(57)【要約】  【課題】固体高分子型燃料電池の電極に供給される流体を加湿するための加湿装置に関し、排出流体から水分を回収して、再び燃料電池に供給するための構成を簡単にする。  【解決手段】燃料電池１から排出される排出流体中の水蒸気の凝縮潜熱を用いて、加湿手段３で外気の空気を加湿するので、低温排熱を有効に利用することができ、吸着材を用いた加湿手段３と燃料電池１から排出される排出流体とを熱交換されることにより金属製の熱交換器を用いなくても、十分な熱交換量を得ることができるので、金属イオンの溶出による漏電を防ぐことができ、燃料電池排出流体中の水分を再び燃料電池１に供給するので、不純物が混入して燃料電池の運転を妨げることを防止でき、燃料電池１から排出される排出流体中の水分を回収して再び燃料電池１に供給するので水の供給量を減らすことができ、ランニングコストを低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質と前記電解質を挟むようにして配置された水素極と酸素極とからなり、前記水素極に改質手段で改質された水素を含む流体を、また前記酸素極に酸素を含む流体をそれぞれ供給して両電極間に起電力を発生させる燃料電池において、前記燃料電池から排出される流体に含まれる水分を吸着及び脱着可能な吸着材を用いた加湿手段と水ためを設けたことを特徴とする加湿装置。
【請求項２】
燃料電池と第１のダクトと凝縮器と水分回収器と排出手段からなる第１の流路と、加湿手段と、第２のダクトと輸送手段からなる第２の流路と、水ためと、前記水分回収器と前記水ためをつなぐ配管とから構成され、前記加湿手段の一部が前記水ため中の水と接触していることを特徴とする加湿装置。
【請求項３】
燃料電池と、第１のダクトと第１の凝縮器と第１の水分回収器と排出手段からなる第１の流路と、第２のダクトと輸送手段からなる第２の流路と、第３のダクトと第２の凝縮器と第２の水分回収器とからなる第３の流路と、加湿手段と、水ためと、前記第１の水分回収器と前記第２の水分回収器と前記水ためとをつなぐ配管と流路切り替え手段とから構成され、前記燃料電池の必要加湿量に応じて流路を切り替えることを特徴とする加湿装置。
【請求項４】
加湿手段と燃料電池からの排出流体とを熱交換させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の加湿装置。
【請求項５】
燃料電池と、燃料電池冷却水流路と、第１のダクトと凝縮器と水分回収器と排出手段とからなる第１の流路と、第２のダクトと輸送手段からなる第２の流路と、加湿手段と、水ためと、熱交換器と、前記水分回収器と前記水ためをつなぐ配管とからなり、前記熱交換器で前記加湿手段と前記燃料電池冷却水流路を循環する冷却水とを熱交換させることを特徴とする加湿装置。
【請求項６】
燃料電池の冷却水と燃料電池内で生成されて排出される排出流体とを熱交換させることを特徴とする請求項５記載の加湿装置。
【請求項７】
加湿手段は加湿部分と吸水口を設けたチャンバとから構成され、前記加湿部分は熱交換部分と水分を吸着する第１の吸湿部分と水分を外部に放出する第１の脱湿部分とから構成され、第１の吸湿部分と第１の脱湿部分とが一定時間毎に交代する機構であることを特徴とする請求項１、２、３、５のいずれか一項記載の加湿装置。
【請求項８】
機構は回転である請求項７記載の加湿装置。
【請求項９】
水ために燃料電池から排出される排出流体中の水分を供給させることを特徴とする請求項１、２、３、５のいずれか一項記載の加湿装置。
【請求項１０】
水ために燃料電池の冷却水の一部を流入させることを特徴とする請求項１、２、３、５のいずれか一項記載の加湿装置。
【請求項１１】
吸着材の形状は、粒状、穎粒状、ハニカム状、コルゲート状、シート状、矩形柱状のいずれか一つもしくは混合体をロータ形状にしたことを特徴する請求項１から１０のいずれか一項記載の加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池の電極に供給される流体を加湿するための加湿装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の加湿装置は電解質と電解質を挟むようにして配置された水素極と酸素極とからなり、水素極に改質手段で改質された水素を含む流体を、また酸素極に酸素を含む流体をそれぞれ供給して両電極間に起電力を発生させる燃料電池において、燃料電池内に設けられた電解質はイオン導電性を保ち、劣化を防ぐために燃料電池に供給される原料を加湿装置で加湿して燃料電池に供給する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された従来の加湿装置を示すものである。
【０００４】
図５に示すように、従来の加湿装置としては、燃料電池１０１と燃料電池１０１から排出される流体を外部へ排出させる第１の流路１０２と、燃料電池１０１から排出される流体を凝縮させて水分を取り出し、取り出した水分を気化させるための冷媒回路１０３と、燃料電池１０１から排出された水分を再び燃料電池１０１へ供給するための水回路１０４とから構成されている。
【０００５】
第１の流路１０２は、燃料電池１０１と、燃料電池１０１から排出された流体中の水分を冷媒回路１０３中の冷媒と熱交換させて凝縮させるための水回収用熱交換器１０５と、水回収用熱交換器１０５を通過した流体を外部へ排出する排気手段１０６とからなる。
【０００６】
また、冷媒回路１０３は冷媒を圧送するためのコンプレッサ１０７と、水回路１０４中の水分と冷媒とを熱交換させて水を気化させるための気化用熱交換器１０８と、冷媒を減圧するための膨張弁１０９と、燃料電池１０１から排出された流体中の水分と冷媒とを熱交換させるための水回収用熱交換器１０５と、これらを接続して、順次冷媒を循環させるための冷媒配管１１０とからなる。
【０００７】
また、水回路１０４は燃料電池１０１から排出された排出流体中の水分と冷媒回路１０３中の冷媒とを熱交換させて排出流体中の水分を凝縮させるための水回収用熱交換器１０５と、水回収用熱交換器１０５で凝縮した水を回収するための受け皿１１１と、水を貯蔵するための水タンク１１２と、水を循環させるための水ポンプ１１３と、水を気化させるためのノズル１１４とこれらを接続して水を循環させるための配管１１５と、ノズル１１４と気化用熱交換器１０８はダクト１１６を介して接続されている。
【０００８】
以上のように構成された冷却装置について、以下その動作を説明する。
【０００９】
第１の流路１０２では燃料電池１０１から排出された排出流体を、水回収用熱交換器１０５へ送る。また、冷媒回路１０３では冷媒が膨張弁１０９で減圧されて低温低圧となり水回収用熱交換器１０５へ送られる。
【００１０】
次に、水回収用熱交換器１０５で排出流体と膨張弁１０９で減圧されて低温になった冷媒とが熱交換されて、排出流体中の水分が凝縮する。
【００１１】
次に、水回収用熱交換器１０５を通過した流体は排気手段１０６により外部へ排出される。また、水回収用熱交換器１０５で凝縮した凝縮水は受け皿１１１に集められる。
【００１２】
次に、受け皿１１１に集められた凝縮水は水タンク１１２へ送られ貯蔵される。次に、水タンクに貯蔵された水は水ポンプ１１３を用いてノズル１１４へ送られる。
【００１３】
また、水回収用熱交換器１０５で燃料電池から排出される流体と熱交換された冷媒は、コンプレッサ１０７で外部電力を用いて圧縮されて高温となる。
【００１４】
次に、コンプレッサ１０７で圧縮されて高温となった冷媒は、気化用熱交換器１０８へ送られる。
【００１５】
次に、ノズル１１４から排出された水と冷媒回路１０３中の冷媒は気化用熱交換器１０８で気化され、燃料電池１０１へ供給される。
【特許文献１】特開２００３−７７５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記従来の加湿装置では、燃料電池内の反応で生成された排出流体中の水分を凝縮させて取り出し、取り出した水分を気化させて水蒸気として供給するために、凝縮させるための冷媒回路を必要とし、冷媒回路中のコンプレッサを動かすための外部電力が必要である。
【００１７】
また、凝縮器や配管は熱伝導性に優れた金属製部品により形成されることが多く、金属部品部分から金属イオンが溶出するために凝縮水中の電気伝導率が上昇して漏電する可能性がある。
【００１８】
また、燃料電池から排出される流体中の水分を取り出すための流路と、冷媒を循環させるための回路と、排出流体から取り出した水分を輸送して再度燃料電池に供給するための回路を設ける必要があり、装置構成が複雑になるという課題を有していた。
【００１９】
本発明は従来の課題を解決するもので、排出流体から水分を回収して、再び燃料電池に供給するための構成を簡単にするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の加湿装置は、電解質と前記電解質を挟むようにして配置された水素極と酸素極とからなり、前記水素極に改質手段で改質された水素を含む流体を、また前記酸素極に酸素を含む流体をそれぞれ供給して両電極間に起電力を発生させる燃料電池において、前記燃料電池から排出される流体に含まれる水分を吸着及び脱着可能な吸着材を用いた加湿手段と水ためを設けたものである。
【００２１】
これによって、燃料電池から排出される流体中の水分を回収して、再び燃料電池に供給するための装置構成を簡単にでき、加湿装置を小型化することができる。
【００２２】
また、本発明の加湿装置は、燃料電池と第１のダクトと凝縮器と水分回収器と排出手段からなる第１の流路と、加湿手段と、第２のダクトと輸送手段からなる第２の流路と、水ためと、前記水分回収器と前記水ためをつなぐ配管とから構成され、前記加湿手段の一部を前記水ため中の水と接触させたものである。
【００２３】
これによって、常に吸着材に一定の水分を保持させることができるので、外部から供給する水分量を減らすことができ、ランニングコストを低減することができる。
【００２４】
また、本発明の加湿装置は、燃料電池と、第１のダクトと第１の凝縮器と第１の水分回収器と排出手段からなる第１の流路と、第２のダクトと輸送手段からなる第２の流路と、第３のダクトと第２の凝縮器と第２の水分回収器とからなる第３の流路と、加湿手段と、水ためと、前記第１の水分回収器と前記第２の水分回収器と前記水ためとをつなぐ配管と流路切り替え手段とから構成され、前記燃料電池の必要加湿量に応じて流路を切り替えるようにしたものである。
【００２５】
これによって、燃料電池の必要量に応じて加湿することができ、水の供給過多による電解質の劣化を防ぐことができる。
【００２６】
また、本発明の加湿装置は、燃料電池と、燃料電池冷却水流路と、第１のダクトと凝縮器と水分回収器と排出手段とからなる第１の流路と、第２のダクトと輸送手段からなる第２の流路と、加湿手段と、水ためと、熱交換器と、前記水分回収器と前記水ためをつなぐ配管とからなり、前記熱交換器で前記加湿手段と前記燃料電池冷却水流路を循環する冷却水とを熱交換させるようにしたものである。
【００２７】
これによって、金属製の熱交換器を用いなくても十分な熱交換量を確保することができるので、金属製品から燃料電池冷却水中に金属イオンが溶出して漏電することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、燃料電池から排出される流体中の水分を回収して、再び燃料電池に供給するための装置構成を簡単にでき、加湿装置を小型化することができる。
【００２９】
また、常に吸着材に一定の水分を保持させることができるので、外部から供給する水分量を減らすことができ、ランニングコストを低減することができる。
【００３０】
また、燃料電池の必要量に応じて加湿することができ、水の供給過多による電解質の劣化を防ぐことができる。
【００３１】
また、金属製の熱交換器を用いなくても十分な熱交換量を確保することができるので、金属製品から燃料電池冷却水中に金属イオンが溶出して漏電することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
請求項１に記載の加湿装置の発明は、電解質と前記電解質を挟むようにして配置された水素極と酸素極とからなり、前記水素極に改質手段で改質された水素を含む流体を、また前記酸素極に酸素を含む流体をそれぞれ供給して両電極間に起電力を発生させる燃料電池において、前記燃料電池から排出される流体に含まれる水分を吸着及び脱着可能な吸着材を用いた加湿手段と水ためを設けたものである。
【００３３】
これによって、燃料電池から排出される流体中の水分を回収して、再び燃料電池に供給するための装置構成を簡単にでき、加湿装置を小型化することができる。
【００３４】
また、請求項２に記載の加湿装置の発明は、燃料電池と第１のダクトと凝縮器と水分回収器と排出手段からなる第１の流路と、加湿手段と、第２のダクトと輸送手段からなる第２の流路と、水ためと、前記水分回収器と前記水ためをつなぐ配管とから構成され、前記加湿手段の一部を前記水ため中の水と接触させたものである。
【００３５】
これによって、常に吸着材に一定の水分を保持させることができるので、外部から供給する水分量を減らすことができ、ランニングコストを低減することができる。
【００３６】
また、請求項３に記載の加湿装置の発明は、燃料電池と、第１のダクトと第１の凝縮器と第１の水分回収器と排出手段からなる第１の流路と、第２のダクトと輸送手段からなる第２の流路と、第３のダクトと第２の凝縮器と第２の水分回収器とからなる第３の流路と、加湿手段と、水ためと、前記第１の水分回収器と前記第２の水分回収器と前記水ためとをつなぐ配管と流路切り替え手段とから構成され、前記燃料電池の必要加湿量に応じて流路を切り替えるようにしたものである。
【００３７】
これによって、燃料電池の必要量に応じて加湿することができ、水の供給過多による電解質の劣化を防ぐことができる。
【００３８】
また、請求項４に記載の加湿装置の発明は、請求項１から３のいずれか一項記載の発明において、加湿手段と燃料電池からの排出流体とを熱交換させるようにしたものである。
【００３９】
これによって、金属製の凝縮器を用いることなく十分な凝縮量が得られるので、金属イオンの溶出による漏電を防ぐことができる。
【００４０】
また、請求項５に記載の加湿装置の発明は、燃料電池と、燃料電池冷却水流路と、第１のダクトと凝縮器と水分回収器と排出手段とからなる第１の流路と、第２のダクトと輸送手段からなる第２の流路と、加湿手段と、水ためと、熱交換器と、前記水分回収器と前記水ためをつなぐ配管とからなり、前記熱交換器で前記加湿手段と前記燃料電池冷却水流路を循環する冷却水とを熱交換させるようにしたものである。
【００４１】
これによって、金属製の熱交換器を用いなくても十分な熱交換量を確保することができるので、金属製品から燃料電池冷却水中に金属イオンが溶出して漏電することを防ぐことができる。
【００４２】
また、請求項６に記載の加湿装置の発明は、請求項５記載の発明において、燃料電池の冷却水と燃料電池内で生成されて排出される排出流体とを熱交換させるようにしたものである。
【００４３】
これによって、外部へ放出する熱量を低減することができ、運転効率の向上につながるので、ランニングコストを低減できる。
【００４４】
また、請求項７に記載の加湿装置の発明は、請求項１、２、３、５のいずれか一項記載の発明における加湿手段が、加湿部分と吸水口を設けたチャンバとから構成され、前記加湿部分が熱交換部分と水分を吸着する第１の吸湿部分と水分を外部に放出する第１の脱湿部分とから構成され、第１の吸湿部分と第１の脱湿部分とが一定時間毎に交代する機構にしたものである。
【００４５】
これによって、連続的に水ため中の水分を吸湿することができ、運転効率を向上させることができるので、ランニングコストを低減できる。
【００４６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７記載の発明における機構を、回転としたものである。
【００４７】
これによって、加湿手段の第１の吸湿部分での水の吸着と第１の脱湿部分での水を脱着させる操作を同時に効率良く行うことができるので、ランニングコストを低減できる。
【００４８】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１、２、３、５のいずれか一項記載の発明において、水ために燃料電池から排出される排出流体中の水分を供給させるようにしたものである。
【００４９】
これによって、燃料電池内に不純物が混入するのを防止できるので、信頼性が向上できる。
【００５０】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１、２、３、５のいずれか一項記載の発明において、水ために燃料電池の冷却水の一部を流入させるようにしたものである。
【００５１】
これによって、燃料電池から排出される低温排熱を有効に利用することができ、さらに燃料電池内に不純物が混入することを防止できるので、信頼性を向上できる。
【００５２】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか一項記載の発明における吸着材の形状を、粒状、穎粒状、ハニカム状、コルゲート状、シート状、矩形柱状のいずれか一つもしくは混合体をロータ形状にしたものである。
【００５３】
これによって、吸着材の比表面積を大きくすることができ、水分吸着量を増やすことができるので、加湿手段を小型化できる。
【００５４】
以下、本発明による冷却装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成には、同一符号を付して詳細な説明を省略する、
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による加湿装置の系統図である。図２は同実施の形態の加湿装置の加湿手段と水ための詳細図である。
【００５５】
図１に示す本実施の形態の加湿装置は、燃料電池１から排出される排出流体から水分を取り出すための第１の流路２と、水分を吸着及び脱着可能な吸着材を用いた加湿手段３と、排出流体から回収した水分を蓄えるための水ため４と、加湿手段３で加湿された流体を燃料電池１へ供給するための第２の流路５とから構成される。
【００５６】
第１の流路２は燃料電池１と第１のダクト６とが接続され、第１のダクト６内は燃料電池１から排出される排出流体と加湿手段３とを熱交換させて、排出流体中の水分を回収するための凝縮器７と、凝縮器７を通過した排出流体を外部へ排出させるための排出手段８と、凝縮器７で加湿手段３と排出流体とを熱交換させて凝縮させた排出流体中の水分を回収するための水分回収器９とからなり、水分回収器９と水ため４は配管１０で接続されており、水分回収器９と水ため４は連通している。
【００５７】
また、第２の流路５は加湿手段３と燃料電池１とが第２のダクト１１で接続されており、第２のダクト１１内には加湿手段３で加湿された流体を燃料電池１へ送るための輸送手段１２が設けられている。
【００５８】
図２に示すように、加湿手段３は適宜の駆動源（図示せず）によって回転する加湿ロータ１３の両端面側に、チャンバ１４，１５を備えており、チャンバ１４の内部は仕切り板等で３分割されており、チャンバ１５の内部は仕切り板等で２分割されている。
【００５９】
チャンバ１４，１５が分割されていることにより、チャンバ１４にはＣ’方向から排出流体を取り込んでＡ’方向へ排出させる熱交換部分１６と、Ａ’方向から外気を取り込むための外気取り込み部分１７と、水ため４中の水により加湿ロータ１３に水分を吸湿させるための第１の吸湿部分１８ａが形成されている。
【００６０】
また、チャンバ１５内には加湿ロータ１３から脱着された水分と外気取り込み部分から取り込まれた外気の空気を混合して加湿空気を生成するための第１の脱湿部分１９と水ため４中の水により加湿ロータ１３に水分を吸湿させるための第１の吸湿部分１８ｂが形成されており、吸水口２０ａ，２０ｂから第１の吸湿部分１８ａ，１８ｂに水ため４中の水分を取り込んでいる。
【００６１】
また、加湿ロータ１３は、不織布、紙、織物、編物、繊維成型体、金属成型体等、水を吸脱着できるものなら全て使用可能であり、その材料としてはシリカゲル、活性アルミナ、シリカ・ゼオライト、リン酸アルミニウム等のゼオライト類似塩類、ベントナイト、ハイドロタルサイト、アパタイト、五酸化リン、硫酸ナトリウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム等の金属塩、活性炭、親水性高分子等を用いることができる。
【００６２】
これらの材料を、不織布、紙、織物、編物、繊維成型体、金属成型体等に塗布、混入、含浸させても良く、材料を固化体形状にしても良い。また、除湿ロータ１１を作成するために上記の材料とは別にバインダを用いても良い。
【００６３】
親水性高分子は水に膨潤する有機物であれば特に制限は無く、例えば、天然セルロース（パルプ、ケナフ、木綿、麻）、再生セルロース（セロハン、セルロースビーズ、レーヨン、セルローススポンジ等）、キチン、キトサン、エチルセルロース等のセルロースを化学修飾したもの、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、絹、羊毛、ポリビニルアルコール、架橋型ポリビニルアルコール、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリビニルホルマール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩、澱粉等が挙げられる。
【００６４】
以上のように構成された本実施の形態の冷却装置について、以下その動作を説明する。
【００６５】
まず、燃料電池１から排出された排出流体が凝縮器７に送られる。次に、凝縮器７で排出流体と加湿手段３の熱交換部分１６とを熱交換させることにより、排出流体中の水分を凝縮させる。次に、凝縮器７を通過した排出流体は排出手段８を用いて外部へ放出される。
【００６６】
また、凝縮器７で排出流体と加湿手段３とが熱交換されて凝縮した排出流体中の水分は水分回収器９に回収される。次に、水分回収器９に回収された水分は配管１０を通って、水ため４へ移動する。
【００６７】
また、凝縮器７で排出流体と加湿手段３とが熱交換されることにより、加湿手段３の熱交換部分１６区域にある加湿ロータ１３の一部分から水分が脱着される。
【００６８】
同時に、外気取り込み部分１７から外気の空気を取り込むことにより、外気の空気によって外気取り込み部分１７区域にある加湿ロータの一部分から水分が脱着されて加湿空気が生成される。
【００６９】
次に、加湿区域１９で熱交換部分１６区域にある加湿ロータ１３の一部分から脱着された水分と、外気取り込み部分１７区域にある加湿ロータ１３の一部分から脱着された加湿空気が混合されることにより、さらに高湿の加湿空気が生成される。次に、生成された高湿の加湿空気は輸送手段１２により燃料電池１へ送られる。
【００７０】
また、加湿手段３の熱交換部分１６区域にある加湿ロータ１３の一部分が乾燥状態になると、加湿ロータ１３を回転させて、乾燥部分を第１の吸湿部分１８ａ，１８ｂへ移動させ、吸水口２０ａ，２０ｂから第１の吸湿部分１８ａ，１８ｂ中に取り込んだ水ため４の水と加湿ロータ１３の乾燥部分を接触させることで水分が吸着され、再び加湿可能な状態となる。
【００７１】
次に、加湿ロータ１３を回転させて加湿可能な状態になった加湿ロータ１３の一部分を外気取り込み部分１７区域から熱交換部分１６区域へと順次移動させる。この動作を繰り返すことにより加湿手段３は連続的に加湿可能となる。
【００７２】
以上のように本実施の形態の加湿装置は燃料電池１から排出される排出流体中の水蒸気の凝縮潜熱を用いて、加湿手段３で外気の空気を加湿することができるので、低温排熱を有効に利用することができる。
【００７３】
また、吸着材を用いた加湿手段３と燃料電池１から排出される排出流体とを熱交換されることにより金属製の熱交換器を用いなくても、十分な熱交換量を得ることができるので、金属イオンの溶出による漏電を防ぐことができる。
【００７４】
また、燃料電池排出流体中の水分を再び燃料電池１に供給するので、不純物が混入して燃料電池の運転を妨げることを防止できる。
【００７５】
また、燃料電池１から排出される排出流体中の水分を回収して再び燃料電池１に供給しているので水の供給量を減らすことができ、ランニングコストの低減につながる。
【００７６】
尚、吸着材の形状は、粒状、穎粒状、ハニカム状、コルゲート状、シート状、矩形柱状のいずれか一つもしくは混合体をロータ形状にすることで、比表面積が増加し、水分吸着量が増加するので、加湿手段３を小型化できる。
【００７７】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２による加湿装置の系統図である。実施の形態２の加湿装置の加湿手段と水ための詳細図は、図２に示された実施の形態１のものと同じである。なお、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００７８】
図３に示す本実施の形態の加湿装置は、燃料電池１と水分を吸着及び脱着可能な吸着材を用いた加湿手段３と水ため４と燃料電池１から排出される排出流体中の水分を回収するための第１の流路３１と、加湿手段３で加湿した加湿流体を燃料電池１に供給するための第２の流路５と、排出流体から水分を回収するための第３の流路３２とから構成される。
【００７９】
第１の流路３１は燃料電池１と第１のダクト３３とが接続され、第１のダクト３３内は排出流体の流路を第１の流路３１と第３の流路３２に切り替えるための切り替え手段３４と、加湿手段３と排出流体とを熱交換するための第１の凝縮器３５と、第１の凝縮器３５に排出流体を送るための輸送手段３６と、第１の凝縮器３５で加湿手段３と熱交換されることにより凝縮した排出流体中の水分を回収するための第１の水分回収器３７とからなり、第１の水分回収器３７と水ため４は配管３８により連通している。
【００８０】
また、第２の流路６は加湿手段３と燃料電池１がダクト１２で接続されており、ダクト１２内には加湿手段３で加湿された流体を燃料電池１へ送るための輸送手段１３が設けられている。
【００８１】
また、第３の流路３２は第１のダクト３３内の切り替え手段３４により排出流体の流路が切り替えられるように第３のダクト３９が接続され、第３のダクト３９内には排出流体と外気とを熱交換させるための第２の凝縮器４０と、第２の凝縮器で外気と熱交換されて凝縮した排出流体中の水分を回収するための第２の水分回収器４１とからなる。
【００８２】
また、第１の水分回収器３７と第２の水分回収器４１は配管３８により水ため４と接続されている。
【００８３】
以上のように構成された本実施の形熊の加湿装置について、以下その動作を説明する。
【００８４】
まず、燃料電池１から排出される排出流体が第１の流路３１に送られるように切り替え手段３４で流路を切り替える。
【００８５】
次に排出流体を輸送手段３６を用いて、第１の凝縮器３５へ送る。第１の凝縮器３５へ送られた排出流体は加湿手段３と熱交換され、排出流体中の水分が凝縮する。
【００８６】
次に、第１の凝縮器３５を通過した排出流体は外部へ排気される。また、第１の凝縮器３５で加湿手段３と熱交換されることにより凝縮した排出流体中の水分は第１の水分回収器３７へ集められる。第１の水分回収器３７へ集められた水分は配管３８を通って水ため４へ送られる。
【００８７】
次に、燃料電池１が必要とする加湿量が減少すると、切り替え手段３４を用いて排出流体を第３の流路３２へ送れるように流路を切り替える。
【００８８】
次に、排出流体を輸送手段３６を用いて第２の凝縮器４０へ送る。次に、第２の凝縮器４０へ送られた排出流体は外気と熱交換されて排出流体中の水分が凝縮される。
【００８９】
次に、第２の凝縮器４０で外気と熱交換された排出流体は外部へ排出される。また、第２の凝縮器４０で外気と熱交換されて凝縮した排出流体中の水分は第２の水分回収器４１で回収される。第２の水分回収器４１で回収された排出流体中の水分は配管３８を通って水ため４へ送られる。
【００９０】
以上のように、本実施の形態の加湿装置は、排出流体の流路を切り替えるための切り替え手段３４を設けたことで、加湿量を制御することができ、加湿過多により燃料電池１が劣化するのを防ぐことができる。
【００９１】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態１による加湿装置の系統図である。なお、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００９２】
図４に示す本実施の形態の加湿装置は、燃料電池１から排出される排出流体から水分を取り出すための第１の流路５１と、燃料電池冷却水流路５２と、水分を吸着及び脱着可能な吸着材を用いた加湿手段５３と、加湿手段５３で加湿された流体を燃料電池１へ供給するための第２の流路６と水ため５４とから構成される。
【００９３】
第１の流路５１は燃料電池１と外気と連通した第１のダクト５５とが接続され、第１のダクト５５内は燃料電池１から排出される排出流体と冷却水とを熱交換させるための水回収用熱交換器５６と、水回収用熱交換器５６で冷却水と熱交換された排出流体を外部へ排出するための排出手段５７と、水回収用熱交換器５６で冷却水と熱交換されて凝縮した排出流体中の水分を回収するための水分回収器５８とから構成され、水分回収器５８は配管５９で水ため５４と接続されている。
【００９４】
また、燃料電池冷却水流路５２は水ため５４と、燃料電池冷却水流路５２内を冷却水を循環させるための輸送手段６０と、加湿手段５３と冷却水を熱交換させるための熱交換器６１と、燃料電池１から排出される排出流体と冷却水とを熱交換させるための水回収用熱交換器５６とから構成され、輸送手段６０を用いて燃料電池１を流通した冷却水は熱交換器６１と水回収用熱交換器５６と水ため５４へ順次流通される。また、加湿手段５３の一部分が水ため５４中の水分と接触している。
【００９５】
以上のように構成された本実施の形態の加湿装置について、以下その動作を説明する。
【００９６】
まず、燃料電池冷却水流路５２において水ため５４から燃料電池１へ輸送手段６０を用いて冷却水が供給される。次に、燃料電池１を冷却して昇温した冷却水は熱交換器６１へ送られる。
【００９７】
次に、熱交換器６１へ送られた冷却水は加湿手段５３の水ため５４中の水分と直接接触していない部分と熱交換されて冷却される。またここで、熱交換器６１へ送られた冷却水により加湿手段５３の水ため５４と直接接触していない部分から水分が脱着されて気化する。
【００９８】
次に、加湿手段５３から脱着されて気化した水分は第２のダクト１１内へ送られる。次に第２のダクト１１内へ送られた気化水分は輸送手段１２を用いて燃料電池１へ供給される。
【００９９】
また、燃料電池冷却水流路５２において熱交換器６１で加湿手段５３と熱交換されて冷却された冷却水は水回収用熱交換器５６へ送られる。またここで、第１の流路５１では排出流体が排出手段５７により水回収用熱交換器５６に送られる。次に、水回収用熱交換器５６へ送られた排出流体は冷却水と熱交換されて排出流体中の水分が凝縮する。
【０１００】
次に、水回収用熱交換器５６で冷却水と熱交換された排出流体は外部へ排出される。また、水回収用熱交換器５６で冷却水と熱交換されて凝縮した排出流体中の水分は水分回収器５８へ送られる。
【０１０１】
次に、水分回収器５８へ送られた排出流体中の水分は配管５９を通って水ため５４へ送られる。またここで、水回収用熱交換器５６で排出流体と熱交換された冷却水は水ため５４へ送られる。
【０１０２】
以上のように本実施の形態の加湿装置は、燃料電池を冷却するための冷却水を吸着材を用いた加湿手段５３で加湿空気を生成するために用いたことで、金属製の熱交換器を用いなくても十分な熱交換量を確保することができるので、金属製品から燃料電池冷却水中に金属イオンが溶出して漏電するのを防ぐことができる。
【０１０３】
また、冷却水を燃料電池１から排出される流体中の水蒸気を凝縮させるのに用いたことで、さらにエネルギ効率を向上させることができる。
【０１０４】
また、冷却水を水ため５４に流通させることで、加湿手段５３に常に十分な加湿量を供給できるようになり、外部から供給する水量を減らすことができ、不純物が混入することを防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明にかかる加湿装置は、燃料電池から低温排熱を有効に用いることができるので、燃焼器及び蒸気圧縮式の冷凍機から低温排熱を回収して冷却及び除湿及び蓄熱する用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明による加湿装置の実施の形態１の構成の概略を示す説明図
【図２】同実施の形態の加湿装置における加湿手段と水ための詳細図
【図３】本発明による加湿装置の実施の形態２の構成の概略を示す説明図
【図４】本発明による加湿装置の実施の形態３の構成の概略を示す説明図
【図５】従来技術の加湿装置の構成の概略を示す説明図
【符号の説明】
【０１０７】
１  燃料電池
２  第１の流路
３  加湿手段
４  水ため
５  第２の流路
６  第１のダクト
７  凝縮器
８  排出手段
９  水分回収器
１０  配管
１１  第２のダクト
１２  輸送手段
１３  加湿ロータ
１４  チャンバ
１５  チャンバ
１６  熱交換部分
１７  外気取り込み部分
１８ａ，１８ｂ  第１の吸湿部分
１９  第１の脱湿部分
２０ａ，２０ｂ  吸水口
３１  第１の流路
３２  第３の流路
３３  第１のダクト
３４  切り替え手段
３５  第１の凝縮器
３６  輸送手段
３７  第１の水分回収器
３８  配管
３９  第３のダクト
４０  第２の凝縮器
４１  第２の水分回収器
５１  第１の流路
５２  燃料電池冷却水流路
５３  加湿手段
５４  水ため
５５  第１のダクト
５６  水回収用熱交換器
５７  排出手段
５８  水分回収器
５９  配管
６０  輸送手段
６１  熱交換器
【図１】
2005183180.tif 000003
【図２】
2005183180.tif 000004
【図３】
2005183180.tif 000005
【図４】
2005183180.tif 000006
【図５】
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