(57)【要約】【課題】加湿器の下部付近に過剰に溜まっている水がフレッシュガスと共に燃料電池に送られることを抑制するのに有利な燃料電池用加湿器を提供する。【解決手段】複数のセパレータ２１を厚み方向に積層して形成される加湿器である。オフガスが流れるオフガス流路６２と、オフガス入口４２と、オフガス出口５２と、フレッシュガスが流れるフレッシュガス流路６１と、フレッシュガス入口４１と、フレッシュガス出口５１とが形成されている。オフガス流路６２とフレッシュガス流路６１とを仕切る水透過膜が設けられている。オフガス通路４offの下部は、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１よりも重力方向（Ｇ方向）の下方に設定されている。【選択図】図１
2008288036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）燃料電池から排出されたオフガスが流れるオフガス流路と、前記オフガス流路にオフガスを供給するオフガス入口と、前記オフガス流路からオフガスを排出するオフガス出口とを有するオフガス通路を有する第１のセパレータと、
（ｉｉ）前記燃料電池に供給される前のフレッシュガスが流れるフレッシュガス流路と、前記フレッシュガス流路にフレッシュガスを供給する前記フレッシュガス入口と、前記フレッシュガス流路からフレッシュガスを前記燃料電池に向けて排出するフレッシュガス出口とを有するフレッシュガス通路を有する第２のセパレータと、
（ｉｉｉ）前記オフガス流路と前記フレッシュガス流路とを仕切るように前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとの間に配置されている水透過膜とを具備しており、
前記オフガス通路の下部は、前記フレッシュガス入口および前記フレッシュガス出口よりも重力方向の下方に設定されていることを特徴とする燃料電池用加湿器。
【請求項２】
請求項１において、前記加湿器は、複数の前記セパレータをこれの厚み方向に前記水透過膜を介して積層されており、前記セパレータのセパレータ面内において、前記オフガス通路の下部は、前記フレッシュガス入口および前記フレッシュガス出口よりも重力方向の下方に設定されていることを特徴とする燃料電池用加湿器。
【請求項３】
請求項１または２のうちの一項において、前記オフガス入口、前記オフガス出口、前記フレッシュガス入口、前記フレッシュガス出口のうちの少なくとも一つは、三角形状、四角形状、円形状のうちのいずれかであることを特徴とする燃料電池用加湿器。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記オフガス流路においてオフガスは下向きに流れ、且つ、前記フレッシュガス流路においてフレッシュガスは上向きに流れることを特徴とする燃料電池用加湿器。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記オフガス流路においてオフガスは上向きに流れ、且つ、前記フレッシュガス流路においてフレッシュガスは上向きに流れることを特徴とする燃料電池用加湿器。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記セパレータは、前記オフガス通路の前記下部の横方にデッドスペースまたは切欠を有することを特徴とする燃料電池用加湿器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用加湿器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給される前のフレッシュガスが過剰に乾燥していると、燃料電池の発電性能が充分に得られない。そこで、燃料電池に供給されて発電反応に使用されるガスを加湿する加湿器が開示されている（特許文献１，２）。この加湿器は、燃料電池から排出された後のオフガスが流れるオフガス通路と、燃料電池に供給される前のフレッシュガスが流れるフレッシュガス通路と、オフガス通路およびフレッシュガス通路を仕切る水透過膜とを備えている。このものによれば、燃料電池から排出された後のオフガスは、高い湿度をもつ。そこで、湿度が高いオフガスをオフガス通路に流すと共に、湿度が低いフレッシュガスをフレッシュ通路に流す。ここで、湿度が高いオフガスの水分は、オフガス通路において凝縮して凝縮水を生成する。凝縮水等の水は水透過膜を介して、湿度が低いフレッシュガスに移行する。これにより燃料電池に供給される前のフレッシュガスが加湿される。
【特許文献１】特開２００４−１３９７８４号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献に係る加湿器によれば、凝縮水等の水が重力により加湿器の下部付近に過剰に溜まるおそれがある。この場合、加湿器の下部付近に過剰に溜まっている水がフレッシュガスと共に燃料電池に送られてしまうおそれがある。
【０００４】
殊に、燃料電池の運転停止に伴い加湿器の運転が停止するとき、凝縮水等の水が加湿器のオフガス通路の下部付近に過剰に溜まることがある。この場合、オフガス通路の下部に貯まった過剰の水が水透過膜を介してオフガス通路からフレッシュガス通路に移行するおそれがある。この場合、過剰の水がフレッシュガスと共に燃料電池に送られてしまうおそれがある。この結果、燃料電池の内部のガス流路の流路断面積が塞がれ、フラッディングが発生するおそれがある。この場合、燃料電池の発電性能が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、加湿器の下部付近に過剰に溜まっている水がフレッシュガスと共に燃料電池に送られることが抑制され、ひいてはフラッディングを抑制するのに有利な燃料電池用加湿器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る燃料電池システムは、（ｉ）燃料電池から排出されたオフガスが流れるオフガス流路と、前記オフガス流路にオフガスを供給するオフガス入口と、前記オフガス流路からオフガスを排出するオフガス出口とを有するオフガス通路を有する第１のセパレータと、（ｉｉ）前記燃料電池に供給される前のフレッシュガスが流れるフレッシュガス流路と、前記フレッシュガス流路にフレッシュガスを供給する前記フレッシュガス入口と、前記フレッシュガス流路からフレッシュガスを前記燃料電池に向けて排出するフレッシュガス出口とを有するフレッシュガス通路を有する第２のセパレータと、（ｉｉｉ）前記オフガス流路と前記フレッシュガス流路とを仕切るように前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとの間に配置されている水透過膜とを具備しており、前記オフガス通路の下部は、前記フレッシュガス入口および前記フレッシュガス出口よりも重力方向の下方に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
オフガスは燃料電池から排出されたガスを意味する。燃料電池の発電反応では水が生成されるため、オフガスは高い湿度をもつ。フレッシュガスは燃料電池に供給される前のガスを意味する。フレッシュガスは加湿器に供給される前においては、燃料電池から排出されたオフガスよりも湿度が低い。ここで、オフガスはオフガス通路のオフガス流路を流れる。フレッシュガスはフレッシュガス通路のフレッシュガス流路を流れる。オフガスの水分は、水透過膜に移行し、更に水透過膜を介して、湿度が相対的に低いフレッシュガスに移行する。これにより燃料電池に供給される前のフレッシュガスが加湿される。
【０００８】
ところで、オフガス通路に存在する水は、重力により流下するため、オフガス通路の下部に貯まり易い。このように水がオフガス通路の下部に過剰に貯まると、その水が水透過膜を介してフレッシュガス通路側に移行するおそれがある。この点について本発明によれば、オフガス通路の下部は、フレッシュガス入口およびフレッシュガス出口よりも重力方向の下方に設定されている。換言すると、オフガス通路の下部よりも、フレッシュガス入口およびフレッシュガス出口は重力方向の上方に設定されている。
【０００９】
このため水がオフガス通路の下部に貯まったとしても、その水が、水透過膜を介してフレッシュガス入口やフレッシュガス出口に移行することが抑制される。このため燃料電池の発電運転において、過剰の水がフレッシュガスと共に燃料電池に供給されることが抑制される。従ってフラッディングが抑制される。フラッディングとは、燃料電池の内部のガス流路の流路断面積を水により狭めることをいう。
【００１０】
本発明によれば、加湿器は、複数のセパレータをこれの厚み方向に水透過膜を介して積層されていることが好ましい。加湿器は、上下方向に沿ってまたは上下方向に対して傾斜するように延設された複数のセパレータをこれの厚み方向に積層して形成されていることが好ましい。ここで、セパレータのセパレータ面内において、オフガス通路の下部は、フレッシュガス入口およびフレッシュガス出口よりも重力方向の下方に設定されていることが好ましい。この場合、セパレータのセパレータ面内において、水がオフガス通路の下部に貯まったとしても、その水が、水透過膜を介してフレッシュガス入口およびフレッシュガス出口に移行することが効果的に抑制される。
【００１１】
ここで、セパレータは、オフガス通路の下部の横方にデッドスペースまたは切欠を有する形態が例示される。切欠で形成される空間を有効利用するため、切欠で形成される空間に配管を配置することができる。配管は、オフガス入口、オフガス出口、フレッシュガス入口、フレッシュガス出口のうちの少なくとも一つに繋がる形態が例示される。
【００１２】
水透過膜は水分保持部材として機能できるものであり、液相状または気相状の水分を保持できる部材をいう。水透過膜としては、高分子を基材とする膜が例示される。水透過膜はガス難透過性を有することが好ましい。オフガス流路およびフレッシュガス流路は、水透過膜を介して対面していることが好ましい。また、オフガス入口、オフガス出口、フレッシュガス入口、フレッシュガス出口のうちの少なくとも一つは、三角形状、四角形状、円形状のうちのいずれかとすることができる。
【００１３】
本発明によれば、オフガス流路においてオフガスは下向きに流れ、且つ、フレッシュガス流路においてフレッシュガスは上向きに流れる形態が例示される。この場合、オフガスおよびフレッシュガスが上下方向において基本的に逆向きに流れる対向流方式とされている。
【００１４】
また本発明によれば、オフガス流路においてオフガスは上向きに流れ、且つ、フレッシュガス通路においてフレッシュガスは上向きに流れる形態が例示される。この場合、オフガスおよびフレッシュガスが上下方向において基本的に同じ向きに流れる並行流方式とされている。
【００１５】
セパレータについては、一つのセパレータのうち一方の表面側にオフガス通路が形成され、他方の表面側にフレッシュガス通路が形成されたセパレータでも良い。この場合、水透過膜にオフガス通路が対面しているセパレータは第１のセパレータとして機能し、水透過膜にフレッシュガス通路が対面しているセパレータは第２のセパレータとして機能する。即ち、１つのセパレータが第１のセパレータとなったり、第２のセパレータとなったりする。また、セパレータとしては、オフガス通路、フレッシュガス通路のうちの一方のみを有するセパレータを使用しても良い。
【００１６】
本発明によれば、次の形態のうちの少なくとも一つが採用されていることが好ましい。
・オフガス通路の下端がフレッシュガス通路の下端よりも重力方向の下方に設定されている。
・オフガス通路の下端がフレッシュガス入口およびフレッシュガス出口よりも重力方向の下方に設定されている。
・オフガス入口およびオフガス出口のうち重力方向の下方にある方の上端が、フレッシュガス入口およびフレッシュガス出口のうち重力方向の下方にある方の下端よりも重力方向の下方に設定されている。
・オフガス入口およびオフガス出口のうち重力方向の下方にある方の下端が、フレッシュガス入口およびフレッシュガス出口のうち重力方向の下方にある方の下端よりも重力方向の下方に設定されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る燃料電池用加湿器によれば、加湿器のオフガス流路の下部付近に水が溜まったとしても、その水がフレッシュガスと共に燃料電池に送られてしまう問題を改善することができ、フラッディングを抑制するのに有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１〜図４を参照しつつ具体的に説明する。図１は概念図を示す。燃料電池システムは、固体高分子型の燃料電池１と、燃料電池１に供給されて発電反応に使用されるガス（酸化剤ガス、一般的には空気）を加湿する加湿器２とを有する。燃料電池１は、空気が供給される空気極１０（酸化剤極）と、高分子型の電解質膜１１と、燃料が供給される燃料極１２とを有する。空気極１０は、フレッシュガスが供給されるインポート１０ｉと、オフガスが排出されるアウトポート１０ｏとをもつ。燃料電池１では、発電反応により電気エネルギが取り出されると共に、発電反応に伴い燃料電池１の空気極１０において水が生成される。従って、燃料電池１の空気極１０から排出された発電反応後の空気オフガスであるオフガスについては、温度および湿度（相対湿度）は高い。これに対して、燃料電池１の空気極１０に供給される前の空気、つまり発電反応前のフレッシュガスについては、温度および湿度はオフガスよりも低い。換言すると、燃料電池１の空気極１０から排出された直後のオフガスは、加湿器２に供給される直前のフレッシュガスよりも、温度および湿度が高い。
【００１９】
本実施形態によれば、便宜上、燃料電池１の空気極１０に供給される前、つまり、発電反応前のガスを『フレッシュガス』と定義する。燃料電池１の空気極１０から排出された発電反応後のガスを『オフガス』と定義する。
【００２０】
図１に示すように、加湿器２は、上下方向に延設された複数の板状をなすセパレータ２１を厚み方向に積層した積層体２２と、積層体２２を厚み方向に挟む第１エンドプレート２３および第２エンドプレート２４とを有する。セパレータ２１は上下方向（重力方向，矢印Ｇ方向）に沿ってのびている縦型のほぼ四角形状をなしている。セパレータ２１の積層方向は横方向とされている。セパレータ２１は樹脂製、カーボン製、金属製（ステンレス鋼等）でも良く、要請される性能及びコストを考慮して選択する。
【００２１】
加湿器２の第１エンドプレート２３の下部２３ｄには、管状のフレッシュガス入口管体３１および管状のオフガス出口管体３２が形成されている。加湿器２の第２エンドプレート２４の上部２４ｕには、管状のオフガス入口管体３６および管体状のフレッシュガス出口管体３７が形成されている。
【００２２】
図１に示すように、セパレータ２１は、湿度が低いフレッシュガスが流れるフレッシュガス通路４freshをもつ。フレッシュガス通路４freshは、隅部に形成されたフレッシュガス入口４１と、フレッシュガス入口４１の対角上方に形成されたフレッシュガス出口５１と、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１を繋ぐようにセパレータ２１の一方の表面流路で形成されたフレッシュガス流路６１とを備えている。なお、フレッシュガス流路６１には図示しないものの、複数の流路溝が形成されている。
【００２３】
更にセパレータ２１は、湿度が高いオフガスが流れるオフガス通路４offをもつ。オフガス通路４offは、隅部に形成されたオフガス入口４２と、オフガス入口４２の対角下方に形成されたオフガス出口５２と、オフガス入口４２およびオフガス出口５２を繋ぐようにセパレータ２１の他方の表面流路で形成されたオフガス流路６２とをもつ。なお、オフガス流路６２には図示しないものの、複数の流路溝が形成されている。
【００２４】
図１に示すように、複数のセパレータ２１が積層されて加湿器２が形成されているため、各セパレータ２１を厚み方向に貫通するフレッシュガス入口４１は矢印Ｅ１方向に積層されている。従って、フレッシュガスは各フレッシュガス入口４１を矢印Ｅ１方向（セパレータ積層方向）に流れる。また各セパレータ２１を貫通するフレッシュガス出口５１は矢印Ｃ１方向に積層されている。従って、フレッシュガスは各フレッシュガス出口５１を矢印Ｃ１方向（セパレータ積層方向）に流れる。各セパレータ２１を厚み方向に貫通するオフガス入口４２は矢印Ｄ１方向に積層されている。従って、オフガスは各オフガス入口４２を矢印Ｄ１方向（セパレータ積層方向）に流れる。また各セパレータ２１を厚み方向に貫通するオフガス出口５２は矢印Ｆ１方向に積層されている。従って、オフガスは各オフガス出口５２を矢印Ｆ１方向（セパレータ積層方向）に流れる。
【００２５】
更に説明を加える。図２はセパレータ２１の一方の表面を示す。図２に示すように、セパレータ２１は縦形の四角形状をなしており、互いに平行な上辺２１ｕ（上部）および下辺２１ｄ（下部）と，上辺２１ｕおよび下辺２１ｄを繋ぐように重力方向（矢印Ｇ方向）に沿って延びている２つの側辺２１ｓ（側部）とをもつ。セパレータ２１の一方の表面には、燃料電池１から排出されたオフガスがセパレータ２１の表面に沿って矢印Ｂ１方向に流れるオフガス流路６２が形成されている。
【００２６】
図２に示すように、オフガス流路６２から外方にオフガスが洩れないように、シール部２１ｘがセパレータ２１の外縁部に沿って設けられている。更に、オフガス流路６２に連通すると共にオフガス流路６２にオフガスを供給するオフガス入口４２が、セパレータ２１の上辺２１ｕ側の角部に形成されている。オフガス流路６２に連通すると共にオフガス流路６２からオフガスを排出するオフガス出口５２が、セパレータ２１の下辺２１ｄ側の角部に形成されている。
【００２７】
ここで、図２に示すように、オフガス入口４２およびフレッシュガス出口５１は、重力方向（矢印Ｇ方向）において同じ高さとされている。オフガス入口４２およびオフガス出口５２は、三角形状をなしており、互いに対向するようにセパレータ２１の角部に設けられている。更に、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１は、三角形状をなしており、互いに対向するようにセパレータ２１に設けられている。
【００２８】
図２に示すように、オフガスがフレッシュガス入口４１に流入しないように、フレッシュガス入口４１の外縁部にシール部４１ｘが設けられている。更に、オフガスがフレッシュガス出口５１に流入しないように、フレッシュガス出口５１の外縁部にシール部５１ｘが設けられている。シール部４１ｘ，５１ｘ，２１ｘによりオフガス流路６２が区画されている。
【００２９】
図３はセパレータ２１の他方の表面（一方の表面の裏側）を示す。図３に示すように、セパレータ２１の他方の表面には、燃料電池１に供給される前のフレッシュガスがセパレータ２１の表面に沿って矢印Ａ１方向（斜め上向き）に流れるフレッシュガス流路６１が形成されている。図３に示すように、フレッシュガス流路６１に連通すると共にフレッシュガス流路６１にフレッシュガスを供給するフレッシュガス入口４１が、セパレータ２１に形成されている。フレッシュガス流路６１に連通すると共にフレッシュガス流路６１からフレッシュガスを排出するフレッシュガス出口５１が、セパレータ２１の上辺２１ｕの角部に形成されている。
【００３０】
更に、図３に示すように、フレッシュガスがオフガス入口４２に流入しないように、オフガス入口４２にはシール部４２ｘが設けられている。オフガス出口５２にオフガスが流入しないように、オフガス出口５２にはシール部５２ｘが設けられている。図３に示すように、シール部５２ｘ，４２ｘ，２１ｘによりフレッシュガス流路６１が区画されている。なお、シール部５１ｘ，４１ｘ，５２ｘ，４２ｘ，２１ｘは、ゴム、軟質樹脂、軟質メタル等のシール材料で形成されている。
【００３１】
図４に示すように、隣接するセパレータ２１間には、加湿要素として機能できる膜状をなす水透過膜２７が配置されている。水透過膜２７は、吸水性を有すると共にガス難透過性を有するイオン交換膜（高分子電解質膜）等の水分保有膜で形成されており、液相状または気相状の水分を保持して湿潤することができる。図４に示すように、水透過膜２７のうちの一方の表面２７ｃはフレッシュガス流路６１に対面している。水透過膜２７のうちの他方の表面２７ａはオフガス流路６２に対面している。換言すると、オフガス流路６２およびフレッシュガス流路６１は、水透過膜２７を介して対面している。
【００３２】
本実施形態によれば、図４に示すように、オフガスおよびフレッシュガスの基本流れが逆となる対向流方式が採用されている。故に、オフガス流路６２においてオフガスは下向き（斜め下向き，矢印Ｂ１方向）に流れる。フレッシュガス流路６１においてフレッシュガスは上向き（斜め上向き，矢印Ａ１方向）に流れる。この場合、オフガス流路６２においてオフガスから生成された凝縮水等の水を水透過膜２７またはセパレータ２１に沿って重力方向（矢印Ｇ方向）に流下させ易い。故に、水透過膜２７の全体を均一に吸水させるのに貢献でき、加湿ムラの低減に有利である。
【００３３】
燃料電池１では、発電反応に伴い水および熱が生成される。燃料電池１から排出されるオフガスは、生成された水および熱を燃料電池１から持ち去る。このため、加湿器２のオフガス流路６２に供給されるオフガスは、加湿器２に供給される前のフレッシュガスよりも、相対的に水分を多く含むと共に相対的に高温である。燃料電池１の空気極１０から吐出されたオフガスの相対湿度は一般的には８０％以上、９０％以上または９５％以上である。従って、加湿器２のオフガス流路６２を流れるオフガスは、フレッシュガス流路６１を流れるフレッシュガスと熱交換されて冷却される。このとき、オフガスに含まれる水分は、オフガス流路６２において凝縮して凝縮水ＷＡ（図４参照）となる。凝縮水ＷＡは水透過膜２７に吸水され、水透過膜２７の水分保持量が増加する。また、オフガスに含まれる水蒸気が水透過膜２７に直接吸収されることもある。このため、フレッシュガス流路６１を流れるフレッシュガスは、水透過膜２７により加湿される。このように加湿されたフレッシュガスは、フレッシュガス出口５１から吐出され、燃料電池１の空気極１０に供給され、発電に使用される。
【００３４】
ところで、加湿器２によれば、湿度が高いオフガスが流れるオフガス通路４offにおいては、凝縮水ＷＡ等の水が重力により流下するため、オフガス通路４offの下部４００に水が溜まり易いといえる。殊に、オフガス通路４offの下部４００付近に位置するオフガス出口５２に、水が溜まり易いといえる。燃料電池１の発電運転の停止に伴い加湿器２の運転が停止されたときにおいても、または、燃料電池１の発電運転に伴い加湿器２が運転されているときにおいても、オフガス通路４offの下部４００には重力により水が溜まり易いといえる。
【００３５】
この点について本実施形態によれば、図２に示すように、湿度が高いオフガスが流れるオフガス通路４offのうち水が溜まり易い下部４００は、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１よりも、重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に設定されている。殊に、オフガス通路４offの下部４００付近のオフガス出口５２は、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１よりも重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に設定されている。
【００３６】
この結果、オフガス通路４offの下部４００に過剰の水が仮に貯まったとしても、その水が水透過膜２７を介してフレッシュガス通路４fresh側に移行することは、抑制される。殊に、下部４００に貯まった水が、高さが高いフレッシュガス出口５１はもとより、高さが低いフレッシュガス入口４１に移行することは、抑制される。従って、フレッシュガスが燃料電池１の空気極１０に供給されるとき、水が燃料電池１の空気極１０に流れ込むことが抑制されている。このため燃料電池１におけるフラッディングが抑制され、燃料電池１の発電性能が確保される。
【００３７】
本実施形態によれば、図２に示すように、フレッシュガス入口４１の下端である下辺４１ｄは、重力方向（矢印Ｇ方向）において、オフガス出口５２の中心５２ｃよりも重力方向（矢印Ｇ方向）の上方に設定されており、オフガス出口５２の上端５２ｕ付近に位置している。このためオフガス通路４offの下部４００付近、即ち、オフガス出口５２付近に水が仮に貯まったとしても、フレッシュガス入口４１に水が移行することは、抑制されている。ひいては、フレッシュガス入口４１に移行した水がフレッシュガスと共に燃料電池１の空気極１０に供給されることは、抑制されている。
【００３８】
上記したようにオフガス通路４offの下部４００には水が溜まり易いため、従来技術の加湿器においては、加湿器２の運転が停止されるとき、オフガス通路４offの下部４００に形成されているドレンポートを開放し、貯まった水をドレンポートから排出している。この点本実地形態によれば、前述したように、オフガス通路４offの下部４００付近に水が仮に貯まったとしても、フレッシュガス入口４１に水が移行することは抑制されているため、ドレンポートを廃止できる。あるいは、ドレンポートを設けるとしても、簡素化できる。
【００３９】
なお、図２に示すように、セパレータ２１のうちフレッシュガス入口４１よりも下方部分は、ガスが流れる流路が形成されていないデッドスペース９１ｄとされている。デッドスペース９１ｄに対面する領域については、水透過膜２７を廃止できるため、コスト低減に貢献できる。
【００４０】
上記した本実施形態によれば、図２および図３から理解できるように、次の・で示す形態が採用されている。この結果、前述したように、オフガス通路４offの下部４００付近に過剰の水が仮に貯まったとしても、その水はオフガス出口５２から排出される。従って、その水が水透過膜２７を介してフレッシュガス通路４fresh側に移行することは、抑制される。殊に、下部４００に貯まった水が、高さが高いフレッシュガス出口５１はもとより、高さが低いフレッシュガス入口４１に移行することは、抑制される。
・図２および図３から理解できるように、オフガス通路４offの下端（下部４００）がフレッシュガス通路４freshの下端よりも重力方向の下方に設定されている。
・オフガス通路４offの下端（下部４００）がフレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１よりも重力方向の下方に設定されている。
・オフガス入口４２およびオフガス出口５２のうち重力方向の下方にある方の上端が、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１のうち重力方向の下方にある方の下端よりも重力方向の下方に設定されている。従って、オフガス入口４２およびオフガス出口５２のうち重力方向の下方にあるオフガス出口５２の上端５２ｕが、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１のうち重力方向の下方にあるフレッシュガス入口４１の下端である下辺４１ｄよりも重力方向の下方に設定されている。
・オフガス入口４２およびオフガス出口５２のうち重力方向の下方にある方の下端が、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１のうち重力方向の下方にある方の下端よりも重力方向の下方に設定されている。従って、オフガス入口４２およびオフガス出口５２のうち重力方向の下方にあるオフガス出口５２の下端（下部４００）が、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１のうち重力方向の下方にあるフレッシュガス入口４１の下端である下辺４１ｄよりも重力方向の下方に設定されている。
【００４１】
（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の対向流方式、同様の作用効果を有する。図５に示すように、重力方向（矢印Ｇ方向）において、オフガス出口５２は、フレッシュガス入口４１と位置的に重複している。しかし本実施形態においても実施形態１と同様に、オフガス通路４offのうち水が貯まり易い下部４００は、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１よりも重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に設定されている。殊に、オフガス通路４offの下部４００付近のオフガス出口５２の下辺５２ｄは、高さが高いフレッシュガス出口５１はもとより、高さが低いフレッシュガス入口４１の中心４１ｃよりも重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に設定されている。
【００４２】
この結果、オフガス通路４offの下部４００に過剰の水が仮に貯まったとしても、その水が水透過膜２７を介してフレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１に移行することは、抑制される。従って、フレッシュガスが燃料電池１の空気極１０に供給されるとき、水が燃料電池１の空気極１０に流れ込むことが抑制されている。このため燃料電池１におけるフラッディングが抑制され、燃料電池１の発電性能が確保される。
【００４３】
（実施形態３）
図６および図７は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の対向流方式、同様の作用効果を有する。図６はセパレータ２１のうちの一方の表面を示す。図７はセパレータ２１のうちの他方の表面（一方の表面の裏側）を示す。前述したように、加湿器２によれば、湿度が高いオフガスが流れるオフガス通路４offの下部４００に、水が溜まり易いといえる。
【００４４】
この点について本実施形態によれば、図６に示すように、オフガス通路４offの下部４００は、高さが高いフレッシュガス出口５１はもとより、高さが低いフレッシュガス入口４１よりも、重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に設定されている。殊に、オフガス通路４offの下部４００付近のオフガス出口５２は、フレッシュガスが流れるフレッシュガス流路６１、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１よりも、重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に設定されている。換言すると、オフガス出口５２よりも、フレッシュガス流路６１の下部、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１は、重力方向（矢印Ｇ方向）の上方に設定されている。
【００４５】
この結果、オフガス通路４offの下部４００付近に過剰の水が仮に貯まったとしても、その水がフレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１に移行することは、抑制される。従って実施形態１と同様に、フレッシュガスが燃料電池１の空気極１０に供給されるとき、フレッシュガスと共に水が燃料電池１の空気極１０に流れ込むことは、抑制される。このため燃料電池１におけるフラッディングが抑制され、燃料電池１の発電性能が確保される。更に本実施形態によれば、図６に示すように、セパレータ２１の下辺２１ｄのうちフレッシュ入口４１の下方には、第１切欠９１が形成されている。この場合、第１切欠９１がマーキング作用を果たすため、直方体形状をなす加湿器２の上下方向の位置および左右方向（矢印ＬＲ方向）の位置を肉眼的に確認でき、加湿器２の誤配置が防止される。
【００４６】
（実施形態４）
図８は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の対向流方式、同様の作用効果を有する。図８はセパレータ２１の一方の表面を示す。本実施形態によれば、図８に示すように、セパレータ２１は、上辺２１ｕ，下辺２１ｄ，側辺２１ｓをもつ。オフガス通路４offの下部４００は、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１よりも重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に設定されている。即ち、オフガス出口５２は、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１よりも重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に設定されている。
【００４７】
この結果、オフガス通路４offの下部４００付近に、つまり、オフガス出口５２付近に過剰の水が貯まったとしても、その水が、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１に移行することは、抑制される。従って、実施形態１と同様に、フレッシュガスが燃料電池１の空気極１０に供給されるとき、フレッシュガスと共に水が燃料電池１の空気極１０に流れ込むことが抑制される。更に図８に示すように、燃料電池１に向けてフレッシュガスが吐出されるフレッシュガス出口５１は、オフガス入口４２よりも重力方向（矢印Ｇ方向）の上方に設定されている。このため、フレッシュガス出口５１から燃料電池１に向けて吐出されるフレッシュガスに過剰の水が混入することが抑制される。なお、図８では、図面の複雑化を回避するため、シール部の図示は省略されている。
【００４８】
（実施形態５）
図９は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態４と基本的には同様の構成、同様の対向流方式、同様の作用効果を有する。図９はセパレータ２１の一方の表面を示す。本実施形態によれば、図９に示すように、セパレータ２１の下辺２１ｄのうちフレッシュ入口４１の下方には、第１切欠９１が形成されている。セパレータ２１の上辺２１ｕのうちオフガス入口４２の上方には、第２切欠９２が形成されている。この場合、第１切欠９１および第２切欠９２がマーキング作用を果たすため、直方体形状をなす加湿器２の左右方向（矢印ＬＲ方向）の位置を視認できる。なお、図９ではシール部の図示は省略されている。
【００４９】
（実施形態６）
図１０は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の対向流方式、同様の作用効果を有する。図１０はセパレータ２１の一方の表面を示す。本実施形態によれば、図１０に示すように、オフガス入口４１およびオフガス出口５２は円形状をなしている。フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１は円形状をなしている。円形状は真円、楕円、長円を含む。更に、セパレータ２１の第１切欠９１には、第１配管２０１が配置されており、省スペース化が図られている。第１配管２０１は、オフガス入口４１、オフガス出口５２、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１のうちのいずれかに繋がる。また図１０に示すように、セパレータ２１の第２切欠９２には、第２配管２０２が配置されており、省スペース化が図られている。第２配管は、オフガス入口４１、オフガス出口５２、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１のうちのいずれか、または、他の配管に繋がる。なお、図１０ではシール部の図示は省略されている。
【００５０】
（実施形態７）
図１１は実施形態７を示す。本実施形態は実施形態６と基本的には同様の構成、同様の対向流方式、同様の作用効果を有する。図１１はセパレータ２１の一方の表面を示す。本実施形態によれば、図１１に示すように、オフガス入口４１およびオフガス出口５２は四角状をなしている。フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１は四角状をなしている。更に、前記した実施形態と同様に、セパレータ２１の第１切欠９１には、第１配管２０１が配置されており、省スペース化が図られている。また図１０に示すように、セパレータ２１の第２切欠９２には、第２配管２０２が配置されており、省スペース化が図られている。第２配管２０２は、オフガス入口４１、オフガス出口５２、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１のうちのいずれか、または、他の配管に繋がる。なお、図１１ではシール部の図示は省略されている。
【００５１】
（実施形態８）
図１２は実施形態８を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図１２はセパレータ２１の一方の表面を示す。図１２に示すように、オフガスおよびフレッシュガスの基本流れが同一方向である並行流方式が採用されている。故に、オフガス流路６２においてオフガスは上向き（斜め上向き）に流れ、フレッシュガス流路６１においてフレッシュガスは上向き（斜め上向き）に流れる。
【００５２】
図１２に示すように、湿度が高いオフガスが流れるオフガス通路４offのうちオフガス入口４２が、重力方向（矢印Ｇ方向）の最も下方に配置されている。オフガス入口４２は、高さが高いフレッシュガス出口５１はもとより、高さが低いフレッシュガス入口４１よりも重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に配置されている。換言すると、オフガス入口４２よりも、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１は、重力方向（矢印Ｇ方向）の上方に配置されている。この結果、オフガス通路４offの下部４００付近に、つまり、オフガス入口４２付近に過剰の水が仮に貯まったとしても、その水がフレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１に移行することは、抑制される。従って、実施形態１と同様に、フレッシュガスが燃料電池１の空気極１０に供給されるとき、フレッシュガスと共に水が燃料電池１の空気極１０に流れ込むことが抑制される。この場合、燃料電池１の内部のフラッディング防止に有効である。なお、図１２ではシール部の図示は省略されている。
【００５３】
（実施形態９）
図１３は実施形態９を示す。本実施形態は実施形態８と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図１３はセパレータ２１の一方の表面を示す。図１３に示すように、オフガス通路４offのうちオフガス入口４２が重力方向（矢印Ｇ方向）の最も下方に配置されている。オフガス入口４２は、高さが高いフレッシュガス出口５１よりも、高さが低いフレッシュガス入口４１よりも重力方向（矢印Ｇ方向）の下方に配置されている。
【００５４】
更に、フレッシュガス出口５１は、高さが低いオフガス入口４２はもとより、高さが高いオフガス出口５２よりも重力方向（矢印Ｇ方向）の上方に配置されている。このため、フレッシュガス出口５１から吐出されて燃料電池１に向かうフレッシュガスに過剰の水が混入されることを抑制するのに有利である。なお、図１３ではシール部の図示は省略されている。
【００５５】
（実施形態１０）
図１４および図１５は実施形態１０を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図１４はセパレータ２１の一方の表面を示す。図１５はセパレータ２１の他方の表面を示す。図１４および図１５に示すように、オフガス入口４２およびオフガス出口５２のうち重力方向の下方にあるオフガス出口５２の下端である下部４００と上端５２ｕの双方は、フレッシュガス入口４１およびフレッシュガス出口５１のうち重力方向の下方にあるフレッシュガス入口４１の下端である下辺４１ｄよりも重力方向の下方に設定されている。
【００５６】
（他の例）
上記した各実施形態によれば、セパレータ２１は上下方向に沿っている加湿器２に適用されているが、これに限らず、セパレータ２１が上下方向に対して所定角度傾斜させた加湿器でも良い。上記した各実施形態によれば、加湿器２は、燃料電池１の空気極１０に供給される空気（酸素剤ガス）を加湿するタイプであるが、これに限らず、燃料電池１の燃料極１２に供給される燃料ガスを加湿するタイプに適用しても良い。オフガス流路６２においてオフガスは下向き（斜め下向き）に流れ、フレッシュガス流路６１においてフレッシュガスは下向き（斜め下向き）に流れる方式としても良い。セパレータ２１は四角形状とされているが、これに限らず、三角形状、五角形状、六角形状等でも良い。上記した各実施形態においては次ように設定しても良い。
・オフガス通路の下端がフレッシュガス通路の下端よりも重力方向の下方に設定されている。
・オフガス通路の下端がフレッシュガス入口およびフレッシュガス出口よりも重力方向の下方に設定されている。
・オフガス入口およびオフガス出口のうち重力方向の下方にある方の上端が、フレッシュガス入口およびフレッシュガス出口のうち重力方向の下方にある方の下端よりも重力方向の下方に設定されている。
・オフガス入口およびオフガス出口のうち重力方向の下方にある方の下端が、フレッシュガス入口およびフレッシュガス出口のうち重力方向の下方にある方の下端よりも重力方向の下方に設定されている。
【００５７】
なお、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。
【００５８】
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
［付記項１］前記オフガス通路に貯まった水を排出するドレンポートが設けられていないことを特徴とする燃料電池用加湿器。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は例えば、車両用、定置用、携帯用、電気機器用、電子機器用等の燃料電池システムに使用される加湿器に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態１に係り、加湿器をもつ燃料電池システムの斜視図である。
【図２】実施形態１に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図３】実施形態１に係り、セパレータの他方の表面を模式的に示す正面図である。
【図４】実施形態１に係り、セパレータで形成されているオフガス流路およびフレッシュガス流路を模式的に示す断面図である。
【図５】実施形態２に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図６】実施形態３に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図７】実施形態３に係り、セパレータの他方の表面を模式的に示す正面図である。
【図８】実施形態４に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図９】実施形態５に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図１０】実施形態６に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図１１】実施形態７に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図１２】実施形態８に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図１３】実施形態９に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図１４】実施形態１０に係り、セパレータの一方の表面を模式的に示す正面図である。
【図１５】実施形態１０に係り、セパレータの他方の表面を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１は燃料電池、１０は空気極、２は加湿器、２１はセパレータ、２２は積層体、２７は水透過膜、４offはオフガス通路、４freshはフレッシュガス通路、４１はフレッシュガス入口、５１はフレッシュガス出口、６１はフレッシュガス流路、４２はオフガス入口、５２はオフガス出口、６２はオフガス流路を示す。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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