(57)【要約】【課題】  セパレータと水交換膜との接触面圧の上昇を抑制することができる加湿器とセパレータを提供する。【解決手段】  燃料電池に導入される酸化ガスを通過させる被加湿流路１ｆと、燃料電池から排出された酸化オフガスを通過させる加湿流路１ｇとが形成された板状部材１と、加湿流路１ｇを通過する酸化オフガスに含まれる水分を透過して被加湿流路１ｆを通過する酸化ガスに付加する水交換膜２とを備え、板状部材１と水交換膜２とが交互に積層され、被加湿流路１ｆと加湿流路１ｇとが水交換膜２を挟んで並設され、板状部材１は、積層方向に弾性を有する加湿器を採用する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側から他面側に水分を透過させる水交換膜と、前記一面側に加湿流体を通過させる流路を有する第１のセパレータと、前記他面側に被加湿流体を通過させる流路を有する第２のセパレータと、が積層されてなる加湿器であって、
前記第１のセパレータ又は／及び前記第２のセパレータは、前記水交換膜の積層方向に沿う変形に追従可能な弾性を有する、加湿器。
【請求項２】
前記第１のセパレータ又は／及び前記第２のセパレータは、一方の面に前記加湿流体を通過させる流路が形成されていると共に、他方の面に前記被加湿流体を通過させる流路が形成されている、請求項１に記載の加湿器。
【請求項３】
前記第１のセパレータは、前記加湿流体を通過させる流路が前記積層方向に貫通形成されており、
前記第２のセパレータは、前記被加湿流体を通過させる流路が前記積層方向に貫通形成されている、請求項１に記載の加湿器。
【請求項４】
前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータは、ゴム材料である、請求項１〜３のいずれかに記載の加湿器。
【請求項５】
前記第１のセパレータ又は／及び前記第２のセパレータのうち少なくとも前記加湿流体と接する部分には、カーボンを含む被膜が形成されている、請求項４に記載の加湿器。
【請求項６】
前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータは、波形に成形された金属板である、請求項１〜３のいずれかに記載の加湿器。
【請求項７】
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとの間を封止する弾性材を備える、請求項６に記載の加湿器。
【請求項８】
少なくとも一方の面に加湿流体又は被加湿流体を通過させる流路を有し、一面側から他面側に水分を透過させる水交換膜の片面又は両面に積層されて加湿器を構成するセパレータであって、
前記水交換膜の積層方向に沿う変形に追従可能な弾性を有するセパレータ。
【請求項９】
一方の面に前記加湿流体を通過させる流路が形成されていると共に、他方の面に前記被加湿流体を通過させる流路が形成されている、請求項８に記載のセパレータ。
【請求項１０】
前記加湿流体又は前記被加湿流体を通過させる流路が前記積層方向に貫通形成されている、請求項８に記載のセパレータ。
【請求項１１】
ゴム材料からなる、請求項８〜１０のいずれかに記載のセパレータ。
【請求項１２】
少なくとも前記加湿流体と接する部分には、カーボンを含む被膜が形成されている、請求項１１に記載のセパレータ。
【請求項１３】
波形に成形された金属板からなる、請求項８〜１０のいずれかに記載のセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非加湿流体を加湿流体にて加湿する加湿器とセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスと酸化ガス（以下、これらを反応ガスという。）との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池システムが注目されている。この燃料電池内の電解質膜が所定の湿潤状態に保たれていないと、発電性能が十分に発揮されないことから、燃料電池に供給すべき反応ガスを事前に加湿しておく技術が知られている。例えば、下記特許文献１に記載されている加湿器は、樹脂製のセパレータと水交換膜とが交互に積層されて構成されている。
【０００３】
このセパレータには、燃料電池に導入される酸化ガスを通過させる被加湿流路と、燃料電池から排出された酸化オフガスを通過させる加湿流路とが形成されている。水交換膜は、保湿性、可撓性、およびガスバリア性を有するイオン交換膜によって形成されている。水交換膜を挟んで対向する２つのセパレータの一方に形成された加湿流路と、前記２つのセパレータの他方に形成された被加湿流路とは、水交換膜を挟んで並設されている。
【０００４】
加湿流路を通過する酸化オフガスは、燃料電池において加熱されたうえに加湿されている。一方、被加湿流路を通過する酸化ガスは、常温に近く、かつ乾燥している。酸化オフガスは、加湿流路を通過する過程で水交換膜に接触することによって水交換膜を加熱するとともに加湿し、一方の酸化ガスは、被加湿流路を通過する過程で、水交換膜に接触することによって加熱されるとともに加湿される。
【特許文献１】特開２００３−１８７８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載されている加湿器においては、水交換膜が水分を含んで積層方向に膨張したり、乾燥して収縮するので、樹脂製で剛性の高いセパレータと水交換膜との接触面圧の上昇を招いてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、セパレータと水交換膜との接触面圧の上昇を抑制することができる加湿器とセパレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、次のような構成の加湿器を採用する。すなわち、本発明の加湿器は、一面側から他面側に水分を透過させる水交換膜と、前記一面側に加湿流体を通過させる流路を有する第１のセパレータと、前記他面側に被加湿流体を通過させる流路を有する第２のセパレータと、が積層されてなる加湿器であって、前記第１のセパレータ又は／及び前記第２のセパレータは、前記水交換膜の積層方向に沿う変形に追従可能な弾性を有する。
【０００８】
この構成によれば、水交換膜が積層方向に膨張および収縮しても、その変形に追従して第１及び第２のセパレータも積層方向に弾性変形する。したがって、セパレータと水交換膜との接触面圧の上昇は抑制される。
【０００９】
前記第１のセパレータ又は／及び前記第２のセパレータは、一方の面に前記加湿流体を通過させる流路が形成されていると共に、他方の面に前記被加湿流体を通過させる流路が形成されていてもよい。また、前記第１のセパレータは、前記加湿流体を通過させる流路が前記積層方向に貫通形成されており、前記第２のセパレータは、前記被加湿流体を通過させる流路が前記積層方向に貫通形成されていてもよい。
【００１０】
前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータは、ゴム材料であってもよい。かかる構成によれば、射出成形や圧縮成形等によるセパレータの成形が可能となる。ゴム材料としては、例えばエチレンプロピレンゴムまたはシリコン系のゴムの使用が可能である。
【００１１】
前記第１のセパレータ又は／及び前記第２のセパレータのうち少なくとも前記加湿流体と接する部分には、カーボンを含む被膜が形成されていてもよい。かかる構成によれば、セパレータの耐水性および耐酸化性が向上する。さらに、セパレータのうち水交換膜と接触する部分に当該被膜が形成されていれば、セパレータと水交換膜との間の摩擦係数が低下するので、両者間の相対摺動が滑らかになる。
【００１２】
前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータは、波形に成形された金属板であってもよい。かかる構成によれば、波形の金属板が積層方向に弾性を有するので、水交換膜が積層方向に膨張および収縮しても、その変形に追従して波形金属板も積層方向に弾性変形する。したがって、波形金属板と水交換膜との接触面圧の上昇は抑制される。
【００１３】
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとの間を封止する弾性材を備えていてもよい。かかる構成によれば、波形金属板と水交換膜との間のシール性が向上する。
【００１４】
本発明のセパレータは、少なくとも一方の面に加湿流体又は被加湿流体を通過させる流路を有し、一面側から他面側に水分を透過させる水交換膜の片面又は両面に積層されて加湿器を構成するセパレータであって、前記水交換膜の積層方向に沿う変形に追従可能な弾性を有する。
【００１５】
本発明のセパレータは、一方の面に前記加湿流体を通過させる流路が形成されていると共に、他方の面に前記被加湿流体を通過させる流路が形成されていてもよい。
【００１６】
本発明のセパレータは、前記加湿流体又は前記被加湿流体を通過させる流路が前記積層方向に貫通形成されていてもよい。
【００１７】
本発明のセパレータは、ゴム材料から構成されていてもよい。かかる場合には、少なくとも前記加湿流体と接する部分に、カーボンを含む被膜が形成されていてもよい。
【００１８】
本発明のセパレータは、波形に成形された金属板から構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、水交換膜が積層方向に膨張および収縮しても、その変形に追従してセパレータが積層方向に弾性変形するので、セパレータと水交換膜との接触面圧の上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜第１の実施形態＞
本発明の加湿器の第１の実施形態を、図１から図５に示して説明する。本実施形態の加湿器は、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池を備えた燃料電池システムの酸化ガス給排系に配設されるものであり、燃料電池に供給される酸化ガス（被加湿流体）を該燃料電池から排出された酸化オフガス（加湿流体）にて加湿するものである。
【００２１】
この加湿器は、図１に示すように、複数の板状部材（第１のセパレータ、第２のセパレータ）１と、同じく複数の水交換膜２とを備えている。板状部材１および水交換膜２は、平面視するといずれも長方形状をなしており、両者が交互に積層されている。板状部材１は水交換膜２よりも１枚多く、板状部材１と水交換膜２との積層体３の積層方向の両端（以下、単に「両端」という。）には、いずれも水交換膜２ではなく板状部材１が配置されている。
【００２２】
積層体３の両端に配置された板状部材１のさらに両外側には、積層された板状部材１および水交換膜２を拘束する拘束板４がそれぞれ配置されている。２枚の拘束板４同士は、図示しない締結部材によって連結されている。締結部材は、２枚の拘束板４同士の距離が変化しないように両者を締結している。積層された板状部材１および水交換膜２は、２枚の拘束板４に挟まれることによって積層方向に圧縮され、恒常的に弾性変形している。
【００２３】
板状部材１は、ＥＰＭ(Ethylene Propylene Methylene Linkage)、ＥＰＤＭ(Ethylene Propylene Diene Methylene Linkage)等のエチレンプロピレンゴム、またはシリコン系のゴムといった、射出成形または圧縮成形可能で耐久性の高い弾性体を材料からなる。板状部材１は、積層方向に圧縮されることにより、拘束板４によって積層方向にもたらされる拘束力とは相反する向きに弾性力を発生し、水交換膜２に圧接している。
【００２４】
板状部材１には、図２から図４に示すように、燃料電池に導入される酸化ガスを給排する酸化ガスマニホールドＨ１１，Ｈ１２と、燃料電池から排出された酸化オフガスを給排する酸化オフガスマニホールドＨ２１，Ｈ２２とが、板状部材１の２つの短辺１ａに隣接してそれぞれ貫通形成されている。入口側の酸化ガスマニホールドＨ１１および出口側の酸化オフガスマニホールドＨ２２、出口側の酸化ガスマニホールドＨ１２および入口側の酸化オフガスマニホールドＨ２１は、それぞれ短辺１ａ，１ａに沿って並んでいる。
【００２５】
さらに、一方の短辺１ａに隣接する入口側の酸化ガスマニホールドＨ１１と他方の短辺１ａに隣接する出口側の酸化ガスマニホールドＨ１２とは、板状部材１の対角に配置されている。入口側および出口側の酸化オフガスマニホールドＨ２１，Ｈ２２も、板状部材１のもうひとつの対角に配置されている。なお、拘束板４にも、不図示の酸化ガスマニホールドおよび酸化オフガスマニホールドが形成されており、これらは各酸化ガスマニホールドＨ１１，Ｈ１２および各酸化オフガスマニホールドＨ２１，Ｈ２２にそれぞれ連通している。
【００２６】
積層体３を構成する板状部材１のうち、両端に配置されたものを除く板状部材１１の一方の側面１１ａには、図２に示すように、外周部に設けられた壁１ｂを残すようにしてほぼ全域に深さの均一な凹所１ｃが形成されている。凹所１ｃは、酸化ガスマニホールドＨ１１，Ｈ１２には連通しているが、酸化オフガスマニホールドＨ２１，Ｈ２２には連通しておらず、酸化オフガスマニホールドＨ２１，Ｈ２２との間には、外周部と同様の壁１ｂが残されている。
【００２７】
凹所１ｃの中央には、板状部材１１の長辺１ｄと平行に、複数のリブ状壁１ｅが形成されている。リブ状壁１ｅの高さは、板状部材１１の外周部に設けられた壁１ｂと同じである。また、一部のリブ状壁１ｅは他のリブ状壁１ｅよりも長辺１ｄの方向に延長され、酸化ガスマニホールドＨ１１，Ｈ１２に達している。これらリブ状壁１ｅによって画成された複数の溝が、燃料電池に導入される前の酸化ガスを通過させる被加湿流路１ｆを形成している。
【００２８】
板状部材１１の他方の側面１１ｂの形状は、一方の側面１１ａの形状とまったく同じである。板状部材１１の他方の側面１１ｂにも、図３に示すように、外周部に設けられた壁１ｂを残すようにしてほぼ全域に深さの均一な凹所１ｃが形成されている。凹所１ｃは、酸化オフガスマニホールドＨ２１，Ｈ２２には連通しているが、酸化ガスマニホールドＨ１１，Ｈ１２には連通しておらず、酸化ガスマニホールドＨ１１，Ｈ１２との間には、外周部と同様の壁１ｂが残されている。
【００２９】
凹所１ｃの中央には、板状部材１１の長辺１ｄと平行に、複数のリブ状壁１ｅが形成されている。リブ状壁１ｅの高さは、板状部材１１の外周部に設けられた壁１ｂと同じである。また、一部のリブ状壁１ｅは他のリブ状壁１ｅよりも長辺１ｄの方向に延長され、酸化オフガスマニホールドＨ２１，Ｈ２２に達している。これらリブ状壁１ｅによって画成された複数の溝が、燃料電池から排出された後の酸化オフガスを通過させる加湿流路１ｇを形成している。
【００３０】
積層体３の両端に配置された２つの板状部材１２は、板状部材１１のほぼ半分の厚さしかない。板状部材１２の一方の側面１２ａの形状は、図４に示すように、板状部材１１の一方の側面１１ａの形状とまったく同じであって、板状部材１２の他方の側面１２ｂは、平坦に形成されている。２つの板状部材１２のうち、積層体３の一端に配置された板状部材１２においては、一方の側面１２ａにリブ状壁１ｅによって画成された複数の溝が、燃料電池に導入される前の酸化ガスを通過させる被加湿流路１ｆを形成している。
【００３１】
一方、積層体３の他端に配置された板状部材１２においては、一方の側面１２ａにリブ状壁１ｅによって画成された複数の溝が、燃料電池から排出された後の酸化オフガスを通過させる加湿流路１ｇを形成している。
【００３２】
板状部材１１の両側面１１ａ，１１ｂ、および板状部材１２の一方の側面１２ａの表面には、プラズマＣＶＤ法等によってカーボン被膜（図示略）が形成されている。このカーボン被膜は、側面１１ａ，１１ｂ，１２ａの表面全面に形成されていてもよいし、酸化オフガスと接する面のみに形成されていてもよい。また、カーボン被膜は、カーボンが所定量以上含有されていればよい。
【００３３】
積層体３中で隣り合う板状部材１１同士は、図５に示すように、一方の側面１１ａと他方の側面１１ｂとを向かい合わせて配置されており、両板状部材１１の間に、水交換膜２が介装されている。一方の板状部材（第２のセパレータ）１１の側面１１ａに形成されたすべての被加湿流路１ｆは、他方の板状部材（第１のセパレータ）１１の側面１１ｂに形成されたすべての加湿流路１ｇに個々に対応し、水交換膜２を挟んで対向している。つまり、被加湿流路１ｆと加湿流路１ｇとは、水交換膜２を挟んで並行に配設されている。
【００３４】
積層体３の一端に配置された板状部材（第２のセパレータ）１２と、この板状部材１２と隣り合う板状部材（第１のセパレータ）１１とは、板状部材１２の一方の側面１２ａと、板状部材１１の他方の側面１１ｂとを向かい合わせて配置されており、板状部材１１，１２間に、水交換膜２が介装されている。板状部材１２の側面１２ａに形成されたすべての被加湿流路１ｆは、板状部材１１の側面１１ｂに形成されたすべての加湿流路１ｇに個々に対応し、水交換膜２を挟んで対向している。
【００３５】
積層体３の他端に配置された板状部材（第１のセパレータ）１２と、この板状部材１２と隣り合う板状部材（第２のセパレータ）１１とは、板状部材１２の一方の側面１２ａと、板状部材１１の一方の側面１１ａとを向かい合わせて配置されており、板状部材１１，１２間に、水交換膜２が介装されている。板状部材１２の側面１２ａに形成されたすべての加湿流路１ｇは、板状部材１１の側面１１ａに形成されたすべての被加湿流路１ｆに個々に対応し、水交換膜２を挟んで対向している。
【００３６】
上記のように構成された加湿器において、入口側の酸化ガスマニホールドＨ１１に、燃料電池に導入される前の乾燥した酸化ガスが導入されると、各板状部材１１の被加湿流路１ｆ、および積層体３の一端に配置された板状部材１２の被加湿流路１ｆに、酸化ガスが流れ込む。一方、入口側の酸化オフガスマニホールドＨ２１に、燃料電池から排出された後の暖まって湿った酸化オフガスが導入されると、各板状部材１１の加湿流路１ｇ、および積層体３の他端に配置された板状部材１２の加湿流路１ｇに、酸化オフガスが流れ込む。
【００３７】
被加湿流路１ｆと加湿流路１ｇとは、水交換膜２を挟んで並行に配設されているが、被加湿流路１ｆに流れ込んだ酸化ガスと、加湿流路１ｇに流れ込んだ酸化オフガスとは、互いに逆方向に流れる。
【００３８】
酸化ガスと酸化オフガスとが、加湿器内で水交換膜２を挟んで流れる過程で、両者は水交換膜２を介して熱交換する。これにより、酸化オフガスは冷却され、酸化ガスは加熱される。また、酸化オフガスに含まれる水分が水交換膜２を通じて加湿流路１ｇから被加湿流路１ｆに移動する。これにより、酸化オフガスは除湿され、酸化ガスは加湿される。このとき、水交換膜２は、酸化オフガスに含まれていた水分を含んで膨張し、厚みを増す方向（積層方向）や面積を拡げる方向（面方向）に変形する。
【００３９】
加熱されるとともに加湿された酸化ガスは、出口側の酸化ガスマニホールドＨ１２から流出し、燃料電池に供給される。一方、冷却されるとともに除湿された酸化オフガスは、出口側の酸化オフガスマニホールドＨ２２から流出し、最終的に燃料電池システムの系外に排出される。加湿器に対して酸化ガスや酸化オフガスの供給を停止すると、水交換膜２は徐々に乾燥し、収縮して元の形状に戻る。
【００４０】
上記のように構成された加湿器によれば、板状部材１１，１２が積層方向に弾性を有しているので、水交換膜２が積層方向に膨張および収縮しても、その変形に追従して板状部材１１，１２が積層方向に弾性変形する。したがって、板状部材１１，１２と水交換膜２との接触面圧、すなわち板状部材１１，１２の壁１ｂやリブ状壁１ｅの上縁と水交換膜２の側面との接触面圧の上昇が抑制される。
【００４１】
また、板状部材１１の両側面１１ａ，１１ｂ、および板状部材１２の一方の側面１２ａの表面に、カーボン被膜が形成されているので、板状部材１１，１２の表面の耐水性、耐酸化性が向上している。さらに、カーボン被膜によって板状部材１１，１２と水交換膜２との間の摩擦係数が軽減されているので、水交換膜２が変形しても板状部材１１，１２に対する摺動が滑らかになり、板状部材１１，１２と水交換膜２との面圧上昇がより一層抑制されている。
【００４２】
また、ゴム製の板状部材１１，１２が弾性変形して水交換膜２に密着しているので、両者間において被加湿流路１ｆや加湿流路１ｇのシール性が確保される。したがって、簡易な構成でありながら流体漏れに強い構造を実現できる。
【００４３】
＜第１の変形例＞
本実施形態においては、凹所１ｃが両側面に形成された板状部材１１と、凹所１ｃが一方の側面にのみ形成された板状部材１２とを用いているが、板状部材１２を、平滑な面同士貼り合わせて板状部材１１と同じ形状とし、板状部材１１の代わりに使用してもよい。このようにすれば、板状部材を１種類製作するだけでよく、製造コストの削減が可能である。
【００４４】
＜第２の変形例＞
本実施形態においては、本発明のセパレータとして、酸化ガスおよび酸化オフガスを通過させる流路が両側面１１ａ，１１ｂに形成された板状部材１１について説明したが、セパレータに打ち抜き加工等による貫通孔を形成し、この貫通孔に酸化ガスあるいは酸化オフガスを通過させる流路としての役割を持たせることも可能である。この場合、貫通孔（加湿流路）に酸化オフガスを通過させる第１のセパレータと、該第１のセパレータと同一構成であるが貫通孔（被加湿流路）に酸化ガスを通過させる第２のセパレータとが、水交換膜２を介して交互に積層される。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
本発明の加湿器の第２の実施形態を、図６に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態の加湿器は、セパレータとして、横断面が波形に形成された金属板１０１を備えている。この波形金属板１０１は、ステンレスやチタン、ニッケル等の水蒸気雰囲気下では表面に不働態の金属酸化膜が形成し易い金属材料からなる。
【００４６】
また、波形金属板１０１は、波形形状が略等脚台形をなすように、波形の頭頂部１１Ａが平坦で、この頭頂部１１Ａの両端が等しい角度をなしている。水交換膜２は、波形金属板１０１の頭頂部１１Ａと面接触している。波形金属板１０１と水交換膜２との積層体１０３の周囲には、２枚の拘束板４の各辺、および水交換膜２の各辺に接して積層体１０３の内側を封止するゴム製のシール部材（弾性材）１０５が配設されている。
【００４７】
シール部材１０５は、隣り合う波形金属板１０１間、または隣り合う拘束板４と水交換膜２との間にそれぞれ配設され、積層方向に連続することで積層体１０３の周囲の側面を覆う壁を形成している。なお、図示しないが、波形金属板１０１の波の延在方向に直交する側面に配設されたシール部材１０５には、酸化ガスマニホールド、および酸化オフガスマニホールドがそれぞれ設けられている。
【００４８】
なお、各マニホールドと、後述する被加湿流路１０１ｆ、加湿流路１０１ｇとの間には、高さの違いが生じるが、この点はゴム製のシール部材１０５の成形特性を活かし、両者の高さの違いを吸収するとともに、波形金属板１０１と水交換膜２とのシール性を向上させ、さらには各マニホールド周辺のシール性をも向上させている。
【００４９】
波形金属板１０１および水交換膜２は、平面視するといずれも長方形状をなしており、両者が交互に積層されている。波形金属板１０１は水交換膜２よりも１枚多く、積層体１０３の積層方向の両端には、いずれも水交換膜２ではなく波形金属板１０１が配置されている。積層体１０３の両端に配置された波形金属板１０１のさらに両外側には、積層された波形金属板１０１および水交換膜２を拘束する拘束板４がそれぞれ配置されている。
【００５０】
積層された波形金属板１０１および水交換膜２は、２枚の拘束板４に挟まれることによって積層方向に圧縮され、恒常的に弾性変形している。波形金属板１０１は、積層方向に圧縮されることにより、拘束板４によって積層方向にもたらされる拘束力とは相反する向きに弾性力を発生し、水交換膜２に圧接している。
【００５１】
波形金属板１０１においては、隣り合う波の谷間に当たる部分が溝となる。これら複数の溝は、波形金属板１０１の表裏に互い違いに設けられている。波形金属板１０１の表裏の溝は、燃料電池に導入される前の酸化ガスを通過させる被加湿流路１０１ｆ、または燃料電池から排出された後の酸化オフガスを通過させる加湿流路１０１ｇを形成している。
【００５２】
積層方向に沿って並ぶ各波形金属板１０１は、表裏の溝と両隣りの水交換膜２とで被加湿流路１０１ｆを形成するものと、表裏の溝と両隣りの水交換膜２とで加湿流路１０１ｇを形成するものとが、交互に配置されている。なお、水交換膜２と拘束板４との間に挟まれる２枚の波形金属板１０１については、拘束板４に相対して開口する溝は加湿流路、被加湿流路のいずれの役割も果たさず、酸化ガス、酸化オフガスが流されることはない。
【００５３】
波形金属板１０１と水交換膜２との積層体１０３中で隣り合う波形金属板１０１同士は、一方の側面１０１ａと他方の側面１０１ｂとを向かい合わせて配置されており、両波形金属板１０１の間に、水交換膜２が介装されている。一方の波形金属板（第２のセパレータ）１０１の側面１０１ａに形成されたすべての被加湿流路１０１ｆは、他方の波形金属板（第１のセパレータ）１０１の側面１０１ｂに形成されたすべての加湿流路１０１ｇに個々に対応し、水交換膜２を挟んで対向している。つまり、被加湿流路１０１ｆと加湿流路１０１ｇとは、水交換膜２を挟んで並行に配設されている。
【００５４】
上記のように構成された加湿器において、入口側の酸化ガスマニホールドＨ１１に、燃料電池に導入される前の乾燥した酸化ガスが導入されると、各波形金属板１０１の被加湿流路１０１ｆに酸化ガスが流れ込む。一方、入口側の酸化オフガスマニホールドＨ２１に、燃料電池から排出された後の暖まって湿った酸化オフガスが導入されると、各波形金属板１０１の加湿流路１０１ｇに酸化オフガスが流れ込む。
【００５５】
被加湿流路１０１ｆと加湿流路１０１ｇとは、水交換膜２を挟んで並行に配設されているが、被加湿流路１０１ｆに流れ込んだ酸化ガスと、加湿流路１０１ｇに流れ込んだ酸化オフガスとは、互いに逆方向に流れる。
【００５６】
酸化ガスと酸化オフガスとが、加湿器内で水交換膜２を挟んで流れる過程で、両者は水交換膜２を介して熱交換する。これにより、酸化オフガスは冷却され、酸化ガスは加熱される。また、酸化オフガスに含まれる水分が水交換膜２を通じて加湿流路１０１ｇから被加湿流路１０１ｆに移動する。これにより、酸化オフガスは除湿され、酸化ガスは加湿される。このとき、水交換膜２は、酸化オフガスに含まれていた水分を含んで膨張し、厚みを増す方向（積層方向）や面積を拡げる方向（面方向）に変形する。
【００５７】
加熱されるとともに加湿された酸化ガスは、出口側の酸化ガスマニホールドＨ１２から流出し、燃料電池に供給される。一方、冷却されるとともに除湿された酸化オフガスは、出口側の酸化オフガスマニホールドＨ２２から流出し、最終的に燃料電池システムの系外に排出される。加湿器に対して酸化ガスや酸化オフガスの供給を停止すると、水交換膜２は徐々に乾燥し、収縮して元の形状に戻る。
【００５８】
上記のように構成された加湿器によれば、波形金属板１０１が積層方向に弾性を有しているので、水交換膜２が積層方向に膨張および収縮しても、その変形に追従して波形金属板１０１が積層方向に弾性変形する。したがって、波形金属板１０１と水交換膜２との接触面圧、すなわち波形金属板１０１の頭頂部１１Ａと水交換膜２の側面との接触面圧の上昇が抑制される。
【００５９】
＜変形例＞
本実施形態においては、波形金属板１０１が、波の形状が等脚台形をなすように、波の頭頂部１１Ａが平坦で、この頭頂部１１Ａの両端が等しい角度をなして角張っているが、波の形状を、角張らせずに滑らかな曲線状にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の加湿器の第１の実施形態を示す図であって、加湿器を長手方向から断面視した図である。
【図２】加湿器を構成する板状部材の一方の側面を斜視した図である。
【図３】加湿器を構成する板状部材の他方の側面を斜視した図である。
【図４】加湿器を構成するもうひとつの板状部材の一方の側面を斜視した図である。
【図５】加湿器を分解した状態で斜視した図である。
【図６】本発明の加湿器の第２の実施形態を示す図であって、加湿器を長手方向から断面視した図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…板状部材（第１のセパレータ、第２のセパレータ）、１ｆ…被加湿流路、１ｇ…加湿流路、２…水交換膜、４…拘束板、１１…板状部材（第１のセパレータ、第２のセパレータ）、１２…板状部材（第１のセパレータ、第２のセパレータ）、１０１…金属板（第１のセパレータ、第２のセパレータ）、１０１ｆ…被加湿流路、１０１ｇ…加湿流路、１０５…シール部材（弾性材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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