(57)【要約】【課題】加湿器の構成要素の局部的な機能低下を緩和するのに有利な燃料電池システム、燃料電池システム用加湿器および燃料電池用加湿器の使用方法を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１に供給されて発電反応に使用されるガスが流れる流路６１、６２と、流路６１、６２を流れるガスを加湿する加湿要素２７とを有する加湿器２をもつ。加湿器２に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、燃料電池に供給されて発電反応に使用されるガスが流れる流路と前記流路を流れるガスを加湿する加湿要素とを有する加湿器とが据え付けられている燃料電池システムにおいて、
前記加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記加湿器の作動時間または前記燃料電池の運転時間に応じて、前記加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２において、前記加湿器の作動時間または前記燃料電池の運転時間を計測する計測手段を備えており、前記計測手段で計測された計測時間に応じて前記加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記加湿器の据え付け方向を変更することにより、前記加湿器に対するガスの相対的流れ状態は変更可能に設定されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記加湿器の流路を流れるガスの種類を前記加湿器に対して変更することにより、前記加湿器に対するガスの相対的流れ状態は変更可能に設定されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記加湿器の流路は、第１流路と第２流路とを備えており、前記加湿要素は前記第１流路および前記第２流路に対面するように前記第１流路と前記第２流路との間に配置された水分保有部材で形成されており、
前記加湿器は第１態様と第２態様とに切替られることにより、前記加湿器に対するガスの相対的流れ状態は変更可能に設定されており、
前記第１態様においては、前記燃料電池に供給される前の湿度が相対的に低い供給ガスを前記第１流路に流すと共に、前記燃料電池から排出された湿度が前記供給ガスよりも相対的に高い排出ガスを前記第２流路に流し、
前記第２態様においては、前記燃料電池に供給される湿度が相対的に低い前記供給ガスを前記第２流路に流すと共に、前記燃料電池から排出された湿度が前記供給ガスよりも相対的に高い前記排出ガスを前記第１流路に流すことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６において、前記流路は水平方向または斜め水平方向に沿って配置されており、前記第１態様においては、前記燃料電池から排出された湿度が相対的に高い前記排出ガスを流す第２流路は、前記水分保有部材よりも上側に位置しており、
前記第２態様においては、前記燃料電池から排出された湿度が相対的に高い前記排出ガスを流す前記第１流路は、前記水分保有部材よりも上側に位置していることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７において、前記流路は仮想水平線に対して所定角度傾斜しており、凝縮水を重力により前記水分保有部材に沿って流下させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池に供給されて発電反応に使用されるガスが流れる流路と、前記流路を流れるガスを加湿する加湿要素とを有する燃料電池システム用加湿器において、
前記加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されていることを特徴とする燃料電池システム用加湿器。
【請求項１０】
燃料電池に供給されて発電反応に使用されるガスが流れる流路と前記流路を流れるガスを加湿する加湿要素とを有する燃料電池用加湿器を用い、
前記加湿器の作動時間または前記燃料電池の運転時間に応じて、前記加湿器に対するガスの相対的流れ状態を変更することを特徴とする燃料電池用加湿器の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加湿器が据え付けられている燃料電池システム、燃料電池システム用加湿器および燃料電池用加湿器の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給されるガスが過剰に乾燥していると、燃料電池の満足できる発電性能が得られない。そこで特許文献１には、燃料電池に供給されて発電反応に使用されるガスを加湿する加湿器が開示されている。この加湿器は、第１流路および第２流路を有するハウジングと、第１流路および第２流路に対面するように第１流路と第２流路との間に設けられた水透過膜とを有する。第１流路および第２流路にはガス拡散層が設けられている。このものでは、湿度が高いガスを第１流路に流すと共に、湿度が低いガスを第２流路に流す。湿度が高いガスの水分は、水透過膜を介して、湿度が低いガスに移行する。これにより燃料電池に供給される前のガスが加湿される。
【０００３】
また特許文献２には、固体高分子型の燃料電池に供給されるガスの流れを可逆的に切り替える切替手段を有する燃料電池システムが開示されている。このものによれば、燃料電池の電圧をモニタし、燃料電池の電圧が低下すると、電解質の含水率が低下したと判定し、燃料電池から排出された湿度が高いオフガスを切替手段により燃料電池に再び戻す。この結果、燃料電池から排出された湿度が高いオフガスに含まれている水蒸気の一部がそのまま燃料電池の内部に戻され、電解質の加湿に利用されると記載されている。このため、補機つまり加湿器による電解質の加湿を不要化できると記載されており、加湿器は搭載されていない。
【特許文献１】特開２００４−１３９７８４号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１に係る加湿器によれば、使用期間が長くなると、加湿器の構成要素において機能低下が次第に発生するおそれがある。上記した特許文献１によれば、加湿器の据え付け方向は固定されている。従って、加湿器に対するガスの相対的流れ状態が固定的である。このため、機能が低下する部分は、加湿器において必ずしも均一には進行せず、局部的かつ偏在的に発生するおそれがある。殊に、加湿器に搭載されている水透過膜である水分保有部材の機能低下が局部的かつ偏在的に進行するおそれがある。この場合、加湿器の所要の加湿能力を実現させるには好ましくない。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、加湿器の構成要素の局部的かつ偏在的な位置における機能低下を緩和するのに有利な燃料電池システム、燃料電池システム用加湿器および燃料電池用加湿器の使用方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）様相１に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に供給されて発電反応に使用されるガスが流れる流路と流路を流れるガスを加湿する加湿要素とを有する加湿器とが据え付けられている燃料電池システムにおいて、加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
（２）様相２に係る燃料電池システム用加湿器は、燃料電池に供給されて発電反応に使用されるガスが流れる流路と、流路を流れるガスを加湿する加湿要素とを有する燃料電池システム用加湿器において、加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
（３）燃料電池用加湿器の使用方法は、燃料電池に供給されて発電反応に使用されるガスが流れる流路と流路を流れるガスを加湿する加湿要素とを有する燃料電池用加湿器を用い、加湿器の作動時間または燃料電池の運転時間に応じて、加湿器に対するガスの相対的流れ状態を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されている。このため、加湿器に対するガスの相対的流れ状態を燃料電池の運転状況に応じて適宜変更すれば、加湿器の構成要素における局部的且つ偏在的な機能低下を緩和するのに有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
燃料電池システムによれば、燃料電池に供給されるガスを加湿する加湿器が据え付けられている。加湿器は、燃料電池に供給されて発電反応に使用されるガスが流れる流路と、流路を流れるガスを加湿する加湿要素とを有する。加湿要素としては、水分を保持可能な水分保有部材を例示することができるが、これに限定されるものではない。
【００１１】
本発明によれば、好ましくは、加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されている。従って、加湿器の作動時間または燃料電池の運転時間に応じて、加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されている形態が例示される。この場合、加湿器の作動時間または燃料電池の運転時間を計測する計測手段と、計測手段で計測された計測時間に応じて加湿器に対するガスの相対的流れ状態が変更可能に設定されている形態が例示される。好ましくは、加湿器の流路を流れるガスの流れの方向を加湿器に対して変更することにより、加湿器に対するガスの相対的流れ状態は、変更可能に設定されている形態が例示される。この場合、加湿器の据え付け方向をそのままにできる。あるいは、加湿器の据え付け方向を変更することにより、加湿器に対するガスの相対的流れ状態は、変更可能に設定されている形態が例示される。殊に、加湿器の据え付け方向の上下を反転させることができる。
【００１２】
加湿器の流路は、第１流路と、第２流路とを備えており、加湿要素は第１流路および第２流路に対面するように第１流路と第２流路との間に配置された水分保有部材で形成されている形態が例示される。水分保有部材は膜状でも良いし、中空糸構造でも良い。そして、第１態様と第２態様とを切替えることにより、加湿器に対するガスの相対的流れ状態は変更可能に設定されている形態が例示される。第１態様においては、燃料電池に供給される前の湿度が相対的に湿度が低い供給ガスを第１流路に流すと共に、燃料電池から排出された湿度が供給ガスよりも相対的に高い排出ガスを第２流路に流す。これに対して第２態様においては、燃料電池に供給される前の湿度が相対的に低い供給ガスを第２流路に流すと共に、燃料電池から排出された湿度が供給ガスよりも相対的に高い排出ガスを第１流路に流す。このように第１態様と第２態様とを切替えれば、加湿器の構成要素の局部的な機能低下を緩和するのに有利となる。
【００１３】
本発明によれば、流路は水平方向または斜め水平方向に沿って配置されており、第１態様においては、燃料電池から排出された湿度が相対的に高い排出ガスを流す第２流路は、水分保有部材よりも上側に位置しており、且つ、第２態様においては、燃料電池から排出された湿度が相対的に高い排出ガスを流す第１流路は、水分保有部材よりも上側に位置している形態が例示される。この場合、湿度が相対的に高い排出ガスを流す流路は水分保有部材の上側に位置しているため、高温高湿の排出ガスから凝縮させた凝縮水を重力を利用して水分保有部材に落下させ、水分保有部材を効率よく濡らすことができる。この場合、流路は仮想水平線に対して所定角度（例えば２〜９０度未満）傾斜している形態が例示される。水分保有部材に落下した凝縮水を水分保有部材に沿って流下させることができ、水分保有部材を全体にわたり濡らすのに有利である。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の実施例１について図１〜図４を参照しつつ具体的に説明する。
【００１５】
燃料電池システムは、固体高分子型の燃料電池１と、燃料電池１に供給されて発電反応に使用されるガス（酸化剤ガス、一般的には空気）を加湿する加湿器２とを有する。燃料電池１は、空気が供給される空気極１０（酸化剤極）と、高分子型の電解質膜１１と、燃料が供給される燃料極１２とを有する。燃料電池１では、発電反応により電気エネルギが取り出されると共に、発電反応に伴い燃料電池１の空気極１０において水が生成される。従って、燃料電池１の空気極１０から排出された発電反応後の空気オフガスである排出ガスについては、温度および湿度は高い。これに対して、燃料電池１の空気極１０に供給される前、つまり発電反応前の供給ガス（供給空気）については、温度および湿度は排出ガス（排出空気）よりも低い。燃料電池１の空気極１０から排出された直後の排出ガスは、加湿器２に供給される直前の供給ガスよりも、温度および湿度が高い。
【００１６】
本実施例によれば、便宜上、燃料電池１の空気極１０に供給される前、つまり、発電反応前のガスを、『供給ガス』と定義する。燃料電池１に供給される『供給ガス』は、ドライガスとも呼ばれることがある。燃料電池１の空気極１０から排出された発電反応後のオフガスを、『排出ガス』と定義する。燃料電池１から排出された『排出ガス』は、ウエットガスとも呼ばれることがある。但し、排出ガスといえども、加湿器２を経た後、排出ガスに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水を生成しているため、ウエット（湿度）の程度は軽減されている。また、供給ガスといえども、加湿器２を経た後には加湿器２において加湿されているため、ドライの程度は軽減される。
【００１７】
図１に示すように、加湿器２は、複数の板状をなすセパレータ２１を厚み方向に積層した積層体２２と、積層体２２を厚み方向に挟む第１エンドプレート２３および第２エンドプレート２４とを有する。セパレータ２１は上下方向にのびている縦型のほぼ四角形状をなしている。セパレータ２１の積層方向は横方向とされている。セパレータ２１は樹脂製、カーボン製、金属製でも良く、要請される性能及びコストを考慮して選択する。加湿器２の第１エンドプレート２３の配管形成領域２３ｄは、図１において下部とされている。配管形成領域２３ｄには、管状のドライ入口３１および管状のウエット出口３２が形成されている。加湿器２の第２エンドプレート２４の配管形成領域２４ｕは図１において上部とされている。配管形成領域２４ｕには、管状のウエット入口３６および管状のドライ出口３７が形成されている。本実施例によれば、ドライ入口３１、ウエット出口３２、ウエット入口３６およびドライ出口３７といった各要素において、ドライの語句は、第１態様におけるドライガスとも呼ばれる供給ガスの湿度を前提としており、ウエットの語句は、第２態様におけるウエットガスとも呼ばれる排出ガスの湿度を前提としている。従って、加湿器２が第１態様から第２態様に変更されているときには、上記したガスの湿度の逆を示すこともある。
【００１８】
図１に示すように、セパレータ２１は、隅部に形成された第１貫通流路４１と、第１貫通流路４１の対角に形成された第１対角貫通流路５１と、第１貫通流路４１および第１対角貫通流路５１を繋ぐようにセパレータ２１の一方の表面流路で形成された第１流路６１と、隅部に形成された第２貫通流路４２と、第２貫通流路４２の対角に形成された第２対角貫通流路５２と、第２貫通流路４２および第２対角貫通流路５２を繋ぐようにセパレータ２１の他方の表面流路で形成された第２流路６２とをもつ。図３に示すように、隣接するセパレータ２１間には、加湿要素としての水分保有部材２７が配置されている。水分保有部材２７は吸水性を有するイオン交換膜（高分子電解質膜）で形成されており、水分を保持して湿潤することができる。図３に示すように、水分保有部材２７の表面２７ｃは第１流路６１に対面している。水分保有部材２７の表面２７ａは第２流路６２に対面している。積層体２２では、第１流路６１および第２流路６２は水分保有部材２７を介して複数積層されている。
【００１９】
本実施例によれば、加湿器２の据え付け方向の上下を反転させて据え付け方向を変更することにより、加湿器２は第１態様（図１および図３参照）と第２態様（図２および図４参照）とで切り替え可能に設定されれている。
【００２０】
本実施例によれば、供給ガス供給用の可撓性を有する第１配管７１は図示しないものの、ブロア、ファン等の空気搬送要素に繋がれている。第１配管７１の第１コネクタ７１０は、加湿器２のドライ入口３１およびウエット入口３６の双方に接続可能とされている。排出ガス排出用の可撓性を有する第４配管７４の第４コネクタ７４０は、加湿器２のウエット出口３２およびドライ出口３７の双方に接続可能とされている。また、供給ガス排出用の可撓性を有する第２配管７２の第２コネクタ７２０は、燃料電池１の空気極１０に繋がれており、加湿器２のドライ出口３７およびウエット出口３２の双方に接続可能とされている。排出ガス供給用の可撓性を有する第３配管７３の第３コネクタ７３０は、燃料電池１に繋がれており、加湿器２のウエット入口３６およびドライ入口３１の双方に接続可能とされている。
【００２１】
（第１態様）
加湿器２の第１態様によれば、図１に示すように、供給ガス供給用の第１配管７１の第１コネクタ７１０とドライ入口３１とが脱着可能に接続される。更に、排出ガス排出用の第４配管７４の第４コネクタ７４０とウエット出口３２とが脱着可能に接続される。また図１に示すように、燃料電池１の空気極１０の空気極入口１０ｉに繋がる第２配管７２の第２コネクタ７２０とドライ出口３７とが脱着可能に接続される。また燃料電池１の空気極１０の空気極出口１０ｏに繋がる第３配管７３の第３コネクタ７３０とウエット入口３６とが脱着可能に接続される。
【００２２】
この第１態様によれば、図１に示すように、燃料電池１に供給される前の湿度が相対的に低い供給ガス（ドライガス，第１ガス）は、第１配管７１、ドライ入口３１から加湿器２内に供給され、更に第１貫通流路４１を矢印Ｅ１方向（セパレータ積層方向）に流れ、第１流路６１を矢印Ａ１方向（対角方向における上方向）に流れて対角に至り、更に、第１対角貫通流路５１を矢印Ｃ１方向（セパレータ積層方向）に流れ、ドライ出口３７および第２配管７２から加湿器２の外方に排出され、燃料電池１の空気極１０の空気極入口１０ｉに供給され、発電反応に使用される。
【００２３】
この第１態様によれば、図１に示すように、燃料電池１の空気極１０の空気極出口１０ｏから排出された発電反応後の排出ガス（ウエットガス，第２ガス）は、第３配管７３、ウエット入口３６から加湿器２内に供給され、更に第２貫通流路４２を矢印Ｄ１方向（セパレータ積層方向）に流れ、第２流路６２を矢印Ｂ１方向（対角方向における下方向）に流れて対角に至り、第２対角貫通流路５２を流れ、ウエット出口３２、第４配管７４から加湿器２の外方に排出される。
【００２４】
上記した第１態様によれば、図３に示すように、高温高湿の排出ガスは加湿器２の第２流路６２を矢印Ｂ１方向（下向き）に流れると共に、低温低湿の供給ガスは加湿器２の第１流路６１を矢印Ａ１方向（上向き）に流れる。このように高温高湿の排出ガスは加湿器２の第２流路６２を流れるとき、低温低湿の供給ガスにより冷却されるので、高温高湿の排出ガスに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水ＷＡを第２流路６２において生成し、排出ガスの湿度は低下する。そして排出ガスに含まれている水蒸気から生成された凝縮水ＷＡが、水分保有部材２７の表面２７ａに移行して水分保有部材２７に保持される。これに対して、供給ガスは加湿器２の第１流路６１を流れるとき、高温高湿の排出ガスにより加熱されるとともに、水分保有部材２７の表面２７ｃにより加湿される。このように排出ガスと供給ガスは、加湿器２において熱交換すると共に水分交換する。
【００２５】
本実施例によれば、加湿器２が第１態様で所定時間継続して使用されると、加湿器２の側方に向かう反転基準面２ｘを同一方向（矢印ＰＡ方向）に指向させつつ、加湿器２を上下反転して第２態様とする。これにより加湿器２の上面および下面は上下反転する。従って、加湿器２の第１エンドプレート２３の上部および下部は上下反転する。第２エンドプレート２４の上部および下部は上下反転する。水分保有部材２７も上下反転する。加湿器２は左右反転し、第１エンドプレート２３が図示左側（第１態様）から図示右側（第２態様）に移行し、第２エンドプレート２４が図示右側（第１態様）から図示左側（第２態様）に移行する。なお、加湿器２を上下反転させるに先立ち、第１配管７１の第１コネクタ７１０、第４配管７４の第４コネクタ７４０、第２配管７２の第２コネクタ７２０、第３配管７３の第３コネクタ７３０をそれぞれ、加湿器２から離脱させて、干渉しないようにしておく。
【００２６】
（第２態様）
第２態様によれば、前述したように、第１態様に設定されている加湿器２の反転基準面２ｘを同じ方向に指向させつつ、加湿器２を上下反転させる。反転前に加湿器２を基体に固定する図略の固定具を外す。加湿器２を上下反転させた後、図略の固定具により再び加湿器２を基体に固定する。基体としては何でも良く、固定台でも燃料電池でも良い。第２態様によれば、図２に示すように、供給ガス供給用の第１配管７１の第１コネクタ７１０とウエット入口３６とが脱着可能に接続される。また、排出ガス排出用の第４配管７４の第４コネクタ７４０とドライ出口３７とが脱着可能に接続される。また、図２に示すように、燃料電池１の空気極１０の空気極入口１０ｉに繋がる第２配管７２の第２コネクタ７２０とウエット出口３２とが脱着可能に接続される。また、燃料電池１の空気極１０の空気極出口１０ｏに繋がる第３配管７３の第３コネクタ７３０とドライ入口３１とが脱着可能に接続される。
【００２７】
このような第２態様によれば、図２に示すように、燃料電池１に供給される前の湿度が相対的に低い供給ガス（第１ガス）は、第１配管７１、ウエット入口３６から加湿器２内に供給され、更に第２貫通流路４２を矢印Ｅ２方向（セパレータ積層方向）に流れ、第２流路６２を矢印Ｂ２方向（対角方向の下方向）に流れて対角に至り、第２対角貫通流路５２を矢印Ｃ２方向（セパレータ積層方向）に流れ、ウエット出口３２および第２配管７２から加湿器２の外方に排出され、燃料電池１の空気極１０の空気極入口１０ｉに供給され、発電反応に使用される。
【００２８】
この第２態様によれば、図２に示すように、燃料電池１の空気極１０の空気極出口１０ｏから排出された発電反応後の排出ガスは、第３配管７３、ドライ入口３１から加湿器２内に供給され、更に第１貫通流路４１を矢印Ｄ２方向（セパレータ積層方向）に流れ、第１流路６１を矢印Ａ２方向（対角方向の下方向）に流れて対角に至り、第１対角貫通流路５１を流れ、ドライ出口３７、第４配管７４から加湿器２の外方に排出される。
【００２９】
この第２態様によれば、図４に示すように、高温高湿の排出ガスは加湿器２の第１流路６１を矢印Ａ２方向（下向き）に流れると共に、低温低湿の供給ガスは加湿器２の第２流路６２を矢印Ｂ２方向（上向き）に流れる。このように高温高湿の排出ガスは加湿器２の第１流路６１を流れるとき、低温低湿の供給ガスにより冷却されるので、排出ガスに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水ＷＡを第１流路６１において生成し、排出ガスの湿度は低下する。そして排出ガスから生成された凝縮水ＷＡが水分保有部材２７の表面２７ｃから水分保有部材２７に保持される。これに対して、供給ガスは加湿器２の第２流路６２を流れるとき、高温高湿の排出ガスにより加熱されるとともに、水分保有部材２７により加湿される。このように排出ガスと供給ガスは、熱交換すると共に水分交換する。
【００３０】
上記したように本実施例によれば、第１態様においても第２態様においても、燃料電池１の空気極１０から排出された高温高湿の排出ガスを下向きに流す。このため、排出ガスに含まれている水蒸気から生成された凝縮水ＷＡを水分保有部材２７に沿って流下させ、水分保有部材２７の全体にわたり均一に吸水させるのに有利である。
【００３１】
上記したように加湿器２が第１態様から第２態様に変更されると、次の（ａ）〜（ｆ）のように変更される。
（ａ）第１配管７１の第１コネクタ７１０に繋がる部位は、ドライ入口３１（第１態様）からウエット入口３６（第２態様）に変更される。
（ｂ）第２配管７２の第２コネクタ７２０に繋がる部位は、ドライ出口３７（第１態様）からウエット出口３２（第２態様）に変更される。
（ｃ）第３配管７３の第３コネクタ７３０に繋がる部位は、ウエット入口３６（第１態様）からドライ入口３１（第２態様）に変更される。
（ｄ）第４配管７４の第４コネクタ７４０に繋がる部位は、ウエット出口３２（第１態様）からドライ出口３７（第２態様）に変更される
（ｅ）第１流路６１および第２流路６２の双方が上下反転される。膜状の水分保有部材２７の上下も反転される。
（ｆ）第１態様によれば、図３に示すように、排出ガスは水分保有部材２７の一方の表面２７ａに触れつつ流れる。これに対して第２態様によれば、図４に示すように、排出ガスは水分保有部材２７の他方の表面２７ｃに触れつつ流れる。この結果、水分保有部材２７の表面２７ａ、２７ｃにおける機能低下が分散され、局部的且つ偏在的な機能低下が抑制される。
【００３２】
更に、上記したように本実施例によれば、加湿器２が第１態様から第２態様に変更されると、次の（ｉ）〜（ｖ）のように変更される。
（ｉ）ドライ入口３１はガス入口機能を維持するものの、ドライ入口３１を通過するガスが供給ガス（第１態様）から排出ガス（第２態様）に変更される。
（ｉｉ）ドライ出口３７はガス出口機能を維持するものの、ドライ出口３７を通過するガスが供給ガス（第１態様）から排出ガス（第２態様）に変更される。
（ｉｉｉ）ウエット入口３６はガス入口機能を維持するものの、ウエット入口３６を通過するガスが排出ガス（第１態様）から供給ガス（第２態様）に変更される。
（ｉｖ）ウエット出口３２はガス出口機能を維持するものの、ウエット出口３２を通過するガスが排出ガス（第１態様）から供給ガス（第２態様）に変更される。
（ｖ）高温高湿の供給ガスは第２流路６２を下向きに流れる（第１態様）。第２態様に変更されると、高温高湿の供給ガスは第１流路６２を下向きに流れる。
【００３３】
（実施例の主効果）
以上説明したように本実施例によれば、加湿器２の第１態様（図３参照）において、燃料電池１の空気極１０から排出された高温高湿の排出ガスは加湿器２の第２流路６２を流れると共に、低温低湿の供給ガスは加湿器２の第１流路６１を流れる。また加湿器２の第２態様（図４参照）によれば、高温高湿の排出ガスは加湿器２の第１流路６１を流れると共に、低温低湿の供給ガスは加湿器２の第２流路６２を流れる。このため燃料電池１から排出された高温高湿の排出ガスは、加湿器２の第２流路６２および第１流路６１に交互に流れる。同様に、低温低湿の供給ガスは、加湿器２の第１流路６１および第２流路６２に交互に流れる。同様に、高温高湿の排出ガスは水分保有部材２７の表面２７ａ、２７ｃを交互に接触する。故に、加湿器２の経年変化を引き起こす物質を排出ガスまたは供給ガスが含むようなときであっても、加湿器２（水分保有部材２７を含む）における機能低下が分散され、局部的且つ偏在的な機能低下が抑制される。この結果、経年変化などにより、仮に、加湿器２において機能低下が発生するとしても、局部的且つ偏在的な機能低下は抑制される。
【００３４】
本実施例によれば、図３および図４に示すように、第１流路６１の流路深さｈ１と第２流路６２の流路深さｈ２とはほぼ同じ値に設定されている。つまり、第１流路６１の流路断面積Ｓ１と第２流路６２の流路断面積Ｓ２とはほぼ同じ値に設定されている。具体的には、ｈ１／ｈ２＝０．８５〜１．１５の範囲内または０．９〜１．１の範囲内に設定されている。Ｓ１／Ｓ２＝０．８５〜１．１５の範囲内または０．９〜１．１の範囲内に設定されている。更に、第１流路６１の流路長さＬ１と第２流路６２の流路長Ｌ２とはほぼ同じ値に設定されている。具体的には、Ｌ１／Ｌ２＝０．８５〜１．１５の範囲内または０．９〜１．１の範囲内に設定されている。このため第１態様におけるガス流過抵抗と、第２態様におけるガス流過抵抗とで特に違和感が発生することが抑制される。故に、第１態様および第２態様を時間の経過につれて交互に変更しても、燃料電池１の発電運転には支障を与えない。
【００３５】
更に換言すれば、本実施例によれば、加湿器２の第１態様（図３参照）において、高温高湿の排出ガスは水分保有部材２７の表面２７ａに接触しつつ加湿器２の第２流路６２を流れ、また、低温低湿の供給ガスは水分保有部材２７の表面２７ｃに接触しつつ加湿器２の第１流路６１を流れる。
【００３６】
また加湿器２の第２態様（図４参照）によれば、高温高湿の排出ガスは加湿器２の水分保有部材２７の表面２７ｃに接触しつつ第１流路６１を流れ、また、低温低湿の供給ガスは水分保有部材２７の表面２７ａに接触しつつ加湿器２の第２流路６２を流れる。このように水分保有部材２７の表面２７ａおよび表面２７ｃについては、高温高湿の排出ガスおよび低温低湿の供給ガスが交互に流れる。この結果、仮に経年変化により水分保有部材２７の表面２７ａおよび表面２７ｃにおいて機能低下が発生するとしても、水分保有部材２７の表面２７ａおよび表面２７ｃにおける局部的且つ偏在的な機能低下は抑制される。
【００３７】
排出ガスが凝縮すると、その凝縮水ＷＡは膜状の水保有部材２７に吸収される。その凝縮水ＷＡを水分保有部材２７の全体にわたり移行させ、加湿器２の加湿効率を高めるためには、高温高湿の排出ガスを下向きに流すことが好ましい。この点本実施例によれば、第１態様においても第２態様においても、排出ガスを下向きに流すため、排出ガスから生成された凝縮水ＷＡを水分保有部材２７に沿って流下させ易くなり、水分保有部材２７の全体にわたり均一に移行させるのに有利である。
【実施例２】
【００３８】
本発明の実施例２について図５を参照しつつ説明する。本実施例は実施例１と同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。制御装置９０はタイマー機能を有するマイコンを搭載しており、加湿器２の作動時間ｔＡまたは燃料電池１の運転時間ｔＢを計測する計測手段として機能する。計測手段で計測された計測時間が所定時間に達すると、制御装置９０は、加湿器２に対するガスの相対的流れ状態を変更させる時期が到達したことを報知する報知信号Ｓ１を報知要素９２に出力する。このため、加湿器２の据え付け方向を変更させる時期をユーザは認識することができる。報知要素９２は、ユーザに視覚的に報知する方式でも良いし、聴覚的に報知する方式でも良い。ユーザが加湿器２の据え付け方向を変更すると、ユーザはその変更回数カウンタ９４を１増加させる。これにより制御装置９０は、変更回数カウンタ９４により変更回数の累積値を検知することができる。
【実施例３】
【００３９】
本発明の実施例３について図６〜図９を参照しつつ説明する。本実施例は実施例１と同様の構成、作用効果を有する。但し、加湿器２のセパレータ２１は横方向に沿って配置されている。横置き型の複数のセパレータ２１を厚み方向において高さ方向にそって積層することにより、加湿器２は形成されている。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。図６は加湿器２の第１態様を示すものであり、実施例１の図１に対応する。図７は加湿器２の第２態様を示すものであり、実施例１の図２に対応する。図８は加湿器２の第１態様を示すものであり、実施例１の図３に対応する。図９は加湿器２の第２態様を示すものであり、実施例１の実施例１の図４に対応する。第１態様によれば、図８に示すように、燃料電池１の空気極１０から排出された高温高湿の排出ガスは、加湿器２の第２流路６２を矢印Ｂ１方向（下向き傾斜方向）に沿って流れる。且つ、燃料電池１の空気極１０に供給される低温低湿の供給ガスは、加湿器２の第１流路６１を矢印Ａ１方向（上向き傾斜方向）に流れる。
【００４０】
図８に示すように、第１態様によれば、第２流路６２は水分保有部材２７を介して第１流路６１よりも上側に配置されている。この結果、第２流路６２を流れる排出ガスから凝縮された凝縮水ＷＡが落下すると、その凝縮水ＷＡが水分保有部材２７に効率良く受け止められる。更にセパレータ２１は、排出ガスの流れ進行方向に沿って仮想水平線ＨＡに対して角度θ１（２〜４０度程度、７〜３７度程度）下降傾斜している。このため、凝縮水ＷＡは水分保有部材２７に沿って流下することができ、水分保有部材２７の全体を均一に濡らし、水分保有部材２７で均一に加湿するのに有利となる。
【００４１】
図９に示すように、第２態様によれば、高温高湿の排出ガスは加湿器２の第１流路６１を矢印Ａ２方向（下向き傾斜方向）に流れると共に、低温低湿の供給ガスは加湿器２の第２流路６２を矢印Ｂ２方向（上向き傾斜方向）に流れる。高温高湿の排出ガスが流れる第１流路６１は、水分保有部材２７を介して第２流路６２よりも上側に配置されている。このため、排出ガスから凝縮された凝縮水ＷＡは落下すると、水分保有部材２７に効率良く保持される。更に図９に示すように、セパレータ２１は排出ガスの流れ進行方向に沿って仮想水平線ＨＡに対して角度θ２（２〜４０度程度、７〜３７度程度）下降傾斜している。このため、凝縮水ＷＡは水分保有部材２７に沿って流下することができ、水分保有部材２７の全体を均一に濡らすのに有利となる。
【実施例４】
【００４２】
本発明の実施例４について図１０および図１１を参照しつつ説明する。本実施例は実施例１と同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、加湿器２の据え付け方向を上下反転させることなく、加湿器２の流路を流れるガスの種類を加湿器２に対して変更することにより、加湿器２に対するガスの相対的流れ状態は変更可能に設定されている。
【００４３】
図１０は本実施例における第１態様を示し、実施例１における図１の構成と基本的には同一であるため、説明を省略する。図１１は本実施例における第２態様を示す。第２態様では、第１態様におけるガスの種類と逆とし、供給ガスを流す流路部分に排出ガスを流すと共に、排出ガスを流す流路部分に供給ガスを流す。即ち、図１１に示すように、燃料電池１に供給される前の低温低湿の供給ガス（第１ガス）は、第４配管７４、ウエット出口３２から加湿器２内に供給され、更に、第２対角貫通流路５２に至り、第２貫通流路４２を矢印Ｄ４方向（セパレータ積層方向）に流れ、ウエット入口３６および第３配管７３から加湿器２の外方に排出され、燃料電池１の空気極１０に供給され、発電反応に使用される。更に図１１に示すように、燃料電池１から排出された高温高湿の排出ガスは、第２配管７２、ドライ出口３７から加湿器２内に供給され、更に第１対角貫通流路５１を矢印Ｃ４方向（セパレータ積層方向）に流れ、第１貫通流路４１に至り、第１貫通流路４１を矢印Ｅ４方向（セパレータ積層方向）に流れ、ドライ入口３１および第１配管７１から加湿器２の外方に排出される。
【００４４】
（他の例）
加湿器は、上記したように水分保有部材２７の表裏に流路６１，６２をもつ構造のものに限定されるものではなく、例えば、加湿作用をもつ水分保有部材２７の片面に流路６１のみを有するものでも良い。この場合、流路６２を流れる高い湿度のオフガスを給水源とするのではなく、他の給水源から水を水分保有部材２７に供給する。水分保有部材２７は中空糸膜構造でも良く、要するに水分を保持して加湿できるものであればよい。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は例えば、車両用、定置用、携帯用、電気機器用、電子機器用等の燃料電池システムに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１態様を示す斜視図である。
【図２】加湿器の据え付け方向を上下反転させた第２態様を示す斜視図である。
【図３】第１態様における第１流路および第２流路を示す要部の断面図である。
【図４】第２態様における第１流路および第２流路を示す要部の断面図である。
【図５】実施例２に係るブロック図である。
【図６】実施例３に係り、第１態様を示す斜視図である。
【図７】実施例３に係り、加湿器の据え付け方向を上下反転させた第２態様を示す斜視図である。
【図８】実施例３に係り、第１態様における第１流路および第２流路を示す要部の断面図である。
【図９】実施例３に係り、第２態様における第１流路および第２流路を示す要部の断面図である。
【図１０】実施例４に係り、第１態様を示す斜視図である。
【図１１】実施例４に係り、ガスの種類を交換した第２態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１は燃料電池、１０は空気極、２は加湿器、２１はセパレータ、２２は積層体、２７は水分保有部材（加湿要素）、６１は第１流路（流路）、６２は第２流路（流路）を示す。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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