(57)【要約】【課題】加湿気体が水滴を随伴することを防止することができる加湿器及び燃料電池システムを提供する。【解決手段】内部に貯留される液体１０２中に気体を導入し加湿して排出可能な加湿タンク１０１と、前記液体１０２の液面１０２ａ上方に設けられ該液面１０２ａに向かって液体を噴射可能な噴射手段１０６とを備えることを特徴とし、加湿タンク１０１は、下部に設けられ外部から気体を導入する導入口１０３と、上部に設けられ加湿された気体を外部に排出する排出口１０４とを有するので、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができる加湿器及び燃料電池システムを提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に貯留される液体中に気体を導入し加湿して排出可能な加湿タンクと、
前記液体の液面上方に設けられ該液面に向かって液体を噴射可能な噴射手段とを備えることを特徴とする、
加湿器。
【請求項２】
前記加湿タンクは、下部に設けられ外部から前記気体を導入する導入口と、上部に設けられ前記加湿された気体を外部に排出する排出口とを有することを特徴とする、
請求項１に記載の加湿器。
【請求項３】
前記加湿タンク内に貯留される前記液体を前記噴射手段に供給する供給手段を備えることを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の加湿器。
【請求項４】
前記気体の流動方向に対して前記噴射手段より下流側に設けられ、前記気体が透過可能であると共に前記液体が透過不能な気相選択透過膜を備えることを特徴とする、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の加湿器。
【請求項５】
前記液体を加熱可能な加熱手段を備えることを特徴とする、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の加湿器。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記液体中に設けられ内部を加熱媒体が通過可能な伝熱管を有することを特徴とする、
請求項５に記載の加湿器。
【請求項７】
前記伝熱管は、表面に翼状に設けられる複数のフィンを有することを特徴とする、
請求項６に記載の加湿器。
【請求項８】
前記伝熱管は、前記気体の流動方向に対して交差する方向に沿って設けられる幅広部を有することを特徴とする、
請求項６又は請求項７に記載の加湿器。
【請求項９】
前記加熱手段は、内部に前記加湿タンクを収容すると共に加熱媒体を貯留可能な加熱媒体タンクを有することを特徴とする、
請求項５に記載の加湿器。
【請求項１０】
前記加熱手段は、反応ガスの電気化学的反応により発電する燃料電池を有し、
前記加熱媒体は、前記燃料電池の発電で発生した熱を奪う冷却水であることを特徴とする、
請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の加湿器。
【請求項１１】
前記気体の流動方向に対して交差する方向に沿って、該流動方向に対して前記加熱手段より上流側に設けられると共に複数の孔を有する多孔板を備えることを特徴とする、
請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の加湿器。
【請求項１２】
内部に貯留される水分中に反応ガスを導入し加湿して排出可能な加湿タンクと、前記水分の液面上方に設けられ該液面に向かって水分を噴射可能な噴射手段とを有する加湿器と、
前記加湿された反応ガスの電気化学的反応により発電する燃料電池とを備え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、加湿器及び燃料電池システムに関し、特に、移動体に搭載して好適な加湿器及び燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から種々の気体を加湿する加湿器は、様々な装置に用いられている。このような加湿器が適用される装置として、例えば、酸素と水素の反応で電力を発生させる燃料電池システムがある。燃料電池システムは、エネルギー効率が高く、音が静かで、排出されるのは水だけと、究極のクリーンな動力源として自動車や水中航走体（無人潜水機）等の移動体にも搭載できるものと期待されている。そして、このような燃料電池システムとしては、例えば、プロトン伝導性の電解質としてフッ素樹脂系のイオン交換膜を用いた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が高性能、高耐久である点で注目されている。このフッ素樹脂系のイオン交換膜は含水状態で良好なプロトン伝導性を示し、膜の含水量は水蒸気の分圧（相対湿度）に大きく依存し、乾燥すると水を失い高抵抗体となるので、これをＰＥＦＣに適用する場合には、膜を飽和水蒸気圧近傍の雰囲気に保持する水分管理が必要となる。一方、このような加湿器に貯留される水分の水滴（ミスト）が加湿気体により燃料電池まで随伴（いわゆる、キャリーオーバー）されてしまうと、電池性能が低下するおそれがある。
【０００３】
ここで、このような加湿器は、例えば、円筒状のタンク底部に水分を貯留し、このタンク底部に反応ガスを導入し、この反応ガスの気泡が水中を上昇することによって飽和蒸気圧となることで加湿される、いわゆる、バブリング方式の加湿器がある。そして、このようなバブリング方式の加湿器として、例えば、特許文献１には、ガスを加湿するウェッタータンク内に収容された純水の水面上方に、水面を覆うようにして多数の小孔を有するミスト防止板を設置することで、水滴（ミスト）の外部への飛散を防止するガス加湿装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８５７８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、上述した特許文献１に記載の加湿器では、例えば、移動体に搭載する場合、この移動体の動揺や傾斜などの姿勢変動に伴ってこの加湿器も共に動揺、傾斜することから、タンク内の純水の液面も動揺、傾斜し、このため、純水の液面とミスト防止板との距離が短くなる領域が出現し、この領域において純水がミスト防止板の小孔を通過し、このミスト防止板上に漏れ出てしまい、結果的に、ガスが水滴を加湿器外部に随伴してしまうことがあった。
【０００６】
そこで本発明は、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができる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】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１の発明の加湿器は、内部に貯留される液体中に気体を導入し加湿して排出可能な加湿タンクと、前記液体の液面上方に設けられ該液面に向かって液体を噴射可能な噴射手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明の加湿器では、前記加湿タンクは、下部に設けられ外部から前記気体を導入する導入口と、上部に設けられ前記加湿された気体を外部に排出する排出口とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明の加湿器では、前記加湿タンク内に貯留される前記液体を前記噴射手段に供給する供給手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明の加湿器では、前記気体の流動方向に対して前記噴射手段より下流側に設けられ、前記気体が透過可能であると共に前記液体が透過不能な気相選択透過膜を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明の加湿器では、前記液体を加熱可能な加熱手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明の加湿器では、前記加熱手段は、前記液体中に設けられ内部を加熱媒体が通過可能な伝熱管を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明の加湿器では、前記伝熱管は、表面に翼状に設けられる複数のフィンを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項８の発明の加湿器では、前記伝熱管は、前記気体の流動方向に対して交差する方向に沿って設けられる幅広部を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項９の発明の加湿器では、前記加熱手段は、内部に前記加湿タンクを収容すると共に加熱媒体を貯留可能な加熱媒体タンクを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０の発明の加湿器では、前記加熱手段は、反応ガスの電気化学的反応により発電する燃料電池を有し、前記加熱媒体は、前記燃料電池の発電で発生した熱を奪う冷却水であることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１の発明の加湿器では、前記気体の流動方向に対して交差する方向に沿って、該流動方向に対して前記加熱手段より上流側に設けられると共に複数の孔を有する多孔板を備えることを特徴とする。
【００１８】
上記の目的を達成するための請求項１２の発明の燃料電池システムは、内部に貯留される水分中に反応ガスを導入し加湿して排出可能な加湿タンクと、前記水分の液面上方に設けられ該液面に向かって水分を噴射可能な噴射手段とを有する加湿器と、前記加湿された反応ガスの電気化学的反応により発電する燃料電池とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明の加湿器によれば、液面に向かって液体を噴射する噴射手段を設けたことで、液面から抜け出した気体に随伴する水滴が噴射手段から噴射された液体と接触することで気体から分離されるので、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができる。
【００２０】
請求項２の発明の加湿器によれば、導入口を加湿タンク下部に設ける一方、排出口を加湿タンクの上部に設けることから、気体と噴射手段から噴射される液体とが対向する流れを形成することから、気体に随伴する水滴と噴射手段から噴射された液体とを確実に接触させ、この水滴を気体から分離して落下させることができる。さらに、気体が加湿される機会が増加するので、加湿性能を向上させることができると共に加湿器を小型化することができる。
【００２１】
請求項３の発明の加湿器によれば、加湿タンク内に貯留される液体を供給手段により噴射手段に循環させることで、液体により気体を加湿すると共にこの気体が随伴する水滴を分離することができ、よって、加湿器の構成をよりコンパクトにすることができる。
【００２２】
請求項４の発明の加湿器によれば、噴射手段より下流側に気相選択透過膜を設けたことで、噴射手段から噴射された液体により分離することができなかった気体中の水滴をも確実に除去することができる。
【００２３】
請求項５の発明の加湿器によれば、加熱手段により液体を加熱することで液体の温度が上昇するので、気体を加湿する液体により気体を加熱することができ、よって、加湿気体の温度を調節することができる。
【００２４】
請求項６の発明の加湿器によれば、伝熱管を通過する加熱媒体により液体が加熱されるので、気体を加湿する液体により気体を加熱することができ、よって、加湿気体の温度を調節することができる。
【００２５】
請求項７の発明の加湿器によれば、複数のフィンにより伝熱管と液体とが接触する面積を大きくすることができるので、伝熱管と液体との熱交換性能を向上させることができ、気体の温度調整をより効率的に行うことができる。さらに、複数のフィンを設けたことで気泡の微粒化を促進することができるので、加湿性能も向上することができる。
【００２６】
請求項８の発明の加湿器によれば、伝熱管において、気体の流動方向に対して交差する方向に沿って幅広部を設けたことで、液体中に導入された気体の気泡は、幅広部で一旦滞留した後に液体から抜け出すので、加湿性能を向上させることができると共に気体の加熱を効率的に行うことができる。
【００２７】
請求項９の発明の加湿器によれば、加熱媒体タンク内に貯留される加熱媒体により液体が加熱されるので、気体を加湿する液体により気体を加熱することができ、よって、加湿気体の温度を調節することができる。さらに、加湿タンクが加熱媒体タンク内に貯留される加熱媒体により加熱媒体タンクに対して変位自在に支持されることで、液面が動揺、傾斜すること自体を抑制することができ、より安定した加湿性能を得ることができる。
【００２８】
請求項１０の発明の加湿器によれば、燃料電池の発電で発生した熱を奪って燃料電池を冷却する冷却水を加熱媒体として用いることで、この冷却水は、燃料電池による発電で発生した熱を奪うことで温度が上昇し、その後、加熱媒体として用いられる。このとき、発電により発生した熱を回収した冷却水と、加湿タンク内に貯留される液体とが熱交換することで、冷却水の温度が低下する一方、液体の温度が上昇し、さらに、この液体は、加湿タンク内で加湿される気体を加熱し、これにより気体の温度が上昇する。このため、燃料電池を確実に冷却することができると共に排熱を効果的に利用して気体の温度を上昇させることができる。
【００２９】
請求項１１の発明の加湿器によれば、液体中に導入された気体の気泡は、多孔板の複数の孔によりその流れが抑制されると共に加熱手段に至る前に微粒化されることから、加湿性能及び熱交換性能を著しく向上することができる。
【００３０】
請求項１２の発明の燃料電池システムによれば、反応ガスを加湿する加湿器にて、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができることから、適正に加湿されると共に水滴が除去された反応ガスのみが燃料電池に供給されるので、燃料電池まで水滴が到達することを防止することができ、よって電池性能の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明に係る加湿器及び燃料電池システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明の実施例１に係る加湿器の概略断面図、図２は、本発明の実施例１に係る加湿器が適用された燃料電池システムの概略構成図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施例に係る加湿器１００は、乾燥した気体が液体中を通過することで加湿されるいわゆるバブリング型加湿器である。以下、この加湿器１００は、燃料電池システム１に適用した場合で説明するが、これに限らず、加湿された気体を用いる種々の装置にも適用可能である。
【００３４】
燃料電池システム１は、図２に示すように、自動車や水中航走体（無人潜水機）等の移動体に搭載されるものである。燃料電池システム１は、燃料電池２と、燃料ガス供給配管３、酸化剤ガス供給配管４及び冷却水循環配管５と、電力供給装置６、加湿器１００とを備える。
【００３５】
燃料電池２は、反応ガスとしての燃料ガス、ここでは水素ガスと、反応ガスとしての酸化剤ガス、ここでは酸素ガスとの電気化学的反応により発電するものである。すなわち、燃料電池２は、電極反応で生成する水素イオンと電子のうち、水素イオンのみを通過させる特性を持つ電解質に、例えば、スルホン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜等の高分子イオン交換膜を用い、両電解質の両側に、例えば、白金系触媒等を用い、酸化、あるいは還元反応を起させる触媒電極をそれぞれ配置し、さらに、触媒電極を担持させた多孔質のカーボン電極をそれぞれ備え、カーボン電極のそれぞれに水素および酸素を供給して、発電を行うものである。
【００３６】
燃料ガス供給配管３は、燃料電池２に接続されこの燃料電池２に水素ガスを供給するものである。すなわち、燃料ガス供給配管３は、水素吸蔵合金タンク等の水素貯蔵装置、あるいは、天然ガス、メタノール、ガソリン等を改質する改質装置（図示略）と燃料電池２とを接続し、ブロワなどによりこの燃料電池２に水素ガスを供給する。また、燃料ガス供給配管３は、水素ガスの供給方向に対して燃料電池２より上流側に加湿器１００（水素ガス用）が設けられている。
【００３７】
酸化剤ガス供給配管４は、燃料電池２に接続されこの燃料電池２に酸素ガスを供給するものである。すなわち、酸化剤ガス供給配管４は、酸素ボンベ（図示略）と燃料電池２とを接続し、ブロワなどによりこの燃料電池２に酸素ガスを供給する。また、酸化剤ガス供給配管４は、酸素ガスの供給方向に対して燃料電池２より上流側に加湿器１００（酸素ガス用）が設けられている。なお、酸化剤ガスとしては、送風機、圧縮機等の空気供給装置から供給される空気等であってもよい。
【００３８】
冷却水循環配管５は、燃料電池２の発電で発生した熱を奪いこの燃料電池２を冷却する冷却水をポンプなどにより循環させるものである。冷却水循環配管５は、冷却水により燃料電池２から排出される電池排熱を回収する熱交換器７が設けられている。熱交換器７において回収された熱量は、例えば、水素貯蔵装置あるいは改質装置での水素発生等の用途に用いられる。また、システム外の用途に用いられることもある。
【００３９】
電力供給装置６は、燃料電池２で発生した電力を供給するものである。すなわち、電力供給装置６は、蓄電池、コンバータ、インバータや出力制御装置等の電力制御装置を備えており、燃料電池２で発生した電気をシステム外部へ電気出力として供給する。
【００４０】
この燃料電池システム１の燃料電池２は、プロトン伝導性の電解質としてフッ素樹脂系のイオン交換膜を用いた、いわゆる、高性能、高耐久な固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）の燃料電池である。このフッ素樹脂系のイオン交換膜は、含水状態で良好なプロトン伝導性を示し、膜の含水量は水蒸気の分圧（相対湿度）に大きく依存し、乾燥すると水を失い高抵抗体となるので、これをＰＥＦＣに適用する場合には、膜を飽和水蒸気圧近傍の雰囲気に保持する水分管理が必要となる。このため、この燃料電池システム１は、上述したように、燃料ガス供給配管３、酸化剤ガス供給配管４にそれぞれ加湿器１００を備えている。
【００４１】
各加湿器１００は、燃料電池２に供給される水素ガス、酸素ガスに水分を付与し、この水素ガス、酸素ガスをそれぞれ加湿するものである。以下、図１を参照して加湿器１００の構成について詳細に説明する。なお、水素ガスを加湿する水素ガス用加湿器１００と、酸素ガスを加湿する酸素ガス用加湿器１００とは、ほぼ同様な構成をしているので、以下の説明では、特に断りの無い限り水素ガス用加湿器１００及び酸素ガス用加湿器１００を区別せず単に「加湿器１００」という。
【００４２】
加湿器１００は、内部が中空状の加湿タンク１０１を備える。加湿タンク１０１は、両端面が閉端した円筒状の形状をなす。加湿タンク１０１は、燃料電池システム１が搭載される移動体に固定して設置される。加湿タンク１０１は、燃料電池システム１が搭載される移動体が動揺、傾斜していない状態（通常の状態）でその軸線方向が鉛直方向とほぼ一致する姿勢で設けられる。加湿タンク１０１は、内部に貯留される液体としての水分１０２中に気体としての反応ガス（水素ガス又は酸素ガス）を導入し加湿して排出可能である。この加湿器１００は、加湿タンク１０１内部に貯留される水分１０２に反応ガスを導入することでこの反応ガスを加湿する、いわゆる、バブリング方式の加湿器１００である。このような、バブリング型の加湿器１００では、大量の蒸気やドレンの発生を抑制することができると共に所定の湿度に精度よく反応ガスを加湿することができる。
【００４３】
すなわち、加湿タンク１０１は、鉛直方向下部、ここでは、底部下端面に導入口１０３が形成されると共に、鉛直方向上部、ここでは、頂部上端面に排出口１０４が形成される。そして、加湿タンク１０１の内部における導入口１０３側の底部に貯留部１０５を有する。貯留部１０５は、加湿タンク１０１の内部における鉛直方向下部に設けられ、反応ガスを加湿するための水分１０２を貯留する。導入口１０３は、貯留部１０５に貯留される水分１０２の液面１０２ａよりも下方に開口している。
【００４４】
導入口１０３は、一端が各反応ガスの供給装置に接続された燃料ガス供給配管３又は酸化剤ガス供給配管４の他端が接続され、排出口１０４は、一端が燃料電池２に接続された燃料ガス供給配管３又は酸化剤ガス供給配管４の他端が接続される。そして、導入口１０３は、外部から加湿タンク１０１の内部に反応ガスを導入する一方、排出口１０４は、加湿タンク１０１の内部で加湿された反応ガスをこの加湿タンク１０１内部から外部に排出する。
【００４５】
上記のように構成される燃料電池システム１では、燃料ガス供給配管３、酸化剤ガス供給配管４により供給される反応ガスとしての水素ガス及び酸素ガスは、それぞれ各加湿器１００に導入され、電池反応を起すために好適な所定の加湿状態に調整されて燃料電池２に導入される。燃料電池２に加湿された水素ガス及び酸素ガスが供給されると、この燃料電池２は、供給された水素ガスと酸素ガスとを電気的に反応させて電気を発生させる。発生した電気は、電力供給装置６によってシステム外部へ電気出力として供給される。
【００４６】
このとき、反応ガスは、各加湿器１００にて、導入口１０３を介して貯留部１０５の水分１０２中に導入される。そして、水分１０２に導入された反応ガスは、加湿タンク１０１内の水分１０２中に所定時間滞留しながら下部から上部に向けて上昇し、液面１０２ａを介して水分１０２から抜け出す。この間、この反応ガスは、その気泡が水分１０２中を上昇することによって飽和蒸気圧となることで加湿される。そして、加湿タンク１０１内で加湿された反応ガスは、排出口１０４を介して燃料電池２に適度な加湿状態で供給される。なお、水分１０２は、量が減少した際には不図示の配管を介して補充される。
【００４７】
ところで、このような加湿器１００に貯留される水分１０２の水滴（ミスト）が加湿気体により燃料電池２まで随伴（いわゆる、キャリーオーバー）されてしまうと、電池性能が低下するおそれがある。これに対し、例えば、タンク内に収容された水分の液面上方に、この液面を覆うようにして多数の小孔を有するミスト防止板を設置することで、水滴の外部への飛散を防止する加湿器もあるが、この加湿器を移動体に搭載する場合、この移動体の動揺や傾斜などの姿勢変動に伴って加湿器も共に動揺、傾斜することから、タンク内の水分の液面も動揺、傾斜し、このため、水分の液面とミスト防止板との距離が短くなる領域が出現し、この領域において水分がミスト防止板の小孔を通過し、このミスト防止板上に漏れ出てしまい、結果的に、加湿気体が水滴を加湿器外部に随伴してしまうことがあった。
【００４８】
そこで、本実施例の加湿器１００は、図１に示すように、液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射可能な噴射手段として噴射ノズル１０６を設けることで、加湿気体が水滴を随伴することを防止している。
【００４９】
噴射ノズル１０６は、水分１０２の液面１０２ａ上方に設けられる。この噴射ノズル１０６は、加湿タンク１０１の径方向中央、すなわち、加湿タンク１０１の軸線近傍に設けられると共に水分１０２を噴射する噴射面が液面１０２ａと対向するように設けられる。
また、噴射ノズル１０６は、噴射面の背面が排出口１０４とほぼ対向する位置に設けられる。すなわち、噴射ノズル１０６と排出口１０４とは、共に加湿タンク１０１の軸線近傍に設けられる。そして、この噴射ノズル１０６には、接続管１０７が接続される。
【００５０】
接続管１０７は、加湿タンク１０１の外側を通って噴射ノズル１０６と貯留部１０５内側下部とを接続する。また、この接続管１０７には供給手段としてのポンプ１０８が設けられる。ポンプ１０８は、接続管１０７を介して貯留部１０５内に貯留される水分１０２を圧送し、噴射ノズル１０６に供給する。噴射ノズル１０６は、供給された水分１０２を液面１０２ａに向かって噴射する。よって、噴射ノズル１０６は、加湿タンク１０１内の反応ガスの流動方向に対向するように水分１０２を噴射可能である。
【００５１】
上記のように構成される加湿器１００では、導入口１０３は加湿タンク１０１下部に設けられる一方、排出口１０４は加湿タンク１０１の上部に設けられることから、水分１０２中に導入される反応ガスの気泡は、加湿タンク１０１内の水分１０２中を下部から上部に向けて上昇し、液面１０２ａを介して水分１０２から抜け出す。そして、水分１０２から抜け出した反応ガスは、さらに、加湿タンク１０１内を上部に向けて流動して排出口１０４に至る。そして、加湿タンク１０１内で加湿された反応ガスは、この排出口１０４を介して燃料電池２に適度な加湿状態で供給される。
【００５２】
このとき、水分１０２から抜け出した反応ガスは、加湿タンク１０１内において上方に向かって流動するのに対し、噴射ノズル１０６から噴射される水分１０２は、液面１０２ａに向かって、つまり、加湿タンク１０１内において下方に向かって噴射される。すなわち、水分１０２から抜け出した反応ガスと噴射ノズル１０６から噴射される水分１０２とが対向する流れを形成する。そして、反応ガスが液面１０２ａを介して水分１０２から抜け出す際に随伴して上方に向かう水滴（ミスト）は、噴射ノズル１０６から噴射され下方に向かう水分１０２と接触することで反応ガスから分離され、この水分１０２と共に落下し再び貯留部１０５に貯留される。すなわち、反応ガスに随伴した水滴が排出口１０４よりも下流側に運ばれてキャリーオーバーされることが防止される。また、燃料電池システム１を搭載した移動体の姿勢が変動し、これに伴って移動体に固定されている加湿タンク１０１も動揺、傾斜した場合でも、例えば、水分１０２の液面１０２ａの上方に水滴（ミスト）の外部への飛散を防止するための多孔板などの部材を設ける必要がないことから、この部材上に水分１０２が漏れ出てキャリーオーバーを助長するようなことも防止することができる。また、噴射ノズル１０６と排出口１０４とは、共に加湿タンク１０１の軸線近傍に設けられることから、噴射ノズル１０６は、排出口１０４に向かってくる反応ガスに対して効率的に水分１０２を噴射することができる。
【００５３】
さらに、この間、反応ガスは、噴射ノズル１０６から噴射される水分１０２と接触することで加湿される。これにより、反応ガスは加湿される機会が増加するので、一層高い湿度を得ることができる。このため、加湿タンク１０１の高さ（軸線方向の長さ）を短縮できるので、加湿器１００を一層小型化することができる。そして、適正に加湿されると共に水滴が除去された反応ガスのみが燃料電池２に供給されることから、燃料電池２まで水滴が到達することを防止することができ、よって電池性能の低下を防止することができる。
【００５４】
また、この加湿器１００では、貯留部１０５に貯留される水分１０２を噴射ノズル１０６に供給し、この噴射ノズル１０６から噴射された水分１０２及び反応ガスから分離された水滴を再び貯留部１０５に貯留することで水分１０２を循環させていることから、この水分１０２が反応ガスを加湿すると共に反応ガスが随伴する水滴を分離することができ、よって、噴射ノズル１０６から噴射する液体を貯留するためのタンクを加湿タンク１０１とは別に新たに設ける必要も無いので、加湿器１００の構成をよりコンパクトにすることができる。
【００５５】
このように本実施例の加湿器１００にあっては、内部に貯留される水分１０２中に反応ガスを導入し加湿して排出可能な加湿タンク１０１と、水分１０２の液面１０２ａ上方に設けられ該液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射可能な噴射ノズル１０６とを備える。
【００５６】
したがって、液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射する噴射ノズル１０６を設けたことで、液面１０２ａから抜け出した反応ガスに随伴する水滴が噴射ノズル１０６から噴射された水分１０２と接触することで反応ガスから分離されるので、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができる。
【００５７】
さらに、このように本実施例の加湿器１００にあっては、加湿タンク１０１は、下部に設けられ外部から反応ガスを導入する導入口１０３と、上部に設けられ加湿された反応ガスを外部に排出する排出口１０４とを有する。したがって、導入口１０３は加湿タンク１０１下部に設けられる一方、排出口１０４は加湿タンク１０１の上部に設けられることから、反応ガスと噴射ノズル１０６から噴射される水分１０２とが対向する流れを形成することから、反応ガスに随伴する水滴と噴射ノズル１０６から噴射された水分１０２とを確実に接触させ、この水滴を反応ガスから分離して落下させることができる。さらに、反応ガスが加湿される機会が増加するので、加湿性能を向上させることができると共に加湿器１００を一層小型化することができる。
【００５８】
さらに、このように本実施例の加湿器１００にあっては、加湿タンク１０１内に貯留される水分１０２を噴射ノズル１０６に供給するポンプ１０８を備える。したがって、貯留部１０５に貯留される水分１０２をポンプ１０８により噴射ノズル１０６に循環させることで、水分１０２により反応ガスを加湿すると共にこの反応ガスが随伴する水滴を分離することができ、よって、加湿器１００の構成をよりコンパクトにすることができる。
【００５９】
さらに、このように本実施例の燃料電池システム１にあっては、内部に貯留される水分１０２中に反応ガスを導入し加湿して排出可能な加湿タンク１０１と、水分１０２の液面１０２ａ上方に設けられ該液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射可能な噴射ノズル１０６とを有する加湿器１００と、加湿された反応ガスとしての水素ガス及び酸素ガスの電気化学的反応により発電する燃料電池２とを備える。したがって、各反応ガスを加湿する各加湿器１００にて、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができることから、適正に加湿されると共に水滴が除去された反応ガスのみが燃料電池２に供給されるので、燃料電池２まで水滴が到達することを防止することができ、よって電池性能の低下を防止することができる。
【実施例２】
【００６０】
図３は、本発明の実施例２に係る加湿器の概略断面図である。実施例２に係る加湿器は、実施例１に係る加湿器と略同様の構成であるが、気相選択透過膜を備える点で実施例１に係る加湿器とは異なる。その他、実施例１と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
【００６１】
図３に示すように、実施例２に係る加湿器２００は、気相選択透過膜２０９を備える。この気相選択透過膜２０９は、反応ガスが透過可能であると共に加湿タンク１０１に貯留される水分１０２が透過不能な膜であり、水素ガス又は酸素ガスを選択的に透過することができるものである。気相選択透過膜２０９は、例えば、気体の透過性を有する多孔質支持体の表面に、パラジウム（Ｐｄ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）等からなる透過膜やジルコニウム（Ｚｒ）と、ニッケル、クロム、鉄、銅、バナジウム、チタン等との合金を使用した透過膜などを用いることができる。この気相選択透過膜２０９は、加湿タンク１０１内の反応ガスの流動方向に対して噴射ノズル１０６より下流側に設けられる。さらに具体的には、気相選択透過膜２０９は、排出口１０４に設けられる。気相選択透過膜２０９は、この排出口１０４に設けられることで、その面積を最小限にすることができる。
【００６２】
上記のように加湿タンク１０１内の反応ガスの流動方向に対して液面１０２ａより下流側に気相選択透過膜２０９を設けることで、噴射ノズル１０６から噴射された水分１０２により分離することができなかった反応ガス中の水滴（ミスト）をも確実に除去することができる。気相選択透過膜２０９を通過できなかった水滴は、落下して再び貯留部１０５に貯留される。すなわち、反応ガスに随伴した水滴がこの気相選択透過膜２０９よりも下流側に運ばれてキャリーオーバーされることを確実に防止することができる。
【００６３】
このように本実施例の加湿器２００にあっては、内部に貯留される水分１０２中に反応ガスを導入し加湿して排出可能な加湿タンク１０１と、水分１０２の液面１０２ａ上方に設けられ該液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射可能な噴射ノズル１０６とを備える。したがって、液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射する噴射ノズル１０６を設けたことで、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができる。
【００６４】
さらに、このように本実施例の加湿器２００にあっては、反応ガスの流動方向に対して噴射ノズル１０６より下流側に設けられ、反応ガスが透過可能であると共に水分１０２が透過不能な気相選択透過膜２０９を備える。したがって、噴射ノズル１０６より下流側に気相選択透過膜２０９を設けたことで、噴射ノズル１０６から噴射された水分１０２により分離することができなかった反応ガス中の水滴（ミスト）をも確実に除去することができる。さらに、気相選択透過膜２０９を内径が貯留部１０５よりも小さい排出口１０４に設けたことで、比較的な高価な気相選択透過膜２０９の面積を最小限にすることができるので、より安価な加湿器２００とすることができる。
【実施例３】
【００６５】
図４は、本発明の実施例３に係る加湿器の概略断面図、図５は、本発明の実施例３に係る加湿器の伝熱管の配置を説明する概略断面図である。実施例３に係る加湿器は、実施例１に係る加湿器と略同様の構成であるが、加熱手段を備える点で実施例１に係る加湿器とは異なる。その他、実施例１と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
【００６６】
図４に示すように、実施例３に係る加湿器３００は、加熱手段としての加熱部３１０を備える。加熱部３１０は、水分１０２を加熱可能なものである。本実施例の加熱部３１０は、伝熱管３１１を有する。伝熱管３１１は、中空の円筒管状に形成され、図５に示すように、反応ガスの流動方向に対して交差する方向に沿って水分１０２中に複数設けられる。なお、この図５は、加湿タンク１０１の軸線方向と鉛直方向とが一致している状態を図示している。したがって、本図では、加湿タンク１０１の軸線方向と反応ガスの流動方向とはほぼ一致しており共に鉛直方向と一致している。また、本図では、各伝熱管３１１は、加湿タンク１０１の軸線方向に所定の間隔をあけて３層、合計１６本設けられるものとして図示しているが、これに限らず伝熱管３１１は、これよりも少なくともよいし多くてもよい。
【００６７】
各伝熱管３１１は、その内部を加熱媒体が通過可能である。さらに、各伝熱管３１１内を通過する加熱媒体は、燃料電池２（図２参照）の発電で発生した熱を奪う冷却水が用いられる。具体的には、加熱部３１０は、燃料電池システム１の燃料電池２と、冷却水循環配管５を含んで構成される。そして、各伝熱管３１１は、実施例１において図２に示した熱交換器７に代わって、この冷却水循環配管５の経路の途中に複数に分岐して設けられる。
【００６８】
燃料電池２は、水素ガスと酸素ガスとの電気化学的反応により電力を出力し、水を発生する。そして、この電気化学的反応は、発熱反応であることから、上述したように、燃料電池２（図２参照）は、冷却水循環配管５（図２参照）を循環する冷却水により発電で発生した熱が奪われ冷却される。この冷却水は、発電で発生した熱を奪うことで温度が上昇し、その後、冷却水循環配管５を介して各伝熱管３１１に導入される。そして、この冷却水は、この各伝熱管３１１内を通過する加熱媒体として用いられる。このとき、発電により発生した熱を回収し伝熱管３１１内を通過する冷却水（加熱媒体）と、加湿タンク１０１内に貯留される水分１０２とが熱交換することで、冷却水の温度が低下する一方、水分１０２の温度が上昇する。そして、この水分１０２は、加湿タンク１０１内で加湿される反応ガスを加熱し、これにより反応ガスの温度が上昇する。すなわち、この伝熱管３１１内を通過する冷却水は、燃料電池２を冷却するものであると共に反応ガスを加熱する加熱媒体でもある。つまり、加湿器３００は、実施例１における熱交換器７としても機能する。
【００６９】
そして、水分１０２と熱交換することで温度が低下した冷却水（加熱媒体）は、冷却水循環配管５を介して各伝熱管３１１から導出され、燃料電池２に至り再び発電で発生した熱を奪って燃料電池２を冷却する一方、温度が上昇した反応ガスは、燃料電池２での電気化学的反応に適した温度（例えば、５０℃から７０℃、好ましくは６０℃前後）で燃料電池２に供給される。これにより、燃料電池２を確実に冷却することができ、よって、燃料電池２がオーバーヒートしてしまうことを防止することができ、燃料電池２の効率のよい発電を確保することができると共に燃料電池２における排熱を効果的に利用して反応ガスの温度を上昇させることで、燃料電池システム１全体の効率も向上することができる。
【００７０】
さらに、本実施例の加熱部３１０は、複数のフィン３１２を有する。この複数のフィン３１２は、伝熱管３１１に設けられる凸型の翼状の金属板である。伝熱管３１１は、複数のフィン３１２によりその表面がヒレ状に形成される。すなわち、複数のフィン３１２は、伝熱管３１１と水分１０２とが接触する面積を増加させる。これにより、伝熱管３１１と水分１０２との熱交換性能を向上させることができ、反応ガスの温度調整をより効率的に行うことができる。さらに、複数のフィン３１２を設けたことで気泡の微粒化を促進することができるので、加湿性能も向上することができる。
【００７１】
また、加湿器３００は、複数の孔３１３ａを有する多孔板３１３を備える。多孔板３１３は、反応ガスの流動方向に対して交差する方向に沿って設けられる。また、多孔板３１３は、反応ガスの流動方向に対して加熱部３１０の伝熱管３１１より上流側に設けられる。導入口１０３から水分１０２中に導入された反応ガスの気泡は、この多孔板３１３の複数の孔３１３ａにかかる表面張力によりその流れが抑制され、これにより水分１０２中での滞留時間が増加する。よって、加湿器３００の加湿性能がさらに向上する。加えて、この反応ガスの気泡は、伝熱管３１１に至る前に、この多孔板３１３の複数の孔３１３ａを通過することで微粒化されることから、加湿性能及び熱交換性能が著しく向上される。
【００７２】
このように本実施例の加湿器３００にあっては、内部に貯留される水分１０２中に反応ガスを導入し加湿して排出可能な加湿タンク１０１と、水分１０２の液面１０２ａ上方に設けられ該液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射可能な噴射ノズル１０６とを備える。したがって、液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射する噴射ノズル１０６を設けたことで、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができる。
【００７３】
さらに、このように本実施例の加湿器３００にあっては、水分１０２を加熱可能な加熱部３１０を備える。したがって、加熱部３１０により水分１０２を加熱することで水分１０２の温度が上昇するので、反応ガスを加湿する水分１０２により反応ガスを加熱することができ、加湿気体の温度を簡単な構成で調節することができる。この結果、加湿タンク１０１で加湿された反応ガスを燃料電池２での電気化学的反応に適した温度で燃料電池２に供給することができ、燃料電池システム１での発電効率を向上することができる。
【００７４】
さらに、このように本実施例の加湿器３００にあっては、加熱部３１０は、水分１０２中に設けられ内部を加熱媒体が通過可能な伝熱管３１１を有する。したがって、伝熱管３１１を通過する加熱媒体により水分１０２が加熱されるので、反応ガスを加湿する水分１０２により反応ガスを加熱することができ、よって、加湿気体の温度を簡単な構成で調節することができる。
【００７５】
さらに、このように本実施例の加湿器３００にあっては、加熱部３１０は、反応ガスの電気化学的反応により発電する燃料電池２を有し、加熱媒体は、燃料電池２の発電で発生した熱を奪う冷却水である。したがって、燃料電池２の発電で発生した熱を奪って燃料電池２を冷却する冷却水を加熱媒体として用いることで、この冷却水は、燃料電池２による発電で発生した熱を奪うことで温度が上昇し、その後、伝熱管３１１内を通過する加熱媒体として用いられ、このとき、発電により発生した熱を回収した冷却水と、加湿タンク１０１内に貯留される水分１０２とが熱交換することで、冷却水の温度が低下する一方、水分１０２の温度が上昇し、さらに、この水分１０２は、加湿タンク１０１内で加湿される反応ガスを加熱し、これにより反応ガスの温度が上昇する。このため、燃料電池２を確実に冷却することができ、よって、燃料電池２がオーバーヒートしてしまうことを防止することができ、燃料電池２の効率のよい発電を確保することができると共に燃料電池２における排熱を効果的に利用して反応ガスの温度を上昇させることで、燃料電池システム１全体の効率も向上することができる。
【００７６】
さらに、このように本実施例の加湿器３００にあっては、伝熱管３１１は、表面に翼状に設けられる複数のフィン３１２を有する。したがって、複数のフィン３１２により伝熱管３１１と水分１０２とが接触する面積を大きくすることができるので、伝熱管３１１と水分１０２との熱交換性能を向上させることができ、反応ガスの温度調整をより効率的に行うことができる。さらに、複数のフィン３１２を設けたことで気泡の微粒化を促進することができるので、加湿性能も向上することができる。
【００７７】
さらに、このように本実施例の加湿器３００あっては、反応ガスの流動方向に対して交差する方向に沿って、該流動方向に対して加熱部３１０の伝熱管３１１より上流側に設けられると共に複数の孔３１３ａを有する多孔板３１３を備える。したがって、水分１０２中に導入された反応ガスの気泡は、多孔板３１３の複数の孔３１３ａによりその流れが抑制されると共に伝熱管３１１に至る前に微粒化されることから、加湿性能及び熱交換性能を著しく向上することができる。
【実施例４】
【００７８】
図６は、本発明の実施例４に係る加湿器の伝熱管の配置を説明する概略断面図である。実施例４に係る加湿器は、実施例３に係る加湿器と略同様の構成であるが、伝熱管の形状が実施例３に係る加湿器とは異なる。その他、実施例３と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
【００７９】
図６に示すように、実施例４に係る加湿器４００は、加熱手段としての加熱部４１０を備える。本実施例の加熱部４１０は、板状の伝熱管４１１を有する。伝熱管４１１は、中空の矩形筒状に形成される。すなわち、実施例４の伝熱管４１１は、反応ガスの流動方向に対して交差する方向に沿って幅広部４１４を有する。この幅広部４１４は、典型的には、平面状をなす。伝熱管４１１は、この幅広部４１４が導入口１０３側を向くように設けられる。なお、この図６は、加湿タンク１０１の軸線方向と鉛直方向とが一致している状態を図示している。したがって、本図では、加湿タンク１０１の軸線方向と反応ガスの流動方向とはほぼ一致しており共に鉛直方向と一致している。また、本図では、伝熱管４１１は、１枚のみを図示しているが、複数設けるようにしてもよい。この場合、各伝熱管４１１は、加湿タンク１０１の軸線方向に複数枚がほぼ重なるように設けてもよいし、互いに重ならないようにずらして設けてもよい。なお、本実施例の加湿器４００は、実施例３で説明したフィン３１２及び多孔板３１３は備えていない。
【００８０】
上記のように、加湿器４００の伝熱管４１１は、反応ガスの流動方向に対して交差する方向に沿って設けられる幅広部４１４を有することで、導入口１０３から導入される反応ガスの気泡は、水分１０２中を上昇し、伝熱管４１１の下面、すなわち、幅広部４１４に当接する。そして、この気泡は、幅広部４１４で一旦滞留した後、伝熱管４１１の側方を通って水分１０２から抜け出す。したがって、水分１０２中での反応ガスの気泡の滞留時間を十分に確保することができる。また、このとき、気泡は、伝熱管４１１の幅広部４１４に当接して一時的に滞留することから、反応ガスと水分１０２との熱交換の効率も向上させることができる。
【００８１】
このように本実施例の加湿器４００にあっては、内部に貯留される水分１０２中に反応ガスを導入し加湿して排出可能な加湿タンク１０１と、水分１０２の液面１０２ａ上方に設けられ該液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射可能な噴射ノズル１０６とを備える。したがって、液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射する噴射ノズル１０６を設けたことで、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができる。
【００８２】
さらに、このように本実施例の加湿器４００にあっては、加熱部４１０は、水分１０２中に設けられ内部を加熱媒体が通過可能な伝熱管４１１を有する。したがって、伝熱管４１１を通過する加熱媒体により水分１０２が加熱されるので、反応ガスを加湿する水分１０２により反応ガスを加熱することができ、よって、加湿気体の温度を簡単な構成で調節することができる。この結果、加湿タンク１０１で加湿された反応ガスを燃料電池２での電気化学的反応に適した温度で燃料電池２に供給することができ、燃料電池システム１での発電効率を向上することができる。
【００８３】
さらに、このように本実施例の加湿器４００にあっては、伝熱管４１１は、反応ガスの流動方向に対して交差する方向に沿って設けられる幅広部４１４を有する。したがって、反応ガスの流動方向に対して交差する方向に沿って幅広部４１４を設けたことで、水分１０２中に導入された反応ガスの気泡は、幅広部４１４で一旦滞留した後に水分１０２から抜け出すので、加湿性能を向上させることができると共に反応ガスの加熱を効率的に行うことができる。
【実施例５】
【００８４】
図７は、本発明の実施例５に係る加湿器の概略断面図である。実施例５に係る加湿器は、実施例３に係る加湿器と略同様の構成であるが、加熱手段の構成が実施例３に係る加湿器とは異なる。その他、実施例３と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
【００８５】
図７に示すように、実施例５に係る加湿器５００の加熱手段としての加熱部５１０は、実施例３の伝熱管３１１（図４参照）に代えて、加熱媒体タンクとしての外側タンク５１５を有する。外側タンク５１５は、両端面が閉じた中空円筒状に形成され、内部に加湿タンク１０１を収容すると共に加熱媒体としての水５１６を貯留可能である。加湿タンク１０１に接続される燃料ガス供給配管３、酸化剤ガス供給配管４（図２参照）は、それぞれこの外側タンク５１５の閉端面を貫通している。外側タンク５１５内に貯留される水５１６は、燃料電池２（図２参照）の発電で発生した熱を奪う冷却水が用いられる。具体的には、加熱部５１０は、燃料電池システム１の燃料電池２と、冷却水循環配管５を含んで構成される。そして、外側タンク５１５は、実施例１において図２に示した熱交換器７に代わって、この冷却水循環配管５の経路の途中に設けられる。なお、本実施例の加湿器５００は、実施例３で説明した多孔板３１３は備えていない。
【００８６】
また、外側タンク５１５は、燃料電池システム１が搭載される移動体に固定して設置される一方、加湿タンク１０１は、外側タンク５１５内に貯留されている水５１６中に浮かべられて支持される。すなわち、加熱媒体としての水５１６は、加湿タンク１０１を浮動可能に支持する支持媒体としても作用する。よって、加湿タンク１０１は、水５１６により外側タンク５１５に対して相対的に変位自在に、言い換えれば、揺動可能に支持される。
【００８７】
燃料電池２（図２参照）は、冷却水循環配管５（図２参照）を循環する冷却水により発電で発生した熱が奪われ冷却される。この冷却水は、発電で発生した熱を奪うことで温度が上昇し、その後、冷却水循環配管５を介して外側タンク５１５に導入される。そして、この冷却水は、外側タンク５１５に貯留される加熱媒体としての水５１６として用いられる。このとき、発電により発生した熱を回収した水５１６と、加湿タンク１０１内に貯留される水分１０２とが熱交換することで、冷却水としての水５１６の温度が低下する一方、水分１０２の温度が上昇する。そして、この水分１０２は、加湿タンク１０１内で加湿される反応ガスを加熱し、これにより反応ガスの温度が上昇する。
【００８８】
そして、このとき、加湿タンク１０１が外側タンク５１５内に貯留される水５１６により外側タンク５１５に対して変位自在に支持されることで、加湿タンク１０１が搭載される移動体が動揺、傾斜しても、これに伴って外側タンク５１５が傾斜する一方、加湿タンク１０１はこの外側タンク５１５に対して相対的に変位して常時その姿勢が一定に維持されることから、水分１０２の液面１０２ａが動揺、傾斜することを抑制することができ、より安定した加湿性能を得ることができる。すなわち、この外側タンク５１５に一時的に貯留される水５１６は、加湿タンク１０１を浮動可能に支持する支持媒体であると共に燃料電池２を冷却する冷却水でもあり、さらに、反応ガスを加熱する加熱媒体でもある。つまり、加湿器５００は、実施例１における熱交換器７としても機能する。
【００８９】
このように本実施例の加湿器５００にあっては、内部に貯留される水分１０２中に反応ガスを導入し加湿して排出可能な加湿タンク１０１と、水分１０２の液面１０２ａ上方に設けられ該液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射可能な噴射ノズル１０６とを備える。したがって、液面１０２ａに向かって水分１０２を噴射する噴射ノズル１０６を設けたことで、加湿気体が水滴を随伴することを防止することができる。
【００９０】
さらに、このように本実施例の加湿器５００にあっては、加熱部５１０は、内部に加湿タンク１０１を収容すると共に加熱媒体としての水５１６を貯留可能な外側タンク５１５を有する。したがって、外側タンク５１５内に貯留される水５１６により水分１０２が加熱されるので、反応ガスを加湿する水分１０２により反応ガスを加熱することができ、よって、加湿気体の温度を調節することができる。この結果、加湿タンク１０１で加湿された反応ガスを燃料電池２での電気化学的反応に適した温度で燃料電池２に供給することができ、燃料電池システム１での発電効率を向上することができる。さらに、加湿タンク１０１が外側タンク５１５内に貯留される水５１６により外側タンク５１５に対して変位自在に支持されることで、加湿タンク１０１は常時その姿勢が一定に維持されることから、水分１０２の液面１０２ａが動揺、傾斜することを抑制することができ、より安定した加湿性能を得ることができる。
【００９１】
さらに、このように本実施例の加湿器５００にあっては、加熱部５１０は、反応ガスの電気化学的反応により発電する燃料電池２を有し、加熱媒体は、燃料電池２の発電で発生した熱を奪う冷却水である。したがって、燃料電池２の発電で発生した熱を奪って燃料電池２を冷却する冷却水を加熱媒体として用いることで、この冷却水は、燃料電池２による発電で発生した熱を奪うことで温度が上昇し、その後、外側タンク５１５に貯留される加熱媒体としての水５１６として用いられ、このとき、発電により発生した熱を回収した水５１６（冷却水）と、加湿タンク１０１内に貯留される水分１０２とが熱交換することで、水５１６の温度が低下する一方、水分１０２の温度が上昇し、さらに、この水分１０２は、加湿タンク１０１内で加湿される反応ガスを加熱し、これにより反応ガスの温度が上昇する。このため、燃料電池２を確実に冷却することができ、よって、燃料電池２がオーバーヒートしてしまうことを防止することができ、燃料電池２の効率のよい発電を確保することができると共に燃料電池２における排熱を効果的に利用して反応ガスの温度を上昇させることで、燃料電池システム１全体の効率も向上することができる。
【００９２】
なお、上述した本発明の実施例に係る加湿器及び燃料電池システムは、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。本発明の実施例に係る加湿器は、以上で説明した実施例を複数組み合わせることで構成してもよい。
【００９３】
以上の説明では、加湿器は、燃料電池システムに適用した場合で説明したが、これに限らず、加湿された気体を用いる種々の装置にも適用可能である。また、加湿器、燃料電池システムは、自動車や水中航走体（無人潜水機）等の移動体に搭載されるものとして説明したがこれに限らず、固定された装置に搭載してもよい。
【００９４】
また、以上の実施例１の説明では、加湿器１００は、加湿タンク１０１内に貯留される水分１０２を噴射ノズル１０６に供給し、この水分１０２は接続管１０７、ポンプ１０８を介して噴射ノズル１０６と貯留部１０５の間を循環するものとして説明したが、これに限らず、噴射ノズル１０６に液体を供給する系統を別に設けてもよい。また、加湿器１００は、水分１０２中に多孔板やバッフル板等を備えてもよい。また、以上の説明では、噴射手段としての噴射ノズル１０６は、加湿タンク１０１の径方向中央、すなわち、加湿タンク１０１の軸線近傍に１つ設けるものとして説明したが、噴射ノズル１０６を複数設けてもよいし、図８に示すように、加湿タンク１０１の径方向全体にわたって延設される噴射ノズル１０６ａとしてもよい。この場合、噴射ノズル１０６ａにより加湿タンク１０１の径方向全体にわたって水分１０２が噴射されるので、水滴の分離性の及び加湿性能がさらに向上する。
【００９５】
また、以上の実施例２の説明では、気相選択透過膜２０９は、排出口１０４に設けられるものとして説明したが、加湿タンク１０１内の反応ガスの流動方向に対して噴射ノズル１０６より下流側に設けられればよく、すなわち、加湿タンク１０１内に設けてもよい。
【００９６】
また、以上の実施例３の説明では、加熱部３１０は、伝熱管３１１を有するものとして説明したが、これに代えて加熱ヒータを有するように構成してもよい。この加熱ヒータは、例えば、抵抗率が大きく、融点が高く、酸化しにくい抵抗線に電流を通し、電気エネルギーを熱エネルギーに変える電気式のヒータなどを用いることができる。加熱ヒータは、抵抗線が加湿タンク１０１内に貯留される水分１０２中に設けられ、この抵抗線に加湿タンク１０１の外部から電流を供給することで、抵抗線にて電気エネルギーを熱エネルギーに変えてその発熱を利用して液体としての水分１０２を加熱する。また、加湿器３００は、フィン３１２及び多孔板３１３を設けるものとして説明したが、フィン３１２、多孔板３１３を備えない構成としてもよいし、多孔板３１３を複数設ける構成としてもよい。
【００９７】
また、以上の実施例４の説明では、加湿器４００は、実施例３で説明したフィン３１２及び多孔板３１３は備えない構成として説明したが、フィン３１２、多孔板３１３を備える構成としてもよい。また、板状の伝熱管４１１に複数の孔を設けてもよい。
【００９８】
また、以上の実施例５の説明では、加湿器５００は、多孔板を備えていないものとして説明したが水分１０２中に多孔板を備えてもよい。
【００９９】
また、以上の実施例３、実施例４、実施例５の説明では、冷却水循環配管５は、実施例１において図２に示した熱交換器７に代えて、その経路の途中に伝熱管３１１、伝熱管４１１又は外側タンク５１５が接続されるものとして説明したが、経路の途中に熱交換器７と伝熱管３１１、伝熱管４１１又は外側タンク５１５の両方を設けるようにしてもよい。また、加熱媒体として燃料電池２を冷却する冷却水を用いるものとして説明したがこれに限らない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明に係る加湿器及び燃料電池システムは、加湿気体が水滴を随伴することを防止するものであり、種々の加湿器及び燃料電池システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施例１に係る加湿器の概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る加湿器が適用された燃料電池システムの概略構成図である。
【図３】本発明の実施例２に係る加湿器の概略断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る加湿器の概略断面図である。
【図５】本発明の実施例３に係る加湿器の伝熱管の配置を説明する概略断面図である。
【図６】本発明の実施例４に係る加湿器の伝熱管の配置を説明する概略断面図である。
【図７】本発明の実施例５に係る加湿器の概略断面図である。
【図８】本発明の実施例の変形例に係る加湿器概略断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１    燃料電池システム
２    燃料電池
３    燃料ガス供給配管
４    酸化剤ガス供給配管
５    冷却水循環配管
６    電力供給装置
７    熱交換器
１００、２００、３００、４００、５００    加湿器
１０１    加湿タンク
１０２    水分（液体）
１０２ａ    液面
１０３    導入口
１０４    排出口
１０５    貯留部
１０６、１０６ａ    噴射ノズル（噴射手段）
１０７    接続管
１０８    ポンプ（供給手段）
２０９    気相選択透過膜
３１０、４１０、５１０    加熱部（加熱手段）
３１１、４１１    伝熱管
３１２    フィン
３１３    多孔板
３１３ａ    孔
４１４    幅広部
５１５    外側タンク（加熱媒体タンク）
５１６    水（加熱媒体）
【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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