(57)【要約】      （修正有）【課題】水分透過部材からの排水性が向上し且つカソードガスの過加湿を抑制した冷却加湿装置及びそれを備えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】冷却加湿装置５は、冷媒流路６１を備えて流入カソードガスと熱交換する冷却部６０と、冷却されたカソードガスと燃料電池からのカソードオフガスを隔てる水分透過部材７１によって、該カソードオフガス中の水分を利用して前記カソードガスを加湿する加湿部７０と、を有し、冷却部６０よりも鉛直上方側に加湿部７０を収納したケース５０と、を備える。水分透過部材は、筒状で内側を冷却されたカソードガスが流れ、外側をカソードオフガス流れる構成である。ケース５０は、冷却部６０よりも鉛直下方側に位置した下方壁５１を有する。カソードガス導入口５４ａは、下方壁５１の内面の少なくとも一部分よりも鉛直上方側であって、前記冷却部６０よりも鉛直下方側に位置している。【選択図】図３
2019053834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流れる冷媒流路、燃料電池に供給されるカソードガスが流れる第１カソードガス流路、及び前記冷媒流路と前記第１カソードガス流路とを隔てる隔壁、を有し、前記カソードガスを前記冷媒と熱交換することにより冷却する冷却部と、
前記カソードガスが流れる第２カソードガス流路、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスが流れるカソードオフガス流路、及び前記第２カソードガス流路と前記カソードオフガス流路とを隔てる水分透過部材、を有し、前記カソードオフガス中の水分を利用して前記カソードガスを加湿する加湿部と、
前記第１カソードガス流路に連通したカソードガス導入口を有し、前記第１及び第２カソードガス流路が連通し且つ前記第２カソードガス流路が前記第１カソードガス流路よりも鉛直上方側に位置して前記冷却部及び加湿部を収納したケースと、を備え、
前記水分透過部材は、内側に前記第２カソードガス流路を画定した筒状であって当該筒の軸心方向が水平方向と交差して前記冷却部に向かって延びている、又は一方側に前記第２カソードガス流路を画定した平面状であって当該平面が水平方向と交差して前記冷却部に向かって延びており、
前記ケースは、前記冷却部よりも鉛直下方側に位置した下方壁を有し、
前記カソードガス導入口は、前記下方壁の内面の少なくとも一部分よりも鉛直上方側であって、前記冷却部よりも鉛直下方側に位置している、冷却加湿装置。
【請求項２】
前記下方壁には、鉛直下方側に窪んだ凹状の貯水部を有している、請求項１の冷却加湿装置。
【請求項３】
前記下方壁に貯留された水を前記ケースの外部へ排水する第１排水弁を備えた、請求項１の冷却加湿装置。
【請求項４】
前記貯水部に貯留された水を前記ケースの外部へ排水する第１排水弁を備えた、請求項２の冷却加湿装置。
【請求項５】
前記下方壁上に貯留された水の量を検出するセンサを備え、
前記第１排水弁は、前記センサの検出結果に応じて開閉するように制御される、請求項３又は４の冷却加湿装置。
【請求項６】
前記ケースは、前記カソードオフガス流路に連通したオフガス導入口及びオフガス排出口を有し、
前記加湿部は、前記カソードオフガス流路を画定するオフガス流路底面を有し、
前記オフガス流路底面は、前記オフガス導入口から前記オフガス排出口にかけて斜め下方に傾斜している、請求項１乃至５の何れかの冷却加湿装置。
【請求項７】
前記ケースは、前記カソードオフガス流路に連通したオフガス排出口を有し、
前記加湿部は、前記カソードオフガス流路を画定するオフガス流路底面を有し、
前記オフガス排出口は、前記オフガス流路底面の高さ以下に設けられている、請求項１乃至５の何れかの冷却加湿装置。
【請求項８】
前記カソードオフガス流路から前記ケースの外部へ排水する第２排水弁を備えた、請求項１乃至７の何れかの冷却加湿装置。
【請求項９】
前記冷媒は、前記燃料電池を冷却する、請求項１乃至８の何れかの冷却加湿装置。
【請求項１０】
燃料電池と、
冷却加湿装置と、を備え、
前記冷却加湿装置は、
冷媒が流れる冷媒流路、前記燃料電池に供給されるカソードガスが流れる第１カソードガス流路、及び前記冷媒流路と前記第１カソードガス流路とを隔てる隔壁、を有し、前記カソードガスを前記冷媒と熱交換することにより冷却する冷却部と、
前記カソードガスが流れる第２カソードガス流路、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスが流れるカソードオフガス流路、及び前記第２カソードガス流路と前記カソードオフガス流路とを隔てる水分透過部材、を有し、前記カソードオフガス中の水分を利用して前記カソードガスを加湿する加湿部と、
前記第１カソードガス流路に連通したカソードガス導入口を有し、前記第１及び第２カソードガス流路が連通し且つ前記第２カソードガス流路が前記第１カソードガス流路よりも鉛直上方側に位置して前記冷却部及び加湿部を収納したケースと、を備え、
前記水分透過部材は、内側に前記第２カソードガス流路を画定した筒状であって当該筒の軸心方向が水平方向と交差して前記冷却部に向かって延びている、又は一方側に前記第２カソードガス流路を画定した平面状であって当該平面が水平方向と交差して前記冷却部に向かって延びており、
前記ケースは、前記冷却部よりも鉛直下方側に位置した下方壁を有し、
前記カソードガス導入口は、前記下方壁の内面の少なくとも一部分よりも鉛直上方側であって、前記冷却部よりも鉛直下方側に位置している、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却加湿装置及びそれを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給されるカソードガスを冷却する冷却器や、カソードガスを加湿する加湿器を備えた燃料電池システムが知られている。例えば特許文献１では、このような冷却器と加湿器とが一体に設けられており、加湿器では、カソードオフガス中の水分が水分透過部材を介してカソード側へと移動することによりカソードガスが加湿される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０８４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような水分透過部材に凝縮水が付着したまま燃料電池システムが停止すると、外気温によっては凝縮水が水分透過部材上で凍結して、水分透過部材が損傷を受ける可能性がある。また、このような凝縮水がカソードガスにより巻き上げられると、カソードガスが過剰に加湿される可能性がある。
【０００５】
本発明は、水分透過部材からの排水性が向上し且つカソードガスの過加湿を抑制した冷却加湿装置及びそれを備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、冷媒が流れる冷媒流路、燃料電池に供給されるカソードガスが流れる第１カソードガス流路、及び前記冷媒流路と前記第１カソードガス流路とを隔てる隔壁、を有し、前記カソードガスを前記冷媒と熱交換することにより冷却する冷却部と、前記カソードガスが流れる第２カソードガス流路、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスが流れるカソードオフガス流路、及び前記第２カソードガス流路と前記カソードオフガス流路とを隔てる水分透過部材、を有し、前記カソードオフガス中の水分を利用して前記カソードガスを加湿する加湿部と、前記第１カソードガス流路に連通したカソードガス導入口を有し、前記第１及び第２カソードガス流路が連通し且つ前記第２カソードガス流路が前記第１カソードガス流路よりも鉛直上方側に位置して前記冷却部及び加湿部を収納したケースと、を備え、前記水分透過部材は、内側に前記第２カソードガス流路を画定した筒状であって当該筒の軸心方向が水平方向と交差して前記冷却部に向かって延びている、又は一方側に前記第２カソードガス流路を画定した平面状であって当該平面が水平方向と交差して前記冷却部に向かって延びており、前記ケースは、前記冷却部よりも鉛直下方側に位置した下方壁を有し、前記カソードガス導入口は、前記下方壁の内面の少なくとも一部分よりも鉛直上方側であって、前記冷却部よりも鉛直下方側に位置している、冷却加湿装置によって達成できる。
【０００７】
上記構成により、第２カソードガス流路内で発生した凝縮水は、重力の作用によって水分透過部材から冷却部側へと流れ落ちるので、水分透過部材からの排水性が向上している。また、上記構成により、水分透過部材から流れ落ちた凝縮水は、第１カソードガス流路を介して下方壁の内面上に流れ落ちる。カソードガスは、下方壁の内面の少なくとも一部分よりも鉛直上方側からケース内に導入されるため、カソードガスが下方壁の内面上に滞留した凝縮水を巻き上げることが抑制される。従って、カソードガスの過加湿が抑制される。
【０００８】
前記下方壁には、鉛直下方側に窪んだ凹状の貯水部を有していてもよい。
【０００９】
前記下方壁に貯留された水を前記ケースの外部へ排水する第１排水弁を備えていてもよい。
【００１０】
前記貯水部に貯留された水を前記ケースの外部へ排水する第１排水弁を備えていてもよい。
【００１１】
前記下方壁上に貯留された水の量を検出するセンサを備え、前記第１排水弁は、前記センサの検出結果に応じて開閉するように制御されてもよい。
【００１２】
前記ケースは、前記カソードオフガス流路に連通したオフガス導入口及びオフガス排出口を有し、前記加湿部は、前記カソードオフガス流路を画定するオフガス流路底面を有し、前記オフガス流路底面は、前記オフガス導入口から前記オフガス排出口にかけて斜め下方に傾斜していてもよい。
【００１３】
前記ケースは、前記カソードオフガス流路に連通したオフガス排出口を有し、前記加湿部は、前記カソードオフガス流路を画定するオフガス流路底面を有し、前記オフガス排出口は、前記オフガス流路底面の高さ以下に設けられていてもよい。
【００１４】
前記カソードオフガス流路から前記ケースの外部へ排水する第２排水弁を備えていてもよい。
【００１５】
前記冷媒は、前記燃料電池を冷却してもよい。
【００１６】
また、上記目的は、燃料電池と、冷却加湿装置と、を備え、前記冷却加湿装置は、冷媒が流れる冷媒流路、前記燃料電池に供給されるカソードガスが流れる第１カソードガス流路、及び前記冷媒流路と前記第１カソードガス流路とを隔てる隔壁、を有し、前記カソードガスを前記冷媒と熱交換することにより冷却する冷却部と、前記カソードガスが流れる第２カソードガス流路、前記燃料電池から排出されたカソードオフガスが流れるカソードオフガス流路、及び前記第２カソードガス流路と前記カソードオフガス流路とを隔てる水分透過部材、を有し、前記カソードオフガス中の水分を利用して前記カソードガスを加湿する加湿部と、前記第１カソードガス流路に連通したカソードガス導入口を有し、前記第１及び第２カソードガス流路が連通し且つ前記第２カソードガス流路が前記第１カソードガス流路よりも鉛直上方側に位置して前記冷却部及び加湿部を収納したケースと、を備え、前記水分透過部材は、内側に前記第２カソードガス流路を画定した筒状であって当該筒の軸心方向が水平方向と交差して前記冷却部に向かって延びている、又は一方側に前記第２カソードガス流路を画定した平面状であって当該平面が水平方向と交差して前記冷却部に向かって延びており、前記ケースは、前記冷却部よりも鉛直下方側に位置した下方壁を有し、前記カソードガス導入口は、前記下方壁の内面の少なくとも一部分よりも鉛直上方側であって、前記冷却部よりも鉛直下方側に位置している、燃料電池システムによっても達成できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水分透過部材からの排水性が向上し且つカソードガスの過加湿を抑制した冷却加湿装置及びそれを備えた燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、燃料電池システムの概略図である。
【図２】図２は、冷却加湿装置の外観を模式的に示した斜視図である。
【図３】図３は、ケース内の構成を示した図である。
【図４】図４は、ケース内の構成を示した図である。
【図５】図５は、水分透過膜をＺ方向から見た部分断面図である。
【図６】図６は、排水制御の一例を示したフローチャートである。
【図７】図７は、変形例の冷却加湿装置の説明図である。
【図８】図８は、変形例の冷却加湿装置の説明図である。
【図９】図９は、中空糸膜をＺ方向から見た部分拡大図である。
【図１０】図１０は、変形例の冷却加湿装置の説明図である。
【図１１】図１１は、変形例の冷却加湿装置の説明図である。
【図１２】図１２は、冷却加湿装置の加湿部の一部の構成の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、燃料電池システム１（以下、システムと称する）の概略図である。システム１は、制御装置１０、燃料電池２０、空気供給系３０、及び冷却系４０等を含む。システム１は、燃料電池２０の発電電力を不図示のモータ等に供給する。制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、後述する各機器と電気的に接続され、システム１全体を制御する。尚、システム１は、燃料電池２０に水素を供給する不図示の水素ガス供給系や燃料電池２０の発電電力を制御する電力制御系を含む。
【００２０】
空気供給系３０は、供給経路３１、排出経路３２、コンプレッサ３３、冷却加湿装置５、及び背圧弁３８を有している。空気供給系３０は、燃料電池２０に空気を供給するものであり、以下のように構成される。外気から取り込んだ酸素を含む空気（カソードガス）は、供給経路３１を介してコンプレッサ３３により圧縮され、詳しくは後述するが冷却加湿装置５の冷却部６０により冷却されて、燃料電池２０に供給される。排出経路３２は、燃料電池２０から排出されたカソードオフガスを大気放出する。背圧弁３８は、燃料電池２０の酸化剤側の背圧を調整する。詳しくは後述するが冷却加湿装置５の加湿部７０は、排出経路３２を通過するカソードオフガス中の水分を利用して供給経路３１を通過するカソードガスを加湿する。尚、供給経路３１上には、上流側から順にコンプレッサ３３、冷却部６０、及び加湿部７０が配置されている。排出経路３２には、上流側から順に加湿部７０及び背圧弁３８が配置されている。コンプレッサ３３で圧縮されたカソードガスは、温度が上昇する。
【００２１】
冷却系４０は、冷却水である冷媒を所定の経路を経て循環させることにより、燃料電池２０を冷却するものであり、以下のように構成される。冷媒は循環ポンプ４５により循環経路４１を流れ、ラジエータ４６で熱交換されて冷却されて、燃料電池２０に供給される。バイパス経路４２は、循環経路４１から分岐してラジエータ４６をバイパスする。三方弁４７は、バイパス経路４２を流れる冷媒の流量を調整する。分配経路４３は、循環経路４１から分岐して冷却部６０に接続され再び循環経路４１に接続されており、冷却部６０を通過する空気が冷媒により冷却される。温度センサ４８は、燃料電池２０から排出された冷媒の温度を検出する。尚、分配経路４３は、燃料電池２０よりも上流側であって三方弁４７よりも下流側で循環経路４１から分岐して、燃料電池２０よりも下流側であって循環ポンプ４５よりも上流側で循環経路４１に合流している。
【００２２】
図２は、冷却加湿装置５の外観を模式的に示した斜視図である。尚、図１では冷却加湿装置５を模式的に示しているため、図２での冷却加湿装置５とは形状が異なっているが、冷却加湿装置５の形状も図２に示したものに限定されない。図２に示したＺ方向は鉛直方向を示し、Ｘ方向及びＹ方向はそれぞれ水平方向を示す。図２及びそれ以降の図では、カソードガスが流れる方向を実線の矢印で示し、カソードオフガスの流れる方向を点線の矢印で示し、冷却水の流れる方向を一点鎖線の矢印で示している。
【００２３】
冷却加湿装置５は、冷却部６０及び加湿部７０を収納したケース５０を有している。ケース５０は、下方壁５１、上方壁５２、左方壁５３、右方壁５４、前方壁５５、及び後方壁５６を有した略直方状である。下方壁５１及び上方壁５２は互いにＺ方向に対向して平行である。同様に左方壁５３及び右方壁５４は互いにＸ方向に対向して平行である。前方壁５５及び後方壁５６は互いにＹ方向に対向して平行である。下方壁５１には、貯水部５１ｆが設けられており、貯水部５１ｆには第１排水管５１ｄが接続されており、第１排水管５１ｄには第１排水弁５１ｅが設けられている。上方壁５２には、カソードガス排出口（以下、ガス排出口と称する）５２ａが設けられている。左方壁５３には、カソードオフガス導入口（以下、オフガス導入口と称する）５３ｂ及び冷媒導入部５３ｃが設けられている。右方壁５４には、カソードガス導入口（以下、ガス導入口と称する）５４ａ、カソードオフガス排出口（以下、オフガス排出口と称する）５４ｂ、冷媒排出部５４ｃが設けられており、第２排水管５４ｄが接続され、第２排水管５４ｄには第２排水弁５４ｅが設けられている。第１排水弁５１ｅ及び第２排水弁５４ｅは、制御装置１０に電気的に接続されて制御される電磁弁である。前方壁５５には、調圧管５５ｄが接続されており、調圧管５５ｄには逆止弁５５ｅが設けられている。
【００２４】
冷媒導入部５３ｃ及び冷媒排出部５４ｃは、鉛直方向での高さが略同じ位置に設けられている。同様にオフガス導入口５３ｂ及びオフガス排出口５４ｂも、鉛直方向での高さが略同じ位置に設けられているが、冷媒導入部５３ｃ及び冷媒排出部５４ｃよりも鉛直上方側に位置している。ガス導入口５４ａは、冷媒排出部５４ｃよりも鉛直下方側に位置している。第２排水管５４ｄは、冷媒排出部５４ｃよりも鉛直上方側でありオフガス排出口５４ｂよりも鉛直下方側に位置している。調圧管５５ｄは、第２排水管５４ｄよりもやや低い位置で前方壁５５に接続されている。
【００２５】
冷媒導入部５３ｃは、筒部５３ｃ１と、筒部５３ｃ１に連通し筒部５３ｃ１の径よりも拡大しており左方壁５３に接続した拡大部５３ｃ２とを有している。同様に冷媒排出部５４ｃは、筒部５４ｃ１と、筒部５４ｃ１に連通し筒部５４ｃ１の径よりも拡大しており右方壁５４に接続した拡大部５４ｃ２とを有している。
【００２６】
カソードガスは、ガス導入口５４ａからケース５０内に導入されてケース５０内で鉛直上方側に流れてガス排出口５２ａから排出される。カソードオフガスは、オフガス導入口５３ｂからケース５０内に導入されてケース５０内で＋Ｘ方向に流れてオフガス排出口５４ｂから排出される。冷媒である冷却水は、冷媒導入部５３ｃからケース５０内に導入され、＋Ｘ方向に流れて冷媒排出部５４ｃから排出される。ガス導入口５４ａ及びガス排出口５２ａは上述した供給経路３１の一部を構成する。オフガス導入口５３ｂ及びオフガス排出口５４ｂは排出経路３２の一部を構成する。冷媒導入部５３ｃ及び冷媒排出部５４ｃは分配経路４３の一部を構成する。
【００２７】
図３及び図４は、ケース５０内の構成を示した図である。ケース５０内では、冷却部６０よりも＋Ｚ方向側である鉛直上方側に加湿部７０が配置されている。最初に冷却部６０について説明する。冷却部６０は、冷媒導入部５３ｃ及び冷媒排出部５４ｃを連通した複数のチューブ６１を有している。チューブ６１は、熱伝導率が高い金属製であり、軸心方向がＸ方向であってＹ方向の幅よりもＺ方向の幅が大きい扁平筒状である。複数のチューブ６１は、Ｙ方向に所定の間隔を空けて略平行に並んで配置されている。これら複数のチューブ６１は、一端が拡大部５３ｃ２に接続されており他端が拡大部５４ｃ２に接続され、チューブ６１の内部は拡大部５３ｃ２及び５４ｃ２の内部と連通しており、冷却水が流れる。図４においては、冷却水はチューブ６１内を紙面の手前から奥に流れる。尚、左方壁５３には、拡大部５３ｃ２と連通した複数のチューブ６１がそれぞれ挿入されるスリットが、拡大部５３ｃ２に覆われる部分に形成されている。同様に右方壁５４には、拡大部５４ｃ２と連通した複数のチューブ６１がそれぞれ挿入されるスリットが、拡大部５４ｃ２に覆われる部分に形成されている。
【００２８】
ケース５０内での冷却部６０と下方壁５１との間には、下方空間５１３が画定されている。ガス導入口５４ａから導入されたカソードガスは、下方空間５１３を介してチューブ６１外側を流れる。従って、冷却部６０においてカソードガスが流れる流路は、チューブ６１の外側の空間により画定される。このようにチューブ６１は、冷却部６０において冷却水流路と第１カソードガス流路とを隔てる隔壁の一例である。ガス導入口５４ａは、下方空間５１３を介して第１カソードガス流路に連通している。ここで、ガス導入口５４ａから導入されるカソードガスは、コンプレッサ３３により圧縮されて高温となっている。このため、チューブ６１の外側を流れるカソードガスとチューブ６１の内側を流れる冷却水とが熱交換されて、カソードガスが冷却される。尚、チューブ６１同士の間には、カソードガスをより効率的に冷却するための金属製の波形状のフィンをチューブ６１に接触するように配置してもよい。
【００２９】
次に、加湿部７０について説明する。加湿部７０は、複数の水分透過膜７１を有している。図５は、水分透過膜７１をＺ方向から見た部分断面図である。水分透過膜７１は、軸心方向が略Ｚ方向に一致して水分透過膜７１よりも鉛直下方側に位置した冷却部６０に向けて延びており、Ｙ方向の幅よりもＸ方向の幅が長い扁平筒状である。複数の水分透過膜７１は、チューブ６１と同様に、Ｙ方向に所定の間隔を空けて略平行に並んで配置されているが、水分透過膜７１の軸心がチューブ６１同士の間を通過するように配置されている。複数の水分透過膜７１は、左方壁５３の内面には接触せずに所定の左方空間５３３を介して対向しており、同様に右方壁５４の内面には接触せずに所定の右方空間５４３を介して対向している。
【００３０】
水分透過膜７１の鉛直下方側及び鉛直上方側には、それぞれシール部材７７及び７８が設けられている。シール部材７７及び７８は、水分透過膜７１同士の間に介在している。また、シール部材７７及び７８のそれぞれは、複数の水分透過膜７１全体を包囲するように形成されている。具体的には、前方壁５５と前方壁５５に対向した水分透過膜７１との間、後方壁５６と後方壁５６に対向した水分透過膜７１との間、左方壁５３と左方壁５３に対向した複数の水分透過膜７１の端部との間、及び右方壁５４と右方壁５４に対向した複数の水分透過膜７１の端部との間にも、シール部材７７及び７８は介在している。これにより、ケース５０内での水分透過膜７１の外側の空間と内側の空間とは遮断されている。また、シール部材７７はオフガス導入口５３ｂ及びオフガス排出口５４ｂよりも鉛直下方側に位置し、シール部材７８はオフガス導入口５３ｂ及びオフガス排出口５４ｂよりも鉛直上方側に位置している。このため、オフガス導入口５３ｂから導入されたカソードオフガスは、左方空間５３３から分配されて水分透過膜７１の外側を流れて、右方空間５４３で合流してオフガス排出口５４ｂから排出される。図４においては、カソードオフガスは水分透過膜７１の外側を紙面の手前から奥に流れる。従って、加湿部７０において、複数の水分透過膜７１の外側の空間は、カソードオフガスが流れるカソードオフガス流路を画定する。また、オフガス導入口５３ｂは左方空間５３３を介してカソードオフガス流路に連通し、オフガス排出口５４ｂは右方空間５４３を介してカソードオフガス流路に連通している。シール部材７７は、シール部材７８に対向した底面７７１を有している。シール部材７７及び７８は何れもゴム製である。シール部材７７及び７８のそれぞれは、必ずしも一体に形成されている必要はなく、複数のゴム部材が組み合わされて構成されてもよい。底面７７１は、カソードオフガス流路を画定するオフガス流路底面の一例である。
【００３１】
ケース５０内での冷却部６０と加湿部７０との間では、Ｚ方向の高さがＸ方向及びＹ方向の長さよりも短い中間空間５５３が画定される。同様に、ケース５０内での加湿部７０と上方壁５２との間では、Ｚ方向の高さがＸ方向及びＹ方向の長さよりも短い上方空間５２３が画定される。水分透過膜７１の鉛直下方側の開口端部は中間空間５５３に臨み、水分透過膜７１の鉛直上方側の開口端部は上方空間５２３に臨む。このため水分透過膜７１の内側の空間は、中間空間５５３及び上方空間５２３に連通している。従って、チューブ６１の外側を流れたカソードガスは、中間空間５５３を介して水分透過膜７１の内側を流れ、水分透過膜７１の内側から排出されたカソードガスは、上方空間５２３を介してガス排出口５２ａから排出される。よって加湿部７０において、複数の水分透過膜７１の内側は、カソードガスが流れるカソードガス流路を画定する。水分透過膜７１は、第２カソードガス流路とカソードオフガス流路とを隔てる水分透過部材の一例である。また、水分透過膜７１は、内側に第２カソードガス流路を画定した筒状であって当該筒の軸心方向が水平方向と交差して冷却部６０に延びている。また、上述した第１カソードガス流路と第２カソードガス流路とは、中間空間５５３を介して連通している。尚、上述したようにシール部材７７及び７８によりケース５０内での水分透過膜７１の外側の空間と内側の空間とは遮断されているため、カソードガスとカソードオフガスとはケース５０内で混合することはない。
【００３２】
ここで水分透過膜７１では、内外を流れるガスの水蒸気分圧の差に応じて膜内を水分子が移動する。本実施例では、コンプレッサ３３で圧縮され冷却部６０で冷却されたカソードガスが水分透過膜７１の内側を流れ、カソードオフガスが水分透過膜７１の外側を流れる。ここでカソードオフガスは、燃料電池２０の発電反応によって生じた生成水により、カソードガスよりも水蒸気分圧が高くなっている。このため、カソードオフガス中の水分が水分透過膜７１を介してカソードガスへと移動し、カソードガスが加湿される。水分透過膜７１は、例えばポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリオレフィン等から構成される。
【００３３】
次に、貯水部５１ｆについて説明する。貯水部５１ｆは下方壁５１に設けられ、鉛直下方側に窪んだ凹状であり、貯水部５１ｆは下方壁５１の内面よりも鉛直方向下方側に位置した底面５１ｆ１を有している。貯水部５１ｆには、加湿部７０で発生した凝縮水を貯留する。例えば、コンプレッサ３３により圧縮され高温となったカソードガスがチューブ６１の外側を流れることにより冷却されて、冷却されたカソードガスが水分透過膜７１により飽和水蒸気量を超えて加湿されることにより、水分透過膜７１の内面に凝縮水が発生する場合がある。ここで水分透過膜７１は、その軸心方向はＺ方向である鉛直方向に略一致し、換言すれば水平方向と交差して冷却部６０に向けて延びた扁平筒状である。このため、例えば燃料電池２０の発電停止後に水分透過膜７１の内面に発生した凝縮水は、重力の作用により水分透過膜７１の内面を伝って鉛直下方側へ流れ落ち、チューブ６１同士の間を通過して貯水部５１ｆに貯留される。このように水分透過膜７１の排水性が向上している。例えば水分透過膜７１の軸心方向が水平方向と一致するように配置されている場合には、凝縮水が水分透過膜７１に付着したままシステム１が停止して、外気温によっては凍結する可能性がある。凝縮水が凍結する際にはその体積が増大するため、これにより水分透過膜７１には応力が加わる。このような水分透過膜７１上での凝縮水の凍結が繰り返されると、水分透過膜７１は損傷を受ける可能性がある。本実施例では水分透過膜７１の排水性が向上しているため、このような問題の発生が抑制される。
【００３４】
チューブ６１や下方壁５１の内面に付着した凝縮水は、冷却加湿装置５に加えられた振動やケース５０内でのカソードガスの流れにより貯水部５１ｆに集められる。このように、凝縮水は分散されずに一か所に集められるため、例えば下方壁５１の内面上に分散した凝縮水がカソードガスによって巻き上げられ、カソードガスが過度に加湿されることが抑制される。また、貯水部５１ｆの底面５１ｆ１は、貯水部５１ｆ以外の部分の下方壁５１の内面よりも鉛直下方側に位置している。このため、カソードガスは、貯水部５１ｆに貯留された水の影響を受けずに下方壁５１の内面に沿って流れる。このため、カソードガスが貯水部５１ｆに貯留された水に衝突して水を巻き上げられてカソードガスが過度に加湿されることが抑制される。尚、底面５１ｆ１は、Ｚ方向に垂直な平面状であるが、これに限定されず、例えば中心に向かって鉛直下方側に傾斜した円錐面であってもよい。
【００３５】
チューブ６１は、複数の平坦な外側平面から構成されている。この複数の外側平面のうち最も面積が大きい外側平面は、チューブ６１同士が互いに対向している面であり、水平方向に交差している、即ち鉛直方向に沿っている。例えば、このような最も面積が大きい外側平面が水平方向と平行の場合には、水分透過膜７１から流れ落ちた凝縮水がこの外側平面上に滞留して、カソードガスにより巻き上げられる可能性がある。本実施例では、このような外側平面が鉛直方向に沿っているため、この外側平面に付着した凝縮水は下方壁５１側へと流れ落ちやすい構成となっている。このように、チューブ６１からの排水性も確保されている。
【００３６】
ガス導入口５４ａは、底面５１ｆ１を含む下方壁５１の内面よりも鉛直上方側に位置している。このため、カソードガスが貯水部５１ｆに貯留された水や、貯水部５１ｆ以外の下方壁５１の内面に付着した水に衝突することが抑制されている。また、ガス導入口５４ａは、冷却部６０よりも鉛直下方側に位置しているため、ガス導入口５４ａからケース５０内に導入されたカソードガスを冷却部６０により冷却できる。尚、ガス導入口５４ａは、右方壁５４に設けられているが、下方壁５１の内面の少なくとも一部分よりも鉛直上方側に位置し冷却部６０よりも鉛直下方側に位置していれば、左方壁５３、前方壁５５、及び後方壁５６の何れかに設けられていてもよい。
【００３７】
貯水部５１ｆには、貯水量を検出するセンサ５１ｇが設けられている。具体的にはセンサ５１ｇは、貯水部５１ｆに貯留された水の液面の高さを検出することにより貯水量を検出する。センサ５１ｇは、制御装置１０に電気的に接続されている。第１排水管５１ｄは、底面５１ｆ１に接続されている。第１排水管５１ｄに設けられた第１排水弁５１ｅは、センサ５１ｇの検出結果に応じて制御装置１０により制御されることにより開閉する。第１排水弁５１ｅが開弁することにより、貯水部５１ｆに貯留された水が第１排水管５１ｄを介して外部へと排出される。貯水部５１ｆからの排水制御については後述する。
【００３８】
第２排水管５４ｄは、右方空間５４３と連通し、右方空間５４３は上述したように水分透過膜７１の外側の空間と連通している。即ち、第２排水管５４ｄは、右方空間５４３を介して加湿部７０でのカソードオフガス流路に連通している。水分透過膜７１の外側で発生した凝縮水は、このカソードオフガス流路内や右方空間５４３内に貯留されるが、このような水を第２排水弁５４ｅが開弁することにより第２排水管５４ｄを介して外部へと排出することができる。例えば第２排水弁５４ｅは、燃料電池２０の発電期間が閾値以上となった場合に所定期間開弁するように制御されてもよい。また、第２排水管５４ｄは、左方壁５３、右方壁５４、前方壁５５、及び後方壁５６のうち最もカソードオフガスの下流側に位置する右方壁５４に設けられているため、カソードオフガスにより凝縮水が右方壁５４にまで移動することが促進される。これにより、凝縮水を効率的に第２排水管５４ｄから外部へと排出できる。更に、第２排水管５４ｄは、シール部材７７の底面７７１と同じ高さに設けられている。詳細には、第２排水管５４ｄの内面の鉛直下方側の部位と底面７７１とがＸ方向で連続するように設けられている。これにより、水分透過膜７１の外側で発生した凝縮水は底面７７１から第２排水管５４ｄへと容易に案内することができる。第２排水管５４ｄの内面の鉛直下方側の部位は、底面７７１よりも高さが低くてもよい。
【００３９】
調圧管５５ｄは、中間空間５５３と連通している。逆止弁５５ｅは、ケース５０内から外部へのガスの移動は許容するが逆方向の移動を制限する。ケース５０内でのカソードガスの圧力が所定値以上に上昇した場合に逆止弁５５ｅが開弁する。これにより、ケース５０内の圧力が過度に上昇することが抑制されている。尚、コンプレッサ３３によるカソードガスの圧縮率や冷却部６０によるカソードガスへの冷却性能によっては、ケース５０内でのカソードガスの圧力の上昇が抑制され得るため、このような場合には調圧管５５ｄ及び逆止弁５５ｅは設けなくてもよい。
【００４０】
次に、貯水部５１ｆからの排水制御について説明する。図６は、排水制御の一例を示したフローチャートである。最初に、燃料電池２０の発電が停止中であるか否かが判定される（ステップＳ１）。否定判定の場合には本制御は終了する。肯定判定の場合には、センサ５１ｇでの検出結果に基づいて貯水部５１ｆでの貯水量が第１閾値以上であるか否かが判定される（ステップＳ２）。否定判定の場合には、本制御は終了する。肯定判定の場合には、第１排水弁５１ｅが開弁され（ステップＳ３）、貯水部５１ｆでの貯留水が第１排水管５１ｄを介して外部へと排出される。次に、貯水部５１ｆでの貯水量が第２閾値以下となったか否かが判定される（ステップＳ４）。第２閾値は、例えばゼロであってもよいが、これに限定されず、ゼロに近似した微小な値であってもよい。否定判定の場合には、再度ステップＳ４の処理が実行される。肯定判定の場合には、第１排水弁５１ｅが閉弁される（ステップＳ５）。以上のようにして排水制御が行われる。上述のように燃料電池２０の発電が停止中の場合に第１排水弁５１ｅが開弁する。このため、燃料電池２０の発電中にケース５０内に導入されたカソードガスが貯水部５１ｆに貯留された水と共に第１排水管５１ｄから外部へ排出されて、燃料電池２０に供給されるカソードガスの流量が低下することが抑制される。
【００４１】
ここで、制御装置１０は、燃料電池２０の発電停止中においてコンプレッサ３３により圧縮されたカソードガスを利用して燃料電池２０からの排水を促進する掃気制御を実行する場合がある。掃気制御では、燃料電池２０のみならず供給経路３１や冷却加湿装置５、排出経路３２内にある水も外部へ排出することが望ましいため、コンプレッサ３３の電力消費量は大きく設定されている。本実施例のように、上述した第１排水弁５１ｅを開弁する排水制御により冷却加湿装置５内にある水の多くを外部へ排出することができる。このため、掃気制御でのコンプレッサ３３の電力消費量を小さくしても、冷却加湿装置５を含めて燃料電池２０や供給経路３１、排出経路３２内にある水を外部へ排出できる。燃料電池２０の掃気制御を実行する場合には、燃料電池２０の発電停止後にまず排水制御を実施し、その後に掃気制御を実行してもよい。冷却加湿装置５内の凝縮水を排水する前に燃料電池２０の掃気制御を実施すると、冷却加湿装置５内の凝縮水が燃料電池２０内に導入されて、燃料電池２０の掃気制御に必要な電力消費量が大きくなる場合があるためである。
【００４２】
尚、第１排水弁５１ｅが開弁の際に、一時的にコンプレッサ３３を作動させてケース５０内にカソードガスを導入してケース５０内の圧力を上昇させてもよい。上述したチューブ６１同士の間や水分透過膜７１同士の間を流れるカソードガスの圧力損失は比較的大きいため、ケース５０内にカソードガスが導入された直後では、カソードガスがチューブ６１同士の間や水分透過膜７１同士の間を流れてケース５０から排出される前に、下方空間５１３内の圧力が上昇し、貯水部５１ｆでの貯留水の液面上にカソードガスの圧力が作用する。このように貯留水の液面にカソードガスの圧力が作用している際に第１排水弁５１ｅを開弁することにより、第１排水管５１ｄからの貯留水の排水を促進できる。また、上述した掃気制御に併せて排水制御を実行してもよい。
【００４３】
ステップＳ２〜Ｓ５の処理の代わりに、例えば前回の排水の実行から累積した燃料電池２０の発電期間が閾値を超えた場合に所定期間第１排水弁５１ｅを開弁させて排水を実行してもよいし、前回の排水の実行から累積した燃料電池２０に供給されたカソードガスの累積流量が閾値を超えた場合に、所定期間第１排水弁５１ｅを開弁させて排水を実行してもよい。この場合、センサ５１ｇは設けられていなくてもよい。
【００４４】
本実施例では、水分透過膜７１の軸心方向は鉛直方向に略一致しているが、これに限定されない。例えば、水分透過膜７１の軸心方向が鉛直方向に対して傾いていても、その軸心方向が水平方向と交差して冷却部６０に延びている範囲であればよい。この場合も、水分透過膜７１の軸心方向が水平方向と交差することにより、水分透過膜７１の内側に発生した凝縮水を重力の作用により水分透過膜７１の内側の面を伝って下方側に移動させることができ、水分透過膜７１の軸心方向が冷却部６０に延びていることにより、凝縮水を水分透過膜７１から流れ落ちて冷却部６０側へと排出できるからである。尚、水分透過膜７１の軸心方向が冷却部６０に延びているとは、水分透過膜７１の軸心方向が冷却部６０に交差することと同義である。
【００４５】
本実施例ではシール部材７７及び７８によって、カソードガスとカソードオフガスとが混合することが規制されているが、両ガスの混合を規制する手段はこのようなシール部材７７及び７８に限定されない。例えば、上述のように複数の水分透過膜７１を並べた状態で鉛直上方側の端部の側面同士、及び鉛直下方側の端部の側面同士を接着してもよい。これにより、鉛直下方側から水分透過膜７１同士の間をカソードガスが流れることを防止しつつ、水分透過膜７１同士が接着されていない鉛直上方側の端部と鉛直下方側の端部との間の領域をカソードオフガスが流れることができる。
【００４６】
本実施例では、貯水部５１ｆが設けられているが、このような構成に限定されない。例えば、下方壁は貯水部５１ｆが設けられていない平坦状であり、この平坦な下方壁に第１排水管５１ｄ及び第１排水弁５１ｅが設けられていてもよい。この場合、下方壁上での貯留水をケースの外部へと排出できる。また、この場合に、下方壁上に貯留された水の量を検出するために、下方壁にセンサ５１ｇを設けてもよいし、又は左方壁、右方壁、前方壁、及び後方壁の何れかの下方壁に近い部分にセンサ５１ｇを設けてもよい。
【００４７】
チューブ６１は、扁平筒状であるがこのような形状に限定されず、円筒状や角筒状であってもよい。
【００４８】
次に冷却加湿装置の複数の変形例について説明する。尚、変形例について、上述した実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。図７は、変形例の冷却加湿装置５´の説明図である。図７は、図３と類似した断面図であるが、図３は、チューブ６１同士の間、及び水分透過膜７１の内部を示しているのに対し、図７では、チューブ６１の内部及び水分透過膜７１同士の間を示している。本変形例においても、水分透過膜７１の軸心方向は水平方向に交差しており水分透過膜７１は冷却部６０に向けて延びているため、水分透過膜７１での排水性が確保されている。
【００４９】
本変形例の冷却加湿装置５´は、上述した冷却加湿装置５よりも、Ｚ方向に対して僅かに傾斜した姿勢で配置されている。具体的には、ケース５０´は、左方壁５３が上方側を向き右方壁５４が下方側を向くように傾斜した姿勢にある。このため下方壁５１は、左方壁５３から右方壁５４にかけて下り傾斜した姿勢にある。ここで貯水部５１ｆ´は、左方壁５３よりも右方壁５４の近くに形成されている。これにより、下方壁５１に付着した凝縮水は重力の作用によって貯水部５１ｆ´に向かって流れやすくなっており、貯水部５１ｆ´で効率的に捕集することができる。また、ガス導入口５４ａは、下方壁５１の内面の少なくとも一部分である底面５１ｆ１よりも鉛直上方側に位置しているため、カソードガスが貯水部５１ｆ´に貯留された水に衝突してカソードガスが過度に加湿されることが抑制される。
【００５０】
シール部材７７も、左方壁５３から右方壁５４にかけて下り傾斜した姿勢にある。これにより、例えばシール部材７７及び７８の間であって水分透過膜７１の外側を流れるカソードオフガス中の水分が凝縮して、水分透過膜７１の外面に付着した凝縮水は重力の作用によりシール部材７７の上面に流れ落ち、シール部材７７の上面を左方壁５３側から右方壁５４側に流れる。また、カソードオフガスがシール部材７７の上面をオフガス導入口５３ｂ側からオフガス排出口５４ｂ´側に流れることによっても、凝縮水がオフガス排出口５４ｂ´側に流れることが促進される。ここでオフガス排出口５４ｂ´は、オフガス排出口５４ｂ´の内面の鉛直下方側の部位と底面７７１とが連続するように設けられている。これにより、水分透過膜７１の外側で発生した凝縮水は底面７７１からオフガス排出口５４ｂ´へと容易に案内することができる。オフガス排出口５４ｂ´の内面の鉛直下方側の部位は、底面７７１よりも高さが低くてもよい。以上により、水分透過膜７１の外側で発生した凝縮水がオフガス排出口５４ｂ´から排出されることが促進される。このような構成によっても水分透過膜７１からの排水性が確保されており、凝縮水が水分透過膜７１に付着したまま凍結することによる水分透過膜７１への損傷が抑制される。
【００５１】
本変形例では、上述したように水分透過膜７１の外側で発生した凝縮水の排水性が向上しているため、上述した実施例と異なり第２排水管５４ｄ及び第２排水弁５４ｅは設けられていない。従って本変形例では、構造の大型化及び複雑化が抑制されている。また、本変形例では、貯水部５１ｆ´には第１排水管５１ｄ及び第１排水弁５１ｅが設けられていないが、設けてもよい。また、本変形例でも貯水部５１ｆ´が設けられていなくてもよい。
【００５２】
図８は、変形例の冷却加湿装置５ａの説明図であり、図３に対応した断面図である。図９は、冷却加湿装置５ａの中空糸膜７１ａをＺ方向から見た部分拡大図であり、図５に対応している。尚、冷却加湿装置５ａでのＸ方向に直交する断面図は図４に類似するため、図示を省略している。冷却加湿装置５ａの加湿部７０ａでは、扁平筒状の水分透過膜７１の代わりに、軸心方向がＺ方向に延びた略円筒状である中空糸膜７１ａが用いられている。複数の中空糸膜７１ａは、Ｘ方向及びＹ方向に所定の間隔を空けて略平行に並んで配置されている。中空糸膜７１ａの軸心方向は、Ｚ方向に略一致し、水平方向であるＸ方向及びＹ方向と交差している。中空糸膜７１ａも上述した水分透過膜７１と同様の材料により構成される。
【００５３】
中空糸膜７１ａの鉛直下方側及び鉛直上方側には、それぞれシール部材７７ａ及び７８ａが設けられている。シール部材７７ａ及び７８ａは、中空糸膜７１ａ同士の間に介在している。また、シール部材７７ａ及び７８ａのそれぞれは、複数の中空糸膜７１ａ全体を包囲するように形成されている。具体的には、前方壁５５と前方壁５５に対向した複数の中空糸膜７１ａとの間、後方壁５６と後方壁５６に対向した複数の中空糸膜７１ａとの間、左方壁５３と左方壁５３に対向した複数の中空糸膜７１ａの間、及び右方壁５４と右方壁５４に対向した複数の中空糸膜７１ａとの間にも、シール部材７７ａ及び７８ａは介在している。これにより、ケース５０内での中空糸膜７１ａの外側の空間と内側の空間とは遮断されている。これにより、カソードオフガスは中空糸膜７１ａの外側を流れ、カソードガスは中空糸膜７１ａの内側を流れる。従って、中空糸膜７１ａは、第２カソードガス流路とカソードオフガス流路とを隔てる水分透過部材の一例である。また、中空糸膜７１ａは、内側に第２カソードガス流路を画定した筒状であって当該筒の軸心方向が水平方向と交差して冷却部６０に延びている。
【００５４】
カソードガスが中空糸膜７１ａの内側を流れ、カソードオフガスが中空糸膜７１ａの外側を流れるため、カソードオフガス中の水分によりカソードガスが加湿される。また、上述したように中空糸膜７１ａも、その軸心方向が水平方向と交差して冷却部６０に向けて延びた略円筒状である。このため、中空糸膜７１ａからの排水性が確保されている。
【００５５】
本変形例でも、中空糸膜７１ａの軸心方向は鉛直方向に略一致しているが、これに限定されない。中空糸膜７１ａの軸心方向が鉛直方向に対して傾いていても、その軸心方向が水平方向と交差して冷却部６０に延びている範囲であればよい。
【００５６】
次に、他の変形例の冷却加湿装置について説明する。図１０及び図１１は、変形例の冷却加湿装置５ｂの説明図であり、それぞれ図３及び図４に対応している。図１２は、冷却加湿装置５ｂの加湿部７０ｂの一部の構成の分解斜視図である。冷却加湿装置５ｂの加湿部７０ｂでは、上述した扁平筒状の水分透過膜７１の代わりに、平坦状の水分透過膜７１ｂやセパレータ７２及び７４が用いられている。セパレータ７２及び７４は、金属製であってもよいし合成樹脂製であってもよい。セパレータ７２及び７４は、Ｙ方向に交互に並ぶように配置されている。水分透過膜７１ｂは、セパレータ７２及び７４の間に配置されている。複数の水分透過膜７１ｂとセパレータ７２及び７４とは、それぞれの厚みがＹ方向となるように配置されている。水分透過膜７１ｂも上述した水分透過膜７１と同様の材料により構成されているが、例えば燃料電池２０に用いられる電解質膜であってもよい。尚、図１２においては、一部の水分透過膜７１ｂ、セパレータ７２及び７４のみを示している。
【００５７】
図１２に示すようにセパレータ７２は、一方側の面に凹面７２１及び凸面７２３がＸ方向に交互に並んで形成され、他方側の面に凸面７２２及び凹面７２４がＸ方向に交互に並んで形成されている。凹面７２１及び凸面７２３のそれぞれの反対側の面が凸面７２２及び凹面７２４に相当する。凹面７２１及び７２４と凸面７２２及び７２３は、Ｚ方向に延びている。従ってセパレータ７２は、Ｚ方向から見て波形状である。凹面７２１はセパレータ７２の一方側に配置された水分透過膜７１ｂには接触しないが、凸面７２３はこれに接触する。凸面７２２はセパレータ７２の他方側に配置された水分透過膜７１ｂに接触するが、凹面７２４はこれに接触しない。セパレータ７２の左方壁５３側には平板状の左端部７２７が形成され、右方壁５４側にも同様に平板状の右端部７２８が形成されている。左端部７２７及び右端部７２８については後述する。尚、図１２においては、凹面７２１及び凸面７２３は正面側であり、凸面７２２及び凹面７２４は裏面側である。
【００５８】
セパレータ７４もセパレータ７２に類似した形状であるが、セパレータ７４はＸ方向から見て波形状である。具体的にはセパレータ７４は、一方側の面に凹面７４１及び凸面７４３がＺ方向に交互に並んで形成され、他方側の面に凸面７４２及び凹面７４４がＺ方向に交互に並んで形成されている。凹面７４１及び凸面７４３の反対側の面がそれぞれ凸面７４２及び凹面７４４に相当する。凹面７４１及び７４４と凸面７４２及び７４３は、Ｚ方向に延びている。凹面７４１はセパレータ７４の一方側に配置された水分透過膜７１ｂには接触しないが、凸面７４３はこれに接触する。凸面７４２はセパレータ７４の他方側に配置された水分透過膜７１ｂに接触するが、凹面７４４はこれに接触しない。尚、図１２においては、凹面７４１及び凸面７４３は正面側であり、凸面７４２及び凹面７４４は裏面側である。
【００５９】
セパレータ７４の鉛直下方側には平板状の下端部７４７が形成され、同様にセパレータ７４の鉛直上方側には平板状の上端部７４８が形成されている。下端部７４７及び上端部７４８は、セパレータ７４の両側に位置する２つの水分透過膜７１ｂの何れにも接触しないように形成されている。また、図１１に示すように、下端部７４７と下端部７４７の一方側に配置された水分透過膜７１ｂとの間、及び下端部７４７と下端部７４７の他方側に配置された水分透過膜７１ｂとの間には、シール部材７７ｂが介在している。同様に、上端部７４８と上端部７４８の一方側に配置された水分透過膜７１ｂとの間、上端部７４８と上端部７４８の他方側に配置された水分透過膜７１ｂとの間には、シール部材７８ｂが介在している。シール部材７７ｂは下端部７４７と水分透過膜７１ｂとに接着されており、シール部材７８ｂは上端部７４８と水分透過膜７１ｂとに接着されている。これにより左方空間５３３からカソードガスが水分透過膜７１ｂとセパレータ７４との間に侵入することが防止されている。
【００６０】
また、セパレータ７４は、図１０に示すように、左方壁５３及び右方壁５４のそれぞれから所定の距離を空けて配置されており、左方空間５３３及び右方空間５４３が画定されている。シール部材７７ｂ及び７８ｂは、それぞれ、加湿部７０ｂの鉛直上方側及び鉛直下方側で、複数のセパレータ７４、複数の水分透過膜７１ｂ、及び複数のセパレータ７２全体を包囲している。具体的には、前方壁５５と前方壁５５に対向したセパレータ７４との間、後方壁５６と後方壁５６に対向したセパレータ７４との間、左方壁５３と左方壁５３に対向した複数のセパレータ７４、複数の水分透過膜７１ｂ、及び複数のセパレータ７２の端部との間、及び右方壁５４と右方壁５４に対向した複数のセパレータ７４、複数の水分透過膜７１ｂ、及び複数のセパレータ７２の端部との間にも、シール部材７７ｂ及び７８ｂは介在している。
【００６１】
セパレータ７２の左端部７２７及び右端部７２８は、セパレータ７２の両側に位置する２つの水分透過膜７１ｂの何れにも接触しないように形成されている。また、図１０に示すように、左端部７２７と左端部７２７の一方側に配置された水分透過膜７１ｂとの間、左端部７２７と左端部７２７の他方側に配置された水分透過膜７１ｂとの間には、シール部材７７ｃが介在している。同様に、右端部７２８と右端部７２８の一方側に配置された水分透過膜７１ｂとの間、右端部７２８と右端部７２８の他方側に配置された水分透過膜７１ｂとの間には、シール部材７８ｃが介在している。シール部材７７ｃ及び７８ｃは、セパレータ７２と水分透過膜７１ｂとの間毎に設けられている。シール部材７７ｃ及び７８ｃは、共にＺ方向に延びた角柱状である。シール部材７７ｃは左端部７２７と水分透過膜７１ｂとに接着されており、シール部材７８ｃは右端部７２８と水分透過膜７１ｂとに接着されている。これにより左方空間５３３からカソードオフガスが水分透過膜７１ｂとセパレータ７２との間に侵入することが防止されている。尚、左端部７２７及びシール部材７７ｃは、左方壁５３から所定の距離を空けて配置されており、同様に右端部７２８及びシール部材７８ｃは、右方壁５４から所定の距離を空けて配置されている。
【００６２】
複数のシール部材７７ｃ及び７８ｃも、上述したシール部材７７ｂ及び７８ｂにより、複数のセパレータ７４、複数の水分透過膜７１ｂ、及び複数のセパレータ７２と共に包囲されている。ここで、セパレータ７２のＺ方向に延びた凹面７２１及び７２４の両端部のそれぞれは中間空間５５３及び上方空間５２３に臨んでいる。同様に、セパレータ７４のＸ方向に延びた凹面７２１及び７２４の両端部のそれぞれは左方空間５３３及び右方空間５４３に臨んでいる。このため、カソードガスが順に流れる中間空間５５３、セパレータ７２と水分透過膜７１ｂとの間の空間、及び上方空間５２３と、カソードオフガスが順に流れる左方空間５３３、セパレータ７４と水分透過膜７１ｂとの間の空間、及び右方空間５４３とは、遮断されている。
【００６３】
従って、オフガス導入口５３ｂから導入されたカソードオフガスは、左方空間５３３で分配されてセパレータ７４の凹面７４１及び凸面７４２に流入し、凹面７４１及び凸面７４２から排出されたカソードオフガスは、右方空間５４３で合流してオフガス排出口５４ｂから排出される。このため、セパレータ７４の一方側に配置された水分透過膜７１ｂと凹面７４１との間、及びセパレータ７４の他方側に配置された水分透過膜７１ｂと凸面７４２との間をカソードオフガスが流れる。従って、水分透過膜７１ｂは、第２カソードガス流路とカソードオフガス流路とを隔てる水分透過部材の一例である。また、水分透過膜７１ｂは、一方側に第２カソードガス流路を画定した平面状であって当該平面が水平方向と交差して冷却部６０に延びている。
【００６４】
このようにカソードガスが水分透過膜７１ｂの一方側を流れ、カソードオフガスが水分透過膜７１ｂの他方側を流れるため、カソードガスが加湿される。また、水分透過膜７１ｂは、その平面方向が水平方向であるＸ方向及びＹ方向と交差し冷却部６０に延びた平坦状である。このため、カソードガスが流れる側の水分透過膜７１ｂの面に付着した凝縮水は、鉛直下方側に流れ落ち、水分透過膜７１ｂからの排水性が確保されている。
【００６５】
本変形例では、水分透過膜７１ｂの平面方向は鉛直方向に含まれるが、これに限定されない。水分透過膜７１ｂの平面方向が鉛直方向に対して傾いていても、その平面方向が水平方向と交差して冷却部６０に延びている範囲であればよい。本変形例では上述した実施例と異なり調圧管５５ｄ及び逆止弁５５ｅは設けられていないが、設けてもよい。
【００６６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６７】
上記実施例及び複数の変形例において、冷却部６０の冷媒として燃料電池２０を冷却する冷却水が用いられているがこれに限定されない。例えば冷却部６０の冷媒として、燃料電池２０以外の電子部品を冷却するための冷却水を用いてもよい。また冷却部６０は、冷媒として空気を用いた空冷式であってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１  燃料電池システム
５  冷却加湿装置
１０  制御装置
２０  燃料電池
５０  ケース
５１  下方壁
５１ｄ  第１排水管
５１ｅ  第１排水弁
５１ｆ  貯水部
５１ｆ１  底面（貯水部底面）
５１ｇ  センサ
５２ａ  カソードガス排出口
５４ａ  カソードガス導入口
５３ｂ  カソードオフガス導入口
５４ｂ、５４ｂ´  カソードオフガス排出口
６０  冷却部
７０  加湿部
７１、７１ｂ  水分透過膜（水分透過部材）
７１ａ  中空糸膜（水分透過部材）
７７  シール部材
７７１  底面（オフガス流路底面）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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