(57)【要約】【課題】高温環境下（例えば７０℃以上）の使用でも、加湿器の加湿性能の低下を抑制することができる加湿器を提供する。【解決手段】湿潤ガスから水分を吸水し乾燥ガスへ前記水分を供給する水蒸気交換膜を有する加湿器であって、前記加湿器は、前記水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、前記表面張力回復剤を前記水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段とを備える。【選択図】図１
2008151390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加湿器に使用される水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、前記表面張力回復剤を前記水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段とを備えることを特徴とする水蒸気交換膜リフレッシュシステム。
【請求項２】
湿潤ガスから水分を吸水し乾燥ガスへ前記水分を供給する水蒸気交換膜を有する加湿器であって、
前記加湿器は、前記水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、前記表面張力回復剤を前記水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段とを備えることを特徴とする加湿器。
【請求項３】
請求項２記載の加湿器であって、前記加湿器は、前記加湿器の使用状態を監視するモニタを有し、前記モニタから得られる前記加湿器の使用状態に応じて、前記表面張力回復剤供給手段により、前記水蒸気交換膜に表面張力回復剤を供給することを特徴とする加湿器。
【請求項４】
請求項２又は３記載の加湿器であって、前記表面張力回復剤は、アルコールであることを特徴とする加湿器。
【請求項５】
燃料電池供給ガスを供給することにより発電し、燃料電池オフガスを排出する燃料電池と、前記燃料電池オフガスから水分を吸水し前記燃料電池供給ガスへ前記水分を供給する水蒸気交換膜を有する加湿器とを備える燃料電池システムであって、
前記加湿器は、前記水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、前記表面張力回復剤を前記水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池システムであって、前記加湿器は、前記燃料電池システムの使用状態を監視するモニタを有し、前記モニタから得られる前記燃料電池システムの使用状態に応じて、前記表面張力回復剤供給手段により、前記水蒸気交換膜に表面張力回復剤を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項５又は６記載の燃料電池システムであって、前記表面張力回復剤は、アルコールであ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、水蒸気交換膜リフレッシュシステム、加湿器、及び燃料電池システムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
加湿器は、湿潤ガスに含有している水分を樹脂膜等の水蒸気交換膜により吸水し乾燥ガスに水分を供給するものであり、例えば燃料電池内の湿度を確保するための加湿器として実用化されている。
【０００３】
一般的に燃料電池は、電解質膜と、触媒層及び拡散層を含む一対の電極と、電極を挟持する一対の燃料電池用セパレータとを有する。燃料電池の発電時には、アノード極に供給するアノードガスを水素ガス、カソード極に供給するカソードガスを酸素ガスとした場合、アノード極側では、水素イオンと電子とにする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中を通りカソード極側に、電子は外部回路を通じてカソード極に到達する。一方、カソード極側では、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水分を生成する反応が行われ、エネルギを放出する。
【０００４】
燃料電池は、水素イオン伝導性を維持するために、電解質膜を適度に加湿しておく必要がある。電解質膜は、加湿器によって加湿された燃料電池供給ガス（アノードガス、カソードガスの少なくともどちらか一方を意味する。）が、電解質膜に供給されることにより、加湿される。燃料電池システムの加湿器において、例えば、燃料電池の発電反応によって生成した水分を含有する燃料電池オフガス（上記燃料電池の発電反応によって排出されるアノードオフガス、カソードオフガスの少なくともどちらか一方を意味する。）が、加湿器内の水蒸気交換膜の一方の面に接触し、燃料電池オフガス中の水分が水蒸気交換膜内に吸水され、蓄えられる。また、燃料電池供給ガスが、水蒸気交換膜のもう一方の面に接触することによって、水蒸気交換膜内に蓄えられている水分が燃料電池供給ガスに供給される。
【０００５】
加湿器は、様々な環境下で使用されても、充分な加湿性能を発揮することができるように、種々改良が行われている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、多価アルコールに浸漬処理した水蒸気交換膜を加湿器に使用することによって、低温環境下でも加湿性能の優れた加湿器が提案されている。
【０００７】
しかし、特許文献１の加湿器では、高温環境下、例えば、燃料電池の発電環境下（９０℃程度以上）において継続して使用すると、加湿器に使用される水蒸気交換膜の表面張力が増加し、水蒸気交換膜の含水率、濡れ性等が徐々に低下する。水蒸気交換膜がこのような状態になると、加湿器の加湿性能が低下してしまう。加湿器の加湿性能が低下することによって、例えば、燃料電池オフガスから水分を吸水し、燃料電池供給ガスへ水分を供給することが困難となる。そうすると、電解質膜が乾燥し、電解質膜の水素イオン伝導性が低下することによって、燃料電池の発電性能が低下する場合がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２８９２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、高温環境下（例えば、７０℃以上）の使用でも、加湿器の加湿性能の低下を抑制することができる水蒸気交換膜リフレッシュシステム、当該水蒸気交換膜リフレッシュシステムを備える加湿器、及び当該加湿器を備える燃料電池システムである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の水蒸気交換膜リフレッシュシステムは、加湿器に使用される水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、前記表面張力回復剤を前記水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段とを備える。
【００１１】
また、本発明は、湿潤ガスから水分を吸水し乾燥ガスへ前記水分を供給する水蒸気交換膜を有する加湿器であって、前記加湿器は、前記水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、前記表面張力回復剤を前記水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段とを備える。
【００１２】
また、前記加湿器において、前記加湿器は、前記加湿器の使用状態を監視するモニタを有し、前記モニタから得られる前記加湿器の使用状態に応じて、前記表面張力回復剤供給手段により、前記水蒸気交換膜に表面張力回復剤を供給することが好ましい。
【００１３】
また、前記加湿器において、前記表面張力回復剤は、アルコールであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、燃料電池供給ガスを供給することにより発電し、燃料電池オフガスを排出する燃料電池と、前記燃料電池オフガスから水分を吸水し前記燃料電池供給ガスへ前記水分を供給する水蒸気交換膜を有する加湿器とを備える燃料電池システムであって、前記加湿器は、前記水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、前記表面張力回復剤を前記水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段とを備える。
【００１５】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記加湿器は、前記燃料電池システムの使用状態を監視するモニタを有し、前記モニタから得られる前記燃料電池システムの使用状態に応じて、前記表面張力回復剤供給手段により、前記水蒸気交換膜に表面張力回復剤を供給することが好ましい。
【００１６】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記表面張力回復剤は、アルコールであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、表面張力回復剤を水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段を備えることによって、高温環境下（例えば７０℃以上）の使用でも、加湿器の加湿性能の低下を抑制することができる水蒸気交換膜リフレッシュシステム、当該水蒸気交換膜リフレッシュシステムを備える加湿器、及び当該加湿器を備える燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す模式断面図である。加湿器１ａは、水蒸気交換膜１０と、水蒸気交換膜１０の一方の面と湿潤ガスとが接触するための湿潤ガス通路１２と、水蒸気交換膜１０のもう一方の面と乾燥ガスとが接触するための乾燥ガス通路１４と、外枠材１６と、水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ａとを備えている。加湿器１ａの乾燥ガス通路１４側には、乾燥ガス通路１４に乾燥ガスを供給する乾燥ガス供給路１８及び乾燥ガス供給口２０と、乾燥ガス通路１４から乾燥ガス（加湿されたガス）を排出する加湿ガス排出路２２及び加湿ガス排出口２４とを有する。また、湿潤ガス通路１２側には、湿潤ガス通路１２に湿潤ガスを供給する湿潤ガス供給路２６及び湿潤ガス供給口２８と、湿潤ガス通路１２から湿潤ガスを排出する湿潤ガス排出路３０及び湿潤ガス排出口３２とを有する。
【００２０】
水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ａは、水蒸気交換膜１０の表面張力を回復させる表面張力回復剤３４を貯蔵するタンク３６と、表面張力回復剤３４を水蒸気交換膜１０に供給する表面張力回復剤供給手段としてのポンプ３８と、配管類とを備えている。
【００２１】
水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ａの配管類は、タンク３６の出口（不図示）とポンプ３８の吸引側（不図示）と接続する回復剤供給路４０ａと、ポンプ３８の吐出側（不図示）と加湿器１ａの回復剤供給口４２とを接続する回復剤供給路４０ｂとを有する。回復剤供給口４２は、水蒸気交換膜１０の水分移動方向の点から湿潤ガス通路１２側に設置されることが好ましい
【００２２】
図１により、本発明の実施形態に係る加湿器１ａの動作について説明する。湿潤ガス供給路２６から湿潤ガス供給口２８を介して湿潤ガス通路１２に入った湿潤ガスが、水蒸気交換膜１０の一方の面（湿潤ガス通路１２側）に接触し、湿潤ガス中の水分が水蒸気交換膜１０内に吸水され、蓄えられる。そして、湿潤ガスは、湿潤ガス排出口３２を介して湿潤ガス排出路３０から加湿器１ａの系外へ排出される。一方、乾燥ガス供給路１８から乾燥ガス供給口２０を介して乾燥ガス通路１４に入った乾燥ガスが、水蒸気交換膜１０のもう一方の面（乾燥ガス通路１４側）に接触することによって、水蒸気交換膜１０内に蓄えられている水分が乾燥ガスに供給される。水分が供給されたガス（乾燥ガス）は、加湿ガス排出口２４を介して加湿ガス排出路２２から加湿器１ａの系外へ排出される。
【００２３】
このような湿潤ガスと乾燥ガスとの間で水蒸気交換が行われる際に、水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ａにおいて、ポンプ３８の吐出側と回復剤供給口４２との間に設けられた回復剤供給路４０ｂ中のバルブ４４が開かれ、ポンプ３８が稼動される。ポンプ３８の稼動によって、タンク３６内の表面張力回復剤３４は、回復剤供給路４０ａ，４０ｂを経由して、回復剤供給口４２から湿潤ガス通路１２に供給される。湿潤ガス通路１２に供給された表面張力回復剤３４は、水蒸気交換膜１０に吸水される。
【００２４】
表面張力回復剤３４とは、水蒸気交換膜１０の表面張力を回復させることができるものである。高温環境下で、上記のように、湿潤ガスと乾燥ガスとの間で水蒸気交換を行うと、水蒸気交換膜の表面張力は高くなる。表面張力が高くなると、水蒸気交換膜の含水率、濡れ性等が低下してしまう。したがって、本実施形態のように表面張力回復剤３４を水蒸気交換膜に供給することによって、表面張力が高くなった水蒸気交換膜１０の表面張力を回復させることができる。また、表面張力の回復によって、水蒸気交換膜の含水率、濡れ性等も回復させることができる。表面張力回復剤としては、例えば、メタノール、エタノール、グリセリン等のアルコール、界面活性剤等が挙げられる。水蒸気交換膜の表面張力を効率的に回復させる点で、アルコールであることが好ましく、水蒸気交換膜にダメージを与えない点、燃料電池システムの発電に影響を与えない点で、エタノールであることがより好ましい。
【００２５】
水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ａは、加湿器１ａの回復剤供給口４２と回復剤供給路４０ｂとを脱着可能なアタッチメントにして（又は専用ポートを設けて）、加湿器１ａから取り外し、取り付け可能にしてもよい。このような構成にすることによって、加湿器の加湿性能が低下したときに、水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ａを取り付けて、加湿器の加湿性能を回復させることも可能である。
【００２６】
水蒸気交換膜１０は、湿潤ガスから（選択的に）水分を吸水し、乾燥ガスに水分を供給することができるものであり、公知の樹脂膜を使用することができる。例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエンカビニリデン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂等の樹脂膜が挙げられる。
【００２７】
外枠材１６は、湿潤ガス及び乾燥ガスに対して不透過性を有するものであれば特に制限されるものでなく、例えば、金属板、ラミネートフィルム、樹脂等が挙げられる。
【００２８】
加湿器１ａは、水蒸気交換膜１０と外枠材１６を接着等によって一体形成されているものである。
【００２９】
図２は、本発明の他の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す模式断面図である。図２に示すように、加湿器１ｂは、加湿器１ｂの使用状態を監視するモニタ（制御部）４６を有する。なお、図２に示す加湿器１ｂは、図１に示す加湿器１ａと共通する部材については同一の符号が付してある。
【００３０】
モニタ４６とは、加湿器１ｂの使用状態を監視するものである。例えば、加湿器１ｂの使用経過時間、水蒸気交換膜１０の膜抵抗等を測定するものである。また、モニタ４６は、ケーブル４８等によって加湿器１ｂ、バルブ４４、及びポンプ３８と電気的に接続されている。
【００３１】
加湿器１ｂの使用時間を測定する場合には、モニタ４６は、時計機能を有し、予め設定された使用経過時間になると、バルブ４４を開き、ポンプ３８を稼動するように指示するものであればよい。
【００３２】
上記説明したように水蒸気交換膜１０の表面張力が増加すると、水蒸気交換膜１０の含水率が低下するため、水蒸気交換膜１０の膜抵抗も変動（増加）する。したがって、水蒸気交換膜１０の膜抵抗を測定する場合には、モニタ４６は、インピーダンス計測器を有し、予め設定した水蒸気交換膜１０の膜抵抗になると、上記同様にバルブ４４を開き、ポンプ３８を稼動するように指示するものであればよい。
【００３３】
モニタ４６を備えることによって、水蒸気交換膜１０の表面張力が増加した際（具体的には、加湿器の加湿性能が低下した際）に、表面張力回復剤３４を水蒸気交換膜１０に供給することができる。したがって、水蒸気交換膜１０に過剰の表面張力回復剤３４を供給することを抑制することができる。
【００３４】
図３は、本発明の他の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す模式断面図である。図３に示すように、加湿器１ｃは、水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ｂを備える。なお、図３に示す加湿器１ｃは、図１に示す加湿器１ａと共通する部材については、同様の符号が付してある。
【００３５】
水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ｂは、水蒸気交換膜１０の表面張力を回復させる表面張力回復剤３４を貯蔵するタンク３６と、表面張力回復剤３４を水蒸気交換膜１０に供給する表面張力回復剤供給手段としてのポンプ３８と、配管類とを備えている。
【００３６】
水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ｂの配管類は、タンク３６の出口（不図示）とポンプの吸引側（不図示）と接続する回復剤供給路４０ａと、ポンプ３８の吐出側（不図示）と加湿器１ｃの回復剤供給口４２とを接続する回復剤供給路４０ｂと、加湿器の回復剤排出口５２とタンク入口（不図示）とを接続する回復剤循環路５４とを有する。
【００３７】
次に、水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ｂの動作について説明する。上記で説明したように、加湿器１ｃ内で水蒸気交換が行われる際に、ポンプ３８の吐出側と回復剤供給口４２との間に設けられた回復剤供給路４０ｂ中のバルブ４４、回復剤排出口５２とタンク３６の入口との間に設けられた回復剤循環路５４中のバルブ４５ａを開き、ポンプ３８を稼動させる。ポンプ３８の稼動によって、タンク３６内の表面張力回復剤３４は、回復剤供給路４０ａ、４０ｂを経由して、回復剤供給口４２から湿潤ガス通路１２に供給される。この際、湿潤ガス通路１２を流れる湿潤ガスが、回復剤排出口５２から回復剤循環路５４に流入しないように、湿潤ガス供給路２６のバルブ４５ｂを閉じる。湿潤ガス通路１２に流れる表面張力回復剤３４は、水蒸気交換膜１０に吸水される。また、水蒸気交換膜１０に吸水されない余分な表面張力回復剤３４は、回復剤排出口５２から回復剤循環路５４を通り、タンク３６内に流入する。
【００３８】
このような構成にすることによって、表面張力回復剤３４を無駄なく使用することができるため、長期間継続して加湿器１ｃを使用することができる。
【００３９】
水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ｂは、加湿器１ｃの回復剤供給口４２及び回復剤供給路４０ｂ、回復剤排出口５２及び回復剤循環路５４を脱着可能なアタッチメントにして（又は専用ポートを設けて）、加湿器１ｃから取り外し、取り付け可能にしてもよい。このような構成にすることによって、加湿器の加湿性能が低下したときに、水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ｂを取り付けて、加湿器の加湿性能を回復させることも可能である。
【００４０】
図４は、本発明の他の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す模式断面図である。図４に示すように、加湿器１ｄの水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ｃは、水蒸気交換膜１０の表面張力を回復させる表面張力回復剤３４を貯蔵するタンク３６と、配管類とを備えている。なお、図４に示す加湿器１ｄは、図１に示す加湿器１ａと共通する部材については同一の符号が付してある。
【００４１】
水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ｃの配管類は、タンク３６の出口（不図示）と回復剤供給口４２と接続する回復剤供給路４０と、加湿されたガス（乾燥ガス）を排出する加湿ガス排出路２２とタンク３６の入口（不図示）とを接続する圧力路５６とを有する。
【００４２】
次に、水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ｃの動作について説明する。上記で説明した加湿器１ｄ内で水蒸気交換が行われる際に、加湿ガス排出路２２を通る加湿されたガス（乾燥ガス）の一部が、圧力路５６を通り、タンク３６内に流入する。加湿されたガスがタンク３６内に流入することにより、タンク３６内の圧力が上がる。その際に、回復剤供給路４０に設けられたバルブ４４を開くことよって、タンク３６内の表面張力回復剤３４は、回復剤供給路４０を通り、回復剤供給口４２から湿潤ガス通路１２に供給される。湿潤ガス通路１２に供給された表面張力回復剤３４は、水蒸気交換膜１０に吸水される。
【００４３】
上記のように、加湿ガス排出路２２を通る加湿されたガス（乾燥ガス）は、タンク３６内の圧力を上げることができるため、表面張力回復剤３４を水蒸気交換膜１０に供給する表面張力回復剤供給手段として利用することができる。そのため、ポンプ３８自体を必要とせず、加湿器１ｄの軽量化を測る点で好ましい。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係る加湿器は、加湿器に使用される水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、表面張力回復剤を水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段とを備えることにより、燃料電池システム等の高温環境下で加湿器を使用し、表面張力が高くなった水蒸気交換膜の表面張力を回復（低く）させることができる。また、水蒸気交換膜の表面張力の回復によって、水蒸気交換膜の含水率、濡れ性等も回復させることができるため、加湿器の加湿性能の低下を抑制することができる。さらに、表面張力回復剤をタンクに補充等するだけで、加湿器を交換することなく、長期間安定した加湿性能を有する加湿器を使用することができる。そのため、本実施形態に係る加湿器は、コスト、メンテナンス費用等の点で好ましい。
【００４５】
また、上記これらの実施形態に係る加湿器は、例えば、燃料電池用、空調機用の加湿器として用いることができる。以下、加湿器を燃料電池用に用いた場合の例を説明する。
【００４６】
図５は、本実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例示す模式断面図である。
【００４７】
本実施形態に係る燃料電池システム５ａは、燃料電池６と、高圧ガスタンク７と、エアコンプレッサ８と、加湿器１ａと、配管類とを有する。
【００４８】
燃料電池６は、単セル又は単セルを複数積層したものである。燃料電池６の単セルは、固体高分子電解質膜と、それを挟持するカソード極とアノード極と、アノード極及びカソード極の外側に配置されたセパレータとを有する固体高分子型燃料電池である。
【００４９】
加湿器１ａは、図１に示す加湿器１ａである。加湿器１ａは、燃料電池オフガス（上記燃料電池の発電反応によって排出されるアノードオフガス、カソードオフガスの少なくともどちらか一方を意味する。）と燃料電池供給ガス（アノードガス、カソードガスのうち少なくともどちらか一方を意味する。）との間で水蒸気交換を行わせるものであり、燃料電池のアノード極側及びカソード極側のうち少なくともどちらか一方に設けられるものであればよい。本実施形態ではカソード極側に設けたものを例として説明する。
【００５０】
図５に示すように、燃料電池６のアノード極側では、高圧ガスタンク７の出口（不図示）と燃料電池６のアノードガス入口（不図示）とを接続するアノードガス供給路９ａと、燃料電池６のアノードガス出口（不図示）と接続するアノードガス排出路９ｂとを有する。
【００５１】
一方、燃料電池６のカソード極側では、エアコンプレッサ８の吐出側（不図示）と加湿器１ａの乾燥ガス供給口２０とを接続する乾燥ガス供給路１８と、加湿器１ａの加湿ガス排出口２４と燃料電池６のカソードガス入口（不図示）とを接続する加湿ガス排出路２２と、燃料電池６のカソードガス出口（不図示）と加湿器１ａの湿潤ガス供給口２８とを接続する湿潤ガス供給路２６と、加湿器１ａの湿潤ガス排出口３２から燃料電池システム５ａ外に排出される湿潤ガス排出路３０とを有する。
【００５２】
次に、本実施形態に係る燃料電池システム５ａの動作について説明する。アノードガスは、高圧ガスタンク７から供給されるアノードガスがアノードガス供給路９ａを通り、アノードガス入口から燃料電池６に供給され、燃料電池６の発電に利用される。発電に利用されなかったアノードガスは、アノードオフガスとしてアノードガス出口から排出され、アノードガス排出路９ｂを通り、燃料電池システム５ａ外に排出される。一方、カソードガスは、エアコンプレッサ８から供給されるカソードガスが乾燥ガス供給路１８を通り、乾燥ガス供給口２０から乾燥ガス通路１４に導入される。上記説明したようにカソードガスは、乾燥ガス通路１４内で加湿される。加湿されたカソードガスは、加湿ガス排出口２４から排出され、加湿ガス排出路２２を通り、カソードガス入口から燃料電池６に供給され燃料電池６の発電に利用される。発電に利用されなかったカソードガスの残留分は、発電の際に生成した水分とともにカソードオフガスとして、カソードガス出口から排出され、湿潤ガス供給路２６を通り、湿潤ガス供給口２８から湿潤ガス通路１２に導入される。上記説明したように、カソードオフガス中の水分は、水蒸気交換膜１０により吸水される。そして、カソードオフガスは、湿潤ガス排出口３２から湿潤ガス排出路３０を通り燃料電池システム５ａ外に排出される。
【００５３】
本実施形態に用いられる加湿器１ａの水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ａの動作については、上記説明した通りである。
【００５４】
図６、７は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式断面図である。本実施形態に係る燃料電池システムは、図５に示す加湿器１ａに限定されるものではなく、図６，７に示すように、例えば、図３，４に示す加湿器１ｃ，１ｄ等も使用することができる。図６（及び図３）に示す加湿器１ｃは、上記でも説明したように、水蒸気交換膜１０に吸水されない余分な表面張力回復剤３４をタンク３６内に戻すことができる。そのため、表面張力回復剤３４をタンク３６内に補充しなくても、燃料電池システム５ｂを長期間継続して使用することができる。また、図７（及び図４）に示す加湿器１ｄは、上記でも説明したように、加湿ガス排出路２２を通る加湿された乾燥ガス（カソードガス）の一部を使用して、タンク３６内の圧力を上げ、表面張力回復剤３４を水蒸気交換膜１０に供給することができる。そのため、ポンプ３８等を必要とせず、燃料電池システム５ｃの軽量化を図る点で好適である。
【００５５】
図８は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式断面図である。本実施形態に係る燃料電池システム５ｄは、モニタ４６を有する加湿器１ｂを備えるものである。
【００５６】
モニタ４６とは、燃料電池システム５ｄの使用状態を監視するものである。例えば、加湿器１ｂの使用状態、燃料電池６の使用経過時間、燃料電池６の電圧、燃料電池６のインピーダンス等を測定するものである。モニタ４６は、ケーブル４８等によって、加湿器１ｂ、燃料電池６（加湿器１ｂ及び燃料電池６はどちらか一方でもよい）、バルブ４４、及びポンプ３８と電気的に接続されている。加湿器１ｂの使用状態については、上記説明した通りである。
【００５７】
燃料電池６の使用時間を測定する場合には、モニタ４６は、時計機能を有し、予め設定された使用経過時間になると、バルブ４４を開き、ポンプ３８を稼動するように指示するモニタであればよい。
【００５８】
燃料電池６の電圧を測定する場合には、モニタ４６は、燃料電池６の出力電圧を測定する電圧計を有する。上記でも説明したように、水蒸気交換膜１０の表面張力が増加すると、加湿性能が低下するため、燃料電池６内の電解質膜が乾燥する。そうすると、燃料電池６の発電性能が低下するため、燃料電池６の出力電圧も低下する。したがって、モニタ４６は、燃料電池６の発電性能が低下した際の燃料電池６の出力電圧を予め設定し、燃料電池６が設定した出力電圧になると、上記同様にバルブ４４を開き、ポンプ３８を稼動するように指示するものであればよい。
【００５９】
燃料電池６のインピーダンスを測定する場合には、モニタ４６は、燃料電池６のインピーダンスを測定するインピーダンス計測器を有する。上記同様に発電性能が低下すると、燃料電池６のインピーダンスは増大する。モニタ４６は、燃料電池６の発電性能が低下した際の燃料電池６のインピーダンスを予め設定し、燃料電池６が設定したインピーダンスになると、上記同様にバルブ４４を開き、ポンプ３８を稼動するように指示するものであればよい。
【００６０】
本実施形態に係る燃料電池システム（例えば、図５〜８に示す燃料電池システム５ａ〜５ｄ）が、電気自動車等の車輌用の電源として使用される場合には、水蒸気交換膜リフレッシュシステム（例えば、図１〜４に示す水蒸気交換膜リフレッシュシステム３ａ〜３ｃ）は、車輌のウィンドウォッシャ用のシステムと兼用することができる。通常、ウィンドウォッシャ用のシステムのウィンドウォッシャ液は、ガラスを洗浄するために、アルコールが使用されている。そのため、水蒸気交換膜リフレッシュシステムに用いられる表面張力回復剤として、アルコールを使用すれば、ウィンドウォッシャ用のシステムと兼用することが可能となり、車輌システムの簡素化が可能である。
【００６１】
また、上記でも説明したように、水蒸気交換膜リフレッシュシステムは、加湿器から取り外し、取り付け可能（上記説明したポート、アタッチメント等を使用する）とすることができるため、水蒸気交換膜リフレッシュシステムをディーラ等専用サービスステーションや移動式の水蒸気交換膜リフレッシュシステムとして外部に設定することができる。したがって、車輌に搭載した加湿器の加湿性能が低下した際には、ディーラ等専用サービスステーション等で、加湿器に上記水蒸気交換膜リフレッシュシステムを取り付け、定期的に加湿器の性能を回復させることができる。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る燃料電池システムは、水蒸気交換膜の表面張力を回復させる表面張力回復剤を貯蔵するタンクと、表面張力回復剤を水蒸気交換膜に供給する表面張力回復剤供給手段とを備えることによって、高温環境下で燃料電池システムに備えられた加湿器を使用しても、加湿器の加湿性能の低下を抑制することができるため、燃料電池システムの発電性能の低下を抑制することができる。
【００６３】
上記本実施形態に係る燃料電池システムは、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、定置用電源等として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す模式断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す模式断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す模式断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る加湿器の構成の一例を示す模式断面図である。
【図５】本実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例示す模式断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  加湿器、３ａ，３ｂ，３ｃ  水蒸気交換膜リフレッシュシステム、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  燃料電池システム、６  燃料電池、７  高圧ガスタンク、８  エアコンプレッサ、９ａ  アノードガス供給路、９ｂ  アノードガス排出路、１０  水蒸気交換膜、１２  湿潤ガス通路、１４  乾燥ガス通路、１６  外枠材、１８  乾燥ガス供給路、２０  乾燥ガス供給口、２２  加湿ガス排出路、２４  加湿ガス排出口、２６  湿潤ガス供給路、２８  湿潤ガス供給口、３０  湿潤ガス排出路、３２  湿潤ガス排出口、３４  表面張力回復剤、３６  タンク、３８  ポンプ、４０ａ，４０ｂ  回復剤供給路、４２  回復剤供給口、４４，４５ａ，４５ｂ  バルブ、４６  モニタ、５２  回復剤排出口、５４  回復剤循環路、５６  圧力路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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