(57)【要約】【課題】  燃料電池からの排出空気に含まれる水を凝縮回収し、回収された水を燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、小型で搭載性がよく、効率の良い水回収が可能な凝縮回収器の提供を目的とする。【解決手段】  燃料電池１から排出される酸化剤ガスの排出経路２１に設けられた凝縮回収器２４は、熱交換部５０と出口側タンク５２とを有しており、出口側タンク５２は、酸化剤ガスを外部へ排出するガス流出口５４と、出口側タンク５２内部のガス流出口５４の下流側に設けられ、酸化剤ガスに含まれる水を捕捉するトラップ部材５５とを有しており、トラップ部材５５は、熱交換部５０に近い側の第１面５５ａが熱交換部５０を通過した酸化剤ガスの流れに略直交するように配置され、捕捉した水を第１面５５ａから熱交換部５０に遠い側の第２面５５ｂに通過させる。【選択図】図２
2008130484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１）と、
前記燃料電池（１）から排出される前記酸化剤ガスの排出経路（２１）と、
前記排出経路（２１）に設けられた凝縮回収器（２４）とを備えており、
前記凝縮回収器（２４）は、外気と前記酸化剤ガスとを熱交換させる熱交換部（５０）と、前記熱交換部（５０）を通過した前記酸化剤ガスが供給される出口側タンク（５２）とを有しており、
前記出口側タンク（５２）は、前記熱交換部（５０）を通過した前記酸化剤ガスを外部へ排出するガス流出口（５４）と、前記出口側タンク（５２）内部の前記ガス流出口（５４）の下流側に設けられ、前記酸化剤ガスに含まれる水を捕捉するトラップ部材（５５）とを有しており、
前記トラップ部材（５５）は、前記熱交換部（５０）に近い側の第１面（５５ａ）が前記熱交換部（５０）を通過した前記酸化剤ガスの流れに略直交するように配置され、捕捉した水を前記第１面（５５ａ）から前記熱交換部（５０）に遠い側の第２面（５５ｂ）に通過させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記トラップ部材（５５）は、前記第１面（５５ａ）から前記第２面（５５ｂ）に貫通する貫通孔を有する多孔体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記多孔体は、発泡金属で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記トラップ部材（５５）は、孔径の異なる２層以上の前記多孔体の積層体で構成されており、
前記積層体は、前記熱交換部（５０）に近づくにつれて孔径の大きな前記多孔体が積層されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記多孔体は、断面波形状に形成されている波形部材（６２）と平板部材（６３）とが交互に積層されて構成されており、
前記貫通孔は、前記波形部材（６２）と前記平板部材（６３）との間に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記トラップ部材（５５）は、多数個の孔が設けられ、孔径の異なる２層以上の板状部材で構成されており、前記熱交換部（５０）に近い側ほど孔径の大きな前記板状部材を設けることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記出口側タンク（５２）の内部における、前記トラップ部材（５５）の前記第２面（５５ｂ）側に設けられ、前記トラップ部材（５５）により前記酸化剤ガスから分離される水を貯蔵する貯留部（５６）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記貯留部（５６）は、貯蔵された水を排出する水排出部（６１）が設けられており、
前記水排出部（６１）は、前記貯留部（５６）に貯蔵された水を供給する送液ポンプ（６０）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素と空気（酸素）との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池システムが知られている。燃料電池システムでは、発電に伴い水が発生する。そこで、燃料電池からの排出空気に含まれる水を凝縮回収し、回収された水を燃料電池に供給して潜熱冷却を行う燃料電池システムが知られている。
【０００３】
しかし、従来の排出空気に含まれる水を回収する水回収システムでは、空冷の凝縮器により排ガス中の水蒸気を凝縮し、気液分離器により凝縮水と排出空気とを分離している。そのため、凝縮器の他に、気液分離器が必要になり、システムが大掛かりになるという問題があった。
【０００４】
そこで、燃料電池からの排出空気に含まれる水を凝縮回収し、回収された水を燃料電池に供給する燃料電池システムに関し、気液分離器を不要とする構成が知られている（例えば、特許文献１、２）。
【特許文献１】特開２００３−２８８９２４号公報
【特許文献２】実開平６−２９００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、凝縮器の空気排出口側タンク内部に気液分離手段として設けられたバッフルプレート３３、案内板３７が設置されているため、燃料電池から排出される空気の圧損が大きくなる。そのため、燃料電池の空気側の圧力が上がり、その分燃料電池に空気を供給する供給装置の動力が増大し、システム効率が低下するという課題がある。
【０００６】
さらに、液水を分離する部材として板材に多数の孔を設けたドレインボードを用いているが、１枚のドレインボードで構成されているため、孔径が大きい場合は液水とともに空気も流出し、孔径が小さい場合は水の表面張力が働くため、液水の分離効率が悪いという欠点がある。また、気液分離手段をバッフルプレート３３等の多数部材から構成しているため、体格が大きくなり搭載性が悪いという問題もある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の燃料電池システムでは、凝縮器内部に設けられた熱交換部の下流であって出口側タンクに設けられた排気ガス流出口の上流位置に、通気性フィルタが設けられている。この凝縮器の構成を燃料電池システムに適用した場合、燃料電池から大流量の排出空気が流れるため、容器の下部に溜まった凝縮水の大部分は排出空気と共に排気ガス流出口から流出してしまうという欠点がある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、燃料電池からの排出空気に含まれる水を凝縮回収し、回収された水を燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、小型で搭載性がよく、効率の良い水回収が可能な凝縮回収器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学反応させて電力を得る燃料電池（１）と、燃料電池（１）から排出される酸化剤ガスの排出経路（２１）と、排出経路（２１）に設けられた凝縮回収器（２４）とを備えており、凝縮回収器（２４）は、外気と酸化剤ガスとを熱交換させる熱交換部（５０）と、熱交換部（５０）を通過した酸化剤ガスが供給される出口側タンク（５２）とを有しており、出口側タンク（５２）は、熱交換部（５０）を通過した酸化剤ガスを外部へ排出するガス流出口（５４）と、出口側タンク（５２）内部のガス流出口（５４）の下流側に設けられ、酸化剤ガスに含まれる水を捕捉するトラップ部材（５５）とを有しており、トラップ部材（５５）は、熱交換部（５０）に近い側の面である第１面（５５ａ）が熱交換部（５０）を通過した酸化剤ガスの流れに略直交するように配置され、捕捉した水を第１面（５５ａ）から熱交換部（５０）に遠い側の面である第２面（５５ｂ）に通過させることを特徴とする。
【００１０】
これにより、熱交換部（５０）から出口側タンク（５２）に供給される酸化剤ガスは、トラップ部材（５５）が抵抗となって、酸化剤ガスの流れ方向を変化させることができ、トラップ部材（５５）の上流側に設けられたガス流出口（５４）より空気排出経路（２１）に排出させることができる。また、トラップ部材（５５）により熱交換部（５０）から流出される水は、水の慣性力によりトラップ部材（５５）と衝突するため、容易に水の捕捉することができる。そのため、出口側タンク（５２）内にトラップ部材（５５）を設けて熱交換部（５０）から流出する水を回収する場合であっても、排出空気はトラップ部材（５５）を通過しないので、凝縮回収器（２４）内部での圧損を抑制することができる。また、水の慣性力を利用して、効率の良い水回収をすることができる。
【００１１】
また、トラップ部材（５５）は、第１面（５５ａ）から第２面（５５ｂ）に貫通する貫通孔を有する多孔体で構成されている場合、熱交換部（５０）から出口側タンク（５２）に供給される酸化剤ガスに含まれる水は、多孔体の第１面（５５ａ）で捕捉され、第２面（５５ｂ）を通過するため、効率の良い水回収をすることができる。なお、多孔体は、空隙率が高いほど水の吸収率が上昇するため、空隙率の高い多孔体を用いることでより水回収効率を向上させることができる。
【００１２】
また、多孔体は、発泡金属で構成されている場合、他の多孔体などに比べ柔軟性や強度を有するため、排出空気の高圧力に対して耐えることができる。なお、発泡金属が出口側タンク（５２）と同様の金属である場合には、ろう付け加工ができるため簡素な構成とすることができる。
【００１３】
また、トラップ部材（５５）は、孔径の異なる２層以上の多孔体の積層体で構成されており、積層体は、熱交換部（５０）に近づくにつれて孔径の大きな多孔体が積層されている場合、熱交換部（５０）から出口側タンク（５２）に供給される酸化剤ガスに含まれる水は、孔径の大きな多孔体により捕捉され、水の表面張力による毛細管現象により吸収される。多孔体の孔径が小さいほど表面張力による毛細管力は大きくなるため、捕捉された水は効率よく次の層へと移動させることができる。そのため、トラップ部材（５５）による、水回収効率を向上させることができる。
【００１４】
また、多孔体は、断面波形状に形成されている波形部材（６２）と平板部材（６３）とが交互に積層されて構成されており、貫通孔は、波形部材（６２）と平板部材（６３）との間に形成されている場合、熱交換部（５０）から出口側タンク（５２）に供給される酸化剤ガスに含まれる水は、表面張力により断面波形状の頂部に捕捉される。
【００１５】
また、トラップ部材（５５）は、多数個の孔が設けられ、孔径の異なる２層以上の板状部材で構成されており、熱交換部（５０）に近い側ほど孔径の大きな板状部材を設ける場合、孔径の大きな板状部材で、熱交換部（５０）から流出される酸化剤ガスに含まれる水を捕捉することができ、孔径の大きな板状部材の次の層に設けられた孔径の小さな板状部材が酸化剤ガスの流れの抵抗となるため、多数個の孔が設けられる一枚の板状部材で構成されるトラップ部材（５５）よりも効率の良い水回収をすることができる。
【００１６】
また、出口側タンク（５２）の内部であって、トラップ部材（５５）の第２面（５５ｂ）側に設けられ、トラップ部材（５５）により酸化剤ガスから分離される水を貯蔵する貯留部（５６）を備える場合、別途水回収タンクを設けることなく酸化剤ガスから分離される水を貯蔵することができるため、燃料電池システムの構成を小型化することができる。
【００１７】
また、貯留部（５６）は、貯蔵された水を排出する水排出部（６１）が設けられており、水排出部（６１）は、貯留部（５６）に貯蔵された水を送り出す送液ポンプ（６０）を備える場合、凝縮回収器（２４）と送液ポンプ（６０）を一体とした構成とできるため、燃料電池システムの構成を小型化することができる。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムについて図１〜図２に基づいて説明する。本第１実施形態は、燃料電池システムを、燃料電池１を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用したものである。
【００２０】
図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムの概念図である。図１に示すように、燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１を備えている。ここで、水素が本発明の燃料ガスに相当し、酸素を含んだ空気が本発明の酸化剤ガスに相当する。
【００２１】
本実施形態では燃料電池１として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、電解質膜の両側面に電極が接合されたＭＥＡと、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータから構成されるセルが複数個積層され、かつ電気的に直列接続されている。燃料電池１では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
【００２２】
（水素極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（酸素極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
燃料電池システムには、燃料電池１の水素極に供給される水素が通過する水素供給経路１０と、燃料電池１の水素極から排出される水素極側排ガスが通過する水素排出経路１１が設けられている。水素供給経路１０の最上流部には、燃料電池１の水素極に水素を供給するための水素供給装置１２が設けられている。本実施形態では、水素供給装置１２として、高圧の水素が充填された水素タンクを用いている。
【００２３】
水素供給経路１０には、上流側から順に第１シャット弁１３、調圧弁１４、第２シャット弁１５が設けられている。燃料電池１に水素を供給する際には、第１シャット弁１３と第２シャット弁１５を開き、調圧弁１４によって所望の水素圧力にして燃料電池１に供給する。車両停止時には、安全のため第１シャット弁１３、第２シャット弁１５は閉められる。
【００２４】
水素排出経路１１には、第３シャット弁１６が設けられている。必要に応じて第３シャット弁１６を開くことで、燃料電池１の水素極側から水素排出経路１１を介して、未反応水素、蒸気（あるいは水）および空気極側から電解質膜を通過して水素極側に混入した窒素、酸素などの不純物が排出される。
【００２５】
燃料電池システムには、燃料電池１の空気極（酸素極）に供給される空気が通過する空気供給経路２０と、燃料電池１の空気極から排出される空気極側排出ガスが通過する空気排出経路２１が設けられている。空気供給経路２０には、空気を供給するための空気供給装置２２が設けられている。本第１実施形態では、空気供給装置２２として空気圧縮機を用いている。空気供給装置２２は圧縮機用モータと機械的に接続されている。空気排出経路２１には、所望の圧力になるよう空気の排気圧力を調整する調圧弁２３が設けられている。
【００２６】
燃料電池１は発電の際、上記電気化学反応により熱が発生する発熱体である。燃料電池１は発電効率確保のために運転中一定温度（例えば７０℃程度）に維持する必要がある。また、燃料電池１内部の電解質膜は、所定の許容上限温度を超えると、高温により破壊されるため、燃料電池１の温度を許容温度以下に保持する必要がある。
【００２７】
そのため、燃料電池システムには、燃料電池１を冷却するための冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ４３、ファン４２を備えたラジエータ４１（放熱器）が設けられている。
【００２８】
冷却水経路４０には、冷却水をラジエータ４１をバイパスさせるためのバイパス経路４４が設けられている。冷却水経路４０とバイパス経路４４との合流点には、バイパス経路４４に流れる冷却水流量を調整するための流路切替弁４５が設けられている。
【００２９】
さらに、燃料電池システムには、燃料電池１を冷却するために潜熱冷却システムが設けられている。潜熱冷却システムには、空気排出経路２１を通過する空気（空気極側排出ガス）に含まれる水蒸気を凝縮回収する凝縮回収器２４、凝縮回収された水を燃料電池１に供給するための水供給配管２６が設けられている。ここで、凝縮回収器２４には、外気を導入するファン２５が設けられている。本実施形態では、凝縮回収器２４への外気の導入手段としてファン２５を利用しているが、外気の導入手段として走行風を利用することもできる。凝縮回収器２４の構成については、後で詳述する。
【００３０】
燃料電池システムには、各種制御を行う制御手段としての制御部１００（ＥＣＵ）が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。
【００３１】
次に、本実施形態で用いる凝縮回収器２４について図２に基づいて詳述する。図２は、本実施形態で用いる凝縮回収器２４の全体構成図であり、図２（ａ）は凝縮回収器２４の正面図、図２（ｂ）は凝縮回収器２４の側面図を示している。なお、説明の便宜のため、図２（ａ）、図２（ｂ）の出口側タンク５２については、正面および側面の透視した状態を示している。
【００３２】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、凝縮回収器２４は、排出空気が流通する複数本のチューブ、チューブの外表面に接合された波状のフィンからなる熱交換部５０、チューブにおける排出空気の流入出方向両端側に設けられて複数本のチューブと連通する入口側タンク５１、出口側タンク５２から構成される。また、本実施形態では、長手方向が略垂直方向となるように熱交換部５０のチューブとフィンを配し、チューブの長手方向の両端に入口側タンク５１および出口側タンク５２を配した所謂ダウンフロー型の凝縮回収器２４を用いている。
【００３３】
入口側タンク５１は、長手方向の一端近傍に空気導入口５３が設けられている。空気導入口５３と凝縮回収器２４の上流側の空気排出経路２１とを接続することで燃料電池１からの排出空気が入口側タンク５１に導入される。入口側タンク５１に導入された排出空気は、熱交換部５０に流れる。
【００３４】
出口側タンク５２は、長手方向の入口側タンク５１に設けられた空気導入口５３の反対側の端部近傍に空気排出口５４が設けられている。空気排出口５４は、熱交換部５０を通過した空気の流れと略直交する方向に空気を出口側タンク５２から排出させる構成で設けられている。熱交換部５０から供給される排出空気は、水に比べ慣性力が大きくないため、出口側タンク５２に設けられた空気排出口５４を介して空気排出経路２１に流れ外部に排出される。
【００３５】
ここで、空気排出口５４は、熱交換部５０を通過する空気の流れと略直交する方向に空気を出口側タンク５２から排出される構成で設けられているが、出口側タンク５２の上流側方向又は下流側方向に傾斜角度をつける構成で設けてもよい。
【００３６】
出口側タンク５２は、空気排出口５４の下流側に熱交換部５０により凝縮された水を捕捉し、捕捉された水を通過させるトラップ部材５５が設けられている。トラップ部材５５は、熱交換部５０に近い側の第１面５５ａが熱交換部５０を通過した空気の流れに略直交するように配置されている。本実施形態のトラップ部材５５は、出口側タンク５２の長手方向を横断し、出口側タンク５２の下方側を閉塞するように設けられているが、一部に隙間を設ける構成としても良い。
【００３７】
トラップ部材５５は、第１面５５ａから第２面５５ｂに貫通する貫通孔を有する多孔体を用いて構成されている。トラップ部材５５は、熱交換部５０で凝縮された水が衝突する第１面５５ａで水を捕捉することができ、多孔体の貫通孔を介して第２面５５ｂで捕捉された水を落下させることができる。
【００３８】
トラップ部材５５を構成する多孔体として、例えば、発泡金属、多孔質セラミックス等を使用することができる。多孔体は、空隙率が高いほど水の吸収率が上昇するため、空隙率の高い多孔体を用いることでより水回収効率を向上させることができる。ここで、多孔体として発泡金属を使用する場合、発泡金属は、他の多孔体などに比べ柔軟性や強度を有するため、排出空気の高圧力に対して耐えることができる。なお、発泡金属が出口側タンク５２と同様の金属である場合には、ろう付け加工ができるため簡素な構成とすることができる。
【００３９】
出口側タンク５２の底部は、中央付近にトラップ部材５５から落下する水を貯蔵する貯留部５６が設けられ、貯留部５６の左右には貯留部５６に向かって下方へ傾斜する排水用傾斜面５７、５８が形成されている。
【００４０】
貯留部５６には、水に含まれるイオンを吸着するためイオン吸着装置５９が設けられている。また、貯留部５６には貯蔵された水を排出して、燃料電池１に供給するための水供給配管２６が接続されている。貯留部５６と水供給配管２６の接続部には、送液ポンプ６０が設けられている。
【００４１】
送液ポンプ６０は、図示しない送液ポンプ用モータを回転させることにより送液ポンプ６０を回転させて水供給配管２６を介して燃料電池１に貯留部５６内の水を供給する。ここで、送液ポンプ６０は、燃料電池１に供給させる水は多くないため小型のポンプを用いることができる。
【００４２】
上記構成の燃料電池システムでは、空気供給経路２０および水素供給経路１０から燃料電池１に空気および水素が供給されることで、燃料電池１では発電が行われる。燃料電池１の発電に伴い燃料電池１の空気極側では生成水が発生し、この生成水は、空気極側排出ガスに含まれる状態で燃料電池１から排出される。空気（空気極側排出ガス）に含まれる水蒸気は、空気排出経路２１に設けられた凝縮回収器２４に流入される。
【００４３】
水蒸気を含んだ空気は、空気排出経路２１から凝縮回収器２４の入口側タンク５１に流入し、熱交換部５０を介して出口側タンク５２に導かれる間に、外気と熱交換して冷却され排出空気中の水蒸気が凝縮され、液滴を含んだ排出空気となる。液滴を含んだ排出空気が、熱交換部５０から出口側タンク５２に流入し、トラップ部材５５に向かって流れる。
【００４４】
熱交換部５０で凝縮された水の慣性力は排出空気の慣性力に比べ大きいため、トラップ部材５５の第１面５５ａを空気の流れに直交させることで、熱交換部５０で凝縮された水は、その慣性力によりトラップ部材５５に直交した方向で衝突する。トラップ部材５５により衝突した水は捕捉され、排出空気は、空気排出口５４から空気排出経路２１に排出される。
【００４５】
トラップ部材５５により捕捉された水は、自重によりトラップ部材５５から落下する。トラップ部材５５から落下した水は、出口側タンク５２の底部に設けられた排水用傾斜面５７、５８を介して貯留部５６に貯蔵される。貯留部５６に貯蔵される水は、貯留部５６に設けられた水排出部６１と水供給配管２６との接合部に設けられた送液ポンプ６０により水供給配管２６を介して燃料電池１に供給される。
【００４６】
ここで、貯留部５６に貯蔵される水にはイオンが溶出している場合があるため、貯留部５６に設けられたイオン吸着装置５９により水に溶出するイオンを吸着する。燃料電池１に供給された水は、燃料電池１内部で蒸発し、蒸発する際の潜熱により冷却されることで燃料電池１の潜熱冷却を行う。
【００４７】
したがって、出口側タンク５２内にトラップ部材５５を設けて熱交換部５０から流出する水を回収する場合であっても、出口側タンク５２内部におけるトラップ部材５５の上流側に空気排出口５４を設けることで、排出空気はトラップ部材５５を通過しないので、凝縮回収器２４内部での圧損を抑制することができる。さらに、熱交換部５０から流出する水の慣性力を利用して、効率の良い水回収をすることができる。また、凝縮回収器２４の出口側タンク５２内部に水を貯蔵する貯留部５６と送液ポンプ６０を凝縮回収器２４と一体構成とするため、小型化することができ、搭載性を向上させることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３に基づいて説明する。本第２実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図３は、本実施形態で用いる凝縮回収器２４の全体構成であり、図３（ａ）は凝縮回収器２４の正面図、図３（ｂ）は凝縮回収器２４の側面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＡ部の拡大断面図を示している。なお、説明の便宜のため、図３（ａ）、図３（ｂ）の出口側タンク５２については、正面および側面の透視した状態を示している。
【００５０】
図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、凝縮回収器２４の出口側タンク５２は、空気排出口５４の下流側に熱交換部５０により凝縮された水を捕捉するトラップ部材５５が設けられている。
【００５１】
本実施形態の熱交換部５０により凝縮された水のトラップ部材５５は、熱交換部５０に近づくにつれて孔径の大きな多孔体を積層する構成としている。図３（ｃ）では、孔径の異なる３層の多孔体を用いており、孔径が大きい多孔体を第１層とし、次に第１層の多孔体よりも小さい孔径を有する多孔体を第２層、最下層に第２層の多孔体よりも小さい孔径を有する多孔体を第３層としている。
【００５２】
熱交換部５０から出口側タンク５２に供給される水は、水の慣性力により第１層目の多孔体に衝突し捕捉される。第１層目の多孔体で捕捉された水は、水の表面張力による毛細管現象により第１層の多孔体内に吸収される。ここで、表面張力による毛細管現象は、多孔体の孔径が小さいほど毛細管力が大きくなるため、第１層の多孔体に捕捉された水は、その毛細管力により第２層、第３層へと効率よく移動する。第３層目の多孔体に浸透した水は、自重によりトラップ部材５５から落下し、排水用傾斜面５７、５８を介して、出口側タンク５２の底部にある貯留部５６に溜められる。
【００５３】
したがって、熱交換部５０から出口側タンク５２に供給される水をトラップ部材５５により捕捉し、出口側タンク５２の下流側に落下させることができ、効率よく空気と水を分離することができる。
【００５４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４に基づいて説明する。本第３実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５５】
図４は、本第３実施形態で使用するトラップ部材５５の部分拡大図である。図４（ａ）は波形部材６２と平板部材６３とが交互に積層されて構成されるトラップ部材５５の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の一部分の拡大図を示している。
【００５６】
図４（ｂ）に示すように、本実施形態で使用するトラップ部材５５は、第１面５５ａから第２面５５ｂに貫通する貫通孔を有する多孔体を用いている。多孔体は、熱交換部５０を通過した排出空気の流れ方向に略直交な断面形状が微小な波状（例えば、１辺が１ｍｍ程度）に折り曲げた波形部材６２と、平板部材６３とが交互に積層されて構成される。平板部材６３は、波形部材６２の波形状の頂部に接合され、図４（ｂ）に示すように、トラップ部材５５は、断面三角形状の貫通孔を多数有する形状となる。このため、トラップ部材５５には、多数の鋭角が形成されている。ここで、本実施例では、三角形状の孔を多数有する形状としたが、これに限定されるものではなく、他の波形状としてもよい。また、波形部材６２と平板部材６３は、例えば、金属、樹脂等の材料を用いることができる。
【００５７】
これにより、図４で示すトラップ部材５５を使用する場合、熱交換部５０から出口側タンク５２に供給される水を含んだ排出空気は、出口側タンク５２内部に設けられるトラップ部材５５により水は捕捉され、排出空気は、空気排出口５４から空気排出経路２１に排出される。ここで、図４（ｃ）に示すようにトラップ部材５５に衝突する水は、表面張力により三角形状の角部に捕捉される。
【００５８】
トラップ部材５５により捕捉された水は、自重によりトラップ部材５５から落下する。トラップ部材５５から落下した水は、出口側タンク５２の底部に設けられた排水用傾斜面５７、５８を介して貯留部５６に貯蔵される。貯留部５６に貯蔵される水は、貯留部５６に設けられた水排出部６１と水供給配管２６との接合部に設けられた送液ポンプ６０により水供給配管２６を介して燃料電池１に供給される。
【００５９】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図５に基づいて説明する。本第４実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６０】
図５は、本実施形態で用いる凝縮回収器２４の全体構成であり、図５（ａ）は凝縮回収器２４の正面図、図５（ｂ）は凝縮回収器２４の上面図を示している。なお、説明の便宜のため、図５（ａ）、図５（ｂ）の出口側タンク５２については、正面および上面の透視した状態を示している。
【００６１】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、本実施形態の凝縮回収器２４は、第１実施形態に示すダウンフロー型凝縮回収器（図２、３）と異なり、長手方向が略水平方向となるように熱交換部５０のチューブとフィンを配し、チューブとフィンの長手方向の両端に入口側タンク５１および出口側タンク５２を配した所謂クロスフロー型凝縮回収器（図５）を用いている。
【００６２】
図５（ａ）に示すように、凝縮回収器２４の出口側タンク５２の熱交換部５０と接する面と反対側の面は、トラップ部材５５と平行する面であり、その底部には、トラップ部材５５により捕捉された水を貯蔵するために貯留部５６が設けられている。
【００６３】
これにより、凝縮回収器２４は、ダウンフロー型凝縮回収器に限定されることなく、小型で圧損が少ない構成で燃料電池１からの水を凝縮回収することができる。
【００６４】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、凝縮回収器２４により分離された水を燃料電池１に供給し潜熱冷却を行ったが、これに限らず、凝縮回収器２４により分離された水を燃料電池１の電解質膜を加湿するために利用してもよい。
【００６５】
また、上記第２実施形態では、トラップ部材５５に貫通孔を有する多孔体の積層体を用いているが、これに限らず、多数個の孔が設けられた板状部材を積層して構成してもよい。この場合は、孔径が異なる複数の板状部材を熱交換部５０に近い側の板状部材の孔径が大きくなるように積層すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】上記第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】上記第１実施形態の凝縮回収器の主要構成図である。
【図３】上記第２実施形態の凝縮回収器の主要構成図である。
【図４】上記第３実施形態で使用するトラップ部材の部分拡大図である。
【図５】上記第４実施形態の凝縮回収器の主要構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…燃料電池、２０…空気供給経路、２１…空気排出経路、２４…凝縮回収器、２６…水供給配管、５０…熱交換部、５１…入口側タンク、５２…出口側タンク、５３…空気導入口、５４…空気排出口、５５…トラップ部材、５６…貯留部、５７、５８…排水用傾斜面、５９…イオン吸着装置、６０…送液ポンプ、６１…水排出部、６２…波形部材、６３…平板部材。
【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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