、他の部分の構成は同じであるため、同一部材には同一番号を付して説明は省略する。
【００５７】
図４は、他の実施の形態の加湿ガス分岐供給システムの冷却器および加熱ヒータの構成を示す部分拡大図である。図４に示すように、分岐管６３の中間部は、等半径の螺旋状に形成された螺旋状部６６を備え、螺旋状部６６の上部に冷却部６７、下部に加熱部６８を有している。
【００５８】
冷却器６４は、冷却部６７の周囲に配置され、分岐管６３の冷却部６７に外側から冷却空気を吹き付ける多数のノズル６９を有している。分岐管６３の冷却部６７の外側面には、温度センサ７０が設けられている。
【００５９】
加熱部６８は冷却部６７と同様に螺旋状に形成されており、加熱ヒータ６５は、加熱部６８に巻き付けるように配置されている。加熱部６８の表面には、温度センサ７１が設けられ、加熱部６８の下流側の内部には、加熱部出側のガス温度を測定する温度センサ７２が設けられている。
【００６０】
冷却器６４の伝熱面、すなわち冷却部６７の内面で結露による水滴が発生したとき、水滴は、冷却部６７から加熱部６８に内面に沿って螺旋状に流れ、加熱ヒータ６５で加熱されて、再蒸発する。
【００６１】
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、過熱ヒータ４９，５０を省略して、加湿ガス製造装置１１，２１で高圧時の露点を超える温度の加湿ガスを製造することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、複数の消費機器に供給する加湿ガスの温度、流量および湿度を精度よく制御する加湿ガス分岐供給システムおよび加湿ガス分岐供給方法に関し、特に燃料電池システムの一部や燃料電池の検査装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施の形態の加湿ガス分岐供給システムの構成を示す説明図
【図２】同加湿ガス分岐供給システムの加湿ガスの温度と、絶対湿度との関係を示すグラフ
【図３】同加湿ガス分岐供給システムの冷却器および加熱ヒータの構成を示す部分拡大図
【図４】他の実施の形態の加湿ガス分岐供給システムの冷却器および加熱ヒータの構成を示す部分拡大図
【符号の説明】
【００６４】
１０  加湿ガス分岐供給システム
１１  加湿ガス製造装置
１２  主配管
１３，１４  開閉弁
１５，１６  分岐管
１７，１８  加湿ガス供給口
１９，２０  燃料電池本体
２１  加湿ガス製造装置
２２  主配管
２３，２４  開閉弁
２５，２６  分岐管
２７，２８  加湿ガス供給口
２９，３０  リリーフ弁
３２  流量調節弁
３３  冷却器
３４  加熱ヒータ
３５  純水供給管
３６  燃料ガス供給管
３７  純水供給管
３８  空気供給管
４１〜４４  流量センサ
４５  排ガス管
４６  排ガス管
４７，４８  圧力センサ
４９，５０  過熱ヒータ
５１，５２  温度センサ
５３，５４  排気口
５５  冷却部
５６  ノズル
５７  ベンド部
５８〜６１  温度センサ
６２  加湿ガス分岐供給システム
６３  分岐管
６４  冷却器
６５  加熱ヒータ
６６  螺旋状部
６７  冷却部
６８  加熱部
６９  ノズル
７０〜７２  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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