(57)【要約】【課題】消費機器（例えば、燃料電池）に対して圧力の変動が少なく、しかも設備全体が小型に構成可能な加湿ガスの供給方法を提供する。【解決手段】連続的又は断続的に加湿ガスを製造する加湿ガス製造装置６３と、加湿ガスを使う消費機器２７〜２９との間に、加湿ガス製造装置６３から加湿ガスの供給を受け、消費機器２７〜２９に加湿ガスを供給する容積可変型の中間容器３６、３７を設置し、中間容器３６、３７の容積を可変にして、消費機器２７〜２９に送られる加湿ガスを所定の圧力に保っている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的又は断続的に加湿ガスを製造する加湿ガス製造装置と、加湿ガスを使う少なくとも１つ以上の消費機器との間に、前記加湿ガス製造装置から加湿ガスの供給を受け、前記消費機器に加湿ガスを供給する容積可変型の中間容器を設置し、
前記中間容器の容積を可変にして、前記消費機器に送られる加湿ガスを所定の圧力に保つことを特徴とする加湿ガスの供給方法。
【請求項２】
請求項１記載の加湿ガスの供給方法において、前記加湿ガス製造装置と前記中間容器の間及び前記中間容器と前記消費機器の間のガス通路に、それぞれ第１、第２の開閉弁を設け、前記第１、第２の開閉弁を選択的に開けて、前記加湿ガス製造装置と前記消費機器の直接接続を防止したことを特徴とする加湿ガスの供給方法。
【請求項３】
連続的又は断続的に加湿ガスを製造する加湿ガス製造装置と、加湿ガスを使う少なくとも１つ以上の消費機器との間に、前記加湿ガス製造装置から加湿ガスの供給を受け、前記消費機器に加湿ガスを供給する容積可変型の複数の中間容器を並列に設置し、該複数の中間容器のそれぞれに、前記加湿ガス製造装置に連結される第１の開閉弁と、前記消費機器に連結される第２の開閉弁を設け、前記各中間容器毎に前記第１、第２の開閉弁を順次開閉すると共に、前記中間容器の容積を変えて、前記消費機器に所定圧力の加湿ガスを供給することを特徴とする加湿ガスの供給方法。
【請求項４】
請求項３記載の加湿ガスの供給方法において、前記加湿ガス製造装置は連続的に加湿ガスを発生し、前記中間容器の切り換え時とその前後を含む期間に、前記加湿ガス製造装置から前記消費機器に直接繋がる管路を設け、前記加湿ガス製造装置から連続供給される加湿ガスの圧力変動を抑止していることを特徴とする加湿ガスの供給方法。
【請求項５】
請求項３及び４のいずれか１項に記載の加湿ガスの供給方法において、前記加湿ガス製造装置は、温水中にガスをバブリングして加湿ガスを作るバブリング型加湿ガス製造装置であることを特徴とする加湿ガスの供給方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の加湿ガスの供給方法において、前記中間容器又は該中間容器の出口側配管には、加湿ガスを加熱するヒータが設けられていることを特徴とする加湿ガスの供給方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の加湿ガスの供給方法において、前記中間容器又は該中間容器の出口側配管に、高温の蒸気を吹き込んで更に加湿昇温することを特徴とする加湿ガスの供給方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加湿ガスの供給方法において、前記中間容器と前記消費機器との間にはヘッダー管が設けられていることを特徴とする加湿ガスの供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加湿されたガス（酸素、水素、空気等）を、例えば燃料電池の出荷前の水分付与処理、性能試験処理の際に、安定的に供給する加湿ガスの供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、一般的に、水素イオン伝導性の固体高分子を白金触媒を担持したカーボン電極で挟み込んで構成される発電素子、即ち固体高分子電解質膜−電極接合体及び各電極面にそれぞれの反応ガスを供給するためのガス通路を画成すると共に、発電素子を両側から支持するガス分離部材を積層した構造を有する。そして、一方の電極に水素ガス（燃料ガス）を供給し、他方の電極に酸素あるいは空気即ち酸化剤ガスを供給して、燃料ガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギーを、直接電気エネルギーとして取り出すようになっている。
【０００３】
この燃料電池にあっては、アノード側で水素ガスがイオン化して固体高分子電解質膜中を移動し、電子は、外部負荷を通ってカソード側に移動し、酸素と反応して水を生成する一連の電気化学反応による電気エネルギーを取り出すことができる。この固体高分子電解質膜中は、物質が水素イオンを伴って移動するため、固体高分子電解質膜が乾燥してしまうと、イオン伝導率が低下し、エネルギー変換効率が低下してしまうので、水分を供給する必要がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載のように、固体高分子型燃料電池においては、加湿機構によって反応ガスを積極的に加湿して高い反応速度を維持するようにしている。ところが、加湿機構や加湿装置は、出荷前の水分付与工程あるいは検査工程において、燃料電池等の消費機器の需要に応じて、必要量の加湿ガスを造ることが困難であるので、通常は温度及び組成（ドライガスと水蒸気の質量比）を一定にして製造した加湿ガスを一次的に蓄えるため大容量のバッファタンク（中間タンク）を設け、このバッファタンクから消費機器に加湿ガスを供給している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１３２０３８号公報（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加湿ガスの製造装置からバッファタンク内に加湿ガスを入れると、バッファタンク内の加湿ガスの圧力が上がり、バッファタンクから消費機器に加湿ガスを流すとバッファタンクの加湿ガスの圧力が下がり、結果としてバッファタンク内の加湿ガスの圧力が変動するという問題があった。圧力変動によって流量が変動し、この設定値に制御するための流量制御が複雑化する。圧力変動量即ち流量変動量によっては、制御不能に陥ることもある。そこで、バッファタンク内の圧力変動を最少に抑えるために、バッファタンクを大容量に構成することが行われていたが、設置場所が広くなり、しかも保温等を必要とするので、かなり大型の装置となるという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、消費機器（例えば、燃料電池）に対して圧力の変動が少なく、しかも設備全体が小型に構成可能な加湿ガスの供給方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に加湿ガスの供給方法は、連続的又は断続的に加湿ガスを製造する加湿ガス製造装置と、加湿ガスを使う少なくとも１つ以上の消費機器との間に、前記加湿ガス製造装置から加湿ガスの供給を受け、前記消費機器に加湿ガスを供給する容積可変型の中間容器を設置し、前記中間容器の容積を可変にして、前記消費機器に送られる加湿ガスを所定の圧力に保っている。
これによって、消費機器が複数台あっても、あるいは単数又は複数の消費機器が間欠運転をしても、常時中間容器の蒸気排出側が所定の圧力であるので、同一状態の加湿ガスを各消費機器に供給できる。
【０００８】
また、第２の発明に係る加湿ガスの供給方法は、第１の発明に係る加湿ガスの供給方法において、前記加湿ガス製造装置と前記中間容器の間及び前記中間容器と前記消費機器の間のガス通路に、それぞれ第１、第２の開閉弁を設け、前記第１、第２の開閉弁を選択的に開けて、前記加湿ガス製造装置と前記消費機器の直接接続を防止している。これによって、加湿ガス製造装置の状態に関係なく、即ち、加湿ガス製造装置が外乱となることなく、中間容器から加湿ガスを、消費機器に供給できる。また、同時に消費機器での使用状態が、加湿ガス製造装置に外乱を与えることなく、性状（温度及び組成）一定の加湿ガスを製造できる。
【０００９】
第３の発明に係るガスの加湿方法は、連続的又は断続的に加湿ガスを製造する加湿ガス製造装置と、加湿ガスを使う少なくとも１つ以上の消費機器との間に、前記加湿ガス製造装置から加湿ガスの供給を受け、前記消費機器に加湿ガスを供給する容積可変型の複数の中間容器を並列に設置し、該複数の中間容器のそれぞれに、前記加湿ガス製造装置に連結される第１の開閉弁と、前記消費機器に連結される第２の開閉弁を設け、前記各中間容器毎に前記第１、第２の開閉弁を順次開閉すると共に、前記中間容器の容積を変えて、前記消費機器に所定圧力の加湿ガスを供給している。これによって、加湿ガスを連続的に中間容器から消費機器に供給することができる。
【００１０】
第４の発明に係る加湿ガスの供給方法は、第３の発明に係る加湿ガスの供給方法において、前記加湿ガス製造装置は連続的に加湿ガスを発生し、前記中間容器の切り換え時とその前後を含む期間に、前記加湿ガス製造装置から前記消費機器に直接繋がる管路を設け、前記加湿ガス製造装置から連続供給される加湿ガスの圧力変動を抑止している。
これによって、加湿ガス製造装置から連続的に加湿ガスが供給されても、中間容器の切り換え中に、加湿ガスの供給装置及びその配管に急激な圧力変動が生じない。
【００１１】
第５の発明に係る加湿ガスの供給方法は、第３及び第４の発明に係る加湿ガスの供給方法において、前記加湿ガス製造装置は、温水中にガスをバブリングして加湿ガスを作るバブリング型加湿ガス製造装置である。これによって、従来型の加湿ガスの発生装置を用いて、操業し、全体として装置の設備の小型化を図ることができる。
【００１２】
第６の発明に係る加湿ガスの供給方法は、第１〜第５の発明に係る加湿ガスの供給方法において、前記中間容器又は該中間容器の出口側配管には、加湿ガスを加熱するヒータが設けられている。これによって、加湿ガスを不飽和蒸気圧状態の過熱水蒸気とすることができ、多少の条件変化があっても、含まれる水蒸気が液化しない加湿ガスを提供できる。
【００１３】
第７の発明に係る加湿ガスの供給方法は、第１〜第５の発明に係る加湿ガスの供給方法において、前記中間容器又は該中間容器の出口側配管に、高温の蒸気を吹き込んで更に加湿昇温する。これによって、加湿ガスの昇温と更なる加湿を行うことができる。
【００１４】
そして、第８の発明に係る加湿ガスの供給方法は、第１〜第７の発明に係る加湿ガスの供給方法において、前記中間容器と前記消費機器との間にはヘッダー管が設けられている。これによって、加湿ガスの消費機器に対して、圧力変動が少なく流量制御が容易な加湿ガスを提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法の説明図、図２は本発明の第２の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法の説明図、図３は第３の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法の説明図である。
【００１６】
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法を適用した加湿ガスの供給装置１０について説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法を適用した加湿ガスの供給装置１０は、加湿ガスを製造する加湿ガス製造装置１１と、加湿ガスの消費機器の一例である燃料電池２７〜２９を有する燃料電池群１２との間に配置される中間容器の一例である貯留タンク（以下同じ、なお「バッファタンク」ともいわれる）１３を有している。貯留タンク１３には、圧力センサー１４が設けられ、この圧力センサー１４の出力を入力とする制御装置１５によって、昇降手段１６のモータが駆動され、貯留タンク１３内のピストン１７が昇降し、常時所定の圧力（例えば、１．２気圧）に保持されている。この昇降手段１６としては、例えば、電動シリンダーや電動ジャッキがあるが、油圧シリンダー等であってもよい。
【００１７】
この実施の形態では、貯留タンク１３がシリンダー状になって、内部を移動するピストン１７を昇降することによって、貯留タンク１３内の実質体積を変えるようにしたが、例えば、別のタンクに温水を貯留し、この温水や液体を貯留タンク１３内に出し入れすることによって、貯留タンク１３内を所定の圧力に保つようにすることもできる。
【００１８】
貯留タンク１３は、保温材で全体が覆われ、更にその内部又は周囲に保温用のヒータを備え、内部に貯留された加湿ガス（例えば、水素ガス＋水蒸気）が一定の温度（例えば、８８℃）に保持されるようになっている。これによって、加湿ガスの湿度、圧力を一定に保っている。
そして、貯留タンク１３の天井部１８に設けた加湿ガスの入口１９及び出口２０にそれぞれ連通するガス通路２１、２２には、それぞれ第１、第２の開閉弁２３、２４が設けられている。また、ガス通路２１にはヒータ２５ａが設けられて加湿ガス製造装置１１から供給される加湿ガス（例えば、温度８３℃）を約８８℃程度に加熱している。なお、この電気をエネルギーとするヒータ２５ａの代わりに、１００℃又はそれ以上の温度の水蒸気を加えて加湿ガスを直接加温することもできる。
【００１９】
加湿ガス製造装置１１としては、例えば、所定の温度（例えば、８３℃）の温水中に水素ガスをバブリングして加湿する装置、水素ガス中に高温の水蒸気を噴霧して加湿する装置、特開平６−１３２０３８号公報に記載のように水蒸気透過膜を用いて加湿する装置であってもよいし、場合によっては、図１に例を示すように、密閉かつ保温されたチャンバー２５中に水素ガスと所定温度（例えば、８８℃）の温水を入れて、ピストン２６を下げてチャンバー２５の容積を拡大して減圧し、温水温度の蒸気圧以下として、温水を沸騰させて水素ガスを短時間で加湿する装置であってもよい。この加湿ガス製造装置１１には、必要とされるガス（例えば、水素ガス）に、所定の湿度の水分を積極的に加える装置のいずれもが適用される。
【００２０】
燃料電池群１２は、この実施の形態では、複数の燃料電池２７〜２９を有し、それぞれには、流量調整弁３０と開閉弁３１を介してガス通路２２から、所定の温度（例えば、８８℃）、相対湿度９５％以上（実質９８％以上）、１．２気圧の加湿ガスが供給されるようになっている。
この燃料電池２７〜２９は試験用のものであってもよいし、実施稼働のものであてもよいが、それぞれが連続的に運転されるものではなく、開閉弁３１を開いて貯留タンク１３から供給されて間欠的に運転されるものである。
また、消費機器に接続する配管に対して、連続的に消費機器に加湿ガスを供給するため、このような中間容器を含む加湿ガス製造装置を複数ユニット並列に並べることもできる。
【００２１】
続いて、この加湿ガスの供給装置１０の運転方法について説明すると、加湿ガス製造装置１１から加湿ガスの供給を受ける場合には、第１の開閉弁２３をオン、第２の開閉弁２４をオフにする。従って、この状態では、貯留タンク１３から燃料電池群１２には、加湿ガスは供給されない。製造装置１１のチャンバー２５内のピストン２６を徐々に上昇すると、加湿ガスはチャンバー２５から、ガス通路２１を介して貯留タンク１３内に供給される。貯留タンク１３内の圧力が上昇するので、圧力センサー１４がこれを検知し、貯留タンク１３内の圧力が一定になるように、ピストン１７が下がり、貯留タンク１３内に製造装置１１から加湿ガスが供給される。ガス通路２１にはヒータ２５ａが設けられているので、ガス通路２１を加湿ガスが通過中に更に加温される。
【００２２】
なお、貯留タンク１３内のピストン１７の応答が遅い場合には、製造装置１１から強制的に貯留タンク１３内に加湿ガスを送り込み、この過程において、圧力センサー１４で検知して、ピストン１７を下降させて所定圧力に保つようにしてもよい。この場合でもあっても、第２の開閉弁２４は閉じているので、消費機器である燃料電池２７〜２９には全く影響はない。
【００２３】
次に、この貯留タンク１３から燃料電池群１２に加湿ガスを供給する場合には、第１の開閉弁２３を閉じて、第２の開閉弁２４を開く。貯留タンク１３内の加湿ガスは常時一定温度に保温され、且つ一定圧力（この例では、１．２気圧）となっているので、ガス通路２２を介して燃料電池群１２に向かって加湿ガスが流れる。加湿ガスが流れると、貯留タンク１３内の圧力が減少するので、圧力センサー１４がこれを検知し、ピストン１７が上昇し、貯留タンク１３内の圧力を一定に保持しようとする。
【００２４】
これによって、加湿ガスの消費量に関係なく、燃料電池群１２に対して常時一定状態の加湿ガスを供給できる。第１の開閉弁２３は閉じているので、加湿ガス製造装置１１が系の外乱要因ともならない。
なお、貯留タンク１３には、ピストン１７の上限及び下限位置を検知するセンサーが設けられ、外部に対して警報を行う構造となっている。
また、各燃料電池２７〜２９の手前側のガス通路にヘッダー管を設け、このヘッダー管を介して加湿ガスを各燃料電池２７〜２９に供給することもでき、これによって、加湿ガスの圧力変動が減少する。
【００２５】
続いて、図２に示す本発明の第２の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法を適用した加湿ガスの供給装置３５について説明するが、前述した加湿ガスの供給装置１０と同一の構成要素については、同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
図２に示すように、この加湿ガスの供給装置３５は、中間容器の一例であって加湿ガスを溜める第１、第２の貯留タンク３６、３７を備え、この第１、第２の貯留タンク３６、３７には、加湿ガス製造装置１１と、消費機器の一例である燃料電池２７〜２９を有する燃料電池群１２とが連結されている。以下、これらについて詳しく説明する。
【００２６】
第１、第２の貯留タンク３６、３７は、前述した貯留タンク１３と同様な構造となって、一定温度を保持するように加温され、かつ内部に昇降するピストン３９、４０を有している。ピストン３９、４０は圧力センサー４１、４２の出力を入力とする制御装置４３、４４から信号によって駆動される昇降手段４５、４６によって、それぞれ第１、第２の貯留タンク３６、３７内の圧力が一定になるように、昇降制御されている。
【００２７】
第１、第２の貯留タンク３６、３７の天井部４７、４８には、それぞれ第１の開閉弁４９、５０が設けられ、加湿ガス製造装置１１へのガス通路５３に連結されている。また、天井部４７、４８には、それぞれ第２の開閉弁５１、５２が設けられ、燃料電池群１２にヘッダー管５４ａを介して接続されるガス通路５４に連結されている。この実施の形態では、ヘッダー管５４ａから小分けされて燃料電池群１２に加湿ガスが供給されているが、ヘッダー管５４ａを設けず、ガス通路５４から直接燃料電池群１２に加湿ガスを供給することもできる。
この第２の実施の形態の加湿ガス製造装置は、第１の実施の形態の加湿ガス製造装置１１を使用するので、同一の番号を付して詳しい説明を省略する。
【００２８】
続いて、加湿ガスの供給装置３５を用いた、本発明の第２の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法について説明するが、基本的にこの加湿ガスの供給方法は、第１の貯留タンク３６が製造装置１１から加湿ガスの供給を受けている場合には、第２の貯留タンク３７が加湿ガスを燃料電池群１２に供給し、第２の貯留タンク３７が製造装置１１から加湿ガスの供給を受けている場合には、第１の貯留タンク３６が加湿ガスを燃料電池群１２に供給して、系全体として連続運転を可能としている。
【００２９】
更に、詳細に説明すると、第２の貯留タンク３７が製造装置１１から加湿ガスの供給を受ける場合には、第１の開閉弁５０を開けて、第２の開閉弁５２を閉じる。これによって、第２の貯留タンク３７内の圧力が上昇するので、その圧力が圧力センサー４２によって検知され、ピストン４０が下降して貯留タンク３７内の容積が増大し、内部の加湿ガスの圧力を一定に保つようにする。この動作によって、常時一定圧力の加湿ガスが貯留タンク３７内に貯留される。なお、貯留タンク３７が加湿ガスで一杯になった場合には、第１の開閉弁５０を閉じる。
【００３０】
一方、第１の貯留タンク３６は、第１の開閉弁４９を閉じ、第２の開閉弁５１を開けて、燃料電池群１２に対して加湿ガスを供給している。この場合、第１の貯留タンク３６から加湿ガスが出るので、内部の圧力が減少しようとして、これを圧力センサー４１が検知して、ピストン３９を押し上げ、これによって、貯留タンク３６内の加湿ガスの圧力を一定に保持しようとする。
【００３１】
ここで、第１の貯留タンク３６内の加湿ガスが無くなると、第２の貯留タンク３７から加湿ガスを供給できるように、第１の開閉弁４９、５０、第２の開閉弁５１、５２を切り換える。これによって、製造装置１１からの加湿ガスを遮断した状態で、第１、第２の貯留タンク３６、３７から交互に加湿ガスの安定供給が可能となる。なお、この実施の形態では、並列接続される貯留タンクは２台であったが、並列に接続される貯留タンクの数を更に増加させることによって、更に安定した加湿ガスの供給が可能となる。なお、第１、第２の貯留タンク３６、３７が加湿ガスで満タンの場合には、加湿ガスの製造装置１１は運転を止めるが、場合によっては、運転を簡単に停止できない場合には、製造された加湿ガスを大気開放してもよいし、逆止弁やバルブを介して直接ヘッダー管５４ａに供給してもよい。
【００３２】
続いて、図３を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法を適用した加湿ガスの供給装置６２について説明するが、第１、第２の加湿ガスの供給装置１０、３５と同一の構成要素には、同一の番号を付して、その詳しい説明を省略する。
図３に示すように、第３の実施の形態に係る加湿ガスの供給装置６２は、連続的に加湿ガスを製造する加湿ガス製造装置６３と、加湿ガスを一時貯留する第１、第２の貯留タンク３６、３７とを有し、第１、第２の貯留タンク３６、３７の天井部４７、４８にはそれぞれ第２の開閉弁５１、５２が設けられ、この第２の開閉弁５１、５２とこれらに繋がるガス通路５４とを介してヘッダー管５４ａに加湿ガスが供給されている。そして、このヘッダー管５４ａから、燃料電池群１２に加湿ガスが供給されている。なお、第１、第２の貯留タンク３６、３７、ヘッダー管５４ａ及びこれに連接するガス通路５３等は全て保温され、所定の温度を保っている。
【００３３】
このヘッダー管５４ａは、ガス通路５４に使用される配管より十分直径の大きな（例えば、４〜１０倍）円筒型の配管が使用され、内部に加湿ガスを一時貯留できると共に、加湿ガスの授受に変動があった場合、その圧力をここで吸収できるようになっている。なお、第１、第２の貯留タンク３６、３７に設けられているピストン３９、４０は、貯留タンク３６、３７内の圧力が常時一定圧力（例えば、１．２気圧）になるように、圧力センサー４１、４２で圧力を検知し、昇降手段４５、４６でピストン３９、４０を昇降している点は、加湿ガスの供給装置３５と同様である。
【００３４】
次に、第１、第２の貯留タンク３６、３７の天井部４７、４８にそれぞれ第１の開閉弁４９、５０が設けられ、これらはガス通路５３を介して加湿ガス製造装置６３に連結されている。
加湿ガス製造装置６３は従来型のバブリング型加湿ガス製造装置で、所定温度（例えば、８３℃）に保温された温水タンク６４内に温水を入れ、下部から水素ガス（ガスの一例）をノズル６５を介してバブリングし、バブリングする水素ガスを温水によって加湿している。これによって、水素ガスは約８３℃となって加湿され、第１、第２の貯留タンク３６、３７に交互に切り換えられる第１の開閉弁４９、５０を介して供給される。
【００３５】
バブリング型の加湿ガス製造装置６３の貯蔵タンク３６、３７の切替え時、出側管路が閉塞されると、製造装置６３内の圧力、温度の平衡が崩れ、加湿ガスの温度及び組成が変動する。一旦、変動すると回復するのに長時間（数分〜数十分）要する。
【００３６】
そこで、加湿ガス製造装置６３によって製造される加湿ガスの製造圧力を設定圧とする。ガス通路５３と、ヘッダー管５４ａとの間にガス開放用の開閉弁６６を有する管路６７で連結しておく。ガス開放用の開閉弁（電磁弁）６６は、第１の開閉弁４９、５０のいずれか一方が閉じる少し（例えば、３秒〜５秒）前に開放しておく。これによって、加湿ガス製造装置６３側の管路の閉塞が防止されるので、急激な加湿ガスの圧力上昇がなくなる。なお、加湿ガス製造装置６３の設定圧力を設定圧とし、ヘッダー管５４ａは容積を有するので、短時間の加湿ガスの圧力変動は小さく押さえられる。
【００３７】
次に、この第３の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法について説明すると、加湿ガス製造装置６３でバブリング法によって連続的に加湿ガスを製造する。そして、第１、第２の貯留タンク３６、３７に交互に貯留するが、この動作は、内部の加湿ガスの圧力を圧力センサー４１、４２で検知しながら、ピストン３９、４０を徐々に押し下げることによって行う。そして、第１、第２の貯留タンク３６、３７のうちいずれか一方、例えば、第１の貯留タンク３６が加湿ガスの充填を行っている場合には、他方、例えば第２の貯留タンク３７は、ピストン４０を上昇させて加湿ガスの放出を行う。
ここには、図示していないが、例えば、第３、第４の貯留タンクを設けることで、開閉弁６６無しでも、出側の管路閉塞を避ける運転パターンを可能とし、第１、第２の貯留タンクを含めて、所要に合わせて加湿ガスの放出を行う方法もある。
【００３８】
第１、第２の貯留タンク３６、３７のいずれか一方に加湿ガスを充填し、他方から加湿ガスを放出する場合には、開閉弁６６は閉じておくが、第１、第２の貯留タンク３６、３７の加湿ガスの充填及び放出を切り換える場合には、開閉弁６６は開いておく。第１、第２の貯留タンク３６、３７の加湿ガスの量は、ピストン３９、４０の位置によって確認できるので、第１、第２の貯留タンク３６、３７の切り換えが行われる時間より少し（例えば３〜５秒）前に開閉弁６６を開き、第１、第２の貯留タンク３６、３７の切り換えが行われた後少しの時間を経過して、開閉弁６６を閉じるようにするのが好ましい。
【００３９】
以上の動作によって、ヘッダー管５４ａ内に常時同じ圧力の加湿ガスが保持され、しかも、第１、第２の貯留タンク３６、３７はこのヘッダー管５４ａ内の加湿ガスが不足する場合の補完を行うので、従来のバッファタンクに比較して、小容量のタンクで済み、これによって、設備自体の小型化が図れ、更には全体を保温するエネルギーを減少するので、設備効率が向上する。
なお、加湿ガス製造装置６３に接続されるガス通路５３には、ヒータ（電熱、又は熱媒による）６９が設けられ、更に加湿ガスの温度を２〜５℃程度高めている。
また、図１〜図３において、ＰＩは圧力センサーを、ＴＩは温度センサーを示す。
【００４０】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲の変更、例えば、第１の実施の形態〜第３の実施の形態に係る方法に使用した機器や手段や装置を組み合わせた加湿ガスの供給方法も、本発明の権利範囲に含まれる。
そして、前記実施の形態においては、ガスの一例として水素ガスを用いた場合について説明したが、他のガス、例えば、酸素ガスや空気等であっても、本発明は適用される。また、前記第１、第２の実施の形態の加湿ガス製造装置は断続的に加湿ガスを製造しているが、連続的に製造する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【００４１】
また、前記実施の形態では具体的に数値を用いて説明したが、本発明はこれらの数値に限定されない。
更に、加湿ガスの貯留タンク１３、第１、第２の貯留タンク３６、３７内、又はそれらの出口側配管に、加湿ガスの加熱用のヒータ（電熱タイプや熱媒加熱タイプがある）や、蒸気の吹き込み装置を設けることもできる。これによって、加湿ガスの加温が可能となる他、蒸気を吹き込む場合には、更なる加湿を行うこともできる。
前記第１、第２、第３の実施の形態において、ヘッダー管５４ａに圧力センサーＰＩを設け、貯留タンクから加湿ガスを出す場合に、貯留タンク内の圧力センサーの代わりに使用することもできる。これによって、最終製品である加湿ガスがより設定圧力に近づき、品質のよい加湿ガスを提供できる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１〜８に記載の加湿ガスの供給方法は、以上の説明からも明らかなように、連続的又は断続的に加湿ガスを製造する加湿ガス製造装置からの加湿ガスを、容積可変型の中間容器に貯留し、中間容器の容積を可変にして、消費機器に送られる加湿ガスを所定の圧力に保っているので、消費機器の台数や使用状況によらず、常時、所定圧力の加湿ガスを各消費機器に供給できる。
しかも、従来型の固定容積の中間容器は、加湿ガスの充填及び排出に伴う加湿ガスの圧力変動を、中間容器の容積を大きくして吸収するようにしているが、本発明においては、中間容器の圧力変動を容積を変えて吸収するようにしているので、中間容器の小型化が可能となる。
【００４３】
特に、請求項２記載の加湿ガスの供給方法は、加湿ガス製造装置と中間容器の間及び中間容器と消費機器の間のガス通路に、それぞれ第１、第２の開閉弁を設け、第１、第２の開閉弁を選択的に開けて、加湿ガス製造装置と消費機器の直接接続を防止しているので、加湿ガス製造装置の状態に関係なく、常時同一状態の加湿ガスを消費機器に供給できる。
【００４４】
請求項３〜５及びこれらに従属する請求項６〜８記載の加湿ガスの供給方法は、中間容器を複数並列に設け、複数の中間容器を順次切り換えて加湿ガスを消費機器に供給しているので、加湿ガスを連続的に消費機器に供給することができる。
請求項４記載の加湿ガスの供給方法は、加湿ガス製造装置から消費機器に繋がる管路を設けているので、複数の中間容器を切り換える場合に発生する圧力変動を最小限に抑え、かつ圧力及び温度変動に伴なう加湿ガスの組成変動が発生しない円滑な運転を行うことができる。
【００４５】
請求項６記載の加湿ガスの供給方法は、中間容器又は中間容器の出口側配管には、加湿ガスを加熱するヒータが設けられているので、更に製造された加湿ガスを加熱することができ、これによって、加湿ガスの液化を効率的に防止できる。
また、請求項７記載の加湿ガスの供給方法は、中間容器又は中間容器の出口側配管に、高温の蒸気を吹き込んで更に加湿昇温しているので、加湿ガスの温度を上昇させる他、加湿ガスを更に加湿することができる。
そして、請求項８記載の加湿ガスの供給方法は、中間容器と消費機器との間にはヘッダー管が設けられているので、この部分で急激な加湿ガスの消費変動や供給変動を平滑にし、設備全体を安定に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法の説明図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る加湿ガスの供給方法の説明図である。
【符号の説明】
１０：加湿ガスの供給装置、１１：加湿ガス製造装置、１２：燃料電池群、１３：貯留タンク、１４：圧力センサー、１５：制御装置、１６：昇降手段、１７：ピストン、１８：天井部、１９：入口、２０：出口、２１、２２：ガス通路、２３：第１の開閉弁、２４：第２の開閉弁、２５ａ：ヒータ、２５：チャンバー、２６：ピストン、２７〜２９：燃料電池、３０：流量調整弁、３１：開閉弁、３５：加湿ガスの供給装置、３６：第１の貯留タンク、３７：第２の貯留タンク、３９、４０：ピストン、４１、４２：圧力センサー、４３、４４：制御装置、４５、４６：昇降手段、４７、４８：天井部、４９、５０：第１の開閉弁、５１、５２：第２の開閉弁、５３、５４：ガス通路、５４ａ：ヘッダー管、６２：加湿ガスの供給装置、６３：加湿ガス製造装置、６４：温水タンク、６５：ノズル、６６：開閉弁、６７：管路、６９：ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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