(57)【要約】【課題】金属セパレータ同士を良好に保持するとともに、前記金属セパレータの薄肉化及び軽量化を容易に図ることを可能にする。【解決手段】加湿装置１０は、水透過性膜５０を挟んで配設される第１金属セパレータ５２及び第２金属セパレータ５４を備える。第１金属セパレータ５２は、第１面５２ａ側に突出する第１突出部８０ａと、第２面５２ｂ側に突出する第２突出部８０ｂとを、水透過性膜５０を周回する外周縁部に設ける。第１及び第２突出部８０ａ、８０ｂは、積層方向に対して互いにオフセットする位置に設定される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとを積層し、反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスが供給される固体高分子型燃料電池において、前記固体高分子型燃料電池に供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するための反応ガス用加湿装置であって、
水透過性膜と、
前記一方の反応ガス又は前記加湿流体を流すための複数の流路溝が、両面に交互に形成される波板形状の金属セパレータと、
を備え、
前記金属セパレータの前記水透過性膜を周回する外周縁部には、前記金属セパレータの一方の面側に隣接する金属セパレータの外周縁部に接触する第１突出部と、
前記金属セパレータの他方の面側に隣接する金属セパレータの外周縁部に接触し、且つ前記第１突出部とは逆方向に突出する第２突出部と、
が設けられるとともに、
前記第１突出部と前記第２突出部とは、積層方向に対して互いにオフセットする位置に設定されることを特徴とする反応ガス用加湿装置。
【請求項２】
請求項１記載の反応ガス用加湿装置において、少なくとも前記第１突出部又は前記第２突出部と、前記隣接する金属セパレータの外周縁部とには、互いに嵌合する嵌合構造が設けられることを特徴とする反応ガス用加湿装置。
【請求項３】
請求項２記載の反応ガス用加湿装置において、前記嵌合構造は、互いに嵌合する凸部と凹部とを有することを特徴とする反応ガス用加湿装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反応ガス用加湿装置において、前記隣接する金属セパレータの外周縁部には、前記金属セパレータの前記第１突出部に接触する第３突出部と、
前記金属セパレータの前記第２突出部に接触する第４突出部と、
が設けられるとともに、
前記第３突出部と前記第４突出部とは、積層方向に対して互いにオフセットする位置に設定されることを特徴とする反応ガス用加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとを積層し、反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスが供給される固体高分子型燃料電池において、前記固体高分子型燃料電池に供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するための反応ガス用加湿装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。
【０００４】
この場合、上記の燃料電池では、有効な発電機能を発揮させるために、電解質膜を適度な湿潤状態に維持することが必要とされている。このため、燃料ガスや酸化剤ガスを、予め水を介して加湿する加湿装置を用意し、この加湿装置を燃料電池に連結することにより、前記加湿された燃料ガスや酸化剤ガスを燃料電池に供給するものが知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示されている加温・加湿システム装置は、図９に示すように、高分子膜１の両側には、第１セパレータ２と第２セパレータ３とが配置されている。第１セパレータ２には、加温・加湿させたい気体（例えば、水素、酸素又は空気）を導く加温・加湿気体流路溝４が設けられている。第２セパレータ３には、温水となった冷却水を導く冷却水流路溝５が設けられている。そして、冷却水流路溝５に温水となった冷却水を導くことにより、この温水は、高分子膜１に吸水され、その吸水された水は、加温・加湿気体流路溝４に導かれた加温・加湿させたい気体中に蒸発して加湿させるとともに、前記温水の持つ熱によって前記加温・加湿させたい気体を加温させることができる、としている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１２４７２２号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の第１及び第２セパレータ２、３は、特に薄肉化を図るために金属セパレータで構成される場合がある。その際、金属セパレータは、薄肉化による強度低下が惹起し易く、例えば、前記金属セパレータ同士が直接接触する部位の肉厚を厚くする等の工夫が行われており、軽量化が容易に遂行されないという問題がある。しかも、互いに接触する金属セパレータ間には、シール材としてＯリングを介装したり、複雑な面形状のシール構造を採用したりすることが必要となる。このため、部品数の増加による重量の増加や、加工作業の煩雑化等が惹起されるという問題がある。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、金属セパレータ同士を良好に保持するとともに、前記金属セパレータの薄肉化及び軽量化を容易に図ることが可能な反応ガス用加湿装置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】
【０００９】
本発明は、電解質膜の両側に電極を設けた電解質膜・電極構造体と、セパレータとを積層し、反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスが供給される固体高分子型燃料電池において、前記固体高分子型燃料電池に供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するための反応ガス用加湿装置である。
【００１０】
この反応ガス用加湿装置は、水透過性膜と、一方の反応ガス又は加湿流体を流すための複数の流路溝が、両面に交互に形成される波板形状の金属セパレータとを備えている。そして、金属セパレータの水透過性膜を周回する外周縁部には、前記金属セパレータの一方の面側に隣接する金属セパレータの外周縁部に接触する第１突出部と、前記金属セパレータの他方の面側に隣接する金属セパレータの外周縁部に接触し、且つ前記第１突出部とは逆方向に突出する第２突出部とが設けられるとともに、前記第１突出部と前記第２突出部とは、積層方向に対して互いにオフセットする位置に設定されている。
【００１１】
また、少なくとも第１突出部又は前記第２突出部と、隣接する金属セパレータの外周縁部とには、互いに嵌合する嵌合構造が設けられることが好ましい。さらに、嵌合構造は、互いに嵌合する凸部と凹部とを有することが好ましい。
【００１２】
さらにまた、隣接する金属セパレータの外周縁部には、金属セパレータの第１突出部に接触する第３突出部と、前記金属セパレータの第２突出部に接触する第４突出部とが設けられるとともに、前記第３突出部と前記第４突出部とは、積層方向に対して互いにオフセットする位置に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、金属セパレータの外周縁部に、第１及び第２突出部が設けられるとともに、前記第１及び第２突出部が隣接する金属セパレータに接触している。このため、金属セパレータは、所望の強度を維持して有効に薄肉化を図ることができる。これにより、金属セパレータ同士を良好に保持するとともに、前記金属セパレータの軽量化が容易に図られる。
【００１４】
しかも、第１突出部と第２突出部とは、積層方向に対して互いにオフセットしている。従って、複数の金属セパレータが積層される際にも、簡単且つ薄肉な構成で、前記複数の金属セパレータ同士を有効に積層して保持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る加湿装置１０を組み込む燃料電池システム１２の概略構成説明図である。
【００１６】
燃料電池システム１２は、例えば、自動車等の車両に搭載されており、燃料電池スタック１４を備える。この燃料電池スタック１４は、複数の発電セル１６を矢印Ａ方向に積層するとともに、積層方向両端にエンドプレート１８ａ、１８ｂが配置されており、前記エンドプレート１８ａ、１８ｂが図示しない締め付けボルトにより積層方向に締め付けられている。
【００１７】
発電セル１６は、例えば、固体高分子電解質膜２０ａの両側にアノード側電極２０ｂとカソード側電極２０ｃとを配置した電解質膜・電極構造体２０と、前記電解質膜・電極構造体２０を挟持する一対のセパレータ２２、２４とを備える。アノード側電極２０ｂには、燃料ガスとして、例えば、水素ガスが供給される一方、カソード側電極２０ｃには、酸化剤ガスとして、例えば、酸素を含む空気が供給される。
【００１８】
エンドプレート１８ａには、発電セル１６に水素ガスを供給するための水素供給口２６ａと、前記発電セル１６から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを燃料電池スタック１４から排出するための水素排出口２６ｂとが設けられる。エンドプレート１８ｂには、発電セル１６に空気を供給するための空気供給口２８ａと、前記発電セル１６から排出される空気（以下、オフガスともいう）を燃料電池スタック１４から排出するための空気排出口２８ｂとが設けられる。
【００１９】
燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１４に水素ガスを供給する水素供給流路３０と、前記燃料電池スタック１４から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを、前記水素供給流路３０の途上に戻して該燃料電池スタック１４に供給するための水素循環流路３２とを備える。
【００２０】
水素供給流路３０には、高圧水素を貯留する水素タンク３４と、前記水素タンク３４から供給される水素ガスの圧力を減圧するレギュレータ３６と、減圧された前記水素ガスを燃料電池スタック１４に供給するとともに、水素循環流路３２から排ガスを吸引して前記燃料電池スタック１４に戻すためのエゼクタ３８とが配設される。
【００２１】
燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１４に空気を供給する空気供給流路４０と、前記燃料電池スタック１４から排出されるオフガスを、外部に排気するための空気排出流路４２とを備える。空気供給流路４０には、空気を圧縮して供給するためにスーパーチャージャ（又はポンプ）４４が設けられる。
【００２２】
燃料電池スタック１４には、エンドプレート１８ｂに連結されて加湿装置１０が装着される。図２〜図４に示すように、加湿装置１０は、水透過性膜５０の一方の面５０ａに配設される第１金属セパレータ５２と、前記水透過性膜５０の他方の面５０ｂに配設される第２金属セパレータ５４とを備える。第１及び第２金属セパレータ５２、５４は、水透過性膜５０を介装して交互に矢印Ａ方向に積層されて積層体５６を構成する。
【００２３】
積層体５６の矢印Ａ方向両端には、エンドプレート５７ａ、５７ｂが配置され、前記エンドプレート５７ａ、５７ｂ間は、複数の締め付けロッド５９を介して締め付け保持される（図２及び図３参照）。
【００２４】
図４に示すように、積層体５６の矢印Ｂ方向の一端縁部には、互いに矢印Ａ方向に貫通して、反応前の空気（一方の反応ガス）を供給する空気供給連通孔５８ａと、反応前の空気を加湿した後のオフガスを排出するオフガス排出連通孔６０ｂとが上下（矢印Ｃ方向）に設けられる。
【００２５】
積層体５６の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、オフガスが供給されるオフガス供給連通孔６０ａと、加湿された反応前の空気を排出する空気排出連通孔５８ｂとが上下方向に配列されて設けられる。
【００２６】
図１に示すように、空気供給連通孔５８ａは、空気供給流路４０に連通し、空気排出連通孔５８ｂは、燃料電池スタック１４の空気供給口２８ａに連通する。オフガス供給連通孔６０ａは、燃料電池スタック１４の空気排出口２８ｂに連通し、オフガス排出連通孔６０ｂは、空気排出流路４２に連通する。
【００２７】
図４〜図６に示すように、第１金属セパレータ５２は、水透過性膜５０の一方の面５０ａに向かう第１面５２ａ側に、空気供給連通孔５８ａと空気排出連通孔５８ｂとを連通し、矢印Ｂ方向に１往復半のサーペンタイン形状の複数の第１流路溝６２ａと、複数の第１凸部６２ｂとを交互に設ける。
【００２８】
第１金属セパレータ５２の第１面５２ａとは反対の第２面５２ｂ側には、空気供給連通孔５８ａと空気排出連通孔５８ｂとを連通し、矢印Ｂ方向に１往復半のサーペンタイン形状の複数の第１流路溝６４ａと、複数の第１凸部６４ｂとが交互に設けられる。第１流路溝６４ａは、第１流路溝６２ａと交互に形成され、全体として波形状を有している（図５参照）。
【００２９】
第２金属セパレータ５４は、図７に示すように、水透過性膜５０の他方の面５０ｂに向かう第３面５４ａ側にオフガス供給連通孔６０ａとオフガス排出連通孔６０ｂとを連通し、矢印Ｂ方向に１往復半のサーペンタイン形状の複数の第２流路溝６６ａと、複数の第２凸部６６ｂとを交互に設ける。
【００３０】
第２金属セパレータ５４は、第３面５４ａとは反対の第４面５４ｂ側に、オフガス供給連通孔６０ａとオフガス排出連通孔６０ｂとを連通し、矢印Ｂ方向に１往復半のサーペンタイン形状の複数の第２流路溝６８ａと、複数の第２凸部６８ｂとを交互に設ける。第２流路溝６８ａは、第２流路溝６６ａと交互に形成され、全体として波形状を有している（図５参照）。
【００３１】
第１金属セパレータ５２には、外周縁部を覆ってシール７０が一体成形される。このシール７０は、第１及び第２面５２ａ、５２ｂで、空気供給連通孔５８ａ及び空気排出連通孔５８ｂを第１流路溝６２ａ、６４ａに連通するとともに、前記第１流路溝６２ａ、６４ａをオフガス供給連通孔６０ａ及びオフガス排出連通孔６０ｂからシールする（図６参照）。
【００３２】
第２金属セパレータ５４には、その外周縁部を覆ってシール７２が一体成形される。このシール７２は、第３及び第４面５４ａ、５４ｂにおいて、それぞれオフガス供給連通孔６０ａ及びオフガス排出連通孔６０ｂを第２流路溝６６ａ、６８ａに連通する一方、前記第２流路溝６６ａ、６８ａを空気供給連通孔５８ａ及び空気排出連通孔５８ｂからシールする（図７参照）。
【００３３】
図４に示すように、第１金属セパレータ５２は、第１流路溝６２ａと空気供給連通孔５８ａとの連結部位、及び前記第１流路溝６２ａと空気排出連通孔５８ｂとの連結部位に対応する複数の第１凸部６２ｂに、それぞれ板状部材７４ａが配設される。第１金属セパレータ５２は、同様に、第１流路溝６４ａと空気供給連通孔５８ａとの連結部位、及び前記第１流路溝６４ａと空気排出連通孔５８ｂとの連結部位に対応する複数の第１凸部６４ｂに、それぞれ板状部材７４ｂが配設される。
【００３４】
第２金属セパレータ５４は、第２流路溝６６ａとオフガス供給連通孔６０ａとの連結部位、及び前記第２流路溝６６ａとオフガス排出連通孔６０ｂとの連結部位に対応する複数の第２凸部６６ｂに、それぞれ板状部材７６ａが配設される。第２金属セパレータ５４は、同様に、第２流路溝６８ａとオフガス供給連通孔６０ａとの連結部位、及び前記第２流路溝６８ａとオフガス排出連通孔６０ｂとの連結部位に対応する複数の第２凸部６８ｂに、それぞれ板状部材７６ｂが配設される。
【００３５】
図４及び図５に示すように、第１金属セパレータ５２の水透過性膜５０を周回する外周縁部には、第１面５２ａに隣接する第２金属セパレータ５４に接触する第１突出部８０ａと、第２面５２ｂに隣接する第２金属セパレータ５４に接触し、且つ前記第１突出部８０ａとは中立面８１を境にして逆方向に突出する第２突出部８０ｂとが設けられる。第１突出部８０ａと第２突出部８０ｂとは、積層方向（矢印Ａ方向）に対して互いにオフセットする位置に設定されるとともに、それぞれ第１金属セパレータ５２の外周縁部を周回して形成される。
【００３６】
第２金属セパレータ５４の水透過性膜５０を周回する外周縁部には、同様に、第３面５４ａに隣接する第１金属セパレータ５２に接触する第３突出部８２ａと、第４面５４ｂに隣接する第１金属セパレータ５２に接触し、且つ前記第３突出部８２ａとは中立面８３を境にして逆方向に突出する第４突出部８２ｂとが設けられる。第３突出部８２ａと第４突出部８２ｂとは、積層方向に対して互いにオフセットする位置に設定される。
【００３７】
図５に示すように、第１金属セパレータ５２の第１面５２ａ側では、この第１金属セパレータ５２の第１突出部８０ａと、第２金属セパレータ５４の第３突出部８２ａとが接触するとともに、前記第１突出部８０ａ及び前記第３突出部８２ａが溶着あるいは溶接等によって接合される。
【００３８】
第１金属セパレータ５２の第２面５２ｂ側では、この第１金属セパレータ５２の第２突出部８０ｂと、第２金属セパレータ５４の第４突出部８２ｂとが接触するとともに、前記第２突出部８０ｂ及び前記第４突出部８２ｂが接着あるいは溶接等によって接合される。
【００３９】
このように構成される燃料電池システム１２の動作について、加湿装置１０との関連で以下に説明する。
【００４０】
図１に示すように、水素タンク３４から水素供給流路３０に供給される水素ガスは、レギュレータ３６を介して所定の圧力に減圧され、エゼクタ３８を通って燃料電池スタック１４の水素供給口２６ａに供給される。水素供給口２６ａに供給された水素は、各発電セル１６を構成するアノード側電極２０ｂに沿って移動した後、未使用の水素を含む排ガスが、水素排出口２６ｂから水素循環流路３２に排出される。この排ガスは、エゼクタ３８の吸引作用下に、水素供給流路３０の途上に戻された後、再度、燃料電池スタック１４内に燃料ガスとして供給される。
【００４１】
一方、スーパーチャージャ４４を介して空気供給流路４０に空気が供給される。この空気は、加湿装置１０を構成するエンドプレート５７ｂから積層体５６の空気供給連通孔５８ａに供給される。
【００４２】
図４及び図６に示すように、第１金属セパレータ５２では、空気供給連通孔５８ａに第１流路溝６２ａ、６４ａの入口端部が開放されている。このため、空気供給連通孔５８ａに供給された反応前の空気は、サーペンタイン形状の複数の第１流路溝６２ａ、６４ａに沿って移動する。第１流路溝６２ａを流れる空気は、水透過性膜５０の一方の面５０ａに接触するとともに、第１流路溝６４ａに沿って移動する空気は、他の水透過性膜５０の一方の面５０ａに接触する（図３参照）。
【００４３】
加湿装置１０では、燃料電池スタック１４の発電に使用された反応済みの空気であるオフガスが、オフガス供給連通孔６０ａに供給される。このオフガスは、第２金属セパレータ５４のオフガス供給連通孔６０ａに連通する第２流路溝６６ａ、６８ａに導入される。
【００４４】
図４及び図７に示すように、オフガス供給連通孔６０ａに供給されたオフガスは、サーペンタイン形状の複数の第２流路溝６６ａ、６８ａに沿って移動する。このため、第２流路溝６６ａを移動するオフガスは、水透過性膜５０の他方の面５０ｂに接触するとともに、第２流路溝６８ａに沿って移動するオフガスは、また別の水透過性膜５０の他方の面５０ｂに接触する（図３参照）。
【００４５】
従って、第２金属セパレータ５４の第２流路溝６６ａに沿って移動するオフガス中の水分は、水透過性膜５０を透過し第１流路溝６２ａに沿って移動する反応前の空気に供給され、この空気が加湿される。さらに、第１流路溝６４ａに沿って移動する反応前の空気は、第２流路溝６８ａに沿って移動するオフガスにより加湿される。そして、加湿された空気は、空気排出連通孔５８ｂから燃料電池スタック１４の空気供給口２８ａに供給される。
【００４６】
この加湿された空気は、図１に示すように、各発電セル１６のカソード側電極２０ｃに供給され、未使用の空気を含むオフガスが、上記のように空気排出口２８ｂから加湿装置１０に排出される。これにより、各発電セル１６では、アノード側電極２０ｂに供給される水素と、カソード側電極２０ｃに供給される空気中の酸素とが反応して発電が行われる。
【００４７】
この場合、第１の実施形態では、図５に示すように、第１金属セパレータ５２の外周縁部には、第１突出部８０ａと第２突出部８０ｂとが互いに逆方向に突出し、且つ積層方向に対してオフセットする位置に設けられている。同様に、第２金属セパレータ５４の外周縁部には、第３突出部８２ａと第４突出部８２ｂとが互いに逆方向に突出し、且つ積層方向に対してオフセットする位置に設定されている。
【００４８】
そして、第１及び第２金属セパレータ５２、５４では、第１突出部８０ａ及び第３突出部８２ａが互いに接合される一方、第２突出部８０ｂ及び第４突出部８２ｂが互いに接合されている。
【００４９】
このため、第１及び第２金属セパレータ５２、５４は、それぞれ所望の強度を維持して有効に薄肉化を図ることができる。これにより、第１及び第２金属セパレータ５２、５４同士を良好に保持するとともに、前記第１及び第２金属セパレータ５２、５４の軽量化が容易に図られるという効果が得られる。
【００５０】
しかも、第１及び第３突出部８０ａ、８２ａと第２及び第４突出部８０ｂ、８２ｂとは、積層方向に対して互いにオフセットしている。従って、第１及び第２金属セパレータ５２、５４を複数積層させる際にも、簡単且つ薄肉な構成で、前記複数の第１及び第２金属セパレータ５２、５４同士を有効に積層して保持することが可能になる。
【００５１】
なお、第１の実施形態では、図５に示すように、第１及び第３突出部８０ａ、８２ａが接合されているが、これに限定されるものではない。例えば、第３突出部８２ａを設けることなく、第１突出部８０ａを中立面８３まで突出させて第２金属セパレータ５４の外周縁部に直接接合させることもできる。また、第２及び第４突出部８０ｂ、８２ｂ側でも、同様である。
【００５２】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る加湿装置９０を構成する積層体９２の要部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る加湿装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
加湿装置９０は、第１金属セパレータ５２、水透過性膜５０及び第２金属セパレータ５４を備えている。第１金属セパレータ５２の第１突出部８０ａと第２金属セパレータ５４の第３突出部８２ａとの接触部位には、互いに嵌合する第１嵌合構造９４が設けられる。同様に、第１金属セパレータ５２の第２突出部８０ｂと、第２金属セパレータ５４の第４突出部８２ｂとの接触部位には、互いに嵌合する第２嵌合構造９６が設けられる。
【００５４】
なお、第１及び第２嵌合構造９４、９６を設ける構成に代えて、前記第１嵌合構造９４のみを設け、あるいは前記第２嵌合構造９６のみを設ける構成を採用してもよい。
【００５５】
第１嵌合構造９４は、第１突出部８０ａに第１面５２ａ側に突出して設けられる第１凸部９８ａと、第３突出部８２ａに第３面５４ａ側に突出して設けられ、前記第１凸部９８ａを嵌合する第１凹部９８ｂとを有する。第１凸部９８ａは、第１突出部８０ａに沿って第１金属セパレータ５２の外周縁部を周回して形成される一方、第１凹部９８ｂは、第３突出部８２ａに沿って第２金属セパレータ５４の外周縁部を周回して形成される。
【００５６】
第２嵌合構造９６は、第１嵌合構造９４と同様に、第４突出部８２ｂに第４面５４ｂ側に突出して設けられる第２凸部１００ａと、第２突出部８０ｂに第２面５２ｂ側に突出して設けられ、前記第２凸部１００ａが嵌合する第２凹部１００ｂとを有する。第２凸部１００ａは、第４突出部８２ｂに沿って第２金属セパレータ５４の外周縁部を周回して形成される一方、第２凹部１００ｂは、第４突出部８２ｂに沿って第１金属セパレータ５２の外周縁部を周回して設けられる。
【００５７】
なお、第１嵌合構造９４では、第１凸部９８ａを第３突出部８２ａに設ける一方、第１凹部９８ｂを第１突出部８０ａに設けてもよい。また、第２嵌合構造９６においても同様である。
【００５８】
このように構成される第２の実施形態では、複数の第１金属セパレータ５２、第２金属セパレータ５４及び水透過性膜５０が、矢印Ａ方向に積層されて積層体９２が構成される際、互いに接触する第１突出部８０ａ及び第３突出部８２ａでは、第１嵌合構造９４を構成する第１凸部９８ａが第１凹部９８ｂに嵌合する。一方、互いに接触する第２突出部８０ｂ及び第４突出部８２ｂでは、第２嵌合構造９６を構成する第２凸部１００ａが第２凹部１００ｂに嵌合している。
【００５９】
このため、互いに隣接する第１及び第２金属セパレータ５２、５４同士は、第１及び第２嵌合構造９４、９６の嵌め合い作用下に、互いに位置決め精度が有効に向上するという効果が得られる。
【００６０】
しかも、第１及び第２凸部９８ａ、１００ａは、第１及び第２凹部９８ｂ、１００ｂに嵌合するとともに、第１及び第２金属セパレータ５２、５４の外周縁部を周回して形成されている。これにより、加湿装置９０に矢印Ｂ方向及び／又は矢印Ｃ方向に外力が作用する際、第１及び第２金属セパレータ５２、５４同士を強固且つ確実に保持することができる。特に、加湿装置９０が車両に搭載される際には、この加湿装置９０に振動や衝撃等が付与されても、積層体９２に横ずれが発生することがなく、前記積層体９２を強固に保持し得るという利点がある。
【００６１】
なお、第１及び第２の実施形態では、一方の反応ガスである空気を加湿して燃料電池スタック１４に供給するように構成しているが、これに限定されるものではなく、他方の反応ガスである燃料ガスを加湿する構造を採用してもよい。また、加湿流体として燃料電池スタック１４から排出される空気であるオフガスを用いているが、これに限定されるものではなく、他の加湿ガス、例えば、専用の水蒸気ガスや純水又は液体等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る加湿装置を組み込む燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図２】前記加湿装置の概略斜視説明図である。
【図３】前記加湿装置の一部断面側面図である。
【図４】前記加湿装置の要部分解斜視説明図である。
【図５】前記加湿装置の一部拡大断面図である。
【図６】前記加湿装置を構成する第１金属セパレータの正面図である。
【図７】前記加湿装置を構成する第２金属セパレータの正面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る加湿装置を構成する積層体の一部拡大断面図である。
【図９】特許文献１の加温・加湿システム装置の説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０、９０…加湿装置              １２…燃料電池システム
１４…燃料電池スタック            １６…発電セル
２０…電解質膜・電極構造体        ２０ａ…固体高分子電解質膜
２０ｂ…アノード側電極            ２０ｃ…カソード側電極
２２、２４、５２、５４…セパレータ
２６ａ…水素供給口                ２６ｂ…水素排出口
２８ａ…空気供給口                ２８ｂ…空気排出口
４０…空気供給流路                ４２…空気排出流路
５０…水透過性膜                  ５６、９２…積層体
５８ａ…空気供給連通孔            ５８ｂ…空気排出連通孔
６０ａ…オフガス供給連通孔        ６０ｂ…オフガス排出連通孔
６２ａ、６４ａ、６６ａ、６８ａ…流路溝
６２ｂ、６４ｂ、６６ｂ、６８ｂ…凸部
７０、７２…シール
７４ａ、７４ｂ、７６ａ、７６ｂ…板状部材
８０ａ、８０ｂ、８２ａ、８２ｂ…突出部
９４、９６…嵌合構造              ９８ａ、１００ａ…凸部
９８ｂ、１００ｂ…凹部
【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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