(57)【要約】【課題】異物粒子による目詰まりを防止すると共に、燃料電池の含水量に応じて加湿装置の加湿量を制御すること。【解決手段】加湿モジュール（加湿器７６）の出入口に設置されたバルブ１０１〜１０４の開閉状態を組み合わせることにより、カソードガスが本体内部（外側通路１０５）を通過する共にカソードオフガスが中空糸１００（内側通路１０６）を通過するモード（高加湿が要求される場合の制御モード）と、これとは逆に、カソードガスが中空糸１００（内側通路１０６）を通過する共にカソードオフガスが本体内部（外側通路１０５）を通過するモード（高加湿が要求される場合の制御モード）とを切り換える。両モードには、加湿モジュール（加湿器７６）の加湿特性に差異が有り、本発明は、この加湿特性の差異を利用して燃料電池２０に供給するカソードガスの加湿程度を制御している。【選択図】図２
2008243755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸の内外に湿度の異なるガスを流通させることで相対的に湿度の低いガスの湿度を上昇させる加湿モジュールであって、
相対的に湿度の高い第１ガスと、相対的に湿度の低い第２ガスとを、該加湿モジュールにおける該中空糸の外側を通る外側流路と該中空糸の内側を通る内側流路との間で切り換えて流通させる切換装置を備えることを特徴とする加湿モジュール。
【請求項２】
前記切換装置として、
前記外側流路への前記第１ガスの流通を制御する第１弁と、
前記内側流路への前記第１ガスの流通を制御する第２弁と、
前記外側流路への前記第２ガスの流通を制御する第３弁と、
前記内側流路への前記第２ガスの流通を制御する第４弁と、を備えた、
請求項１に記載の加湿モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の加湿モジュールを備えた加湿制御装置であって、
相対的に湿度の高いガスが前記第１ガスとして前記加湿モジュールに供給されると共に、相対的に湿度の低いガスが前記第２ガスとして前記加湿モジュールに供給されており、
前記第２ガスの湿度を相対的に上げる場合に、
前記第２ガスを前記加湿モジュールの前記外側流路に、前記第１ガスを前記加湿モジュールの前記内側流路に、それぞれ流通させ、
前記第２ガスの湿度を相対的に下げる場合に、
前記第２ガスを前記加湿モジュールの前記内部流路に、前記第１ガスを前記加湿モジュールの前記外側流路に、それぞれ流通させる制御部
を備えたことを特徴とする加湿制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の加湿制御装置を備える燃料電池システムであって、
前記策２ガスとして酸化ガスが前記加湿モジュールに供給され、
前記加湿モジュールからの該酸化ガスが燃料電池のカソードガスとして供給され、
前記第１ガスとして該燃料電池からのカソードオフガスが前記加湿モジュールに供給され、
該加湿モジュールからの該カソードオフガスが排気ガスとして排出されること
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池へ供給する酸化ガスを加湿する加湿モジュールを備えた燃料電池システムであって、
該加湿モジュールは、中空糸の内外に湿度の異なるガスを流通させることで相対的に湿度の低いガスの湿度を上昇可能に構成されており、
該燃料電池に供給すべき酸化ガスと該燃料電池からのカソードオフガスとを、該加湿モジュールにおける該中空糸の外側を通る外側流路と該中空糸の内側を通る内側流路との間で切り換えて流通させる切換装置と、
該切換装置を制御する制御部と、を備え、
該制御部は、該酸化ガスの湿度を相対的に上げる場合に、該酸化ガスを該加湿モジュールの該内側流路にそれぞれ流通させ、該酸化ガスの湿度を相対的に下げる場合に、該酸化ガスを該加湿モジュールの該内部流路に、該カソードオフガスを該加湿モジュールの該外側流路に、それぞれ流通させること、を特徴とす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、燃料電池システムに用いられる加湿モジュールに係り、特に、ガス流路の目詰まりを防止する加湿モジュールの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムでは、燃料電池に供給するカソードガス（空気等）を高加湿状態にするために、加湿装置の中空糸の内側に燃料電池からのカソードオフガスを流し、中空糸の外側には加湿すべきカソードガス（空気等）を流している。すなわち、加湿装置では、燃料電池の電池反応で生じた生成水によって高湿潤状態となったカソードオフガスと、大気より取り込んだ低湿潤状態の酸化ガスとの間で水分交換を行っている。
【０００３】
この分野の先行技術として、例えば、特開２００１−２１６９８７号公報には、加湿装置の目詰まり防止のために、ガス流路を切り換える機構を設けて、排気ガス流路に乾燥エアガスを流し、凍結の原因となる水蒸気を掃気できるようにすることで、凍結による目詰まりを未然に防止する技術が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、例えば、特開２００６−４９１３３号公報には、加湿型燃料電池において、ガス流路を切り換える機構を設けて、起動時、冷機時、氷点下起動時、水詰まり発生時などには、外部加湿型燃料電池に空気を供給すると共に、その排気を内部加湿型燃料電池に供給し、通常発電時には、内部加湿型燃料電池に空気を供給すると共に、その排気を外部加湿型燃料電池に供給する技術が開示されている（特許文献２）。
【０００５】
上記従来技術によって、排気ガス流路に乾燥エアガスを流すことで、ガス流路の目詰まりを防止することができていた。
【特許文献１】特開２００１−２１６９８７号公報（段落００１９、００２２等）
【特許文献２】特開２００６−４９１３３号公報（段落００４３等）
【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、上記従来の技術にあっては、ガス流路の目詰まりを防止することが可能であっても、燃料電池の含水量に応じて加湿装置の加湿量を制御することができないという問題点があった。
【０００７】
すなわち、燃料電池の通常運転時にはカソード極に適度な湿潤状態のカソードガスを供給するため、高加湿のカソードガスが要求され、逆に、燃料電池の掃気処理により含水量を低下させたい場合には、低加湿のカソードガスが要求される。この点、上記従来の技術にあっては、このような状況に応じた加湿度の変更要求に応えることができなかった。
【０００８】
また、燃料電池に供給するカソードガスを高加湿状態にするには、加湿装置の中空糸の内側に燃料電池からのカソードオフガスを流し、外側に加湿すべき空気（カソードガス）を流すが、常に高湿度のカソードオフガスを中空糸内に流し続けると、異物粒子により目詰まりを生じることがあるという問題点があった。
【０００９】
そこで本発明は、上記課題を解決するために、異物粒子による目詰まりを防止すると共に、燃料電池の含水量に応じて加湿装置の加湿量を制御することが可能な燃料電池システム及び加湿モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムを構成する加湿モジュールは、中空糸の内外に湿度の異なるガスを流通させることで相対的に湿度の低いガスの湿度を上昇させる加湿モジュールであって、相対的に湿度の高い第１ガスと、相対的に湿度の低い第２ガスとを、該加湿モジュールにおける該中空糸の外側を通る外側流路と該中空糸の内側を通る内側流路との間で切り換えて流通させる切換装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
このように構成することより、異物粒子による目詰まりを防止すると共に、燃料電池の含水量に応じて加湿装置の加湿量を制御することが可能な加湿モジュールを実現している。
【００１２】
ここで、前記加湿モジュールは、前記切換装置として、前記外側流路への前記第１ガスの流通を制御する第１弁と、前記内側流路への前記第１ガスの流通を制御する第２弁と、前記外側流路への前記第２ガスの流通を制御する第３弁と、前記内側流路への前記第２ガスの流通を制御する第４弁と、を備える。
【００１３】
このように構成することより、この加湿モジュールにおいて、中空糸の外側を通る外側流路と該中空糸の内側を通る内側流路との間で切り換えて流通させる切換装置を簡単に構成することを可能にすると共に、制御部による流路の切り換え制御を容易にしている。
【００１４】
また、本発明の加湿制御装置は、前記加湿モジュールを備えた加湿制御装置であって、相対的に湿度の高いガスが前記第１ガスとして前記加湿モジュールに供給されると共に、相対的に湿度の低いガスが前記第２ガスとして前記加湿モジュールに供給されており、前記第２ガスの湿度を相対的に上げる場合に、前記第２ガスを前記加湿モジュールの前記外側流路に、前記第１ガスを前記加湿モジュールの前記内側流路に、それぞれ流通させ、前記第２ガスの湿度を相対的に下げる場合に、前記第２ガスを前記加湿モジュールの前記内部流路に、前記第１ガスを前記加湿モジュールの前記外側流路に、それぞれ流通させる制御部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成することより、異物粒子による目詰まりを防止すると共に、燃料電池の含水量に応じて加湿装置の加湿量を制御することが可能な加湿制御装置を実現している。
【００１６】
また、本発明の燃料電池システムは、前記加湿制御装置を備える燃料電池システムであって、前記策２ガスとして酸化ガスが前記加湿モジュールに供給され、前記加湿モジュールからの該酸化ガスが燃料電池のカソードガスとして供給され、前記第１ガスとして該燃料電池からのカソードオフガスが前記加湿モジュールに供給され、該加湿モジュールからの該カソードオフガスが排気ガスとして排出されることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の燃料電池システムは、燃料電池へ供給する酸化ガスを加湿する加湿モジュールを備えた燃料電池システムであって、該加湿モジュールは、中空糸の内外に湿度の異なるガスを流通させることで相対的に湿度の低いガスの湿度を上昇可能に構成されており、該燃料電池に供給すべき酸化ガスと該燃料電池からのカソードオフガスとを、該加湿モジュールにおける該中空糸の外側を通る外側流路と該中空糸の内側を通る内側流路との間で切り換えて流通させる切換装置と、該切換装置を制御する制御部と、を備え、該制御部は、該酸化ガスの湿度を相対的に上げる場合に、該酸化ガスを該加湿モジュールの該内側流路にそれぞれ流通させ、該酸化ガスの湿度を相対的に下げる場合に、該酸化ガスを該加湿モジュールの該内部流路に、該カソードオフガスを該加湿モジュールの該外側流路に、それぞれ流通させること、を特徴とする。
【００１８】
このように構成することより、異物粒子による目詰まりを防止すると共に、燃料電池の含水量に応じて加湿装置の加湿量を制御することが可能な燃料電池システムを実現している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、相対的に湿度の高い第１ガスと、相対的に湿度の低い第２ガスとを、加湿モジュールにおける中空糸の外側を通る外側流路と該中空糸の内側を通る内側流路との間で切り換えて流通させる切換装置を設置したので、異物粒子による目詰まりを防止すると共に、燃料電池の含水量に応じて加湿装置の加湿量を制御することが可能な燃料電池システム及び加湿モジュールを提供することができる効果がある。
【００２０】
また、前記切換装置として、前記外側流路への前記第１ガスの流通を制御する第１弁と、前記内側流路への前記第１ガスの流通を制御する第２弁と、前記外側流路への前記第２ガスの流通を制御する第３弁と、前記内側流路への前記第２ガスの流通を制御する第４弁とを備えたもの使用することができるので、前記切換装置の構成が簡単になると共に、制御部による流路の切り換え制御も容易となる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の燃料電池システム及び加湿モジュールの実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態）
本実施形態は、燃料電池２０の加湿器７６について、内部のガス流路における目詰まりを防止すると共に、燃料電池２０に供給されるカソードガス（空気等）の加湿の程度を、燃料電池２０の含水量に応じて切換制御できるようにしたものである。
【００２２】
図１は、本発明が適用された燃料電池システムのシステム横成図である。
図１において、燃料電池システム１０は、燃料電池２０に燃料ガス（水素ガス）を供給するための燃料ガス供給系統と、燃料電池２０に酸化ガス（空気）を供給するための酸化ガス供給系統と、燃料電池２０を冷却するための冷却系統とを備えて構成されている。
【００２３】
燃料電池２０は、フッ素系樹脂などにより形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜などから成る高分子電解質膜２１の両面にアノード極２２とカソード極２３をスクリーン印刷などで形成した膜・電極接合体（いわゆるＭＥＡ）２４を備えている。膜・電極接合体２４の両面は、燃料ガス、酸化ガス、冷却水の流路を有するセパレータ（図示せず）によってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極２２およびカソード極２３との間に、それぞれ溝状のアノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６を形成している。アノード極２２は、燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成され、カソード極２３は、空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成されている。これら電極の触媒層は、例えば、白金粒子を付着して構成されている。アノード極２２では、次の（１）式の酸化反応が生じ、カソード極２３では、次の（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２０全体としては、次の（３）式の起電反応が生じる。
【００２４】
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ~→Ｈ2Ｏ・・・（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ・・・（３）
【００２５】
なお、同図では説明の便宜上、膜・電極接合体２４、アノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６からなる単位セルの構造を模式的に図示しているが、実際には、上述したセパレータを介して複数の単位セルが直列に接続されたスタック構造を備えている。
【００２６】
燃料電池システム１０の冷却系統には、冷却水を循環させる冷却路３１、燃料電池２０から排水される冷却水の温度を検出する温度センサ３２、冷却水の熱を外部に放熱するラジェータ（熱交換器）３３、ラジェータ３３へ流入する冷却水の水量を調整するバルブ３４、冷却水を加圧して循環させる冷却水ポンプ３５、燃料電池２０に供給される冷却水の温度を検出する温度センサ３６などが設けられている。
【００２７】
燃料電池システム１０の燃料ガス供給系統には、アノードガスチャンネル２５に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路４１と、アノードガスチャンネル２５から排気される燃料オフガスを燃料ガス流路４１に循環させるための循環流路（循環経路）５１が配管されており、これらのガス流路によって燃料ガス循環系統が構成されている。
【００２８】
燃料ガス流路４１には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガスの供給／停止を制御する遮断弁４３、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４４、燃料ガスの圧力調整を行うレギュレータ４５、燃料電池の燃料ガス供給口（入口）を開閉する遮断弁４６などが設置されている。燃料ガス供給装置４２は、例えば高圧水素タンク、水素吸蔵合金、改質器などより構成される。
【００２９】
循環流路５１には、燃料電池２０からの燃料オフガスを排出する遮断弁５２、燃料オフガスから水分を回収する気液分離器５３、気液分離器５３によって回収した水を図示しないタンクに回収する排水弁５４、モータによって駆動される循環ポンプ（加圧手段）５５、燃料ガス流路４１の燃料ガスが循環流路５１側に逆流するのを防止する逆流阻止弁５６などが設置されている。
【００３０】
循環ポンプ５５は、制御部８０の制御に基づき、アノードガスチャンネル２５を通過する際に、圧力損失を受けた燃料オフガスを圧縮して適度なガス圧まで昇圧させ、燃料ガス流路４１に還流させる。この燃料オフガスは、燃料ガス流路４１で燃料ガス供給装置４２から供給される燃料ガスと合流した後、燃料電池２０に供給されて再利用される。
【００３１】
さらに、循環流路５１には、燃料ガス循環系統から排気された燃料オフガスを、希釈器（例えば水素濃度低減装置）６２を介して車外に排気するための排気流路６１が分岐して配管されている。排気流路６１には排気弁（排気手段）６３が設置されており、燃料オフガスの排気制御を行えるように構成されている。排気弁６３を開閉することで、燃料電池２０内の循環を繰り返して、不純物濃度が増加した燃料オフガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入してセル電圧の低下を防止することができる。また、循環流路５１の内圧に脈動を起こし、ガス流路に蓄積した水分を除去することもできる。
【００３２】
一方、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系統には、カソードガスチャンネル２６に酸化ガスを供給するための酸化ガス流路７１と、カソードガスチャンネル２６から排気されるカソードオフガスを排気するためのカソードオフガス流路７２とが配管されている。酸化ガス流路７１には、大気から取り込んだエアに含まれる粉塵などを除去するエアフィルタ７４、モータによって駆動されるエアコンプレッサ７５などから構成され、圧縮エアを酸化ガスとして酸化ガス流路７１に供給する酸化ガス供給装置が設置されている。
【００３３】
カソードガスチャンネル２６の背圧はカソードオフガス流路７２に設置された圧力調整弁７７によってほぼ一定圧に調圧される。カソードオフガス流路７２を流れるカソードオフガスは、設計に応じて気液分離器７８やマフラ７９などを経由して車外に排気され、またその一部は希釈器６２に流れ込み、希釈器６２内に滞留する燃料オフガスを混合希釈して車外に排気される。
【００３４】
特に、本発明に係る加湿器７６は、酸化ガス流路７１とカソードオフガス流路７２との間の水分交換が可能なように設けられており、燃料電池２０の電池反応で生じた生成水によって高湿潤状態となったカソードオフガスと、大気より取り込んだ低湿潤状態の酸化ガスとの間で水分交換が行われるようになっている。
【００３５】
制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェイス回路などを備えた汎用コンピュータで構成されており、各流路に設置された温度センサＴ、圧カセンサＰからのセンサ信号を受け取り、電池運転の状態、例えば、電力負荷に応じて各モータを駆動して循環ポンプ５５とエアコンプレッサ７５の回転数を調整し、さらに、各種の弁の開閉制御または弁開度の調整などを行うようになっている。
【００３６】
以上の基本構成において、図１には示していないが、燃料電池２０の加湿器７６には、加湿器７６に供給されるガス（カソードガス及びカソードオフガス）の加湿器７６における流路を切り換えるためのバルブ１０１〜１０４が設けられている（図２）。
【００３７】
（加湿モジュールの構成）
次に、加湿モジュールにおける目詰まりを防止するための実施形態について説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの加湿モジュールの構成とそのガス流路とを示す構成図である。
図２に示す加湿モジュール（すなわち加湿器７６）は、本体内部に複数の中空糸１００を配して構成されている。中空糸１００は、水蒸気が透過可能な微細孔構造を備えており、例えば所定の樹脂や繊維で構成されている。中空糸１００を除く本体内部は空間（流路）となっており、これを外側流路１０５と称する。これに対し、複数の中空糸１００の内部空間を内側流路１０６と称する。
【００３８】
外側流路１０６では、単位量のガスに対し相対的に中空糸１００の内壁に晒される面積が多くなるために、内壁に浸透してきた水蒸気を取り入れやすい。このため、内側流路１０６に相対的に湿度の高いガスを流通させ、外側流路１０５に相対的に湿度の低いガスを流通させた場合の方が、その逆の流通状態に比べて、相対的に湿度の低いガスの湿度を上昇させやすい。
【００３９】
加湿器７６には、カソードガス（本発明の第２ガスの一例であり、例えば空気）が流路１１３を介して外側流路１０５に流入するようになっており、その入口にはバルブ１０３が設けられている。また、カソードガスが流路１１４を介して内側流路１０６に流入するようになっており、その入口にはバルブ１０４が設けられている。また、燃料電池２０からのカソードオフガス（第１ガスの一例であり、すなわち燃料電池２０からの排気ガス）が、流路１１１を介して外側流路１０５に流入するようになっており、その入口にはバルブ１０１が設けられている。また、カソードオフガスが、流路１１２を介して内側流路１０６に流入するようになっており、その入口にはバルブ１０２が設けられている。中空糸１００の各々の出口、すなわち内側流路１０６の出口は流路１１８に接続されており、さらに、これらの流路１１８は、それぞれ燃料電池２０に接続された酸化ガス流路７１に接続されている。また、この酸化ガス流路７１は外側流路１０５の出口とも流路１１７を介して接続されている。
【００４０】
カソードオフガスの、外側流路１０５の出口は流路１１５に接続されている。また、内側流路１０６の出口は複数の流路１１６に接続され、これらの流路１１５及び１１６はカソードオフガスを気液分離器７８とマフラー７９とを介して大気に放出する流路７３に接続されている。
【００４１】
上記構成により、加湿器７６では、カソードガス及びカソードオフガスは、運転状態に応じ、外側流路と内側流路とのいずれかに切り替えられて流通するように構成されている。つまり、本実施形態に係る加湿器７６の出入口に設置されたバルブ１０１〜１０４の開閉状態を組み合わせることにより、高加湿が要求される場合の制御モードでは、カソードガスが本体内部（外側通路１０５）を通過する共にカソードオフガスが中空糸１００（内側通路１０６）を通過するように切り換えられる。また、高加湿が要求される場合の制御モードでは、これとは逆に、カソードガスが中空糸１００（内側通路１０６）を通過する共にカソードオフガスが本体内部（外側通路１０５）を通過するように切り換えられる。両モードには、加湿器７６の加湿特性に差異が有り、本発明は、この加湿特性の差異を利用して燃料電池２０に供給するカソードガスの加湿程度を制御しているのである。
【００４２】
（動作の説明）
以下、高加湿モードと低加湿モードにおける本実施形態に係る加湿モジュールの動作を説明する。下表は、高加湿モードと低加湿モードとにおけるバルブ１０１〜１０４の開閉状態を示している。
【表１】
2008243755.tif 000003
制御部８０は、その時々の燃料電池システムの動作状態が高加湿モードであるか低加湿モードであるかを判断し、上記表に従ってバルブの開閉をして、加湿器７６を本発明の加湿制御装置として動作させる。以下、具体的に説明する。
【００４３】
（高加湿モード時）
高加湿モードは、外部から取り入れられたカソードガスに一定の湿度を与えてから燃料電池２０に供給するとともに、電気化学反応で生じた水分をカソードオフガスから除去する場合に必要なモードであり、例えば、通常運転時の動作状態である。
【００４４】
図３は、本実施形態に係る加湿モジュールの高加湿モードにおけるガス流路を説明する説明図である。
運転状況及び燃料電池２０の状態を監視している制御部８０は、高加湿モード、すなわち高加湿のカソードガスを燃料電池２０に供給すべき動作状態であると判断すると、制御部８０は、上記表の割り付けに基づき、バルブ１０１とバルブ１０４を閉じると共に、バルブ１０２とバルブ１０３を開く。
【００４５】
これにより、高加湿モードにおるガス流路が構成され、図３に示すように、カソードガスが外側流路１０５を通過して流路７１を介して燃料電池２０に供給されると共に、燃料電池２０からの流路７２を介したカソードオフガスが中空糸１００内部である内側流路１０６を通過し流路７３から気液分離器７８とマフラー７９とを介して大気に放出される。乾燥したガスが外側流路１０５を流れ、湿ったガスが内側流路１０６を流れる場合の方が、その逆より、乾燥したガスの加湿効率が高いのであるから、外側流路１０５を通過するカソードガスの湿度は大きく上昇する。その結果、高加湿のカソードガスが燃料電池２０に供給される。また、ガスの流通方向が切り換えられた直後であれば、そのガスの流れの攪乱により、加湿モジュールの目詰まりが解消される。
【００４６】
（低加湿モード時）
低加湿モードは、なるべく乾いたガスを燃料電池２０に供給すべき場合に必要なモードであり、例えば、燃料電池２０を停止運転状態に実施される掃気処理における動作状態である。
【００４７】
図４は、本実施形態に係る加湿モジュールの低加湿モードにおけるガス流路を説明する説明図である。
低加湿モードでは、運転状況及び燃料電池２０の状態を監視している制御部８０は、低加湿モード、すなわち低加湿のカソードガスを燃料電池２０に供給すべき動作状態であると判断すると、上記表の割り付けに基づき、バルブ１０２とバルブ１０３を閉じると共に、バルブ１０１とバルブ１０４を開く。
【００４８】
これにより、低加湿モードにおるガス流路が構成され、図４に示すように、カソードガスが内側流路１０６を通過し流路７１を介して燃料電池２０に供給されると共に、燃料電池２０からの流路７２を介したカソードオフガスが外側流路１０５を通過し流路７３から、気液分離器７８とマフラー７９とを介して大気に放出される。湿ったガスが外側流路１０５を流れ、乾燥したガスが内側流路１０６を流れる場合の方が、その逆より、乾燥したガスの加湿効率が低いのであるから、外側流路１０５を通過するカソードガスの湿度はあまり上昇することなく加湿器７６から排出される。その結果、比較的乾燥したカソードガスが燃料電池２０に供給される。また、ガスの流通方向が切り換えられた直後であれば、そのガスの流れの攪乱により、加湿モジュールの目詰まりが解消される。
以上、本実施形態によれば、相対的に湿度の高いカソードオフガスと、相対的に湿度の低いカソードガスとを、加湿器７６における中空糸１００の外側を通る外側流路１０５と中空糸１００の内側を通る内側流路１０６との間で切り換えて流通させるよう構成したので、異物粒子による目詰まりを防止すると共に、燃料電池２０の含水量に応じて加湿量を制御することが可能である。
【００４９】
また、バルブ１０１〜１０４の切換処理のみによって加湿量を変化させることができるので、加湿量の制御が非常に簡単である。
【００５０】
（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では加湿モジュールの構造を、中空糸１００を有するものとしたが、加湿モジュールの構造は、２種のガスを混合させることなく湿度交換だけを行うことができる構造でありさえすればよく、よって、他の構造と置き代えることが可能である。
【００５１】
また、必ずしも燃料電池２０からのカソードオフガスを使用する必要はなく、カソードガス（第２ガス）よりも相対的に湿度の高い他のガス（第１ガス）を加湿モジュールに供給する構成であってもよい。
【００５２】
さらに、本発明の原理を、より一般的な装置に拡張すると、本発明の他の実施形態に係る加湿制御装置として、相対的に湿度の高いガスを前記第１ガスとして前記加湿モジュールに供給すると共に、相対的に湿度の低いガスを前記第２ガスとして前記加湿モジュールに供給し、前記第２ガスの湿度を相対的に上げる場合に、前記第２ガスを前記加湿モジュールの前記外側流路に、前記第１ガスを前記加湿モジュールの前記内側流路に、それぞれ流通させ、前記第２ガスの湿度を相対的に下げる場合に、前記第２ガスを前記加湿モジュールの前記内部流路に、前記第１ガスを前記加湿モジュールの前記外側流路に、それぞれ流通させる制御部を備えた加湿制御装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明が適用された燃料電池システムのシステム横成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの加湿モジュールの構成とそのガス流路とを示す構成図である。
【図３】本実施形態に係る加湿モジュールの高加湿モードにおけるガス流路を説明する説明図である。
【図４】本実施形態に係る加湿モジュールの低加湿モードにおけるガス流路を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
２０…燃料電池、７１…酸化ガス流路、７２…カソードオフガス流路、７３…加湿ガス流路、７６…加湿器（本発明に係る加湿モジュール）、１０１〜１０４…バルブ、１１０…中空糸、１０５…外側流路、１０６…内側流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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