(57)【要約】【課題】発電効率に優れた固体高分子電解質形燃料電池発電装置を提供すること。【解決手段】固体高分子電解質膜１１の両面に燃料極１２及び空気極１３が配置され、この燃料極１２及び空気極１３を冷却するための冷却水が通過する冷却水路を備えた冷却板１４が配置された燃料電池本体１０と、冷却水路から排出された直後の冷却水を回収する貯水槽４１と、改質ガスを生成する改質器４２と、空気極１３に空気を供給する空気供給器４３と、燃料電池本体１０に供給する改質ガス及び／又は空気を加湿処理する加湿器２０、３０とを備え、加湿器２０、３０は、水透過膜２３、３３によって隔てられた被加湿ガス室２２、３２及び加湿水室２１、３１を有し、この加湿器の被加湿ガス室側に改質ガス又は空気を導入させ、加湿水室側に貯水槽４１内の貯留水を導入するよう構成されている固体高分子電解質形燃料電池発電装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両面に燃料極及び空気極が配置され、この燃料極及び／又は空気極の外側に、前記燃料極及び前記空気極を冷却するための冷却水が通過する冷却水路を備えた冷却板が配置された燃料電池本体と、
前記冷却水路から排出された直後の冷却水を回収する貯水槽と、
原燃料である炭化水素類と改質水とを水蒸気改質反応して前記燃料極に供給する改質ガスを生成する改質器と、
前記空気極に空気を供給する空気供給器と、
前記燃料電池本体に供給する改質ガス及び／又は空気を加湿処理する加湿器とを備え、
前記加湿器は、水透過膜を介して対向させた被加湿ガス室及び加湿水室を有し、前記被加湿ガス室に改質ガス又は空気を導入させ、前記加湿水室に前記貯水槽内の貯留水を導入するよう構成されていることを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記貯水槽内の貯留水を、改質水として前記改質器に供給するように構成されている請求項１記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記貯水槽内の貯留水が、前記加湿器の加湿水室を通過した後、改質水として前記改質器へ供給されるように構成されている請求項２記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記貯水槽が、ヒータを内蔵し、前記貯水槽内部に貯留された貯留水を加温するように構成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項５】
燃料電池発電装置の発電効率が最大となるようにヒータ消費電力を制御する請求項４に記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記貯水槽内の貯留水の温度が予め定めた温度以下となった時、前記ヒータからの発熱量を増加させ、前記貯水槽内の貯留水の温度が予め定めた温度以上となった時、前記ヒータからの発熱量を低減させる請求項４に記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記加湿器が熱交換器を更に備え、この熱交換器に前記燃料電池本体の燃料極側及び／又は空気極側から排出されるオフガスを導入させて、前記加湿水室内の加湿水と熱交換するように構成されている請求項１〜６のいずれか一つに記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記加湿器が改質ガスの加湿器であって、前記熱交換器に前記燃料電池本体の空気極側から排出されるオフガスを導入させて、前記加湿水室内の加湿水と熱交換するように構成されている請求項７に記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項９】
改質ガスの加湿器が、前記燃料電池本体の空気極のオフガス排出側に連設されている請求項８に記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項１０】
前記加湿器が空気の加湿器であって、前記熱交換器に前記燃料電池本体の燃料極側から排出されるオフガスを導入させて、前記加湿水室内の加湿水と熱交換するように構成されている請求項７に記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項１１】
空気の加湿器が、前記燃料極のオフガス排出側に連設されている請求項１０に記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項１２】
前記加湿器が、片面に加湿水流通溝が形成されており裏面にオフガス流通溝が形成されている第１加湿プレートと、ガス流通溝が形成されている第２加湿プレートとで前記水透過膜が挟持され、前記加湿水流通溝及び前記ガス流通溝が、前記水透過膜を介して対向している請求項７〜１１のいずれか一つに記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【請求項１３】
前記加湿プレートが、カーボン材料で構成されている請求項１〜１２のいずれか一つに記載の固体高分子電解質形燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜を加湿するための加湿機構を備えた固体高分子電解質形燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ:Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）は、電解質に高分子膜を用いる燃料電池で、作動温度が低く取り扱い性に優れる、出力密度が高い、電池寿命が長いなどの特徴を有している。
【０００３】
図２１は、燃料電池単セルの概略構造の一例を示す断面図である。保護シート２で支持された電解質膜１の両側に、燃料極３ａと、空気極３ｂとが密着して配置されたＭＥＡ（膜・電極接合体）４外側を、ガス通路を備えたセパレータ５，５で挟持して電池単セル６が構成されている。なお、図中の７は、端面方向をシールする電極シール材である。
【０００４】
固体高分子電解質形燃料電池に用いられる電解質は、プロトン導電性のある高分子膜であり、水を含んだ湿潤状態にて高いイオン伝導性を示す。このため、通常は、改質ガスや空気などの各電極に供給するガス（以下、「反応ガス」と記す）に水蒸気を含ませ、加湿処理された反応ガスを各電極へ供給して電極反応を行っている。
【０００５】
反応ガスを加湿する方法の一つとして、加湿水を流通させる加湿水室と、反応ガスを流通させる被加湿ガス室とを水透過膜で隔離してなる加湿器を用いて反応ガスを加湿する方法が知られている。例えば、下記特許文献１には、固体高分子電解質形燃料電池に供給する原料ガスを調湿する装置において、燃料電池に流入する直前の上記原料ガスの流路と、燃料電池から流出した直後の冷却水の流路とを、水蒸気を透過するガス拡散膜で分離したことを特徴とする燃料電池の原料ガスの調湿装置が開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、水素を含む燃料ガスが供給される燃料極と、酸素を含む酸化剤ガスが供給される酸素極と、該燃料極と該酸素極との間に挟装された電解質とからなる電極接合体がセパレータを介して複数個積層されて構成された燃料電池と、水溶性高分子を水に溶解した不凍液を前記燃料電池に供給し、該燃料電池を冷却する燃料電池冷却手段と、前記不凍液から水を分離し、その分離された水により、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する供給ガス加湿手段とを備える燃料電池システムが開示されている。
【特許文献１】特許第２６７０１４６号明細書
【特許文献２】特開２００４−１６４９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
反応ガスを加湿するには、加湿水を加温することが効果的である。このため、反応ガスの加湿量を多くするには、加湿器に供給する加湿水の温度を上げて加湿水の持つ熱エネルギーを多くするか、外部から加湿器に熱を与えるなどして加湿に使用できる熱量を増大させる必要がある。
【０００８】
このため、例えば、燃料電池本体の負荷が大きくなって反応ガスの需要量が増えた場合においては、加湿水の加熱に要するコストが増加して発電効率が低下したり、反応ガスの加湿量が不足して、電解質膜が乾燥し発電量が低下したりする傾向にあった。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、反応ガスの加湿不足を抑制し、発電効率に優れた固体高分子電解質形燃料電池発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、固体高分子電解質膜の両面に燃料極及び空気極が配置され、この燃料極及び／又は空気極の外側に、前記燃料極及び前記空気極を冷却するための冷却水が通過する冷却水路を備えた冷却板が配置された燃料電池本体と、前記冷却水路から排出された直後の冷却水を回収する貯水槽と、原燃料である炭化水素類と改質水とを水蒸気改質反応して前記燃料極に供給する改質ガスを生成する改質器と、前記空気極に空気を供給する空気供給器と、前記燃料電池本体に供給する改質ガス及び／又は空気を加湿処理する加湿器とを備え、前記加湿器は、水透過膜を介して対向させた被加湿ガス室及び加湿水室を有し、前記被加湿ガス室に改質ガス又は空気を導入させ、前記加湿水室に前記貯水槽内の貯留水を導入するよう構成されていることを特徴とする。
【００１１】
燃料電池本体から排出される冷却水は、発電に伴う発熱によって昇温している燃料極及び空気極を冷却して、その際の熱交換によって加熱されている。このため、燃料電池本体から排出された直後の冷却水を回収することで、より温度の高い水を貯水槽に貯留することができる。したがって、この貯水槽に貯留した水を加湿水として使用することにより、加湿器に比較的温度の高い水を供給でき、燃料電池本体の負荷が大きくなって改質ガスや空気などの反応ガスの需要量が増えた場合であっても、反応ガスを加湿することができ、反応ガスの加湿不足を抑制できる。更には、加湿水の加熱に要する熱量を削減もしくはなくすことができるので、運転コストを低減でき、発電効率に優れる。
【００１２】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、前記貯水槽内の貯留水を、改質水として前記改質器に供給するように構成されていることが好ましい。改質水を水蒸気改質反応に利用する際、水蒸気化させる必要がある。上述したように、本発明において、貯水槽に貯留される水は比較的温度が高いので、改質水の水蒸気化に要する熱量を低減でき、水蒸気改質反応に要する運転コストを低減できる。
【００１３】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、前記貯水槽内の貯留水が、前記加湿器の加湿水室を通過した後、改質水として前記改質器へ供給されるように構成されていることが好ましい。改質ガスの加湿器では、加湿器の加湿水室を流通する加湿水に、改質ガス中の水素や二酸化炭素が溶解することがある。この水素や二酸化炭素の溶存している水を、燃料電池本体の冷却水として再利用した場合、冷却水に二酸化炭素が溶解すると冷却水の電気伝導度が上昇してしまうことから、燃料電池本体からリーク電流が流れ、発電効率が低下するおそれがある。また、この冷却水を、再度加湿水として利用に供し、空気の加湿器に導入された場合、空気に水素が混入し、クロスリークが生じてしまう。この態様によれば、水素や二酸化炭素が溶存している、改質ガスの加湿器から排出される加湿水を、冷却水として再利用することなく、改質器での改質水として消費するので、発電効率の低下や、クロスリークの発生を抑制できる。
【００１４】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、前記貯水槽が、ヒータを内蔵し、前記貯水槽内部に貯留された貯留水を加温するように構成されていることが好ましい。この態様によれば、貯水槽にヒータを内蔵して貯留水を加熱するので、貯水槽内に貯留された水に対し、燃料電池本体の発電量によらず加湿に使用しうる程度の熱量を付与できる。このため、改質ガスや空気の需要量が増加した場合であっても、加湿不足を抑制できることから、発電効率を損なうことなく長期にわたって安定した発電出力が得られる。
【００１５】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、燃料電池発電装置の発電効率が最大となるようにヒータ消費電力を制御することが好ましい。この態様によれば、燃料電池の発電効率が最大となるようヒータの発熱量を制御するので、燃料電池発電装置の発電効率を低下させることなく運転することができる。
【００１６】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、前記貯水槽内の貯留水の温度が予め定めた温度以下となった時、前記ヒータからの発熱量を増加させ、前記貯水槽内の貯留水の温度が予め定めた温度以上となった時、前記ヒータからの発熱量を低減させることが好ましい。この態様によれば、加湿水の過剰加熱を抑制できるので、加熱に要するコストを低減できる。そして、加湿器に一定温度の加温された貯留水を供給でき、改質ガス及び空気の加湿量が安定して、安定した発電出力が得られる。
【００１７】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、前記加湿器が熱交換器を更に備え、この熱交換器に前記燃料電池本体の燃料極側及び／又は空気極側から排出されるオフガスを導入させて、前記加湿水室内の加湿水と熱交換するように構成されていることが好ましい。この態様によれば、燃料電池本体の電極から排出されるオフガスは比較的高温であるので、オフガスを加湿水と熱交換させることで加湿に要する熱を供給できる。
【００１８】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、前記加湿器が改質ガスの加湿器であって、前記熱交換器に前記燃料電池本体の空気極側から排出されるオフガスを導入させて、前記加湿水室内の加湿水と熱交換するように構成されていることが好ましく、この改質ガスの加湿器が、前記燃料電池本体の空気極のオフガス排出側に連設されていることがより好ましい。この態様によれば、改質ガスの加湿器を、空気極のオフガス排出側に連設することで、オフガスの放熱を抑制して比較的高温のオフガスを熱交換器へ導入できる。更に、燃料電池本体と加湿器とを一体化することで、固体高分子電解質形燃料電池発電装置をよりコンパクトにできる。
【００１９】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、前記加湿器が空気の加湿器であって、前記熱交換器に前記燃料電池本体の燃料極側から排出されるオフガスを導入させて、前記加湿水室内の加湿水と熱交換するように構成されていることが好ましく、この空気の加湿器が、前記燃料極のオフガス排出側に連設されていることがより好ましい。この態様によれば、空気の加湿器を、燃料極のオフガス排出側に連設することで、オフガスの放熱を抑制して比較的高温のオフガスを熱交換器へ導入できる。更に、燃料電池本体と加湿器とを一体化することで、固体高分子電解質形燃料電池発電装置をよりコンパクトにできる。
【００２０】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、前記加湿器が、片面に加湿水流通溝が形成されており裏面にオフガス流通溝が形成されている第１加湿プレートと、ガス流通溝が形成されている第２加湿プレートとで前記水透過膜が挟持され、前記加湿水流通溝及び前記ガス流通溝が、前記水透過膜を介して対向していることが好ましい。この態様によれば、オフガス流通溝が熱交換器となり、加湿水流通溝が加湿水室となり、ガス流通溝が被加湿ガス室となる。すなわち、オフガス流通溝に燃料電池から排出されるオフガスを流通させ、加湿水流通溝に加湿水を流通させ、ガス流通溝に空気又は改質ガスを流通させることで、加湿水流通溝を流通する加湿水がオフガス流通溝を流通するオフガスと熱交換されて加熱されるので、ガス流通溝を流通する空気や改質ガスを加湿し易くなり、燃料電池に加湿処理された改質ガスや空気をより効率的に供給できる。
【００２１】
また、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置は、前記加湿プレートが、カーボン材料で構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置によれば、燃料電池本体から排出された直後の冷却水を回収するので、より温度の高い水を貯水槽に貯留することができる。そして、この貯水槽に貯留した水を加湿水として使用することにより、加湿器に比較的温度の高い水を供給できるので、燃料電池本体の負荷が大きくなって反応ガスの需要量が増えた場合であっても、反応ガスを加湿することができる。更には、加湿水の加熱に要する熱量を削減もしくはなくすことができるので、発電効率に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置の第１の実施形態について、図１〜４に基づいて説明する。以下の実施形態では水透過膜として平板状膜を用いた場合について具体的に説明するが、水透過膜としては平板状膜に限らず、汎用的なものを利用することができる。
【００２４】
図１は、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置の概略構成図である。図２は、水透過膜として平板状膜を用いた場合の加湿セルユニットを構成する第１加湿プレート５１の水透過膜５３に対向する面の平面図である。図３は、同加湿セルユニットを構成する第２加湿プレート５２の水透過膜５３に対向する面の平面図である。図４は、同加湿プレート５１、５２のＡ−Ａ線に沿った加湿セルユニットの側断面図である。
【００２５】
燃料電池本体１０は、固体高分子電解質膜１１と、この両側に配置された燃料極１２及び空気極１３と、燃料極１２及び空気極１３を冷却するための冷却水を流通させる冷却水路を備えた冷却板１４とで主に構成されている。
【００２６】
固体高分子電解質膜１１としては特に限定はなく、従来公知の固体高分子電解質形燃料電池に用いられるものが使用でき、例えば、パーフルオロスルホン酸ポリマーなどが挙げられる。
【００２７】
燃料極１２の改質ガス導入側は、改質ガス加湿器２０の被加湿ガス室２２から伸びた配管Ｌ１が接続している。
【００２８】
また、燃料極１２のオフガス排出側からは配管Ｌ２が伸び、オフガス（改質ガス）を図示しない次工程へ供給あるいは大気中に排気するように構成されている。
【００２９】
空気極１３の空気導入側は、空気加湿器３０の被加湿ガス室３２から伸びた配管Ｌ３が接続している。
【００３０】
また、空気極１３のオフガス排出側からは配管Ｌ４が伸びて気液分離器１５に接続している。この気液分離器１５は、空気極１３から排出されるオフガス（空気）に含まれる水分を気液分離処理して一時的に貯留させ、気体（空気）を上部に設けられた通気配管Ｌ１３から系外へ排出できるように構成されている。また、気液分離器１５には、外部供給水配管Ｌ１９と、オーバーフロー配管Ｌ２０が接続しており、内部に一定量の水を貯水できるように構成されている。
【００３１】
冷却板１４の冷却水導入口側は、冷却水熱交換器４０から伸びた配管Ｌ５が接続している。この冷却水熱交換器４０には、外部冷却水を流通させる配管Ｌ１５が接続している。
【００３２】
また、冷却板１４の冷却水排出側からは配管Ｌ６が伸び、冷却板１４から排出した直後の冷却水を貯水槽４１に貯留できるように構成されている。この貯水槽４１には、ヒータ４５が内蔵されている。また、貯水槽４１には、気液分離器１５の下部から伸びた、途中にイオン交換樹脂１６の配置された配管Ｌ１４が接続している。
【００３３】
加湿器２０（３０）は、加湿水室２１（３１）と被加湿ガス室２２（３２）とを備え、水透過膜２３（３３）によってそれぞれ区画されている。
【００３４】
図２〜４を併せて参照すると、この実施形態では、加湿器２０（３０）は、加湿水流通溝５０ａの形成された第１加湿プレート５１と、ガス流通溝５０ｂの形成された加湿プレート５２とで、保護基材５３ａ，５３ａを両側面に配置された水透過膜５３を挟持させ、加湿水流通溝５０ａとガス流通溝５０ｂとを水透過膜５３を介して対向させた加湿セルユニット５４を複数積層させて形成されている。すなわち、加湿水流通溝５０ａと水透過膜５３とで構成された空隙が加湿水室２１（３１）であり、ガス流通溝５０ｂと水透過膜５３とで構成された空隙が被加湿ガス室２２（３２）である。
【００３５】
なお、第１加湿プレート５１及び第２加湿プレート５２には、加湿水導入口５５と、加湿水排出口５６と、被加湿ガス導入口５７と、加湿ガス排出口５８とがそれぞれ配置されている。また、図４における５３ｂはシール材である。
【００３６】
加湿プレートの材質としては特に限定はなく、耐食性に優れるとの理由により、カーボン材料で構成されていることが好ましい。より具体的には、炭素粉末と樹脂を混合した材料をモールド成形により板状に成形したものがより好ましい。炭素粉末としては、燐片状黒鉛粉を用い、樹脂としては、フェノール樹脂を用いることが好ましい。
【００３７】
水透過膜５３の材質としては、パーフルオロスルホン酸ポリマー、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニルスルホンなどが挙げられ特に限定はない。また、水透過膜の形状としては、この実施形態では平板状膜として用いているが、中空糸膜など平板状膜以外の形状であっても好ましく用いることができる。例えば水透過膜として中空糸膜を用いた場合の改質ガス加湿器として用いる加湿器の断面図を図５に示す。また、水透過膜５３の具体例としては、外径１ｍｍ、内径０．７ｍｍ、全長１５ｃｍ、材質パーフルオロスルホン酸ポリマーからなる中空糸膜を１６００本ユニット化したものなどが挙げられる。図５では、中空糸膜の外側を加湿水室２１とし、内側を被加湿ガス室２２としているが、中空糸膜の内側を加湿水室２１とし、外側を被加湿ガス室２２とする構成としてもよい。また、中空糸膜の代替として、中空糸膜より管径の太いチューブラー膜を使用してもよい。
【００３８】
改質ガス加湿器２０の加湿水室２１の加湿水供給側は、貯水槽４１から伸びた配管Ｌ７が接続している。この配管Ｌ７は、途中ポンプＰ１が配置されている。また、改質ガス加湿器２０の加湿水室２１の加湿水排出側からは配管Ｌ８が伸び、改質器４２の改質原料投入側に接続している。この改質器４２の改質原料投入側には、炭化水素類の供給配管Ｌ１８が接続している。
【００３９】
改質ガス加湿器２０の被加湿ガス室２２の被加湿ガス供給側は、改質器４２の改質ガス排出側から伸びた配管Ｌ９が接続している。また、改質ガス加湿器２０の被加湿ガス室２２の加湿ガス排出側からは配管Ｌ１が伸び、燃料電池本体１０の燃料極１２に接続している。
【００４０】
空気加湿器３０の加湿水室３１の加湿水供給側は、貯水槽４１から伸びた配管Ｌ１０が接続している。この配管Ｌ１０は、途中ポンプＰ２が配置されている。また、加湿水室３１の加湿水排出側からは配管Ｌ１１が伸び、冷却水熱交換器４０に接続している。
【００４１】
空気加湿器３０の被加湿ガス室３２の被加湿ガス供給側は、空気ブロア４３から伸びた配管Ｌ１２が接続している。また、空気加湿器３０の被加湿ガス室３２の加湿ガス排出側からは配管Ｌ３が伸び、燃料電池本体１０の空気極１３に接続している。
【００４２】
次に、この固体高分子電解質形燃料電池発電装置の動作について説明する。
【００４３】
まず、炭化水素類と水とを改質器４２に供給して水蒸気改質反応を行い、水素に富む改質ガスを生成させる。ここで生成された改質ガスは、図２、３に示した被加湿ガス導入口５７から改質ガス加湿器２０の被加湿ガス室２２に導入される。
【００４４】
改質ガス加湿器２０では、加湿水導入口５５から加湿水室２１に導入された加湿水が、加湿水室２１（加湿水流通溝５０ａ）の流通過程において、水透過膜２３を通過して被加湿ガス室２２側へ移行し、被加湿ガス室２２（ガス流通溝５０ｂ）を流通する空気を加湿する。そして、加湿ガス排出口５８から加湿された改質ガス（加湿改質ガス）が取り出され、配管Ｌ１から燃料電池本体１０の燃料極１２へ供給される。
【００４５】
そして、加湿水排出口５６から排出される加湿に使用されず残った水は、配管Ｌ８を通って改質器４２へ導入され、炭化水素類との改質反応に用いられる。加湿水室２１を流通する加湿水は、改質ガス中の水素や二酸化炭素が溶解することがあるので、加湿水室２１から排出される加湿水を燃料電池本体１０の冷却水として再利用したり、空気の加湿水として再利用した場合、発電効率の低下や、クロスリークが発生しやすい。このため、加湿水室２１から排出される加湿水を改質器４２での改質水として消費することで、発電効率の低下や、クロスリークの発生を抑制できる。また、空気加湿器３０では、ブロア４３から供給される空気が、被加湿ガス導入口５７から空気加湿器３０の被加湿ガス室３２に導入される。また、配管Ｌ１０を通って加湿水導入口５５から加湿水室３１に導入された加湿水が、加湿水室３１の流通過程で水透過膜３３を通過して被加湿ガス室３２側へ移行し、被加湿ガス室３２を流通する空気を加湿する。そして、配管Ｌ３から加湿された空気（加湿空気）が取り出され、燃料電池本体１０の空気極１３へ供給される。
【００４６】
そして、加湿水室３１の加湿水排出口５６から排出される加湿水は、冷却水熱交換器４０にて熱交換し、燃料電池本体１０の冷却水として再利用する。
【００４７】
燃料電池本体１０では、燃料極１２に供給された加湿改質ガスと、空気極１３に供給された加湿空気とを電気化学反応させて発電電力を得る。この時、燃料電池本体１０は、電気化学反応に伴なう発熱によって昇温するため、冷却板１４に設けられた冷却水路に冷却水を流通させて、燃料電池本体１０の温度を発電最適温度（約８０℃）に維持させる。
【００４８】
本発明においては、冷却板１４から排出された直後の冷却水を貯水槽４１に回収し、この水を加湿水として使用する。冷却板１４から排出される水は、発電に伴う発熱によって昇温している燃料極１２及び空気極１３を冷却し、その際の熱交換によって加熱されているので、冷却板１４から排出された直後の冷却水を回収することで、放熱による冷却を抑制し、より温度の高い水を貯水槽４１に貯留することができる。
【００４９】
また、冷却板１４から排出される水の温度は、燃料電池本体１０の発電量によって影響を受けることから、発電量が低い場合においては、貯水槽４１に貯留される貯留水の温度が低い場合がある。この場合、貯水槽４１では、ヒータ４５を作動させて、槽内の貯留水を加温することが好ましく、貯水槽４１内の貯留水の温度が予め定めた温度以下となった時、ヒータ４５の発熱量を増加させ、貯水槽４１内の貯留水の温度が予め定めた温度以上となった時、ヒータ４５の発熱量を低減させることがより好ましい。具体的には、貯水槽４１内の貯留水の温度が７５℃以下で定めた下限温度以下となった時、ヒータ４５からの発熱量を増加させ、貯水槽４１内の貯留水の温度が８５℃〜１００℃で定めた上限温度以上となった時、ヒータ４５の発熱量を低減もしくはヒータ４５を停止することが好ましい。ヒータ４５を作動させて貯水槽４１内の貯留水を加温することで、加湿器２０（３０）での改質ガスや空気の加湿効率が向上し、改質ガスや空気の流量を増加した場合であっても十分加湿でき、更には改質ガス及び空気の加湿量が安定するので、発電効率を損なうことなく長期にわたって安定した発電出力が得られる。
【００５０】
また、ヒータ４５の消費電力は、燃料電池発電装置の発電効率が最大となるように制御することが好ましい。
【００５１】
燃料電池発電装置の発電効率（η）を以下の式により定義する。
η＝（燃料電池発電装置発電量（ｋＷｈ）×３．６）／燃料電池燃料供給量（ＭＪ）
発電効率（η）が高い電池ほど良い電池であるので、発電量が一定ならば、燃料供給量が少ない方が効率は高くなる。従って、発電量と燃料供給量をモニタしておき，発電量が一定のまま、燃料供給量がなるべく少なくなるようにタンクのヒータ消費電力を制御することが望ましい。具体的な制御方式としては、入力を発電効率（η）、出力をヒータ消費電力とする離散的なＰＩＤ制御を行うことが望ましい。
【００５２】
このように、燃料電池の発電効率が最大となるようヒータ４５の発熱量を制御することで、燃料電池発電装置の発電効率を低下させることなく運転することができる。
【００５３】
そして、燃料極１２から排出されるオフガスは、大気中に放流あるいは、改質器４２の併設された図示しない燃焼器に供給されて燃焼原料として用いられる。また、空気極１３から排出されるオフガスは、気液分離器１５へ導入してオフガス中に含まれている水分を回収され、貯水槽４１へ供給される。ただし、貯水槽４１へは、貯水槽４１の水位が所定レベル以下となった場合のみ供給することが好ましい。
【００５４】
このように、本発明の固体高分子電解質形燃料電池発電装置によれば、燃料電池本体１０から排出された直後の冷却水を貯水槽４１で回収し、これを加湿水として使用するので、加湿器２０（３０）に比較的温度の高い水を供給できる。このため、燃料電池本体１０の負荷が大きくなって改質ガスや空気の需要量が増えた場合であっても、改質ガスや空気を十分加湿することができる。そして、加湿水の加熱に要する熱量を削減もしくはなくすことができるので、運転コストが低減され、発電効率に優れる。
【００５５】
（第２の実施形態）
次に、図６〜２０を参照して、本発明による固体高分子電解質形燃料電池発電装置の第２の実施形態を説明する。図６は、同固体高分子電解質形燃料電池発電装置の概略構成図である。図７は、同固体高分子電解質形燃料電池発電装置の改質ガス加湿器及び熱交換器の分解斜視図である。図８は、第１加湿プレートとの間で熱交換器を構成する第１中間分配板の燃料電池本体側を示す平面図である。図９は、同第１中間分配板の第１加湿プレート側を示す平面図である。図１０は、改質ガス加湿器を構成する第１加湿プレートの第１中間分配板側を示す平面図である。図１１は、同第１加湿プレートの水透過膜側の平面図である。図１２は、改質ガス加湿器を構成する第２加湿プレートの水透過膜側の平面図である。図１３は、改質ガス加湿器の図１０〜１２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１４は、同固体高分子電解質形燃料電池発電装置の空気加湿器及び熱交換器の分解斜視図である。図１５は、第１加湿プレートとの間で熱交換器を構成する第２中間分配板の燃料電池本体側を示す平面図である。図１６は、同第２中間分配板の第１加湿プレート側を示す平面図である。図１７は、空気加湿器を構成する第１加湿プレートの第２中間分配板側の平面図である。図１８は、同第１加湿プレートの水透過膜に対向する面の平面図である。図１９は、空気加湿器を構成する第２加湿プレートの水透過膜に対向する面の平面図である。図２０は、同空気加湿器の図１７〜１９のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。なお、図８，９，１０，１１、１２、１５、１６，１７、１９において、薄く塗りつぶした領域は、貫通孔ではなく、凹部をなしていることを意味している。また、この実施形態の基本的な構成は、上記第１の実施形態と同一であるため、第１の実施形態の固体高分子電解質形燃料電池発電装置と同一部分には、同符号を付してその説明を省略することとする。
【００５６】
図６に示すように、この固体高分子電解質形燃料電池発電装置では、改質ガス加湿器２０’に熱交換器２５が設けられている。そして、この熱交換器２５には、燃料電池本体１０の空気極１３側から伸びる通路Ｌ４が接続しており、空気極１３から排出されるオフガス（空気）を導入して、加湿水室２１内の加湿水を加温できるように構成されている。また、熱交換器２５で熱交換されたオフガスの排出口は、配管Ｌ２１を介して、気液分離器１５に接続されている。
【００５７】
また、空気加湿器３０’にも熱交換器３５が設けられている。この熱交換器３５には、燃料電池本体１０の燃料極１２側から伸びる通路Ｌ２が接続しており、燃料極１２から排出されるオフガス（改質ガス）を熱交換器３５に導入して、加湿水室３１内の加湿水を加温できるように構成されている。また、熱交換器３５で熱交換された上記オフガスの排出口は、配管Ｌ２２に接続されて、図示しない次工程へ供給あるいは大気中に排気するように構成されている。
【００５８】
なお、図６は、装置構成を概念的に示す概略構成図であるため、個々の装置の実際の配置を示すものではない。
【００５９】
そして、この実施形態では、図７に示すように、燃料電池本体１０の片面に隣接して熱交換器２５及び改質ガス加湿器２０’が配置され、図１４に示すように、燃料電池本体１０の上記と反対側の面に隣接して熱交換器３５及び空気加湿器３０’が配置されている。
【００６０】
そこで、まず上記熱交換器２５及び改質ガス加湿器２０’について説明すると、図７に示すように、これらが配置される燃料電池本体１０の片面には、冷却水導入口１０１と、改質ガス導入口１０３と、空気極１３からのオフガス排出口１０２とが設けられている。
【００６１】
改質ガス加湿器２０’は、第１加湿プレート８１と、水透過膜２３と、第２加湿プレート８２とから構成されており、第１加湿プレート８１は、第１中間分配板９０を介して、燃料電池本体１０の上記片面に連結されている。熱交換器２５は、第１加湿プレート８１と第１中間分配板９０とで構成されている。
【００６２】
第１中間分配板９０について説明すると、図８は第１中間分配板９０の燃料電池本体１０側の面９０ａを示し、図９は第１中間分配板９０の第１加湿プレート８１側の面９０ｂを示している。
【００６３】
第１中間分配板９０には、配管Ｌ５（図６参照）に接続された冷却水導入路９１ａと、冷却水導入口９１とが設けられている。冷却水導入路９１ａは、第１中間分配板９０の一側面上部に開口し、該板厚内を通って冷却水導入口９１に連通している。冷却水導入口９１は、図８に示すように、第１中間分配板９０の燃料電池本体１０側の面９０ａから見て凹状をなし、燃料電池本体１０の冷却水導入口１０１に連通している。したがって、図７の矢印イに示すように、冷却水は、配管Ｌ５から冷却水導入路９１ａを通って冷却水導入口９１に導入され、更に燃料電池本体１０の冷却水導入口１０１に流入するようになっている。
【００６４】
また、第１中間分配板９０には、配管Ｌ７から改質ガス加湿器２０’を通って排出される加湿水が流入する加湿水排出口９２と、この加湿水排出口９２に連通する加湿水排出路９２ａが形成されている。加湿水排出口９２は、図９に示すように、第１中間分配板９０の第１加湿プレート８１側の面９０ｂから見て凹状をなし、加湿水排出路９２ａは、第１中間分配板９０の板厚内を通って一側面下部に開口し、配管Ｌ８（図６参照）を介して、気液分離器１５に連結されている。
【００６５】
また、第１中間分配板９０には、加湿ガス排出口９４が貫通形成されており、この加湿ガス排出口９４は、燃料電池本体１０の改質ガス導入口１０３に連通されている。
【００６６】
更に、第１中間分配板９０には、オフガス導入口９３が貫通形成されており、このオフガス導入口９３は、燃料電池本体１０の空気極に連通するオフガス排出口１０２に連通するようになっている。
【００６７】
次に、第１加湿プレート８１について説明すると、図１０は第１加湿プレート８１の第１中間分配板９０側の面８１ａを示し、図１１は第１加湿プレート８１の水透過膜２３側の面８１ｂを示している。
【００６８】
図７、１０に示すように、第１加湿プレート８１の第１中間分配板９０側の面８１ｂには、前記第１中間分配板９０のオフガス導入口９３に連通するオフガス導入用凹部８６と、このオフガス導入用凹部８６に一端を連結された複数本の平行なオフガス流通溝８０ｃと、このオフガス流通溝８０ｃの他端が連結された、貫通孔からなるオフガス排出口８７ａとが設けられている。また、前記第１中間分配板９０の加湿水排出口９２に連通する加湿水排出口８５が形成されている。更に、前記第１中間分配板９０の加湿ガス排出口９４に連通する加湿ガス排出口８９ａが設けられている。
【００６９】
図７，１１に示すように、第１加湿プレート８１の水透過膜２３側の面８１ａには、加湿水導入用凹部８４ａと、この加湿水導入用凹部８４ａに一端を連結された複数本の平行な加湿水流通溝８０ａと、この加湿水流通溝８０ａの他端が連結された、貫通孔からなる加湿水排出口８５とが設けられている。なお、加湿水流通溝８０ａは、図６における加湿水室２１をなしている。また、前記オフガス排出口８７ａと、前記加湿ガス排出口８９ａとが開口している。
【００７０】
次に、第２加湿プレート８２について説明すると、図１２は第２加湿プレート８２の水透過膜２３側の面８２ａを示している。
【００７１】
図７、１２に示すように、第２加湿プレート８２には、配管Ｌ９（図６参照）に連結された、貫通孔からなる被加湿ガス導入口８８と、この被加湿ガス導入口８８に一端を連結されたジグザグ状の通路からなる改質ガス流通溝８０ｂと、この改質ガス流通溝８０ｂの他端が連結された加湿ガス排出凹部８９ｂとが設けられている。なお、改質ガス流通溝８０ｂは、図６における被加湿ガス室２２をなしている。加湿ガス排出凹部８９ｂは、第１加湿プレート８１の加湿ガス排出口８９ａに連通している。また、前記第１加湿プレート８１の加湿水導入用凹部８４ａに連通する貫通孔からなる加湿水導入口８４ｂと、前記第１加湿プレート８１のオフガス排出口８７ａに連通する貫通孔からなるオフガス排出口８７ｂとが形成されている。
【００７２】
そして、図７に示すように、第１中間分配板９０と、第１加湿プレート８１と、水透過膜２３と、第２加湿プレート８２とを積層することによって、図１３に示すように、第１中間分配板９０と第１加湿プレート８１との間にオフガス流通溝８０ｃからなるオフガスの通路が構成され、第１加湿プレート８１と水透過膜２３との間に加湿水流通溝８０ａからなる加湿水の通路が構成され、水透過膜２３と第２加湿プレート８２との間に、改質ガス流通溝８０ｂからなる改質ガスの通路が構成される。なお、各プレートの間には、シール材５３ｂが配置されて気密性が保持されている。そして、第１中間分配板９０と第１加湿プレート８１との間に熱交換器２５が構成され、第１加湿プレート８１と水透過膜２３と第２加湿プレート８２とによって、改質ガス加湿器２０’が構成されている。
【００７３】
この改質ガス加湿器２０’では、加湿水が、第７，１１図中の矢印ロで示すように、第２加湿プレート８２の加湿水導入口８４ｂから導入され、第１加湿プレート８１の加湿水導入用凹部８４ａ、加湿水流通溝８０ａを通り、更に加湿水排出口８５、９２を通って、加湿水排出路９２ａから排出される。この加湿水排出路９２ａは、配管Ｌ８に接続されており、排出された加湿水は、配管Ｌ８を通って改質器４２に送られ、改質水として利用される。
【００７４】
また、改質器４２から配管Ｌ９を通して供給された改質ガスは、第７，１２図中の矢印ハで示すように、第２加湿プレート８２の被加湿ガス導入口８８から導入され、改質ガス流通溝８０ｂを通り、そこで、前記第１プレート８１の加湿水流通溝８０ａを通る加湿水と水透過膜２３を通して接触し、加湿された改質ガスとなる。この加湿された改質ガスは、加湿ガス排出凹部８９ｂ、加湿ガス排出口８９ａ、９４を通り、燃料電池本体１０の改質ガス導入口１０３に導入されて、燃料極１２に送られる。
【００７５】
更に、燃料電池本体１０の空気極１３から、オフガス排出口１０２を通って排出されるオフガスは、図７，１０中の矢印ニで示すように、第１中間分配板９０のオフガス導入口９３を通って、第１加湿プレート８１のオフガス導入用凹部８６に導入され、オフガス流通溝８０ｃを通って、オフガス排出口８７ａから、第２加湿プレート８２のオフガス排出口８７ｂから排出される。そして、オフガス流通溝８０ｃを通るときに、第１加湿プレート８１の裏面側の加湿水流通溝８０ａを通る加湿水と熱交換し、加湿水を加熱する。
【００７６】
次に、前記熱交換器３５及び空気加湿器３０’について説明すると、図１４に示すように、これらは、燃料電池本体１０の前記熱交換器２５及び改質ガス加湿器２０’が設けられた面とは反対側の面に配置されている。燃料電池本体１０の上記反対側の面には、冷却水排出口１０４と、燃料極１２からのオフガスの排出口１０５と、空気導入口１０６とが設けられている。
【００７７】
空気加湿器３０’は、第１加湿プレート６１と、水透過膜３３と、第２加湿プレート６２とから構成されており、第１加湿プレート６１は、第２中間分配板７０を介して、燃料電池本体１０の上記反対側の面に連結されている。熱交換器３５は、第１加湿プレート６１と第２中間分配板７０とで構成されている。
【００７８】
第２中間分配板７０について説明すると、図１５は第２中間分配板７０の燃料電池本体１０側の面７０ａを示し、図１６は第２中間分配板７０の第１加湿プレート６１側の面７０ｂを示している。
【００７９】
第２中間分配板７０には、燃料電池本体１０の冷却水排出口１０４に連通する冷却水排出口７１と、この冷却水排出口７１に一端が連通し、他端が第２中間分配板７０の側面下部に開口した冷却水排出路７１ａとが形成されている。冷却水排出口１０４は、面７０ａ側から見て凹状をなし、冷却水排出路７１ａは、第２中間分配板７０の板厚内を通るように形成され、その開口部には図６の配管Ｌ６が連結されている。したがって、図１４の矢印ホに示すように、燃料電池本体１０の冷却水排出口１０４から排出される冷却水は、冷却水排出口１０４を通り、更に冷却水排出路７１ａを通って、図６の配管Ｌに流れ込み、貯水槽４１に送られるようになっている。
【００８０】
また、第２中間分配板７０には、配管Ｌ１０（図６参照）に連結された加湿水導入路７２ａと、この加湿水導入路７２ａに連結された加湿水導入口７２とが設けられている。加湿水導入路７２ａは、第２中間分配板７０の側面上部に開口し、板厚内を通って加湿水導入口７２に連通しており、加湿水導入口７２は、面７０ｂ側から見て凹状をなしている。
【００８１】
また、第２中間分配板７０には、加湿ガス排出口７４が貫通形成されており、この加湿ガス排出口７４は、燃料電池本体１０の空気導入口１０６に連通されている。
【００８２】
更に、第２中間分配板７０には、燃料電池本体１０の燃料極１２からの排出口１０５に連通するオフガス導入口７３が貫通形成されており、このオフガス導入口７３は、第１加湿プレート６１のオフガス導入用凹部６６に連通するようになっている。
【００８３】
次に、第１加湿プレート６１について説明すると、図１７は第１加湿プレート６１の第２中間分配板７０側の面６１ｂを示し、図１８は第１加湿プレート６１の水透過膜３３側の面６１ａを示している。
【００８４】
図１４、１７に示すように、第１加湿プレート６１の第２中間分配板７０側の面６１ｂには、前記第２中間分配板７０のオフガス導入口７３に連通するオフガス導入用凹部６６と、このオフガス導入用凹部６６に一端を連結された複数本の平行なオフガス流通溝６０ｃと、このオフガス流通溝６０ｃの他端が連結された、貫通孔からなるオフガス排出口６７ａとが設けられている。また、前記第２中間分配板７０の加湿水導入口７２に連通する加湿水導入口６４が貫通形成されている。更に、前記第２中間分配板７０の加湿ガス排出口７４に連通する加湿ガス排出口６９ａが設けられている。
【００８５】
図１４，１８に示すように、第１加湿プレート６１の水透過膜３３側の面６１ａには、前記加湿水導入口６４に一端を連結された複数本の平行な加湿水流通溝６０ａと、この加湿水流通溝６０ａの他端が連結された加湿水排出用凹部６５ａとが設けられている。上記加湿水流通溝６０ａが、図６における加湿水室３１をなしている。また、前記オフガス排出口６７ａと、前記加湿ガス排出口６９ａとが開口している。
【００８６】
次に、第２加湿プレート６２について説明すると、図１９は第２加湿プレート８２の水透過膜３３側の面６２ａを示している。
【００８７】
図１４、１９に示すように、第２加湿プレート６２には、配管Ｌ１２（図６参照）に連結された、貫通孔からなる被加湿ガス導入口６８と、この被加湿ガス導入口６８に一端を連結されたジグザグ状の通路からなる空気流通溝６０ｂと、この空気流通溝６０ｂの他端が連結された加湿ガス排出凹部６９ｂとが設けられている。なお、空気流通溝６０ｂは、図６における被加湿ガス室３２をなしている。加湿ガス排出凹部６９ｂは、第１加湿プレート６１の加湿ガス排出口６９ａに連通している。また、前記第１加湿プレート６１の加湿水排出用凹部６５ａに連通する貫通孔からなる加湿水排出口６５ｂと、前記第１加湿プレート６１のオフガス排出口６７ａに連通する貫通孔からなるオフガス排出口６７ｂとが形成されている。
【００８８】
そして、図１４に示すように、第２中間分配板７０と、第１加湿プレート６１と、水透過膜３３と、第２加湿プレート６２とを積層することによって、図２０に示すように、第１中間分配板７０と第１加湿プレート６１との間にオフガス流通溝６０ｃからなるオフガスの通路が構成され、第１加湿プレート６１と水透過膜３３との間に加湿水流通溝６０ａからなる加湿水の通路が構成され、水透過膜３３と第２加湿プレート６２との間に、空気流通溝６０ｂからなる空気の通路が構成される。なお、各プレートの間には、シール材５３ｂが配置されて気密性が保持されている。そして、第１中間分配板７０と第１加湿プレート６１との間に熱交換器２５が構成され、第１加湿プレート６１と水透過膜３３と第２加湿プレート６２とによって、空気加湿器３０’が構成されている。
【００８９】
この空気加湿器３０’では、加湿水が、図１４、１８中の矢印へで示すように、配管Ｌ１０（図６参照）から第２中間分配板７０の加湿水導入路７２ａ、加湿水導入口７２を通り、更に第１加湿プレート６１の加湿水導入口６４、加湿水流通溝６０ａを通り、更に加湿水排出用凹部６５ａ、加湿水排出口６５ｂを通って排出される。この加湿水は配管Ｌ１１（図６参照）を通り、冷却水熱交換器４０に送られる。
【００９０】
また、配管Ｌ１２（図６参照）から供給される空気は、図１４、１９中の矢印トで示すように、第２加湿プレート６２の加湿ガス導入口６８から、空気流通溝６０ｂを通り、そこで、前記第１プレート６１の加湿水流通溝６０ａを通る加湿水と水透過膜３３を通して接触し、加湿された空気となる。こうして加湿された空気は、加湿ガス排出用凹部６９ｂから、第１加湿プレート６１の加湿ガス排出口６９ａ、第２中間分配板７０の加湿ガス排出口７４を通って、燃料電池本体１０の空気導入口１０６に送られるようになっている。
【００９１】
更に、燃料電池本体１０の燃料極１２から、排出口１０５を通って排出されるオフガスは、図１４，１７中の矢印チで示すように、第２中間分配板７０のオフガス導入口７３を通って、第１加湿プレート６１のオフガス導入用凹部６６に導入され、オフガス流通溝６０ｃを通って、更にオフガス排出口６７ａを通り、第２加湿プレート６２のオフガス排出口６７ｂから排出される。そして、オフガス流通溝６０ｃを通るときに、第１加湿プレート６１の裏面側の加湿水流通溝６０ａを通る加湿水と熱交換し、加湿水を加熱する。
【００９２】
この第２の実施形態によれば、加湿水室（８０ａ、６０ａ）を流通する水を、燃料電池本体１０から排出されるオフガスと熱交換させて加温するので、加湿水室を流通する水が水蒸気化され易くなり、ヒータなどを使用しなくとも被加湿ガス室（８０ｂ、６０ｂ）を通過するガスを十分加湿することができるので、発電効率に優れる。燃料電池本体１０の片面に、改質ガス加湿器２０’とその熱交換器２５が設置され、燃料電池本体１０の反対側の面に、空気加湿器３０’とその熱交換器３５とが設置されているので、オフガスの放熱を抑制して比較的高温のオフガスを熱交換器へ導入でき、加湿に用いる水の加熱効果が高く、更には、装置全体が小型化になり、設置スペースを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明による固体高分子電解質形燃料電池発電装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における、水透過膜として平板状膜を用いた場合の加湿セルユニットを構成する第１加湿プレートの水透過膜に対向する面の平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における、水透過膜として平板状膜を用いた場合の加湿セルユニットを構成する第２加湿プレートの水透過膜に対向する面の平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における、水透過膜として平板状膜を用いた場合の加湿セルユニットのＡ−Ａ側断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における、水透過膜として中空糸膜を用いた場合の改質ガス加湿器の断面図である。
【図６】本発明による固体高分子電解質形燃料電池発電装置の第２の実施形態の概略構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における、固体高分子電解質形燃料電池発電装置の改質ガス加湿器及び熱交換器の分解斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における、第１加湿プレートとの間で熱交換器を構成する第１中間分配板の燃料電池本体側を示す平面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における、第１中間分配板の第１加湿プレート側を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における、改質ガス加湿器を構成する第１加湿プレートの第１中間分配板側を示す平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における、第１加湿プレートの水透過膜側の平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態における、改質ガス加湿器を構成する第２加湿プレートの水透過膜側の平面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における、改質ガス加湿器の図１０〜１２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態における、固体高分子電解質形燃料電池発電装置の空気加湿器及び熱交換器の分解斜視図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態における、第１加湿プレートとの間で熱交換器を構成する第２中間分配板の燃料電池本体側を示す平面図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態における、第２中間分配板の第１加湿プレート側を示す平面図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態における、空気加湿器を構成する第１加湿プレートの第２中間分配板側の平面図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態における、空気加湿器を構成する第１加湿プレートの水透過膜に対向する面の平面図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態における、空気加湿器を構成する第２加湿プレートの水透過膜に対向する面の平面図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態における、空気加湿器の図１７〜１９のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図２１】従来の燃料電池単セルの概略構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０：燃料電池本体
１１：固体高分子電解質膜
１２：燃料極
１３：空気極
１４：冷却板
１５：気液分離器
１６：イオン交換樹脂
２０、２０’：改質ガス加湿器
２１、３１：加湿水室
２２、３２：被加湿ガス室
２３、３３、５３：水透過膜
２５、３５：熱交換器
３０、３０’：空気加湿器
４０：冷却水熱交換器
４１：貯水槽
４２：改質器
４３：空気ブロア
４５：ヒータ
５０ａ：加湿水流通溝
５０ｂ：ガス流通溝
５１：第１加湿プレート
５２：第２加湿プレート
５３ａ：保護基材
５３ｂ：シール材
５４：加湿セルユニット
５５：加湿水導入口
５６：加湿水排出口
５７：被加湿ガス導入口
５８：加湿ガス排出口
６０ａ：加湿水流通溝
６０ｂ：空気流通溝
６０ｃ：オフガス流通溝
６１：第１加湿プレート（空気加湿器）
６２：第２加湿プレート（空気加湿器）
６４：加湿水導入口
６５ａ：加湿水排出用凹部
６５ｂ：加湿水排出口
６６：オフガス導入用凹部
６７ａ、６７ｂ：オフガス排出口
６８：被加湿ガス導入口
６９ａ：加湿ガス排出口
６９ｂ：加湿ガス排出用凹部
７０：第２中間分配板
７１：冷却水排出口
７１ａ：冷却水排出路
７２：加湿水導入口
７２ａ：加湿水導入路
７３：オフガス導入口
７４：加湿ガス排出口
８０ａ：加湿水流通溝
８０ｂ：改質ガス流通溝
８０ｃ：オフガス流通溝
８１：第１加湿プレート（改質ガス加湿器）
８２：第２加湿プレート（改質ガス加湿器）
８４ａ：加湿水導入用凹部
８４ｂ：加湿水導入口
８５：加湿水排出口
８６：オフガス導入用凹部
８７ａ、８７ｂ：オフガス排出口
８８：被加湿ガス導入口
８８：被加湿ガス導入用凹部
８９ａ：加湿ガス排出口
８９ｂ：加湿ガス排出用凹部
９０：第１中間分配板
９１：冷却水導入口
９１ａ：冷却水導入路
９２：加湿水排出口
９２ａ：加湿水排出路
９３：オフガス導入口
９４：加湿ガス排出口
１０１：冷却水導入口
１０２：オフガス排出口
１０３：改質ガス導入口
１０４：冷却水排出口
１０５：オフガス排出口
１０６：空気導入口
Ｌ１〜Ｌ２２：配管
Ｐ１、Ｐ２：ポンプ
【図７】
2008243540.tif 000003
【図１４】
2008243540.tif 000004
【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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