(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器体内の循環水水面下に循環水戻り口及び循環水ポンプ吸い込み口と未加湿ガス入口が開口されると共に前記循環水水面上方に加湿ガス出口が開口された加湿器において、前記容器体内に、未加湿ガス入口からのガスが循環水ポンプ吸い込み口に吸い込まれる水に巻き込まれるのを防止する水・ガス分離隔壁を前記未加湿ガス入口より上方に位置する所定高さで二重筒状に起立し、この水・ガス分離隔壁内の下部に前記循環水ポンプ吸い込み口を開口したことを特徴とする加湿器。
【請求項２】
前記加湿器は、走行体に搭載された燃料電池の反応ガスを加湿することを特徴とする請求項１記載の加湿器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行体に搭載される燃料電池の反応（燃料）ガス等を加湿する加湿器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸素と水素の反応で電力を発生させる燃料電池は、エネルギー効率が高く、音が静かで、排出されるのは水だけと、究極のクリーンな動力源として将来は自動車や水中航走体（無人潜水機）等の走行体にも応用（搭載）できるものと期待されている。
【０００３】
搭載される燃料電池として、プロトン伝導性の電解質としてフッ素樹脂系のイオン交換膜を適用した「固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）」が、高性能、高耐久である点で注目されている。このフッ素樹脂系のイオン交換膜は含水状態で良好なプロトン伝導性を示し、膜の含水量は水蒸気の分圧（相対湿度）に大きく依存し、乾燥すると水を失い高抵抗体となるので、これを固体高分子型燃料電池に適用する場合には、膜を飽和水蒸気圧近傍の雰囲気に保持する水分管理が必要となる。
【０００４】
そこで、現在開発中の水中航走体に搭載される固体高分子型燃料電池では、例えば図５に示すように、前記水分管理として、反応ガスを予め加湿し、セルに供給する手段が用いられている。即ち、燃料電池スタック１に酸素タンク２からの酸素ガスを酸素循環ブロワ３を介して循環供給する循環経路途中に酸素加湿器４が介装されると共に、同じく燃料電池スタック１に水素タンク５からの水素ガスを水素循環ブロワ６を介して循環供給する循環経路途中に水素加湿器７が介装されるのである。その内の水素加湿器７には、燃料電池スタック１で生成された水が循環水ポンプ８を介して循環供給されるようになっている。
【０００５】
そして、前記水素加湿器７は、従来、図６に示すような構造となっている。即ち、円筒状容器体100 の下部周壁に循環水戻り口（管）101 と循環水ポンプ吸い込み口（管）102 とが対向して開口・接続されると共にこれらの中間に位置して（９０°隔てて）未加湿ガス入口（管）103 が開口・接続される。一方、容器体100 の天井壁に加湿ガス出口（管）104 が開口・接続される。
【０００６】
従って、図外の水素タンクから未加湿ガス入口（管）103 より容器体100 内に流入した水素ガスは、最低水位から最高水位の範囲で充填された水中を気泡を発生しながら通って加湿された後、加湿ガス出口（管）105 より図外の燃料電池スタックに循環・供給される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の水素加湿器７にあっては、容器体100 内に充填された水中を水素ガスが流通するため、気泡の発生により水が加湿ガス出口（管）105 から水素ガスとともに同伴されるという不具合があった。即ち、水がキャリーオーバし、燃料電池スタック１まで到達すると電池性能が低下するのである。
【０００８】
また、容器体100 内の水は、循環水ポンプ８を用いて循環するものであるため、前記気泡（水素ガス）が循環水ポンプ吸い込み口（管）102 から水とともに同伴されるという不具合があった。即ち、気泡が循環水ポンプ８に巻き込まれるとポンプ性能が低下するのである。
【０００９】
また、この水素加湿器７（容器体100 ）は、水中航走体の傾きにあわせて鉛直方向から角度θ（約６０°）までの傾き（揺動）を許容する必要があり、かつ、この傾き状態は前後・左右に対して繰り返し発生する。従って、水中を水素ガスが流通するために生じる気泡の発生が無い場合でも、水面の揺動が生じ、上述した水のキャリーオーバやガスの巻き込みが発生するという問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、水のキャリーオーバやガスの巻き込みを防止して安定したガス加湿と安定した循環水量の確保が図れる加湿器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明に係る加湿器は、容器体内の循環水水面下に循環水戻り口及び循環水ポンプ吸い込み口と未加湿ガス入口が開口されると共に前記循環水水面上方に加湿ガス出口が開口された加湿器において、前記容器体内に、未加湿ガス入口からのガスが循環水ポンプ吸い込み口に吸い込まれる水に巻き込まれるのを防止する水・ガス分離隔壁を前記未加湿ガス入口より上方に位置する所定高さで二重筒状に起立し、この水・ガス分離隔壁内の下部に前記循環水ポンプ吸い込み口を開口したことを特徴とする。
【００１５】
また、前記加湿器は、走行体に搭載された燃料電池の反応ガスを加湿することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る加湿器を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
［実施例］
図１は本発明の一実施例を示す加湿器の構造説明図であり、同図（ａ）は静止・循環時の断面図で同図（ｂ）は揺動・循環時の断面図である。図２は図１（ａ）のＡ−Ａ矢視図、図３は図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視図、図４は図１（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【００１８】
本実施例の加湿器は、図５に示したように、水中航走体に搭載される固体高分子型燃料電池の発電システムにおける水素加湿器７であり、燃料電池スタック１に水素タンク５からの水素ガスを水素循環ブロワ６を介して循環供給する循環経路途中に介装されて燃料の水素ガスを加湿するものである。
【００１９】
前記水素加湿器７は、図１に示すように、円筒状容器体１０の下部周壁に、容器体１０内に最低水位から最高水位の範囲で充填された循環水の水面下に位置して、循環水戻り口（管）１１と循環水ポンプ吸い込み口（管）１２とが対向して開口・接続されると共にこれらの中間に位置して（９０°隔てて）未加湿ガス入口（管）１３が開口・接続される。一方、前記循環水水面上方の容器体１０の天井壁に加湿ガス出口（管）１４が開口・接続される。
【００２０】
そして、前記容器体１０内には、前記循環水水面上方の加湿ガス出口（管）１４直下に位置して、多孔質体（焼結金属体）１５が一段、蓋状に収装される。
【００２１】
また、前記多孔質体１５の下方に位置した容器体１０内の上部には、図４にも示すように、切り欠き形バッフル板１６が左右交互に各々の先端部をラップさせて四段、収装される。
【００２２】
さらに、前記切り欠き形バッフル板１６の下方に位置した容器体１０内の中間部には、図３にも示すように、ドーナツ形バッフル板１７が十段にわたって収装される。
【００２３】
一方、前記容器体１０内の底壁上には、図２にも示すように、所定高さ（容器体１０の静止・循環時における循環水の最低水位近傍）の水・ガス分離隔壁１８が二重筒状に起立され、この水・ガス分離隔壁１８内に前記循環水ポンプ吸い込み口（管）１２が開口・接続されている。
【００２４】
また、前記水・ガス分離隔壁１８の下端周縁には、水流通口１９が適当数切り欠かれる等して形成される。さらに、水・ガス分離隔壁１８内の上部にも、ドーナツ形バッフル板１７が三段にわたって収装される。
【００２５】
このように構成されるため、水素タンク５（図５参照）から未加湿ガス入口（管）１３より容器体１０内に流入した水素ガスは、最低水位から最高水位の範囲で充填された水中を気泡を発生しながら通ることにより、十分加湿されて加湿ガス出口（管）１４より燃料電池スタック１（図５参照）に循環・供給される。
【００２６】
この際、水中を水素ガスが流通するために生じる気泡の発生があっても、多孔質体１５に衝突することによる抵抗と切り欠き形バッフル板１６に衝突することによる気水分離及びかきおとし作用により、水が加湿ガス出口（管）１４より燃料電池スタック１側に加湿ガスとともにキャリーオーバすることが防止され、燃料電池スタック１の電池性能低下が防止される。
【００２７】
また、前記容器体１０が水中航走体の傾きにあわせて鉛直方向から角度θ（約６０°）まで傾き（図１の（ｂ）参照）、この傾き状態が前後・左右に対して繰り返し発生した際には、多段に設けたドーナツ形バッフル板１７の消波作用により水面の揺動が抑制される。これにより、水中を水素ガスが流通するために生じる気泡の発生が無い場合でも、上述した水のキャリーオーバが防止される。
【００２８】
一方、未加湿ガス入口１３と循環水ポンプ吸い込み口（管）１２とが水・ガス分離隔壁１８により隔絶され、未加湿ガス入口１３より流入した水素ガスは、循環水ポンプ吸い込み口（管）１２が開口・接続された水・ガス分離隔壁１８内を通らずに容器体１０の周壁と水・ガス分離隔壁１８との間隙内を所定の高さにわたって上昇するようになっているため、水中を水素ガスが流通するために生じる気泡が循環水ポンプ吸い込み口（管）１２から水とともに同伴されることが防止され、このガス巻き込みによる循環水ポンプ８のポンプ性能の低下が防止される。
【００２９】
また、前述した容器体１０の傾き状態が前後・左右に対して繰り返し発生した際には、多段に設けたドーナツ形バッフル板１７の消波作用に加えて水・ガス分離隔壁１８内に設けたドーナツ形バッフル板１７の消波作用により、容器体１０内及び水・ガス分離隔壁１８内の水面の揺動が抑制される。これにより、水中を水素ガスが流通するために生じる気泡の発生が無い場合でも、上述したガスの巻き込みが防止される。
【００３０】
このようにして本実施例の加湿器７によれば、水のキャリーオーバやガスの巻き込みを防止して安定したガス加湿と安定した循環水量の確保が図れる。
【００３１】
尚、上記実施例では、多孔質体（焼結金属体）１５と切り欠き形バッフル板１６とを併設したが、いずれか一方を省略しても良い。また、多孔質体（焼結金属体）１５を二段以上設けても良い。また、切り欠き形バッフル板１６及びドーナツ形バッフル板１７の段数は適宜変更しても良い。また、循環水ポンプ吸い込み口（管）１２を水・ガス分離隔壁１８内の容器体１０の底壁に開口・接続しても良い。また、水・ガス分離隔壁１８は筒壁に限らず、円弧状壁でも良い。また、水・ガス分離隔壁１８内に設けたドーナツ形バッフル板１７は省略しても良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。加えて、本発明の加湿器は、走行体等に搭載された燃料電池用に限らず、その他の機器にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、容器体内の循環水水面下に循環水戻り口及び循環水ポンプ吸い込み口と未加湿ガス入口が開口されると共に前記循環水水面上方に加湿ガス出口が開口された加湿器において、前記容器体内に、未加湿ガス入口からのガスが循環水ポンプ吸い込み口に吸い込まれる水に巻き込まれるのを防止する水・ガス分離隔壁を前記未加湿ガス入口より上方に位置する所定高さで二重筒状に起立し、この水・ガス分離隔壁内の下部に前記循環水ポンプ吸い込み口を開口したので、ガスの巻き込みを防止して安定した循環水量の確保が図れる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、前記加湿器は、走行体に搭載された燃料電池の反応ガスを加湿することを特徴とするので、水のキャリーオーバやガスの巻き込みを防止して電池性能や循環水ポンプ性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す加湿器の構造説明図であり、同図（ａ）は静止・循環時の断面図で同図（ｂ）は揺動・循環時の断面図である。
【図２】同じく図１（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】同じく図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】同じく図１（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図５】水中航走体に搭載される固体高分子型燃料電池の発電システム図である。
【図６】従来例の加湿器の構造説明図であり、同図（ａ）は静止・循環時の断面図で同図（ｂ）は揺動・循環時の断面図である。
【符号の説明】
１  燃料電池スタック
２  酸素タンク
３  酸素循環ブロワ
４  酸素加湿器
５  水素タンク
６  水素循環ブロワ
７  水素加湿器
８  循環水ポンプ
１０  容器体
１１  循環水戻り口
１２  循環水ポンプ吸い込み口
１３  未加湿ガス入口
１４  加湿ガス出口
１５  多孔質体
１６  切り欠き形バッフル板
１７  ドーナツ形バッフル板
１８  水・ガス分離隔壁
１９  水流通口
【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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