(57)【要約】【課題】低温時における水蒸気透過膜の損傷を抑制できる加湿器及び燃料電池システム。【解決手段】加湿器１５は、内部に水蒸気透過膜８２を備えると共に、内部に酸化ガス及びこれよりも高湿度の酸化オフガスを導入し、水蒸気透過膜８２を介して酸化ガスを酸化オフガスで加湿する。水蒸気透過膜８２は、酸化ガス用の入口７２INよりも低く且つ出口７２OUTよりも高い位置にある。また、水蒸気透過膜８２は、酸化オフガス用の入口７３INよりも低く且つ出口７３OUTよりも高い位置にある。【選択図】図３
2008304114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に水蒸気透過膜を備えると共に、
内部に第１ガス及び当該第１ガスよりも高湿度の第２ガスを導入し、前記水蒸気透過膜を介して当該第１ガスを当該第２ガスで加湿する加湿器において、
当該加湿器の内部と連通する前記第１ガス用の入口及び出口と、
当該加湿器の内部と連通する前記第２ガス用の入口及び出口と、を備え、
次の（ａ）及び（ｂ）の少なくとも一方を満たす、加湿器。
（ａ）前記第１ガス用の入口は、前記第１ガス用の出口よりも高い位置にある。
（ｂ）前記第２ガス用の入口は、前記第２ガス用の出口よりも高い位置にある。
【請求項２】
前記（ａ）及び（ｂ）の両方を満たす、請求項１に記載の加湿器。
【請求項３】
前記水蒸気透過膜は、前記第１ガス用の入口よりも低い位置にあり、且つ前記第１ガス用の出口よりも高い位置にある、請求項１または２に記載の加湿器。
【請求項４】
前記水蒸気透過膜は、前記第２ガス用の入口よりも低い位置にあり、且つ前記第２ガス用の出口よりも高い位置にある、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項５】
前記水蒸気透過膜は中空糸膜であり、
前記第１ガスが前記中空糸膜の外部を流れ、
前記第２ガスが前記中空糸膜の内部を流れる、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項６】
当該加湿器には、当該加湿器の内部と連通するように前記第１ガス又は第２ガスが流れる配管が接続され、
前記配管には、当該加湿器よりも重力方向の高位に位置する弁体を有する弁が設けられている、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項７】
前記第１ガス用の入口及び出口並びに前記第２ガス用の入口及び出口が形成され、且つ内部に前記水蒸気透過膜が設けられたケースを備えた、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項８】
第１ガス及び当該第１ガスよりも高湿度の第２ガスが、内部に導入されると共に外部に排出されるケースと、
前記ケース内に設けられた水蒸気透過膜と、を有し、
前記水蒸気透過膜を介して前記第１ガスを前記第２ガスで加湿する加湿器において、
前記ケースは、当該ケース内での前記第１ガス及び第２ガスの少なくとも一方の流れが重力方向の高位から低位となるように構成されている、加湿器。
【請求項９】
酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給される酸化ガスと燃料ガスの少なくとも一方を加湿する加湿器と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記加湿器として、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の加湿器が用いられ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、加湿器及び燃料電池システムに関し、特に、冬場や寒冷地等での凍結対策の向上に有効な加湿器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池を備えている。固体高分子型の燃料電池では、その発電効率を高めるために電解質膜が湿潤状態に保持されることが必要である。この湿潤状態の保持は、一般に、燃料ガス又は酸化ガスを加湿する加湿器で行っている。
【０００３】
従来の加湿器では、高湿の酸化オフガスと低湿の酸化ガスとの間で水分交換を行う内部加湿方式が多く採用されている。酸化オフガスが酸化ガスよりも高湿であるのは、燃料電池の空気極から排出される酸化オフガスには、電気化学反応によって生成された水が含まれているからである。
【０００４】
特許文献１には、水蒸気透過性を有する中空糸膜をケース内部に備えた内部加湿方式の加湿器が開示されている。この加湿器では、ケース上部に酸化ガスの入口及び出口が形成され、さらに、ケース両側部に酸化オフガスの入口及び出口が形成されている。そして、ケース内に酸化オフガス及び酸化ガスが導入され、それぞれが中空糸膜の外側及び内側に流通する。それにより、高湿の酸化オフガスから中空糸膜に水分が吸収され、その水分が毛細管現象により膜を通って低湿の酸化ガスに移動し、酸化ガスに水分が補給される。
【特許文献１】特開２００５−４４６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池システムは、冬場や寒冷地等の低温環境下で使用されることもある。しかしながら、特許文献１には、加湿器での凍結対策について何ら開示されていない。このため、以下の問題が起こるおそれがある。
【０００６】
すなわち、低温環境下での燃料電池システムの停止中等に、加湿器における酸化オフガス入口に水分が残っていると、これが凝縮して氷となる。すると、燃料電池システムの次回起動時に、導入された酸化オフガスにより氷が飛ばされて中空糸膜に接触し、中空糸膜が損傷するおそれがある。また、ケース内の底で生じた氷が酸化ガスの流れによって中空糸膜を損傷させるおそれもある。
【０００７】
そこで、本発明は、低温時における水蒸気透過膜の損傷を抑制できる加湿器及び燃料電池システムを提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の加湿器は、内部に水蒸気透過膜を備えると共に、内部に第１ガス及びこれよりも高湿度の第２ガスを導入し、水蒸気透過膜を介して第１ガスを第２ガスで加湿する。加湿器は、内部と連通する第１ガス用及び第２ガス用の入口及び出口をそれぞれ備える。そして、次の（ａ）及び（ｂ）の少なくとも一方を満たし、好ましくはその両方を満たす。
（ａ）第１ガス用の入口は、第１ガス用の出口よりも高い位置にある。
（ｂ）第２ガス用の入口は、第２ガス用の出口よりも高い位置にある。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明の燃料電池システムは、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、本発明の加湿器を用いて、燃料電池に供給される酸化ガスと燃料ガスの少なくとも一方を加湿するものである。
【００１０】
本発明によれば、第１ガス及び／又は第２ガスに含まれている水分が凝縮して溜まる部分、及び低温時に（例えば０℃で）凝縮水が氷となる部分は、高位の入口側ではなく、低位の出口側であって、しかも第１ガス及び／又は第２ガスの下流側となり得る。これにより、高位の入口から低位の出口にかけて第１ガス及び／又は第２ガスが流れても、その流れによって氷及び水が水蒸気透過膜に向かうことを抑制される。よって、水蒸気透過膜の損傷を抑制できる。また、本発明の加湿器が適用された燃料電池システムは、その低温起動性を向上できる。
【００１１】
好ましい一態様によれば、水蒸気透過膜の位置は、第１ガス用の入口よりも低く且つ第１ガス用の出口よりも高いとよい。また、好ましい一態様によれば、水蒸気透過膜の位置は、第２ガス用の入口よりも低く且つ第２ガス用の出口よりも高いとよい。
【００１２】
この構成によれば、水蒸気透過膜で水が凝縮しても、その水が重力で出口側に移動する。これにより、水蒸気透過膜に水が溜まることを抑制でき、水蒸気透過膜の凍結を抑制できる。
【００１３】
好ましい一態様によれば、第１ガス用の入口の少なくとも一部は、水蒸気透過膜の上限位置よりも高く、第１ガス用の出口の少なくとも一部は、水蒸気透過膜の下限位置よりも低いといよい。また、第２ガス用の入口の少なくとも一部は、水蒸気透過膜の上限位置よりも高く、第２ガス用の出口の少なくとも一部は、水蒸気透過膜の下限位置よりも低いといよい。
【００１４】
このような構成であっても、水蒸気透過膜に水が溜まることを抑制でき、水蒸気透過膜の凍結を抑制できる。
【００１５】
ここで、水蒸気透過膜としては、平膜状のもの及び中空糸膜のいずれも採用できる。好ましい一態様によれば、水蒸気透過膜は中空糸膜であり、第１ガスが中空糸膜の外部を流れ、第２ガスが中空糸膜の内部を流れるとよい。
【００１６】
好ましい一態様によれば、加湿器には、その内部と連通するように第１ガス又は第２ガスが流れる配管が接続されるとよい。その配管には、加湿器よりも重力方向の高位に位置する弁体を有する弁が設けられるとよい。
【００１７】
この構成によれば、加湿器内で凝縮した水が弁体で溜まることを抑制できる。これにより、凍結による弁体の動作不良の発生を抑制できる。
【００１８】
好ましい一態様によれば、加湿器は、第１ガス用及び第２ガス用の入口及び出口がそれぞれ形成され、且つ内部に水蒸気透過膜が設けられたケースを備えるとよい。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明の他の加湿器は、第１ガス及び第１ガスよりも高湿度の第２ガスが内部に導入されると共に外部に排出されるケースと、ケース内に設けられた水蒸気透過膜と、を有し、水蒸気透過膜を介して第１ガスを第２ガスで加湿する。そして、ケース内での第１ガス及び第２ガスの少なくとも一方の流れが重力方向の高位から低位となるように、ケースが構成されているものである。
【００２０】
この構成によっても、凝縮水又はそれが氷となる部分は、ケース内の低位であって、第１ガス及び／又は第２ガスの下流側となり得る。これにより、高位から低位にかけて第１ガス及び／又は第２ガスが流れても、その流れによって凝縮水又は氷が水蒸気透過膜に向かうこと抑制できる。よって、水蒸気透過膜の損傷を抑制できる。
【発明の効果】
【００２１】
上記した本発明の加湿器及び燃料電池システムによれば、低温時での水蒸気透過膜の損傷を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る加湿器を燃料電池システムに適用した例について説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池２、酸化ガス配管系３、燃料ガス配管系４、冷媒配管系５、及び制御装置７を備える。燃料電池システム１は、車両に搭載することができるが、もちろん車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源にも適用可能である。
【００２４】
燃料電池２は、多数の単セルを積層したスタック構造を備える。固体高分子電解質型の単セルは、電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有する。一方のセパレータの酸化ガス流路２ａに酸化ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路２ｂに燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応により、燃料電池２は電力を発生する。また、電気化学反応により、燃料電池２は発熱すると共に空気極側に水を生成する。固体高分子電解質型の燃料電池２の温度は、およそ６０〜８０℃となる。
【００２５】
酸化ガス配管系３は、供給路１１及び排出路１２を有する。供給路１１には、酸化ガス流路２ａに供給される酸化ガスが流れる。排出路１２には、酸化ガス流路２ａから排出された酸化オフガスが流れる。酸化オフガスは、燃料電池２の電気化学反応により生成された水分を含むため高湿潤状態となっている。コンプレッサ１４は、供給路１１に設けられ、エアクリーナ１３を介して酸化ガスとしての外気を取り込み、燃料電池２に圧送する。圧送される酸化ガスは、加湿器１５によって酸化オフガスとの間で水分交換がなされ、適度に加湿される。
【００２６】
エア調圧弁１６は、排出路１２において空気極出口付近に配設され、空気極側の背圧を調整する。バイパス路１７は、酸化ガスが燃料電池２をバイパスして流れるように、供給路１１と排出路１２とを接続する。バイパス路１７は、加湿器１５の上流側の接続点Ｂで供給路１１に接続されると共に、加湿器１５の下流側の接続部Ｃで排出路１２に接続される。酸化オフガスは、図示省略したマフラーを経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。バイパス通路１７に設けたバイパス弁１８の開弁により、酸化ガスの一部がバイパス路１７へと分流され、マフラーへと導かれる。バイパスされる酸化ガスによって、低効率運転時に排出路１２へと排出されるいわゆるポンピング水素が希釈される。
【００２７】
燃料ガス配管系４は、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に給排する。燃料ガス配管系４は、水素供給源２１、供給路２２、循環路２３、ポンプ２４及びパージ路２５を有する。水素ガスは、元弁２６を開くことで水素供給源２１から供給路２２に流出し、レギュレータ２７及び遮断弁２８を経て燃料ガス流路２ｂに供給される。その後、水素ガスは、燃料ガス流路２ｂから水素オフガスとして循環路２３に排出される。水素オフガスは、循環路２３と供給路２２との合流点Ａにポンプ２４によって戻され、再び燃料ガス流路２ｂに供給される。水素オフガスの一部は、パージ弁３３の適宜の開弁により、循環路２３からパージ路２５へと排出され、図示省略した水素希釈器を経て外部に排出される。
【００２８】
冷媒配管系５は、冷媒（例えば冷却水）を燃料電池２内の冷却流路２ｃに循環し、燃料電池２を所定の運転温度に保持する。冷却流路２ｃには、燃料電池２とラジエータ４３との間で冷媒を循環する冷媒流路４１が連通する。冷媒は、冷却ポンプ４２によって冷却流路２ｃに圧送され、冷却流路２ｃから排出された後、ラジエータ４３によって冷却される。バイパス流路４４は、冷媒がラジエータ４３をバイパスして流れるように、冷媒流路４１に接続される。切替え弁４５は、ラジエータ４３とバイパス流路４４との間で冷媒の通流を設定する制御弁である。
【００２９】
制御装置７は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成され、システム１を統括制御する。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御装置７は、圧力センサ、温度センサなどの各種のセンサからの検出信号入力し、各構成要素に制御信号を出力する。
【００３０】
図２は、加湿器１５の外観を示す斜視図であり、図３は、加湿器１５の内部を示す正面断面図である。加湿器１５は、内部加湿方式を採用し、低湿潤状態の酸化ガスを高湿潤状態の酸化オフガスで加湿する。
【００３１】
図２及び図３に示すように、加湿器１５は、箱型のケース７１を有する。ケース７１の正面７１ａには、酸化ガスの入口配管１１IN及び出口配管１１OUTをそれぞれ接続するための入口７２IN及び出口７２OUTが形成されている。また、正面７１ａには、酸化オフガスの入口配管１２IN及び出口配管１２OUTをそれぞれ接続するための入口７３IN及び出口７３OUTが形成されている。
【００３２】
入口７２IN及び７３INは、それぞれ酸化ガス及び酸化オフガスをケース７１の外部から内部へと導入するためのものであり、出口７２OUT及び７３OUTは、それぞれ酸化ガス及び酸化オフガスをケース７１の内部から外部へと排出するためのものである。入口７２IN、７３IN及び出口７２OUT、７３OUTは、ケース７１の内部と外部とを連通しており、ケース７１外の配管との接続部、連通部又は開口部と換言可能な部分を意味する。なお、図３に円形の点線で示されている４つの部分が、それぞれ、入口７２IN、７３IN及び出口７２OUT、７３OUTに相当する。
【００３３】
入口配管１１INと出口配管１１OUTとは、ケース７１内を介して連通し、上記の供給路１１を構成する。入口配管１１INは、一端が入口７２INに接続されており、ケース７１内に酸化ガスを導入する。出口配管１１OUTは、一端が出口７２OUTに接続され且つ他端が燃料電池２に接続されており、加湿器１５において加湿された酸化ガスをケース７１外に排出して燃料電池２に供給する。
【００３４】
入口配管１２INと出口配管１２OUTとは、ケース７１内を介して連通し、上記の排出路１２を構成する。入口配管１２INは、一端が入口７３INに接続され且つ他端が燃料電池２に接続されており、燃料電池２から排出された酸化オフガスをケース７１内に導入する。出口配管１２OUTは、一端が出口７３OUTに接続されており、加湿のために使用された酸化オフガスをケース７１外に排出する。
【００３５】
図３に示すように、中空糸膜の束８１（以下、「中空糸膜束８１」という。）がケース７１内に設けられている。中空糸膜束８１は、内径が例えば数百ｍ程度の公知の中空糸膜８２を多数束ねたものである。中空糸膜８２は、水蒸気透過性を有するフィルタ部材であり、望ましくは水蒸気のみを透過させる特性を有するとよい。
【００３６】
図４に示すように、中空糸膜８２は、その外部に酸化ガスが流れ、その内部（中空部）に酸化オフガスが流れる。高湿の酸化オフガスの水分は、中空糸膜８２に吸収され、その外周へと毛細管現象により吸い上げられ、中空糸膜８２の外周を通過する低湿の酸化ガスに移動する。これにより、酸化ガスが加湿される。なお、配管の接続先を変更することにより、中空糸膜８２の外側に酸化オフガスを流通させ、内側に酸化ガスを流通させてもよい。
【００３７】
再び図３に示すように、中空糸膜束８１は、この周囲を取り囲むハウジング８３に収容されている。ハウジング８３は、その長手方向（水平方向）の両端が開口する円筒状をなし、中空糸膜束８１と同程度の長さで水平方向に延在する。ハウジング８３は、その外壁とケース７１との間が複数のＯリング８４によりシールされた状態で、ケース７１内に収納される。ハウジング８３の周壁には、酸化ガス導入用の孔８５IN及び酸化ガス排出用の孔８５OUTが形成されており、孔８５IN及び孔８５OUTは、それぞれ、入口７２IN及び出口７２OUTに対応する長手方向の位置で周方向に一以上形成される。
【００３８】
中空糸膜束８１の軸線方向の両端部には、中空糸膜８２、８２同士の隙間、及び中空糸膜８２とハウジング８３の内壁との隙間を、気密及び液密に封止するためのポッティング部８８が形成されている。ポッティング部８８は、例えば接着剤をポッティングすることで形成され、中空糸膜束８１をハウジング８３の両端部に固定する。ポッティング部８８により、中空糸膜８２の中空部を流れる酸化オフガスと、中空糸膜８２の外側を流れる酸化ガスとがハウジング８３内で直接触れ合うことはなく、両ガス間の水分交換は中空糸膜８２を介して行われることになる。
【００３９】
ここで、加湿器１５の凍結対策に有効な構成について詳述する。
酸化ガス用の入口７２INはその出口７２OUTよりも重力方向の高位に位置し、入口７２INと出口７２OUTとの間に中空糸膜束８１が位置する。同様に、酸化オフガス用の入口７３INはその出口７３OUTよりも重力方向の高位に位置し、入口７３INと出口７３OUTとの間に中空糸膜束８１が位置する。なお、加湿器１５を車両などの移動体に搭載する場合も、このような重力方向の位置関係とすればよい。
【００４０】
酸化ガスは、入口７２INからケース７１内に導入された後、孔８５INを介してハウジング８３内に導入され、ハウジング８３と中空糸膜８２との隙間及び中空糸膜８２、８２同士の隙間を流れる。中空糸膜８２によって加湿された酸化ガスは、孔８５OUTを介してハウジング８３外に排出され、最終的に出口７２OUTからケース７１外へと排出される。この一連の流れでは、酸化ガスが入口７２INから出口７２OUTにかけて重力方向の高位から低位へと流れるようになる。
【００４１】
一方、酸化オフガスは、入口７３INからケース７１内に導入された後、ハウジング８３の外側で斜め下方に流れた後、各中空糸膜８２の一端からその内部へと流れ込む。そして、酸化オフガスは、各中空糸膜８２を一端から他端（図３では右端から左端）に向けて水平に流れ、その間に中空糸膜８２に水分を奪われる。その後、酸化オフガスは、各中空糸膜８２の他端から流れ出て、ハウジング８３の外側で斜め下方に流れた後、最終的に出口７３OUTからケース７１外へと排出される。この一連の流れでは、酸化オフガスが入口７３INから出口７３OUTにかけて重力方向の高位から低位へと流れるようになる。
【００４２】
ケース７１は、酸化オフガスに含まれる水分が溜まりにくいように工夫されている。詳細には、ケース７１の箱型形状は、天壁９１、底壁９２及び一対の側壁９３，９４からなり、点対称に近い形状からなる。側壁９３は、天壁９１から下側に連続する鉛直壁１０１と、底壁９２から上側に連続する鉛直壁１０２と、鉛直壁１０１，１０２間で外方に突出して延在する湾曲壁１０３と、からなる。湾曲壁１０３の内側上部に入口７３INが位置し、入口７３INよりも下側に位置する湾曲壁１０３の内壁１０３ａが下方に向かって内側に傾斜している。内壁１０３ａの下端は、水平部を介することなく、鉛直壁１０２に連続している。
【００４３】
このような構成により、内壁１０３ａに水が付着しても、水は内壁１０３ａをつたって下方に落下すると共に、その下端で溜まることなく、中空糸膜束８１から出口７３OUTへと移動するようになっている。なお、側壁９３と同様に、側壁９４は、天壁９１から下側に連続する鉛直壁１１１と、底壁９２から上側に連続する鉛直壁１１２と、鉛直壁１１１，１１２間で外方に突出して延在する湾曲壁１１３と、からなる。湾曲壁１１３の内側下部に出口７３OUTが位置し、出口７３OUTよりも上側に位置する湾曲壁１１３の内壁１１３ａが下方に向かって外側に傾斜している。
【００４４】
以上説明した加湿器１５によれば、酸化ガスの入口７２IN、中空糸膜束８１、及び出口７２OUTについての高さレベルが、この順番となる。これにより、酸化ガスに含まれる水分が結露等によって水となっても、この水は入口７２IN側に溜まりにくく、出口７２OUT側に溜まるようになる。同様に、酸化オフガスの入口７３IN、中空糸膜束８１、及び出口７３OUTの順で、重力方向の高位に位置する。これにより、酸化オフガスに含まれる水分が結露等によって水となっても、この水は入口７３IN側に溜まりにくく、出口７３OUT側に溜まるようになる。
【００４５】
したがって、燃料電池システム１の運転停止後の低温時に（例えば０℃で）、ケース７１内で氷ができたとしても、その氷発生部位は、出口７２OUT及び出口７３OUT側であり、酸化ガス及び酸化オフガスの流れの下流となる。よって、燃料電池システム１の次回起動時に、ケース７１内に導入される酸化ガス及び酸化オフガスが、氷や凝縮水を中空糸膜束８１に向かって飛ばすことを抑制できるので、中空糸膜束８１の損傷を抑制できる。また、凝縮水が出口７２OUT及び出口７３OUT側に溜まるようになるので、中空糸膜束８１の凍結も抑制できる。このように、本実施形態によれば、加湿器１５の凍結を抑制できるので、燃料電池システム１の低温起動性の向上を図ることができる。
【００４６】
なお、上記実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれに限定するものではなく、その要旨を逸脱しない限り適宜変更を加えることができる。
例えば、加湿器１５は、燃料電池２に供給される燃料ガスを加湿するものでもよい。また、加湿される乾燥ガス（第１ガス）を酸化ガス又は燃料ガスとした場合、これらの加湿に用いる湿潤ガス（第２ガス）は、酸化オフガス又は燃料オフガスに限らず、燃料電池２の運転とは無関係のガスであってもよい。さらに、中空糸膜８２の内側及び外側に流すガスは、加湿器１５への流入ガス及び加湿器１５からの流出ガスの組み合わせであれば、どちらを中空糸膜８２の内側に流してもよい。
【００４７】
また、入口７２INの全部分及び入口７３INの全部分が中空糸膜束８１よりも高くなくてもよいし、同様に、出口７２OUTの全部分及び出口７３OUTの全部分が中空糸膜束８１よりも低くなくてもよい。具体的には、入口７２INの最も高位に位置する部位が、中空糸膜束８１の上限位置１２１、すなわち最も高位な位置よりも高ければよく、入口７２INの一部は中空糸膜束８１の上限位置１２１よりも低くてもよい。この点、入口７３INも同様である。また、出口７２OUTの最も低位に位置する部位が、中空糸膜束８１の下限位置１２２、すなわち最も低位な位置よりも低ければよく、出口７２OUTの一部は中空糸膜束８１の下限位置１２２よりも高くてもよい。この点、出口７３OUTも同様である。このような構成であっても、中空糸膜束８１の凍結を抑制できる。
【００４８】
さらに、酸化ガスの入口７２INを出口７２OUTよりも低位に配置し、且つ酸化オフガスの入口７３INを出口７３OUTよりも高位に配置するなど、酸化ガス及び酸化オフガスの一方の出入口について高さレベルを逆転した構成としてもよい。さらに、水蒸気透過膜として中空糸膜８２を用いたが、これに代えて平膜タイプのものを用いてもよい。
【００４９】
＜第２実施形態＞
次に、図５ないし図８を参照して、本発明の第２実施形態について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、加湿器１５の周辺に配置される弁と加湿器１５との位置関係を規定したことである。
【００５０】
図５に示すように、燃料電池システム２００では、出口配管１１OUT及び入口配管１２INにそれぞれシャット弁２０１，２０２が設けられる。また、入口配管１１INと出口配管１２OUTとを接続するバイパス路１７には、上記したバイパス弁１８が設けられる。出口配管１２OUTの下流には、水素希釈器２０３及びマフラー２０４が設けられる。なお、第１実施形態の燃料電池システム１におけるエアクリーナ１３及びエア調圧弁１６は図示を省略している。
【００５１】
本実施形態では、シャット弁２０１、シャット弁２０２及びバイパス弁１８は、それぞれ、各弁体が出口７２OUT、入口７３IN及び出口７３OUTよりも重力方向で高位に配置される。以下、シャット弁２０１の弁体と出口７２OUTとの高さ位置の関係を例に説明するが、シャット弁２０２及びバイパス弁１８についても同様であることは言うまでもない。また、図６〜８では、加湿器１５の構成を省略して示す。
【００５２】
図６に示すように、出口配管１１OUTの一部を構成するホース２１０の一端は、出口７２OUTに接続され、他端はシャット弁２０１の流出口２２０に接続される。ホース２１０は、出口７２OUTから流出口２２０にかけて上方に屈曲して延在する。シャット弁２０１は、例えば電磁弁からなり、電磁力によって弁体２２１が水平方向に移動して流出口２２０を開閉する。弁体２２１は、流出口２２０と同じ高さレベルに位置しており、出口７２OUTよりも高い位置にある。
【００５３】
したがって、燃料電池システム２００の運転停止後などに、出口７２OUT側（上記した湾曲壁１１３の内側下部）に水が溜まったとしても、この水がホース２１０を介して弁体２２１に達することを抑制できる。これにより、外気温が水の凍結温度（例えば、０℃）を下回ったとしても、弁体２２１が固着して動作不良となることを抑制できる。
【００５４】
図６に示すレイアウトに代えて、図７又は図８に示すレイアウトを採用してもよい。
【００５５】
図７に示すように、ホース２１０は、出口７２OUTと流出口２２０との間で、これらよりも下方に位置する部位２３０を有してもよい。このように、重力方向において最も低位となる部位２３０をホース２１０に設けることで、出口７２OUTから排出された水が部位２３０に溜まるようになる。
【００５６】
図８に示すように、弁体２２１が出口７２OUTよりも低位又は同じ高さに位置する場合には、図７に示すレイアウトと同様に、出口７２OUT及び流出口２２０よりも下方に位置する部位２４０をホース２１０に設定すればよい。この場合にも、出口７２OUTから排出された水が部位２４０に溜まるようになる。
【００５７】
したがって、燃料電池システム２００の運転停止後などに、部位２３０又は部位２４０に溜まった水が溜まったとしても、この水がホース２１０を介して弁体２２１に達することを抑制される。よって、図７又は図８に示すレイアウトによれば、図６に示すレイアウトと同様に、外気温が水の凍結温度（例えば、０℃）を下回ったとしても、弁体２２１が固着して動作不良となることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】本発明の加湿器の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の加湿器の内部を示す正面断面図である。
【図４】本発明の加湿器の中空糸膜の拡大断面図である。
【図５】第２実施形態に係る燃料電池システムの一部を示す構成図である。
【図６】本発明の加湿器とバルブとのレイアウトの第１の例を示す模式断面図である。
【図７】本発明の加湿器とバルブとのレイアウトの第２の例を示す模式断面図である。
【図８】本発明の加湿器とバルブとのレイアウトの第３の例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１：燃料電池システム、２：燃料電池、１５：加湿器、１８：バイパス弁、７１：ケース、８１：中空糸膜束、８２：中空糸膜（水蒸気透過膜）、７２IN：入口、７２OUT：出口、７３IN：入口、７３OUT：出口、２０１：シャット弁、２０２：シャット弁、２１０：ホース（配管）、２２１：弁体
【図１】
2008304114.tif 000003
【図２】
2008304114.tif 000004
【図３】
2008304114.tif 000005
【図４】
2008304114.tif 000006
【図５】
2008304114.tif 000007
【図６】
2008304114.tif 000008
【図７】
2008304114.tif 000009
【図８】
2008304114.tif 000010