(57)【要約】【課題】補機の増加を抑え、簡易な構成で掃気時の加湿を抑制することにより高速な掃気を実現する燃料電池の掃気方法、加湿器、及び燃料電池システムを提供すること。【解決手段】加湿器１５により加湿された酸化ガスを用いて電気化学反応を行なう燃料電池２を掃気する方法において、前記加湿器１５は、一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器１５の前記酸化ガス流路の外周部の流れを阻害し、中央部の流量を相対的に増加させた状態で、該加湿器１５を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加湿器により加湿された酸化ガスを用いて電気化学反応による発電を行なう燃料電池を掃気する方法において、
前記加湿器は、その内部の一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器の前記酸化ガス流路の外周部の流れを阻害し、中央部の流量を相対的に増加させた状態で、該加湿器を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なう、燃料電池の掃気方法。
【請求項２】
加湿器により加湿された酸化ガスを用いて電気化学反応による発電を行なう燃料電池を掃気する方法において、
前記加湿器は、その内部の一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器の前記酸化ガス流路の外周部を冷却した状態で、該加湿器を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なう、燃料電池の掃気方法。
【請求項３】
一端部から他端部へガスを導き、その過程で該ガスが加湿される流路を備えた加湿器において、
前記流路の外周部に、該流路と交差するタンクが配置され、該タンク内に流体が貯留されることにより、前記流路外周部でのガス流が阻害される、加湿器。
【請求項４】
一端部から他端部へガスを導き、その過程で該ガスが加湿される流路を備えた加湿器において、
前記流路の外周部に、前記流路外周部を冷却する冷却手段が設けられている、加湿器。
【請求項５】
一端部から他端部へガスを導き、その過程で該ガスが加湿される流路を備えた加湿器において、
流路中央部と流路外周部とに対して独立にガスが供給される、加湿器。
【請求項６】
燃料電池と、該燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、前記燃料電池から排気された酸化ガスのオフガスを導く排気路と、前記酸化ガスのオフガスを用いて前記燃料電池に供給される酸化ガス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、
前記加湿器は、請求項３から５のいずれかに記載の加湿器である、燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池と、該燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、前記燃料電池から排気された酸化ガスのオフガスを導く排気路と、前記酸化ガスのオフガスを用いて前記燃料電池に供給される酸化ガスを加湿する加湿器と、前記燃料電池を冷却する冷媒を循環させる冷媒配管系と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記加湿器は、請求項４に記載の加湿器であり、該加湿器の冷却手段に対して前記冷媒を導く冷却ラインが、前記冷媒配管系から分岐している、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、燃料電池の反応ガスを加湿可能な加湿器、該加湿器を備えた燃料電池システム、及び燃料電池の掃気方法に係り、特に、燃料電池の凍結防止を目的として掃気を行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池がエネルギー源として注目されている。例えば、燃料電池の一種である固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜を水素極（以下、「アノード」という場合がある。）と酸素極（以下、「カソード」という場合がある。）の両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層したスタックを備えて構成されている。
【０００３】
燃料電池には、アノードに燃料として水素ガスが、また、カソードには酸化剤として空気がそれぞれ供給される。例えば固体高分子型燃料電池の場合、アノードに供給された水素は、当該アノードの触媒との反応によって水素イオンを発生し、この水素イオンが固体高分子電解質膜を通過して、カソードで酸素と電気化学反応を起すことで発電する。
【０００４】
また、燃料電池に供給される酸化ガスとしての空気は、効率よい発電を行うために加湿量を適切に調整する必要がある。そこで、加湿器を用い、燃料電池から排出された湿度の高い排気空気（酸化オフガス）から水分を取りだし、この水分により燃料電池に供給される空気を加湿して湿度を高めている。
【０００５】
ところで、燃料電池の作動時における水素と酸素との電気化学反応には水の生成を伴う。生成された水が燃料電池内部に残留すると凍結により燃料電池の破損を引き起こす場合があるため、燃料電池の凍結防止のために、空気（酸化ガス）を燃料電池に送り込むことにより凍結の原因となる水や水蒸気を排出する掃気を行なう必要がある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２１６９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように酸化ガスを加湿する加湿器が設けられている場合には、燃料電池に送られる空気の加湿の度合い（湿度）が増加するために、掃気に時間が掛かることがある。この場合の対策の一つとしては、掃気運転時に加湿器をバイパスさせた空気を燃料電池に送り込むことが挙げられる。
ところが、加湿器をバイパスさせるためには、加湿器に接続するエアコンプレッサガスラインと燃料電池出口ガスライン、及び、これらラインが加湿器をバイパスするためのバイパスラインに合計４個のバルブを設置することが必要となる。また、これらすべての開閉制御が必要となる。さらには、加湿器の機能の一つである熱交換機能が果たされなくなるため、掃気前のエアコンプレッサガス温度制御が必要となる。
すなわち、バルブ数追加による補機増加となり、重量、コストアップと燃費の悪化、配管の複雑化（カソードシステムの大型化）、及び、掃気時の制御項目が増える等の問題点がある。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、補機の増加を抑え、簡易な構成で掃気時の加湿を抑制することにより高速な掃気を実現する燃料電池の掃気方法、加湿器、及び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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池の掃気方法は、加湿器により加湿された酸化ガスを用いて電気化学反応による発電を行なう燃料電池を掃気する方法において、前記加湿器は、その内部の一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器の前記酸化ガス流路の外周部の流れを阻害し、中央部の流量を相対的に増加させた状態で、該加湿器を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なうものである。
【０００９】
外周部は加湿性能が中央部よりも高い。この特性を利用し、掃気時には外周部の流れを相対的に中央部よりも低くすることで、加湿器の加湿性能を低下させる。その結果、燃料電池を掃気するガスの加湿量が低下し、燃料電池の掃気時間を短縮化できる。
掃気時には、ガスが外周部を全く流れないようにしてもよい。
【００１０】
また、本発明の燃料電池の掃気方法は、加湿器により加湿された酸化ガスを用いて電気化学反応による発電を行なう燃料電池を掃気する方法において、前記加湿器は、その内部の一端部から他端部へ前記酸化ガスが流動するものであり、該加湿器の前記酸化ガス流路の外周部を冷却した状態で、該加湿器を通過した前記酸化ガスにより前記燃料電池の掃気を行なうものである。
【００１１】
外周部は加湿性能が中央部よりも高い。また、加湿器は温度が高いほど加湿性能が高い。この特性を利用し、掃気時には外周部の温度を低下させ、加湿性能を低下させる。その結果、燃料電池を掃気するガスの加湿量が低下し、燃料電池の掃気時間を短縮化できる。
【００１２】
また、本発明の加湿器は、一端部から他端部へガスを導き、その過程で該ガスが加湿される流路を備えた加湿器において、前記流路の外周部に、該流路と交差するタンクが配置され、該タンク内に流体が貯留されることにより、前記流路外周部が遮断されるものである。
【００１３】
タンク内に流体（例えば水）を溜めた場合、水が圧損となって流路外周部におけるガス流が阻害される。その結果、加湿性能が高い外周部での流量が低下することとなり、加湿性能が低い流路中央部の流量が相対的に増加する。その結果、加湿器の加湿性能が低下する。
【００１４】
また、本発明の加湿器は、一端部から他端部へガスを導き、その過程で該ガスが加湿される流路を備えた加湿器において、前記流路の外周部に、前記流路外周部を冷却する冷却手段が設けられているものである。
【００１５】
流路の外周部は加湿性能が中央部よりも高い。また、加湿器は温度が高いほど加湿性能が高い。したがって、冷却手段により外周部の温度を低下させると、加湿器の加湿性能が低下する。
【００１６】
冷却手段は、冷媒を流すことにより外周部のガスを冷却させる構造を採用することができる。すなわち、燃料電池システムに適用された場合、該加湿器の冷却手段に対して、前記冷媒を導く冷却ラインが、燃料電池を冷却する冷媒を循環させる冷媒配管系から分岐するように構成することができる。これにより、加湿器の流路外周部の冷却を容易に実現できる。
【００１７】
また、本発明の加湿器は、一端部から他端部へガスを導き、その過程で該ガスが加湿される流路を備えた加湿器において、流路中央部と流路外周部とに対して独立にガスが供給されるものである。
【００１８】
より具体的には、流路外周部にガスを導入する中心部ラインと、流路外周部にガスを導入する外周部ラインとを備え、少なくとも外周部ラインの流路を開閉するシャットバルブを設ける。これにより、シャットバルブを閉じて外周部ラインに対するガスの供給を停止すれば、全てのガスが中央部ラインを通過し、これにより加湿性能の高い流路外周部の使用を停止できる。その結果、燃料電池を掃気するガスの加湿量が低下する。
【００１９】
また、このような加湿器を備えた燃料電池システムとして、燃料電池と、該燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、前記燃料電池から排気された酸化ガスのオフガスを導く排気路と、前記酸化ガスのオフガスを用いて前記燃料電池に供給される酸化ガスを加湿する加湿器として上記加湿器を備えた燃料電池システムとしてもよい。
【００２０】
上記加湿器を備えていることにより、掃気時における加湿器の加湿性能を低下させることができ、燃料電池に対して低湿度のガスを供給することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の燃料電池の掃気方法、加湿器、及び燃料電池システムによれば、加湿器をバイパスさせる流路を設けることなく、加湿器の加湿性能を容易に低下させることができ、その結果、重量増加、配管系の複雑化、及びコスト増大と燃費悪化等の問題を招くことなく、燃料電池の掃気を迅速に行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
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、及び該加湿器を備えた燃料電池システムについて説明する。まず、本実施形態の加湿器を適用可能な燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載することができるが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。
【００２３】
図１に示した燃料電池システム１は、燃料電池２と、酸化ガスとしての空気（酸素）を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４と、燃料電池２に冷媒を供給して燃料電池２を冷却する冷媒配管系５と、システム１の電力を充放電する電力系６と、システム全体を統括制御する制御部７と、を備えている。
【００２４】
燃料電池２は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備えている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極（カソード）を有し、他方の面に燃料極（アノード）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している。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。燃料電池２での電気化学反応は発熱反応であり、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、燃料電池２に供給される酸化ガスが流れる供給路１１と、燃料電池２から排出された酸化オフガスが流れる排出路１２と、を有している。供給路１１の下流端は酸化ガス流路２ａの上流端に連通し、排出路１２の上流端は酸化ガス流路２ａの下流端に連通している。また、酸化オフガスは、燃料電池２の電池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。
【００２６】
供給路１１には、エアクリーナ１３を介して酸化ガス（外気）を取り込むコンプレッサ１４（圧縮機）と、コンプレッサ１４によって燃料電池２に圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられている。加湿器１５は、供給路１１を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、排出路１２を流れる高湿潤状態の酸化オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池２に供給される酸化ガスを適度に加湿する。
【００２７】
燃料電池２に供給される酸化ガスの背圧は、カソード出口付近の排出路１２に配設された調圧弁１６によって調圧される。調圧弁１６は、例えばステップモータで駆動する弁であり、制御部７に電気的に接続されている。調圧弁１６の弁開度は、制御部７によって、全開、半開及び全閉を含む任意の範囲で調整可能に構成されている。酸化オフガスは、調圧弁１６及び加湿器１５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。
【００２８】
燃料ガス配管系４は、水素供給源２１と、水素供給源２１から燃料電池２に供給される水素ガスが流れる供給路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を供給路２２の合流点Ａに戻すための循環路２３と、循環路２３内の水素オフガスを供給路２２に圧送するポンプ２４と、循環路２３に分岐接続されたパージ路２５と、を有している。元弁２６を開くことで水素供給源２１から供給路２２に流出した水素ガスは、調圧弁２７その他の減圧弁、及び遮断弁２８を経て、燃料電池２に供給される。パージ路２５には、水素オフガスを水素希釈器（図示省略）に排出するためのパージ弁３３が設けられている。
【００２９】
冷媒配管系５は、燃料電池２内の冷却流路２ｃに連通する冷媒流路４１と、冷媒流路４１に設けられた冷却ポンプ４２と、燃料電池２から排出される冷媒を冷却するラジエータ（冷却手段）４３と、ラジエータ４３をバイパスするバイパス流路４４と、ラジエータ４３及びバイパス流路４４への冷却水の通流を設定する切替え弁４５と、を有している。冷却ポンプ４２は、モータ駆動により、冷媒流路４１内の冷媒を燃料電池２に循環供給する。
【００３０】
電力系６は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、バッテリ６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４、及び各種の補機インバータ６５，６６，６７を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ６３側に出力する機能と、燃料電池２又はトラクションモータ６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ６２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１のこれらの機能により、バッテリ６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
【００３１】
トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４（動力発生装置）は、例えば三相交流モータである。トラクションモータ６４は、燃料電池システム１が搭載される例えば車両１００の主動力源を構成し、車両１００の車輪１０１Ｌ，１０１Ｒに連結されている。補機インバータ６５、６６、６７は、それぞれ、コンプレッサ１４、ポンプ２４、冷却ポンプ４２のモータ１４ａ、２４ａ、４２ａの駆動を制御する。
【００３２】
制御部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。
【００３３】
制御部７は、ガス系統（３，４）や冷媒系統５に用いられる圧力センサ及び温度センサ、燃料電池システム１が置かれる環境の外気温を検出する外気温センサ、並びに、車両１００のアクセル開度を検出するアクセル開度センサなどの各種センサからの検出信号を入力し、各構成要素（コンプレッサ１４、調圧弁１６など）に制御信号を出力する。
【００３４】
図２に加湿器１５を示した。加湿器１５は、ケーシング８０の内部に中空糸束８１を収容してなる。中空糸束８１は複数の中空糸８１ａの束であり、一端（例えば紙面上端）側のケーシング８０に設けられた圧縮酸化ガス入口８０ａから導入された圧縮酸化ガスが各中空糸８１ａに流入し、ケーシング８０の他端（例えば紙面下端）に設けられた圧縮酸化ガス出口８０ｂから排出されるようになっている。ケーシング８０の周壁には、圧縮酸化ガス出口８０ｂの近傍に加湿ガス入口８０ｃが設けられ、圧縮酸化ガス入口８０ａの近傍に加湿ガス出口８０ｄがそれぞれ設けられている。
【００３５】
さらに、ケーシング８０の両端部には、ポッティング部８３が設けられている。圧縮酸化ガス入口８０ａ側のポッティング部８３には水タンク８５が設けられている。さらに中空糸束８１の圧縮酸化ガス入口８０ａ近傍の外周側は切断されて、水タンク８５の一部が中空糸束８１の外周部の内側に挿入された状態となっている。
水タンク８５は、気液分離器８６に貯留した液体状態の水が、流路８７を介して供給されるようになっている。流路８７には、供給シャットバルブ８８が設けられている。さらに水タンク８５から水を排水する排水路８９が設けられ、排水路８９には排気シャットバルブ９０が設けられている。気液分離器８６は、加湿器１５の入口側または出口側にてガスから水を取り出すように構成することができる。
【００３６】
このように構成された加湿器１５を使用した燃料電池２の掃気方法について説明する。なお、本掃気制御は制御部７により行なわれる。まず、カソードライン掃気時に、まず排気シャットバルブ９０を閉、供給シャットバルブ８８を開とし、気液分離器８６に溜まった水を水タンク８５に投入開始する。所定時間投入したら供給シャットバルブ８８を閉じる。
続いて、コンプレッサ１４を掃気流量流し、カソードラインを掃気する。加湿器１５に対しては、圧縮酸化ガス入口８０ａから乾燥した圧縮酸化ガスが導入され、加湿ガス入口８０ｃへは燃料電池２から排出された高湿度の酸化オフガスが導入される。乾燥した圧縮酸化ガスは、中空糸束８１を介して高湿度の酸化オフガスにより加湿される。その後、圧縮酸化ガスは圧縮酸化ガス出口８０ｂから排出され、酸化オフガスは加湿ガス出口８０ｄから排出する。
【００３７】
ここで、一般に、中空糸束８１の外周部は加湿性能が高く、中心部は加湿性能が低い（図３参照）。上記のように外周部には水が投入された水タンク８５が設けられているため、加湿器１５内のガス流れの抵抗は水を投入した外周部において大きくなり、酸化ガスが流れにくくなる。この場合のガス（圧縮酸化ガス）は、加湿性能の低い中心部を主として流れるようになり、その結果、導入された酸化ガスに対する加湿の程度が抑えられて加湿器１５から排出され、燃料電池２に導入される。
【００３８】
掃気終了後、排気シャットバルブ９０を開き、水タンク８５内の水を排出する。通常運転時には水タンク８５に水を貯留させない状態で加湿器１５を使用する。
【００３９】
以上のように構成された本実施形態の加湿器１５では、加湿性能が低い中心部を酸化ガスが流れることにより、掃気時の酸化ガス加湿量が低減し、燃料電池２への加湿量を低下させることができる。すなわち、重量増加、配管系の複雑化、及びコスト増大と燃費悪化等の問題を招くことなく、燃料電池を迅速に掃気することが可能となる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、燃料電池システムの全体構成は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図４に示した本実施形態に係る加湿器９５は、冷媒系統５から冷却水が導入され、中空糸束の外周部が冷却される構成である。加湿器９５は、ケーシング９６の内部に中空糸束８１を収容してなる。中空糸束８１は複数の中空糸８１ａの束であり、一端（例えば紙面上端）側のケーシング８０に設けられた圧縮酸化ガス入口９６ａから導入された供給路１１の圧縮酸化ガスが各中空糸８１ａに流入し、ケーシング９６の他端（例えば紙面下端）に設けられた圧縮酸化ガス出口９６ｂから排出される。ケーシング９６の周壁には、圧縮酸化ガス出口９６ｂの近傍に加湿ガス入口９６ｃが設けられ、圧縮酸化ガス入口９６ａの近傍に加湿ガス出口９６ｄがそれぞれ設けられている。さらに、ケーシング９６の両端部には、ポッティング部９７が設けられている。
【００４１】
本実施形態の加湿器９５では、中空糸束８１とケーシング９６の内壁との間に、外周部冷却用ライン９８が設けられている。外周部冷却用ライン９８は、ケーシング９６の長手方向一端から他端へ延在する複数の冷却水配管であり、その一端に対して、冷媒流路４１から分岐した冷却ライン９９を介してラジエータ４３により冷却された冷却水が供給され、他端から排出された冷却水が再び冷媒流路４１へ戻されるようになっている。冷却ライン９９には、冷却ライン９９に対する冷却水の供給を開閉するシャットバルブ９４が設けられている。
【００４２】
このように構成された加湿器９５を使用した燃料電池２の掃気方法について説明する。なお、本掃気制御は制御部７により行なわれる。まず、カソードライン掃気時に、シャットバルブ９４を開き、加湿器９５の外周部冷却用ライン９８に冷却水を流す。
続いて、コンプレッサ１４を掃気流量流し、カソードラインを掃気する。加湿器９５に対しては、圧縮酸化ガス入口９６ａから乾燥した圧縮酸化ガスが導入され、加湿ガス入口９６ｃへは燃料電池２から排出された高湿度の酸化オフガスが導入される。乾燥した圧縮酸化ガスは、中空糸束８１を介して高湿度の酸化オフガスにより加湿される。その後、圧縮酸化ガスは圧縮酸化ガス出口９６ｂから排出され、酸化オフガスは加湿ガス出口９６ｄから排出する。
【００４３】
その際、加湿器９５の外周部は冷却水により温度が低下し、加湿性能が低下する。すなわち、加湿性能が高い外周部の加湿性能を冷却水によって低下させることで、低湿度の酸化ガスが燃料電池２に供給される。
通常運転時にはシャットバルブ９４を閉じて加湿器９５外周部が冷却されない状態で加湿器９５を使用する。
【００４４】
以上のように構成された本実施形態の加湿器９５では、加湿器９５の加湿性能を低下させることにより、掃気時の酸化ガス加湿量が低減し、燃料電池２への加湿量を容易に低下させることができる。すなわち、重量増加、配管系の複雑化、及びコスト増大と燃費悪化等の問題を招くことなく、燃料電池を迅速に掃気することが可能となる。
【００４５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、燃料電池システムの全体構成は上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図５に示した加湿器１０２は、ケーシング１０３の内部に中空糸束８１を収容してなる。中空糸束８１は複数の中空糸８１ａの束であり、一端（例えば紙面上端）側のケーシング１０３に設けられた中心部ガス投入口１０４、及び外周部ガス投入口１０５から導入された供給路１１の圧縮酸化ガスが各中空糸８１ａに流入し、ケーシング１０３の他端（例えば紙面下端）に設けられた圧縮酸化ガス出口１０３ｂから排出される。ケーシング１０３の周壁には、圧縮酸化ガス出口１０３ｂ近傍に加湿ガス入口１０３ｃが設けられ、他端側に加湿ガス出口１０３ｄが設けられている。さらに、ケーシング１０３の両端部には、ポッティング部１０６が設けられている。
【００４６】
中心部ガス投入口１０４は、中空糸束８１の中心部に対向して開口しており、中心部ガス投入口１０４を通じて供給路１１から連続する中心部ライン１０８から導入された圧縮酸化ガスが中空糸束８１の中心部に導かれる。外周部ガス投入口１０５は、中心部ガス投入口１０４を取り囲んで位置し、外周部ガス投入口１０５を通じて、供給路１１から分岐した外周部ライン１０７から導入された圧縮酸化ガスが、中空糸束８１の外周部に導かれる。外周部ライン１０７にはシャットバルブ１０９が設けられ、シャットバルブ１０９を開閉することにより、供給路１１のガスを加湿器１０２の中心部にのみ流すか、中心部と外周部の両方に流すかを決定することができる。
【００４７】
このように構成された加湿器１０２を使用した燃料電池の掃気方法について説明する。なお、本掃気制御は制御部７により行なわれる。まず、カソードライン掃気時に、シャットバルブ１０９を閉じ、供給路１１から導入される酸化ガスを全量中心部ライン１０８にて中心部ガス投入口１０４に投入する。
コンプレッサ１４を掃気流量流し、カソードラインを掃気する。加湿器１０２の中心部に対しては、中心部ガス投入口１０４から乾燥した圧縮酸化ガスが導入され、加湿ガス入口１０３ｃへは燃料電池２を排出した高湿度の酸化オフガスが導入される。乾燥した圧縮酸化ガスは、中空糸束８１を介して高湿度の酸化オフガスにより加湿される。その後圧縮酸化ガスは圧縮酸化ガス出口１０３ｂから排出され、酸化オフガスはケーシング１０３から排出する。
通常運転時にはシャットバルブ１０９を開いた状態で、外周部ガス投入口１０５を経て供給路１１から酸化ガスが加湿器１０２の外周部に対しても送られるようにした状態で加湿器１０２を使用する。
【００４８】
以上のように構成された本実施形態の加湿器１０２では、加湿性能が高い加湿器１０２の外周部を使用しないことにより、掃気時の酸化ガス加湿量が低減し、燃料電池２への加湿量を容易に低下させることができる。すなわち、重量増加、配管系の複雑化、及びコスト増大と燃費悪化等の問題を招くことなく、燃料電池を迅速に掃気することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る加湿器を備えた燃料電池システムの一実施形態を概略的に示したシステム構成図である。
【図２】同加湿器を拡大した断面図である。
【図３】同加湿器の水タンク設置位置と加湿性能との関係を示した図である。
【図４】第２実施形態として示した加湿器の断面図である。
【図５】第３実施形態として示した加湿器の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…燃料電池システム、２…燃料電池、３…酸化ガス配管系、５…冷媒配管系、７…制御部、１１…供給路、１２…排出路、１４…コンプレッサ、１５…加湿器、２３…循環路、４１…冷媒流路、４３…ラジエータ（冷却手段）、８５…水タンク、９５…加湿器、９８…外周部冷却用ライン、９９…冷却ライン、１０２…加湿器
【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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