(57)【要約】 【課題】  供給ガスの湿度状態を目標に近づけることが可能なガス加湿装置およびこれを利用して燃料電池を安定的に運転することができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】  供給ガスに水滴を噴霧するための、口径の異なる複数のノズルと、複数のノズルの噴霧方向に沿って断面積が増大する部分を有する噴霧室と、を備えるガス加湿装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給ガスに水滴を噴霧するための、口径の異なる複数のノズルと、
該複数のノズルの噴霧方向に沿って断面積が増大する部分を有する噴霧室と、
を備えるガス加湿装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス加湿装置であって、
前記複数のノズルにより水滴が噴霧された供給ガスを加熱して、該水滴を蒸気化させる過熱蒸気化手段を、更に備えるガス加湿装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガス加湿装置であって、
前記複数のノズルのうち一つを選択して噴霧を実行するノズル選択噴霧手段を、更に備えるガス加湿装置。
【請求項４】
請求項３に記載のガス加湿装置であって、
前記ノズル選択噴霧手段は、前記供給ガスの目標湿度を設定する目標湿度設定部を有し、該目標湿度設定部により設定された目標湿度に基づいてノズルを選択して噴霧を実行する手段である、
ガス加湿装置。
【請求項５】
請求項３に記載のガス加湿装置であって、
前記ノズル選択噴霧手段は、前記供給ガスの湿度を検出する湿度検出部を有し、該湿度検出部により検出された湿度に基づいてノズルを選択して噴霧を実行する手段である、
ガス加湿装置。
【請求項６】
請求項４に記載のガス加湿装置であって、
前記ノズル選択噴霧手段は、前記供給ガスの湿度を検出する湿度検出部を更に有し、前記目標湿度設定部により設定された目標湿度と該湿度検出部により検出された湿度との差に基づいてノズルを選択して噴霧を実行する手段である、
ガス加湿装置。
【請求項７】
供給ガスに所定の湿度を与えるためにガス中に水滴を噴霧するためのノズルを有するガス加湿装置であって、
噴霧する水滴状態の異なる複数のノズルから構成されるガス加湿装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のガス加湿装置と、
該ガス加湿装置により加湿された供給ガスを利用して発電を行なう燃料電池と、
を備え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、ガス加湿装置および燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素やメタノール等の化学反応で発電する発電装置であり、従来のガソリン等のエネルギーに比して、二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素酸化物（ＮＯｘ）に代表される有害な排出ガスが少ないことや、エネルギー効率が高いこと、天然ガスやメタノール等の多様な燃料が利用可能であること等の利点を有している。この燃料電池は、主に電解質として何の材料を用いるかにより、固体高分子型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）や、アルカリ型燃料電池（Ａｌｋａｌｉｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、溶融炭酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ  Ｃａｒｂｏｎａｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、固体酸化物型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）等の種類に分類される。このうち、固体高分子型燃料電池は、作動温度が低く、単位体積あたりの発電量を大きくできる等の理由から注目され、研究が進められている。
【０００３】
この固体高分子型燃料電池では、化学反応により生成されるイオンが水分とともに移動するため、電解質部分に水分を供給する必要がある。電解質部分の水分が不足すると、そのイオン伝導性が低下し、燃料電池の性能が低下してしまう（ドライアウト）からである。一方で、供給される水分が多すぎると、液体水が生成され、供給ガスが全体に行き渡るのを妨げる現象（フラッディング）が起こる。従って、適度な量の水蒸気（気体）を電解質部分に供給することが必要となる。
【０００４】
このため、供給ガスに対し水滴（ミスト）を噴霧した後、これを加熱して水滴を蒸気化する処理が一般に行なわれている（既に加熱された水滴を噴霧しても構わない）。しかし、噴霧された水滴が、ガス流路内での壁面への衝突や噴霧による圧力上昇により液化してしまい、上記のフラッディングが発生したり、ガスに含まれる水蒸気が不十分となる等の問題があった。これに対し、噴霧する水滴をより微細化することにより蒸気化を促進すると共に液化を抑制したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、供給ガスと加湿用の水を噴射方向が交差する複数のノズルから共に噴射して、衝突によって水滴をより微細化している。また、供給ガスと水がよく撹拌されるよう、らせん状のガス流を発生させるものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１７３５８号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、固体高分子型燃料電池においては、噴霧される水滴の粒径を小さくしたり、水蒸気の液化を防止したりすること等により、供給ガスの湿度状態を目標に近づけることが重要である。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、供給ガスの湿度状態を目標に近づけることが可能なガス加湿装置およびこれを利用して燃料電池を安定的に運転することができる燃料電池システムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、供給ガスに水滴を噴霧するための、口径の異なる複数のノズルと、複数のノズルの噴霧方向に沿って断面積が増大する部分を有する噴霧室と、を備えるガス加湿装置である。また、本発明の第１の態様は、好ましくは、複数のノズルにより水滴が噴霧された供給ガスを加熱して、この水滴を蒸気化させる過熱蒸気化手段を、更に備えるものである。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、口径の異なる複数のノズルを備えるから、供給ガスの湿度状態を目標に近づけることができる。また、ノズルの噴霧方向に沿って断面積が増大する形状の噴霧室を備えるから、噴霧室の内壁への衝突や圧力上昇による、噴霧された水滴の液化を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明の第１の態様において、複数のノズルのうち一つを選択して噴霧を実行するノズル選択噴霧手段を、更に備えるものとしてもよい。こうすれば、噴霧すべき水滴の量が少ない場合には口径の小さいノズルを使用することにより、噴霧される水滴の粒径を小さく保ち、供給ガスの湿度状態を目標に近づけることができる。なぜなら、多量の水滴を噴霧しているときは口径の大きいノズルを使用しても噴霧速度が比較的高いため空気中で十分に微細化されるが、口径の大きいノズルで少量の水滴を噴霧するとこの微細化が機能しない、という不都合を抑制することができるからである。
【００１０】
この場合、ノズル選択噴霧手段は、好ましくは、供給ガスの目標湿度を設定する目標湿度設定部を有し、目標湿度設定部により設定された目標湿度に基づいてノズルを選択して噴霧を実行する手段であり、より好ましくは、供給ガスの湿度を検出する湿度検出部を更に有し、目標湿度設定部により設定された目標湿度と湿度検出部により検出された湿度との差に基づいてノズルを選択して噴霧を実行する手段である。また、ノズル選択噴霧手段は、供給ガスの湿度を検出する湿度検出部を有し、湿度検出部により検出された湿度に基づいてノズルを選択して噴霧を実行する手段であるものとしてもよい。こうすれば、供給ガスの湿度状態を目標により近づけることができる。ここで、設定される供給ガスの目標湿度や検出される湿度に替えて、例えば、湿度に応じて決定される、露点温度を設定及び／又は検出するものとしても装置としては等価であり、同様の効果を奏するものである。
【００１１】
本発明の第２の態様は、供給ガスに所定の湿度を与えるためにガス中に水滴を噴霧するためのノズルを有するガス加湿装置であって、噴霧する水滴状態の異なる複数のノズルから構成される、ガス加湿装置である。
【００１２】
この本発明の第２の態様によれば、噴霧する水滴状態の異なる複数のノズルを備えるから、これらのノズルを切替えたり共に用いたりすることにより、供給ガスの湿度状態を変更することができる。これにより、供給ガスの湿度状態を目標に近づけることができる。ここで、水滴状態とは、水滴粒径や噴霧角度、噴霧の広がり、水滴温度等、水滴の気化に関する種々のものが考えられる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、本発明の第１又は第２の態様のガス加湿装置と、このガス加湿装置により加湿された供給ガスを利用して発電を行なう燃料電池と、を備える燃料電池システムである。ここで、燃料電池システムは、例えば車載用のものである。
【００１４】
この本発明の第３の態様によれば、湿度状態が目標に近い状態で供給ガスが燃料電池に供給されるから、安定的に燃料電池を運転することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、供給ガスの湿度状態を目標に近づけることが可能なガス加湿装置およびこれを利用して燃料電池を安定的に運転することができ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】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の第１実施例に係るガス加湿装置３０を備える燃料電池システム１０の全体構成の概略を示す図である。図示するように、燃料電池システム１０は、燃料電池の発電に用いられる反応ガス（燃料ガスおよび酸化ガス）を供給する反応ガス供給部２０と、酸化ガスとしての空気を加湿するガス加湿装置３０と、供給された反応ガスにより発電を行なうＦＣスタック４０と、冷却装置５０と、装置全体をコントロールするシステム制御部７０と、を備える。
【００１８】
反応ガス供給部２０は、例えば、燃料ガスとしての水素ガスを蓄える水素ボンベ２１と、空気中の不純物を除去するエアフィルター２２と、空気を圧縮するコンプレッサー２３と、水素ガスおよび空気をそれぞれＦＣスタック４０側に供給するガス流路２４Ａ，２４Ｂの途中に設置され、システム制御部７０からの指令によりこれらの供給量を調節するマスフローコントローラー２５Ａ，２５Ｂと、を有する。
【００１９】
ガス加湿装置３０は、ガス流路２４Ｂの、反応ガス供給部２０とＦＣスタック４０の間に設置されており、反応ガス供給部２０から供給される空気を加湿する。燃料電池システム１０において、ＦＣスタック４０が有する電解質膜４２は、その内部にイオン伝導性を確保するための水を含んだ状態である必要があるため、ガス加湿装置３０により反応ガスの一方である空気を加湿する処理を行なっている。図２は、ガス加湿装置３０の構成の概略を示す図である。図示するように、ガス加湿装置３０は、中流量以上の水滴（ミスト）を噴霧する際に用いられる比較的口径の大きい中口径ノズル３１Ａと、小流量の水滴（ミスト）を噴霧する際に用いられる比較的口径の小さい小口径ノズル３１Ｂと、これらのノズルの噴霧量を調節するバルブ３２Ａ，３２Ｂと、適度な水圧の水をノズルに供給するポンプ３３と、ノズルの噴霧方向に沿って断面積が拡大する形状の噴霧室３４と、噴霧室３４の下流側に配置され、水滴が噴霧された空気を加熱して水滴を蒸気化するヒーター３５と、ヒーター３５により加熱された空気の湿度を検出する湿度センサ３６と、湿度センサ３６からの入力信号とシステム制御部７０からの指令とに基づいて中口径ノズル３１Ａと小口径ノズル３１Ｂとのいずれかから必要な量の水滴を噴霧するようバルブ３２Ａ，３２Ｂを調節するガス加湿装置電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、以下ＥＣＵという）３７と、を有する。ヒーター３５は、例えば、噴霧室３４の下流部分に巻かれたリボンヒータである。この場合、噴霧室３４の下流部分は熱伝導性が高いことが好ましい。
【００２０】
ＦＣスタック４０は、例えば、固体高分子型燃料電池であり、膜−電極アッセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下、ＭＥＡという）４１とセパレータ４５Ａ，４５Ｂとが積層され、正負の電力端子を備えるものとして構成されている。ここで、セパレータ４５Ａ，４５Ｂは、一体として形成されていてもよい。このＭＥＡ４１とセパレータ４５Ａ，４５Ｂを組み合わせた１組のものは、単位燃料電池、あるいは単セルとも呼ばれている。図３は、この単位燃料電池の構成を模式的に表した図である。ＭＥＡ４１は、水素ガスを供給されるアノード（燃料極）４２と、空気（酸素ガス）を供給されるカソード（空気極）４３と、これらの極に挟まれたイオン交換膜である電解質膜４４と、からなる。アノード４２では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする反応が行われ（式（Ａ））、この水素イオンが電解質膜４４に含まれた水と共に電解質膜４４中をカソード４３側に移動し、電子は主にセパレータ４５Ａ，４５Ｂを通って隣の単位燃料電池に移動する。カソード４３では酸素と水素イオンおよび電子から水を生成する化学反応が行なわれる（式（Ｂ））。また、セパレータ４５Ａには、水素ガスをアノード４２に供給するための水素ガス流路が形成され、セパレータ４５Ｂには、カソード４３に空気を供給するための空気流路が形成されている。さらに、セパレータ４５Ａ，４５Ｂには、ジュール熱や化学反応による熱を冷却するための冷媒が流れる流路も形成されており、この冷媒は冷却装置５０から供給されてＦＣスタック４０を冷却している。このように構成された単位燃料電池の積層体の両端には、固定部材や電力端子が取り付けられており、例えば積層した単位燃料電池全体を貫通するボルトとナットで締めて固定し、ＦＣスタック４０を構成している。そして、単位燃料電池を積層することにより直列として、高電圧を取り出している。なお、ＦＣスタック４０からのオフガスはオフガス流路４６Ａ，４６Ｂから排出される。
【００２１】
【数１】
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なお、アノード４２およびカソード４３は、例えば、化学反応を促進するための、白金等の触媒の微粒子が付着されたカーボンの薄板である。また、電解質膜４４は、例えば、フッ素系の主鎖とプロトンを付加することのできるスルホン酸基を側鎖に持つ構造を持つ電子絶縁性のフィルムである。セパレータ４５Ａ，４５Ｂは、導電性が必要であり、例えば、カーボンや導電性樹脂等から作成される。
【００２２】
冷却装置５０は、ＦＣスタック４０から回帰する冷媒の温度を検出する温度センサ５１と、ラジエータ５２と、これに取り付けられたファン５３と、ＦＣスタック４０に冷媒を圧送するポンプ５４とを備え、上述したようなＦＣスタック４０の過熱を抑制している。なお、図１中、冷却装置５０とＦＣスタック４０の間で流動する矢印は、この冷媒の流れを表す。
【００２３】
システム制御部７０は、例えばＣＰＵを中心とするコンピュータであり、操作者の設定入力等により、反応ガスの供給量や空気の目標湿度をそれぞれマスフローコントローラー２５Ａ，２５Ｂやガス加湿装置３０に送信している。
【００２４】
ここで、ガス加湿装置３０の機能について考える。ＦＣスタック４０の発電が安定的に行なわれるためには、ガス加湿装置３０により加湿された空気の湿度を一定に保つ、あるいは目標湿度に近づけるといった必要性がある。そこで、目標湿度が与えられたときのガス加湿装置３０の動作と、これに応じた空気の湿度変化について考える。
【００２５】
目標湿度Ｈｔがシステム制御部７０に入力されると、これがガス加湿装置３０のガス加湿装置ＥＣＵ３７に送信される。ガス加湿装置ＥＣＵ３７は、目標湿度Ｈｔと湿度センサ３６から入力された実際の反応ガスの湿度Ｈとの差分Ｄが、予め定められた閾値Ｔ以上である場合には、中口径ノズル３１Ａから差分Ｄに応じた量（例えば、単なる比例量を噴霧する他、差分Ｄに一次遅れや二次遅れの処理を施すフィードバック制御を行なうこと等が考えられる）の水滴を噴霧する。一方、差分Ｄが予め定められた閾値Ｔ未満である場合は、小口径ノズル３１Ｂから差分Ｄに応じた量の水滴を噴霧する。閾値Ｔの意義については後述する。
【００２６】
図４に、中口径ノズル３１Ａおよび小口径ノズル３１Ｂの、噴霧量に応じた水滴粒径の特性を示し、図５に、ガス加湿装置３０においてヒーター３５による加熱を行なった後の、水滴粒径に応じた湿度Ｈの変動率の特性を示す。図５に示すように、水滴粒径が大きくなるに従って、湿度の変動率が高くなる。すなわち、湿度が安定的でなくなることが判る。一方、図４に示すように、中口径ノズル３１Ａでは、噴霧量がある値を下回ると、水滴粒径が急に大きくなってしまう。
【００２７】
従って、噴霧量がこの値を下回るような差分Ｄが与えられた場合には小口径ノズル３１Ｂに切替えるように閾値Ｔを設定する（例えば、湿度２０％〜６０％などの値を用いることができる）ことにより、水滴粒径を一定の大きさ以下に維持することができる。この結果、湿度の変動率を低くできるから、湿度を安定的に維持することができる。もとより、差分Ｄが比較的大きい場合には中口径ノズル３１Ａを用いて比較的多量の噴霧を行なうことができるので、速やかに湿度を上昇させることができる。また、噴霧室３４の形状は、噴霧されてからしばらくの間は断面積が拡大する構造となっており、これにより噴霧室３４の内壁への衝突や圧力上昇による、噴霧された水滴の液化を抑制することができる。この結果、湿度をより安定的に維持することができる。
【００２８】
本発明の第１実施例に係るガス加湿装置３０を備える燃料電池システム１０を、車両１２に搭載した一例を図６に示す。車両１２において、ＦＣスタック４０の出力電力は、インバータ８０により３相交流に変換され、例えば周知のＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ）型電動機であるモータ９０に供給される。これにより、モータ９０が出力する駆動力は、最終的に駆動輪９１Ａ，９１Ｂに出力される。ＦＣスタック４０からインバータ８０に至る電力ラインには、リレーとＤＣ／ＤＣコンバータ９５を介して二次電池９６が接続されており、回生制御により電力を蓄えると共に、ＦＣスタック４０が非効率となる運転領域での電力出力を補完して、エネルギー効率の向上に寄与している。車両１２の全体の制御は、車両制御部９９により行なわれる。車両制御部９９は、例えばＣＰＵを中心とするコンピュータであり、インバータ８０やＤＣ／ＤＣコンバータ９５に制御信号を送信すると共に、システム制御部７０と通信を行なっている。
【００２９】
車両１２では、目標湿度Ｈｔは、車速等の車両の運転状態や反応ガスの供給量、反応ガスの温度等に基づいて車両制御部９９により計算され、車両制御部９９からシステム制御部７０に入力される。従って、ガス加湿装置３０が車両に搭載された場合は、車速等の条件を単独で或いは複合的に組み合わせた結果として中口径ノズル３１Ａと３１Ｂ小口径ノズルとを切替えることが可能である。
【００３０】
以上、本発明を実施するための最良の形態について第１実施例を用いて説明したが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３１】
例えば、水素ボンベ２１を備え、これにより水素ガスを供給するものとしたが、メタノールや天然ガスを蓄えると共にこれを改質して水素ガスを発生させる装置を備えるものとしてもよい。
【００３２】
また、中口径ノズル３１Ａと小口径ノズル３１Ｂとを選択して用いるものとしたが、噴霧量がより大きい場合はこれらの両方を用いるものとしてもよい。また、必ずしもノズルを２つ備えるものに限定されず、口径の異なるノズルを３つ以上備えるものとしてもよい。
【００３３】
また、目標湿度Ｈｔと湿度センサ３６から入力された実際の反応ガスの湿度Ｈとの差分Ｄに基づいて、中口径ノズル３１Ａと小口径ノズル３１Ｂとを切替えると共に噴霧量を決定するものとしたが、目標湿度Ｈｔに基づいてノズルの切替えや噴霧量の決定を行なうものとしてもよい。あるいは、湿度センサ３６から入力された実際の反応ガスの湿度Ｈに基づいてノズルの切替えや噴霧量の決定を行なうものとしてもよい。
【００３４】
また、ガス加湿装置３０はガス流路２４Ｂに設置され、反応ガス供給部２０から供給された空気を加湿するものとしたが、ガス流路２４Ａに設置され、反応ガス供給部２０から供給された水素ガスを加湿するものとしてもよく、これらの両方を加湿するものとしてもよい。
【００３５】
また、ヒーター３５や湿度センサ３６の位置も、実施例で例示したものに限られない。例えば、ヒーター３５は、ガス加湿装置３０内ではなく、ガス流路の任意の位置に配置されるものとしてもよく、湿度センサ３６がヒーター３５よりも上流側に配置されていてもよい。
【００３６】
さらに、反応ガス供給部２０や冷却装置５０、システム制御部７０、モータ９０の構成についても、実施の態様に限られない。例えば、反応ガス供給部２０が備えるマスフローコントローラー２５Ａ，２５Ｂは他の種類の供給制御弁であってもよく、冷却装置５０は空冷式のものでもよい。モータ９０の種類も多様なものが存在する。これらの他にも、種々の置換が考えられる。
【実施例２】
【００３７】
次に、本発明の第２実施例に係るガス加湿装置６０について説明する。ガス加湿装置６０は、供給されるガスを加湿する装置である。図７は、本発明の第２実施例に係るガス加湿装置６０の全体構成の概略を示す図である。ガス加湿装置６０は、例えば、噴霧の広がりが比較的小さく、ガスの流れに沿った噴霧軸を有し、比較的口径の大きい第１ノズル６１Ａと、噴霧の広がりが比較的大きく、ガスの流れにより直交する噴霧軸を有し、比較的口径の小さい第２ノズル６１Ｂと、これらのノズルの噴霧量を調節するバルブ６２Ａ，６２Ｂと、適度な水圧の水をノズルに供給するポンプ６３と、噴霧室６４と、水滴が噴霧された空気を加熱して水滴を蒸気化するヒーター６５と、ヒーター６５により加熱された空気の湿度を検出する湿度センサ６６と、湿度センサ６６からの入力信号と設定入力された目標湿度Ｈｔとの差に応じて第１ノズル６１Ａと第２ノズル６１Ｂとのいずれかから必要な量の水滴を噴霧するようバルブ６２Ａ，６２Ｂを調節するガス加湿装置電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、以下ＥＣＵという）６７と、を有する。
【００３８】
ガス加湿装置６０においても、第１ノズル６１Ａは中口径ノズル３１Ａと、第２ノズル６１Ｂは小口径ノズル３１Ｂと、それぞれ同様の噴霧量に応じた水滴粒径の特性を有する（図４）。また、水滴粒径が大きくなるに従って湿度の変動率が高くなる点も同様である（図５）。従って、ガス加湿装置６０においても、ガス加湿装置ＥＣＵ６７に入力された目標湿度Ｈｔと湿度センサ６６により検出されたガスの湿度Ｈとの差分Ｄが、予め定められた閾値Ｔ以上である場合に第１ノズル６１Ａから水滴を噴霧し、差分Ｄが閾値Ｔ未満である場合に第２ノズル６１Ｂから水滴を噴霧するよう切替えている。これにより、第１実施例のガス加湿装置３０と同様に、水滴粒径を一定の大きさ以下に維持することができる。この結果、湿度の変動率を低くできるから、湿度を安定的に維持することができる。
【００３９】
また、噴霧の広がりや噴霧軸を調整することにより、噴霧量の多いときに水滴が噴霧室６４の内壁に衝突して液化することを抑制している。
【００４０】
以上、本発明を実施するための最良の形態について第２実施例を用いて説明したが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４１】
例えば、ノズルの口径や噴霧方向、噴霧の広がり、更には噴霧水滴の温度等を任意に組み合わせて、水滴状態の異なる複数のノズルを用意することが可能である。例えば、口径が比較的小さいノズルと、口径が中程度で比較的温度の高い水滴を噴霧する（上流側にヒーターを備えるものとする）ノズルと、口径が比較的大きく噴霧軸がガスの流れに沿ったノズルの３つを備えるものとしてもよい。このように任意に組み合わせることにより、噴霧室６４の形状や供給ガスの流速等、種々の条件に適応して、湿度を安定的に維持することができる、
また、第１ノズル６１Ａと第２ノズル６１Ｂとを選択して用いるものとしたが、噴霧量がより大きい場合はこれらの両方を用いるものとしてもよい。
【００４２】
また、目標湿度Ｈｔと湿度センサ６６から入力された実際の反応ガスの湿度Ｈとの差分Ｄに基づいて、第１ノズル６１Ａと第２ノズル６１Ｂとを切替えると共に噴霧量を決定するものとしたが、目標湿度Ｈｔに基づいてノズルの切替えや噴霧量の決定を行なうものとしてもよい。あるいは、湿度センサ６６から入力された実際の反応ガスの湿度Ｈに基づいてノズルの切替えや噴霧量の決定を行なうものとしてもよい。
【００４３】
また、ヒーター６５や湿度センサ６６の位置も、実施例で例示したものに限られない。例えば、ヒーター６５は、ガス加湿装置６０外に配置されるものとしてもよく、湿度センサ６６がヒーター６５よりも上流側に配置されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、少なくともガス加湿装置および燃料電池システムに利用できる。燃料電池のサイズ、性能等は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施例に係るガス加湿装置３０を備える燃料電池システム１０の全体構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るガス加湿装置３０の構成の概略を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例に係るＦＣスタック４０が有する単位燃料電池の構成を模式的に表した図である。
【図４】本発明の第１実施例に係る中口径ノズル３１Ａおよび小口径ノズル３１Ｂの、噴霧量に応じた水滴粒径の特性を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例に係るガス加湿装置３０における、水滴粒径に応じた湿度Ｈの変動率の特性を示す図である。
【図６】本発明の第１実施例に係るガス加湿装置３０を備える燃料電池システム１０を搭載する車両１２の構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例に係るガス加湿装置６０の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  燃料電池システム
１２  車両
２０  反応ガス供給部
２１  水素ボンベ
２２  エアフィルター
２３  コンプレッサー
２４Ａ、２４Ｂ  ガス流路
２５Ａ、２５Ｂ  マスフローコントローラー
３０、６０  ガス加湿装置
３１Ａ  中口径ノズル
３１Ｂ  小口径ノズル
３２Ａ、３２Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ  バルブ
３３、５４、６３  ポンプ
３４、６４  噴霧室
３５、６５  ヒーター
３６、６６  湿度センサ
３７、６７  ガス加湿装置ＥＣＵ
４０  ＦＣスタック
４１  ＭＥＡ
４２  アノード
４３  カソード
４４  電解質膜
４５Ａ、４５Ｂ  セパレータ
４６Ａ、４６Ｂ  オフガス流路
５０  冷却装置
５１  温度センサ
５２  ラジエータ
５３  ファン
６１Ａ  第１ノズル
６１Ｂ  第２ノズル
７０  システム制御部
８０  インバータ
９０  モータ
９１Ａ、９１Ｂ  駆動輪
９５  ＤＣ／ＤＣコンバータ
９６  二次電池
９９  車両制御部
【図１】
2007078294.tif 000004
【図２】
2007078294.tif 000005
【図３】
2007078294.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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