(57)【要約】【課題】加湿器の加湿性能を安定化させるのに有利な燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池装置は、反応ガスにより発電する燃料電池１と、燃料電池１に供給される反応ガスを加湿させる加湿器３と、燃料電池１の外面を覆わずに加湿器３の外面を加湿器３の外側から覆うカバー要素６とを具備する。【選択図】図１
2009277505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給される前記反応ガスを加湿させる加湿器と、
前記燃料電池の外面を覆わずに前記加湿器の外面を前記加湿器の外側から覆うカバー要素とを具備する燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１において、前記燃料電池と前記加湿器とを繋ぎ且つ前記加湿器で加湿された前記反応ガスを前記燃料電池に供給する供給通路が設けられており、前記カバー要素は前記加湿器と共に前記供給通路を外側から覆う燃料電池装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記燃料電池および前記加湿器は互いに隣設されており、前記燃料電池は、燃料電池本体と、前記燃料電池本体の端部に設けられたエンドプレートとを有しており、前記カバー要素は前記燃料電池の前記エンドプレートに固定されている燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記カバー要素は、前記加湿器を収容する収容室を有しており、前記カバー要素の前記収容室内にはファン要素が設けられていない燃料電池装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記カバー要素は、前記カバー要素の断熱性を高める断熱層を少なくとも一部に備えている燃料電池装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質器を収容すると共に前記燃料電池と前記加湿器と前記カバー要素とを収容すると共に排気口をもつ筐体が設けられており、前記筐体の前記収容室内には、前記筐体の前記収容室内の気体を前記排気口から排出させるファンが設けられている燃料電池装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちの一項において、前記燃料電池の内部には、冷却媒体が流れる冷却通路が形成されており、前記燃料電池の前記冷却通路に繋がる通路を形成する配管が前記カバー要素に伝熱可能に設けられている燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加湿用の中空糸膜モジュールを有する加湿器の外側を樹脂層で覆うと共に、その樹脂層を空気断熱層を介して金属外壁層で覆う構造の燃料電池システムが知られている（特許文献１）。この場合、加湿器は外気温度の変動を受けにくくなる。故に、加湿器の加湿性能を安定化させるのに有利となる。このものによれば、加湿器は燃料電池とは隣設されていない。更に、熱交換機能を有する外装ケースの収容室に燃料電池スタックを収容した燃料電池装置が知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００７−２０７４５６号公報
【特許文献２】特開２０００−２６０４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、燃料電池および加湿器を備える燃料電池装置によれば、加湿器の加湿性能を安定化させるため、更なる改良が要請されている。
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、加湿器の加湿性能を安定化させ、ひいては燃料電池の発電性能を安定化させるのに有利な燃料電池装置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】
【０００５】
本発明に係る燃料電池装置は、反応ガスにより発電する燃料電池と、燃料電池に供給される反応ガスを加湿させる加湿器と、燃料電池の外面を覆わずに加湿器の外面を加湿器の外側から覆うカバー要素とを具備する。
【０００６】
燃料電池は反応ガスにより発電する。反応ガスとしてはカソードガスおよびアノードガスが挙げられる。燃料電池の膜電極接合体は、平膜型でも良いし、チューブ型でも良い。加湿器は、燃料電池に供給される反応ガスを加湿させる。加湿器は、燃料電池に供給される反応ガスを加湿させる機能を有すれば、その構造は限定されない。従って、加湿器としては、燃料電池のカソードに供給されるカソードガスを加湿させるタイプでも良い。場合によっては、加湿器としては、燃料電池のアノードに供給されるアノードガスを加湿させるタイプでも良い。加湿器としては、水分保持性を有する膜を加湿通路と吸湿通路とで挟む構造が採用される。膜としては、平シート型、中空糸膜型が挙げられる。
【０００７】
カバー要素は、燃料電池の外面を覆わずに加湿器の外面を加湿器の外側から覆う。カバー要素は燃料電池の外面を覆わない。カバー要素は、前述したように、燃料電池の外面を覆わずに加湿器の外面を加湿器の外側から覆う。このため加湿器は、外部雰囲気の影響を受けにくくなる。このため外部の雰囲気温度が急激に変動したとしても、加湿器自体の温度および加湿器の内部の雰囲気温度の変動が抑制される。このため発電反応前の反応ガスを加湿器で加湿させる加湿処理を安定的に実行することができる。従って燃料電池の発電性能を安定化させるのに有利である。
【０００８】
本発明によれば、次の態様が挙げられる。
【０００９】
・燃料電池と加湿器とを繋ぎ且つ加湿器で加湿された反応ガスを燃料電池に供給する供給通路が設けられている態様が好ましい。供給通路としては、反応ガスが通過する通路でも良いし、バルブでも良い。この場合、カバー要素は加湿器と共に供給通路を外側から覆う態様が好ましい。カバー要素の材質としては特に限定されず、金属、セラミックス、樹脂が挙げられる。カバー要素は、加湿器を密閉状態で覆っていても良いし、隙間、開口等を介して覆っていても良い。
【００１０】
・燃料電池および加湿器は互いに隣設されている態様が好ましい。加湿器は燃料電池の膜電極接合体の積層方向において隣設されていることが好ましい。隣設は、燃料電池および加湿器が隣りあっていることを意味する。この場合、燃料電池と加湿器との間にバルブ、配管等の補助具が介在していても良い。
【００１１】
燃料電池は、燃料電池本体と、燃料電池本体の端部に設けられたエンドプレートとを有することが好ましい。この場合、カバー要素は燃料電池のエンドプレートに固定されている態様が好ましい。この場合、燃料電池の熱をエンドプレートを介してカバー要素、ひいては加湿器に伝熱することができる。この場合、カバー要素の温度、ひいては加湿器の温度を燃料電池の温度に近づけるのに有利である。
【００１２】
・カバー要素は、加湿器を収容する収容室を有しており、カバー要素の収容室内にはファン要素が設けられていない態様が好ましい。ファン要素が設けられていても良い。ファン要素は、カバー要素の収容室内の空気を攪拌できるものであれば良い。
【００１３】
・カバー要素は、カバー要素の断熱性を高める断熱層を備えている態様が好ましい。この場合、カバー要素で包囲されている加湿器は外気の温度の変動を一層受けにくくなる。断熱層としては樹脂材料、セラミックス材料、多孔質層、中空層が挙げられる。
【００１４】
・燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質器を収容すると共に燃料電池と加湿器とカバー要素とを収容すると共に排気口をもつ筐体が設けられている態様が好ましい。この場合、筐体の収容室内の気体を排気口から排出させるファンが筐体の収容室内に設けられている。
【００１５】
・燃料電池の内部には、冷却媒体が流れる冷却通路が形成されていることがこの好ましい。冷却媒体は気相状でもよいし、液相状でも良いし、気相および液相が共存する状態でも良い。燃料電池の冷却通路に繋がる通路を形成する配管がカバー要素に伝熱可能に設けられていることが好ましい。燃料電池からの受熱により昇温された冷却媒体は配管内を流れるため、カバー要素は暖められる。この場合、カバー要素の温度を燃料電池の温度に近づけることができる。ひいては、カバー要素で覆われる加湿器の温度を燃料電池の温度に近づけることができる。配管はカバー要素の内面に配置されていても良いし、外面に配置されていても良いし、カバー要素の壁の肉厚内に配置されていても良い。
【００１６】
・アノードガス用の配管は、カバー要素６の外側に配置されていることが好ましい。従って、アノードガス用の供給管およびアノードガス用の排出管のうちの少なくとも一方は、カバー要素６の外側に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、カバー要素は燃料電池を覆っていないものの、加湿器を覆っているので、加湿器の温度を安定化させるのに有利であり、ひいては加湿器の加湿性能を安定化させるのに有利となる。ここで、加湿器の加湿性能の安定化は、燃料電池の発電性能の安定化に繋がる。カバー要素は燃料電池を覆っていないため、そのぶんカバー要素の小型化を図り得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１および図２を参照して説明する。図１および図２は燃料電池装置の異なる位置の断面を示す。図１において、燃料電池装置は、燃料電池のスタック１と、スタック１に供給されるカソードガス（空気等の酸素含有ガス）を加湿させる加湿器３と、スタック１の外面を覆わずに加湿器３の外面を加湿器３の外側から覆うカバー要素６とを備えている。
【００１９】
スタック１は、電解質膜１０を挟むカソード１１とアノード１２とを有しており、カソード１１に供給されたカソードガス（反応ガス）と、アノード１２に供給されたアノードガス（アノード流体）により発電する。電解質膜１０は炭化フッ素系または炭化水素系の固体高分子型とされているが、無機材料で形成しても良い。
【００２０】
すなわち、スタック１の膜電極接合体は、カソードガス（反応ガス）が供給されるカソード１１と、アノードガス（反応ガス）が供給されるアノード１２と、カソード１１およびアノード１２で挟持されるイオン伝導性を有する電解質膜１０とを備えている。カソード１１は、カソード触媒を有する多孔質のカソード触媒層１１０ｃと、多孔質のカソード拡散層１１１ｃとで形成されている。アノード１２は、アノード触媒を有する多孔質のアノード触媒層１２０ａと、多孔質のアノード拡散層１２１ａとで形成されている。
【００２１】
この場合、スタック１は、多数の膜電極接合体を積層した構造をもつスタック本体１３と、スタック本体１３の一方の端部に設けられた金属製の第１エンドプレート１４と、スタック本体１３の他方の端部に設けられた金属製のプレッシャープレート１５と、プレッシャープレート１５に間隔を隔てて対面する金属製の第２エンドプレート１６と、電気絶縁部材１７ａ，１７ｂを有する。金属としては、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼等の合金鋼、アルミニウム合金が挙げられる。第１エンドプレート１４は、互いに背向する平坦状をなす一方の表面１４１および平坦状をなす他方の表面１４２を有する。第１エンドプレート１４の他方の表面１４２は、スタック１の電気絶縁部材１７ａに対面する。プレッシャープレート１５と第２エンドプレート１６との間には、付勢部材としてのバネ１８が介在している。
【００２２】
なお、１９は電気取出部材を示し、２０はテンション部材を示す。テンション部材２０は取付具２０ｒを介して第１エンドプレート１４および第２エンドプレート１６に固定されている。ここで、スタック１が発電運転すると、スタック１は積層方向（矢印Ｘ方向）に膨張するおそれがある。この場合、矢印Ｘ方向において引張力がテンション部材２０に作用する。
【００２３】
加湿器３は、スタック１のカソード１１に供給されるカソードガスを加湿させる。加湿器３は、スタック１のカソード１１に供給されるカソードガスを加湿させる機能を有すれば、その構造は限定されない。加湿器３としては、水分保持性を有する平シート形状をなす水分保持性を有する固体高分子型の膜３１（例えば炭化水素系または炭化フッ素系）と、加湿通路３２および吸湿通路３３を形成する板体３８とを有する平膜型の加湿器が採用される。但し、加湿器３は中空糸膜構造としても良い。膜３１の一面は加湿通路３２に対面する。膜３１の他面は吸湿通路３３に対面する。
【００２４】
ここで、吸湿通路３３を流れるカソードオフガス（スタック１のカソード１１の出口から排出された発電反応後のガス）は、発電反応を経ているため、加湿通路３２を流れるカソードガス（スタック１のカソード１１の入口に供給される発電反応前のガス）よりも、相対的に高い湿度および相対的に高い温度をもつ。ここで、発電反応後の高温および高湿のカソードオフガスは、吸湿通路３３を流れるとき、吸湿通路３３に対面する膜３１に水分および熱を与える。発電反応前のカソードガス（一般的には外気）は、発電反応後のカソードオフガスよりも相対的に低温および低湿であるため、加湿通路３２を流れるとき、加湿器３の膜３１から水分および熱を与えられ、加湿および昇温され、その後、スタック１のカソードに供給される。
【００２５】
図１に示すように、加湿器３は、カソードガス入口３４と、カソードガス出口３５と、カソードオフガス入口４４と、カソードオフガス出口４５とを有する。加湿器３のカソードガス入口３４には入口通路４６が設けられている。入口通路４６は、新鮮なカソードガスを加湿器３の加湿通路３２に供給させる。加湿器３の加湿通路３２で加湿されたカソードガスは、加湿器３のカソードガス出口３５から吐出される。
【００２６】
加湿器３のカソードガス出口３５とスタック１のカソード１１の入口とは、供給通路４８で繋がれている。供給通路４８は、加湿器３の加湿通路３２で加湿および昇温されたカソードガスをスタック１のカソード１１に供給するものであり、通路４８１と、通路４８１を開閉させる供給バルブ４８２とを有する。
【００２７】
スタック１のカソード１１の出口と加湿器３のカソードオフガス入口４４とは、排出通路４９で繋がれている。排出通路４９は、スタック１のカソード１１から吐出された高温および高湿のカソードオフガスを加湿器３の吸湿通路３３に向けて排出させる。排出通路４９は、通路４９１と、通路４９１を開閉させる排出バルブ４９２とを有する。加湿器３のカソードオフガス出口４５には出口通路４７が設けられている。出口通路４７は、加湿器３の加湿通路３２から吐出されたカソードオフガスを外気に吐出させる。図１に示すように、スタック１および加湿器３は、スタック１の膜電極接合体が積層される方向（矢印Ｘ方向）において、直列的に互いに隣設されている。
【００２８】
図１および図２に示すように、カバー要素６は、スタック１の外面を覆わずに、加湿器３の外面を加湿器３の積層方向において加湿器３の外側から覆う。カバー要素６は開口６１および収容室６２を有する箱形状をなしており、加湿器３の積層方向に外側から覆っており、加湿器３の第１エンドプレート１４に対面する壁体６ａと、加湿器３の一側面に対面するように加湿器３の積層方向に延びる壁体６ｂと、加湿器３の他側面に対面するように加湿器３の積層方向に延びる壁体６ｃとを有する。但し、図１および図２に示すように、カバー要素６はスタック１の外面を覆わない。従って、スタック１のアノード１２からアノード活物質（水素等）が万一流出するとしても、カバー要素６の収容室６２に、スタック１のアノード１２から流出された可燃性をもつアノード活物質（水素等）が滞留することが抑制される。すなわち、アノード活物質（水素等）がスタック１の周辺に滞留することが抑制される。更に、カバー要素６はスタック１を覆っていないため、そのぶんカバー要素６のサイズの小型化を図り得る。
【００２９】
上記したようにカバー要素６は、スタック１の外面を覆わずに、加湿器３の外面を加湿器３の外側から覆う。このため外部の雰囲気温度が急激に変動したとしても、加湿器３自体の温度の変動および加湿器３の内部の温度の変動がカバー要素６により抑制される。従って、発電反応前のカソードガスを加湿器３で加湿させる加湿処理を安定的に実行することができる。
【００３０】
カバー要素６は金属製の板で形成されている。あるいは、カバー要素６は、カバー要素６の断熱性を高める断熱層６ｍを備えていても良い。断熱層６ｍとしては樹脂材料、セラミックス材料、ガラス材料、多孔質層が挙げられる。断熱層６ｍは、カバー要素６の内面に被覆されているが、あるいは、カバー要素６の外面に被覆されていても良い。但し場合によっては、断熱層６ｍを廃止しても良い。
【００３１】
カバー要素６は、スタック１の第１エンドプレート１４に固定されている。この場合、第１エンドプレート１４のうちスタック１と反対側に形成されている一方の表面１４１には、雌螺子孔１４０（取付孔）が形成されている。カバー要素６のうち外方向に延びる取付フランジ部６ｆをシール部１４５を介して第１エンドプレート１４の一の表面１４１に対面させる。シール部１４５を廃止しても良い。
【００３２】
上記した状態で、取付具６６を取付フランジ部６ｆの透孔に通し、取付具６６の雄螺子部６６ｍをスタック１の第１エンドプレート１４の雌螺子孔１４０に螺合させる。かかる構造であれば、スタック１が発電運転するとき、スタック１が積層方向（矢印Ｘ方向）に膨張し、テンション部材２０に矢印Ｘ方向における膨張力が作用する場合であっても、取付具６６および雌螺子孔１４０に異常な力が作用することが抑制される。この場合、カバー要素６の取付フランジ部６ｆはスタック１の第１エンドプレート１４に伝熱可能に接触しているため、スタック１の第１エンドプレート１４からの伝熱を期待でき、カバー要素６の過剰の低温化抑制に貢献できる。
【００３３】
スタック１の発電運転時には、スタック１には発電反応に伴い発熱が発生する。このためスタック１の内部には冷却媒体（例えば冷却水等のスタック冷却液）が流れ、スタック１の過熱を抑制している。ここで、スタック１および加湿器３は互いに隣設されている。従って、スタック１の発電運転においてスタック１の熱を、スタック１の第１エンドプレート１４を介して加湿器３に伝達させることができる。この場合、加湿器３の温度をスタック１の温度にできるだけ近づけるのに有利である。このため加湿器３とスタック１とにおける温度偏りが抑制される。従って、加湿器３で加湿されたカソードガスをスタック１のカソード１１の入口に供給させるにあたり、供給通路４８を流れるカソードガスがスタック１のカソード１１の入口に流入したとたん、過剰冷却されることが抑制される。ひいては、供給通路４８からスタック１のカソード１１の入口に供給されるカソードガスに含まれている水分が、スタック１のカソード１１に流入した直後において、あるいは、スタック１のカソード１１に流入する直前において、過剰に凝縮してしまう問題が抑制される。従ってスタック１のカソード１１の入口におけるフラッディングを抑制させるのに有利である。なお、フラッディングはガスの流路を狭めることをいう。
【００３４】
本実施形態によれば、前述したように、スタック１のカソード１１の入口と加湿器３の加湿通路３２とを繋ぐカソードガス用の供給通路４８が設けられている。この場合、図１に示すように、カバー要素６は加湿器３と共に供給通路４８の通路４８１および供給バルブ４８２を外側から覆う。このため、スタック１の発電運転時において、供給通路４８が使用環境の影響を受けにくくなる。よって、供給通路４８の温度を安定させることができる。従って、使用環境が低温であるときであっても、加湿器３で加湿および加温されたカソードガスが供給通路４８を流れるとき、カソードガスが外気で急冷されることが抑制される。ひいては、供給通路４８からスタック１のカソード１１の入口に供給されるカソードガスに含まれている水分が、スタック１のカソード１１に流入した直後において、あるいは、スタック１のカソード１１に流入する直前において、過剰に凝縮してしまう問題が抑制され、過剰の凝縮水が生成されることが抑制される。故に、スタック１のカソード１１の入口付近におけるフラッディングを抑えるのに有効である。
【００３５】
更に前述したように、図１に示すように、スタック１のカソード１１の出口と加湿器３の吸湿通路３３とを繋ぐ排出通路４９が設けられている。この場合、カバー要素６は加湿器３、供給通路４８と共に排出通路４９を外側から覆う。このため、排出通路４９の温度を安定させることができる。
【００３６】
本実施形態によれば、カバー要素６は、前述したように、加湿器３を収容する収容室６２を有する。しかし、カバー要素６の収容室６２内にはファン要素が設けられていない。ここで、カバー要素６は、カソードガスを加湿させる加湿器３を外側から覆うものである。万一、加湿器３から流出したカソード活物質がカバー要素６の収容室６２内に滞留するとしても、カソード活物質はアノード活物質（水素）と異なり、それ自体は可燃性の問題が無いため、カソード活物質の滞留による不具合が抑えられる。なお、本システムが改質器を有する場合であっても、カバー要素６の収容室６２には改質器が収容されていない。カバー要素６は、加湿器３のセパレータの合わせ面３ｗに対面しているものの、スタック１の各セルの合わせ面１ｗに対面していない。このため、万一、スタック１の合わせ面１ｗからガスが流出するときであっても、ガスがカバー要素６の収容室６２内に溜まることが抑制されている。
【００３７】
図２に示すように、スタック１のアノード１２の入口には供給通路５８が繋がれている。供給通路５８には供給バルブ５８２が設けられている。スタック１のアノード１２の出口には排出通路５９が繋がれている。排出通路５９には排出バルブ５９２が設けられている。供給通路５８および排出通路５９は、アノードガスおよびアノードオフガスを流すためのものであるため、カソードガス用の加湿器３には連通していない。
【００３８】
本実施形態によれば、図２に示すように、カバー要素６は加湿器３と共に供給通路５８を外側から覆う。このためスタック１の発電運転時において、供給通路５８の温度を安定させることができる。従って、使用環境が低温であるときであっても、アノードガスが供給通路５８を流れるとき、アノードガスが外気で急冷されることが抑制される。ひいては、供給通路５８からスタック１のアノード１２の入口に供給されるアノードガスに含まれている水分が、スタック１のアノード１２に流入した直後において、あるいは、スタック１のアノード１２に流入する直前において、過剰に凝縮してしまう問題が抑制される。故に、スタック１のアノード１２の入口付近におけるフラッディングを抑えるのに有効である。
【００３９】
更に前述したように、カバー要素６は図２に示す如く加湿器３、供給通路５８と共に排出通路５９を外側から覆う。このため、アノードオフガス用の排出通路５９の温度を安定させることができる。
【００４０】
図１に示すように、カバー要素６には、入口通路４６および出口通路４７が弾性シール部５０を介して挿入されている。更に図２に示すように、供給通路５８および排出通路５９が弾性シール部５０を介して挿入されている。弾性シール部５０は樹脂やゴム等のシール材料で形成されている。このため。カバー要素６の収容室６２は、閉鎖性が高い閉鎖室（密閉室）とされており、カバー要素６の外部の空気の影響を受けにくくするため、当該空気が収容室６２に進入しにくくされている。なお本実施形態においては、弾性シール部５０を廃止し、弾性シール部５０の位置に微小隙間を形成しても良い。必要に応じて、加湿器３のエンドプレート３０をスタック１の第１エンドプレートの１４の一方の表面１４１に伝熱可能に接触させても良い。
【００４１】
（実施形態２）
図３は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図３に示すように、入口通路４６と供給通路４８とを繋ぐバイパス通路４８ｂが設けられている。バイパス通路４８ｂは、入口通路４６の入口バルブ４６２と、供給通路４８の供給バルブ４８２とを連通させている。更に、出口通路４７と排出通路４９とを繋ぐバイパス通路４９ｂが設けられている。カソードオフガス用のバイパス通路４９ｂは、排出通路４９の排出バルブ４９２と、出口通路４７の出口バルブ４７２とを連通させている。
【００４２】
フラッディングが発生し易いときのように、スタック１のカソード１１に供給されるカソードガスを加湿させる要請が少ないときには、入口バルブ４６２および供給バルブ４８２の調整により、加湿器３を迂回させるべく、カソードガスをバイパス通路４８ｂに流す流量を増加させると共に、カソードガスを加湿器３の加湿通路３２に流す流量を減少させる。これによりスタック１のカソード１１に供給されるカソードガスの加湿量を低下させることができる。
【００４３】
また、フラッディングが発生し易いときのように、スタック１のカソード１１から排出されたカソードオフガスの水分を加湿器３に与える要請が少ないときには、出口バルブ４７２および排出バルブ４９２の調整により、燃料電池のカソード１１の出口から排出された高温および高湿のカソードオフガスをバイパス通路４９ｂに流す流量を増加させると共に、カソードオフガスを加湿器３の吸湿通路３３に流す流量を減少させる。
【００４４】
本実施形態によれば、図３に示すように、カバー要素６は箱形状をなしており、供給通路４８、バイパス通路４８ｂの大部分（１／２以上）、排出通路４９、バイパス通路４９ｂの大部分（１／２以上）を外側から覆っている。このためカバー要素６の外方の温度が変動するときであっても、温度の変動の影響を抑制できる。故に、供給通路４８、バイパス通路４８ｂ、排出通路４９、バイパス通路４９ｂの温度を安定化させることができる。カバー要素６は、入口バルブ４６２、出口バルブ４７２を覆っていても良い。なお本実施形態においては、必要に応じて、加湿器３のエンドプレート３０をスタック１の第１エンドプレートの１４の一方の表面１４１に伝熱可能に接触させても良い。
【００４５】
なお、図示しないものの、アノードガス用の供給管５８およびアノードガス用の排出管５９（アノードガス配管）は、エンドプレート１４から導出されており、カバー要素６の外側に配置されている。供給管５８および排出管５９からアノードガスまたはアノードオフガスが洩れたときであっても、カバー要素６内に溜まることが抑制される。  
【００４６】
（実施形態３）
図４および図５は実施形態３を示す。本実施形態は前記した実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図４に示すように、スタック１の第１エンドプレート１４のうちスタック１と反対側に位置する平坦状をなす一方の表面１４１には、加湿器３のエンドプレート３０が伝熱的に接触している。スタック１の発電運転時には、スタック１には発電反応に伴い発熱が発生する。スタック１の熱を第１エンドプレート１４を介して加湿器３に伝達させることができる。この場合、加湿器３の温度をスタック１の温度にできるだけ近づけるのに有利である。このため加湿器３とスタック１とにおける温度偏りが抑制される。従って、加湿器３で加湿された発電反応前のカソードガスをスタック１のカソード１１の入口に供給させるにあたり、供給通路４８を流れるカソードガスがスタック１のカソード１１の入口に流入したとたん、過剰冷却されることが抑制される。ひいては、供給通路４８からスタック１のカソード１１の入口に供給されるカソードガスに含まれている水分が、スタック１のカソード１１に流入した直後において、あるいは、スタック１のカソード１１に流入する直前において、過剰に凝縮してしまう問題が抑制される。従ってスタック１のカソード１１におけるフラッディング、殊に、カソード１１の入口におけるフラッディングを抑制させるのに有利である。
【００４７】
図４に示すように、供給バルブ４８２、排出バルブ４９２は、スタック１の第１エンドプレート１４の平坦状の一方の表面１４１に伝熱可能に接触または接近している。このためスタック１の熱を第１エンドプレート１４を介して供給バルブ４８２、排出バルブ４９２に伝達させることができる。この場合、供給バルブ４８２、排出バルブ４９２の温度をスタック１の温度にできるだけ近づけるのに有利であり、温度偏りが抑制される。更に図５に示すように、アノードガス用の供給バルブ５８２、アノードガス用の排出バルブ５９２は、スタック１の第１エンドプレート１４の一方の表面１４１に伝熱可能に接触または接近している。このためスタック１の熱を第１エンドプレート１４を介して供給バルブ５８２、排出バルブ５９２に伝達させることができる。この場合、供給バルブ５８２、排出バルブ５９２の温度をスタック１の温度にできるだけ近づけるのに有利であり、温度偏りが抑制される。
【００４８】
（実施形態４）
図６は実施形態４を示す。本実施形態は前記した実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図６に示すように、カバー要素６は、内部材６０１と、外部材６０２と、内部材６０１と外部材６０２との間に設けられた中空室で形成されている断熱層６０３と、内部材６０１と外部材６０２とを繋ぐ連設部６０４とを有する。断熱層６０３は、高真空度をもつ真空断熱層、または、空気が収容されている空気断熱層とされている。この場合、カバー要素６の外部の温度の影響を加湿器３は一層受けにくくなり、加湿器３の温度の安定化を図り得る。カバー要素６は図略の取付具によりスタック１の第１エンドプレート１４に伝熱的に接触しつつ保持されている。
【００４９】
（実施形態５）
図７は実施形態５を示す。本実施形態は前記した実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図７に示すように、カバー要素６は、メンテナンス作業用の開口窓６ｐと、開口窓６ｐを開閉可能な蓋部材６ｗとを備えている。加湿器３をメンテナンスするとき、メンテナンス作業者は取付具６ｓを外して蓋部材６ｗを離脱させ、開口窓６ｐを開放された状態で、開口窓６ｐから作業を行う。この場合、カバー要素６全体をスタック１から離脱させずとも、加湿器３をメンテナンスすることができる。なお本実施形態においても、加湿器３のエンドプレート３０をスタック１の第１エンドプレートの１４の一方の表面１４１に伝熱可能に接触させても良い。
【００５０】
（実施形態６）
図８は実施形態６を示す。本実施形態は前記した実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図８に示すように、カバー要素６は、スタック１の第１エンドプレート１４に固定されている。この場合、第１エンドプレート１４のうち一方の表面１４１と他方の表面１４２との間に形成されている側端面１４４には、雌螺子孔１４０（取付孔）が形成されている。
【００５１】
カバー要素６の取付部６ｅを第１エンドプレート１４の側端面１４４に対面させる。その状態で、取付具６６を取付部６ｅの透孔に通し、取付具６６の雄螺子部６６ｍをスタック１の第１エンドプレート１４の側端面１４４の雌螺子孔１４０に螺合させる。図８に示すように、カバー要素６の収容室６２にはファン６２ｘが配置されている。ファン６２ｘが低速で回転駆動すると、カバー要素６の収容室６２の内部の空気は攪拌され、収容室６２の温度のさらなる均一化が図られる。但し、ファン６２ｘを廃止しても良い。なお本実施形態においても、加湿器３のエンドプレート３０をスタック１の第１エンドプレートの１４の一方の表面１４１に伝熱可能に接触させても良い。なお、図示しないものの、スタック１のエンドプレート１４，１６間にはテンション部材が設けられている。
【００５２】
（実施形態７）
図９は実施形態７を示す。本実施形態は前記した実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を有する。燃料電池システムは、燃料電池のスタック１、スタック１に隣設されて組み付けられた加湿器３と、スタック１を包囲せずに加湿器３を包囲するカバー要素６と、改質するための燃料用原料（炭化水素系のガス）を改質させてアノードガス（水素含有ガス）を生成させる改質器８０と、ファン８５と、燃料電池システムの外箱となる筐体９とを有する。筐体９は、スタック１、カバー要素６、改質器８０、ファン８５を包囲する。改質器８０は、液体状または気体状の燃料用原料が供給される改質部８０１と、改質部８０１をこれの改質温度領域に加熱させる燃焼部８０２とを備えている。ポンプ等の搬送源３０１が駆動すると、供給通路３００を介して燃料用原料が改質部８０１に供給される。更に分岐通路３０３を介して燃料用原料が燃焼部８０２に供給され、燃焼部８０２で燃焼される。ポンプ等の搬送源４０１が駆動すると、燃焼用空気は供給通路４００を介して燃焼部８０２に供給される。
【００５３】
改質器８０における改質反応で生成されたアノードガス（水素含有ガス）は、スタック１のアノードに供給される。ここで、ファン８５が回転駆動すると、筐体９の内部の空気は攪拌されると共に、筐体９の天井壁に形成された排気口９０から外方に放出される。図９に示すように、筐体９のうち改質器８０と加湿器３とを繋ぐ方向における中心線をＰ１とする。改質器８０と加湿器３とで中心線Ｐ１を挟むように、放熱源となり得る改質器８０から加湿器３は遠ざけられている。このため、加湿器３の加湿運転は、放熱源となり得る改質器８０の影響を抑制できる。
【００５４】
（実施形態８）
図１０は実施形態８を示す。本実施形態は前記した実施形態８と基本的には同様の構成および作用効果を有する。スタック１に組み付けられている加湿器３は、改質器８０側に配置されており、改質器８０に対向している。この場合、加湿器３は、直接的に改質器８０に対向して配置されていても良いし、あるいは、他の部材を介して改質器８０に対向して配置されていても良い。カバー要素６は加湿器３を外側から覆う。このため、スタック１の発電運転時において、放熱源となり得る改質器８０からの影響を加湿器３が受けにくくなる。よって、加湿器３の温度を安定させることができ、加湿器３の加湿処理を安定させることができる。この場合、筐体９内の配置レイアウト上、加湿器３を改質器８０に対向させて配置せざるを得ない場合に有効である。
【００５５】
（実施形態９）
図１１は実施形態９を示す。本実施形態は前記した実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図１１に示すように、カバー要素６は開口６１および収容室６２を有する箱形状をなしており、壁体６ａ，６ｂ，６ｃを有する。スタック１の内部には冷却通路１ｘが形成されている。スタック冷却水等のスタック冷却液（スタック冷却媒体）がスタック１の冷却通路１ｘをポンプ等の搬送源１ｙにより流れる。これにより発電運転しているスタック１からスタック冷却液が受熱するため、スタック１の過熱が抑制され、スタック１の耐久性が高まる。スタック１の第１エンドプレート１４には、冷却通路１ｘに連通する通過孔１４ｒ，１４ｓが形成されている。
【００５６】
更に、通過孔１４ｒ，１４ｓに繋がる通路１０１を形成する配管１００が、カバー要素６の壁体の内面に沿って溶接により保持されている。配管１００は金属等の伝熱材料で形成されている。溶接に代えて、保持具で配管１００がカバー要素６に保持しても良い。配管１００はカバー要素６に対して伝熱可能とされている。配管１００の通路１０１は、通過孔１４ｒ，１４ｓ、冷却通路１ｘに連通しており、スタック冷却液を循環させる循環通路５００を構成している。循環通路５００は、イオン交換樹脂等の水精製材を有する水精製器５０２と、循環通路５００を流れるスタック冷却液を放熱させる熱交換器５０３とを有する。ここで、発電運転中、ポンプ等の搬送源１ｙが駆動すると、循環通路５００において水精製器５０２で精製された純水度が高いスタック冷却液は、通過孔１４ｒを介して、スタック１の内部の冷却通路１ｘに流れ、スタック１から受熱して昇温され、更に、通過孔１４ｓを介して配管１００の通路１０１を流れ、熱交換器５０３で放熱させる。このようにスタック１の内部から受熱した暖かい（例えば６０〜８５℃）スタック冷却液は、配管１００の通路１０１を流れる。このため配管１００によりカバー要素６の温度が確保される。ひいてはカバー要素６で包囲されている加湿器３の保温性が確保される。この場合、加湿装置３は外部の温度の変動の影響を一層受けにくくなる。殊に冬季や寒冷地等に有効である。
【００５７】
換言すると、カバー要素６の温度をスタック１の温度（スタック冷却液の温度）に近づけるのに有利となる。ひいてはカバー要素６で包囲される加湿器３の温度を、スタック１の温度に近づけるのに有利となる。よって加湿器３からスタック１のカソードに供給されるカソードガスがスタック１のカソードで急激に冷却されることが抑制される。従って、スタック１のカソードにおけるフラッディングの抑制に有利である。殊に、スタック１のカソードの入口付近におけるフラッディングの抑制に有利である。
【００５８】
（実施形態１０）
図１２は実施形態１０を示す。本実施形態は前記した実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図１２に示すように、カバー要素６の収容室６２において、加湿器３とカバー要素６との間の空間には保温材料６２０が収容されている。保温材料６２０は、例えば粒状および／または繊維状にでき、発泡材料で形成できる。この場合、加湿装置３は外部の温度の変動の影響を一層受けにくくなる。なお、テンション部材２０の図示は省略されている。
【００５９】
（実施形態１１）
図１３は実施形態１１を示す。本実施形態は前記した実施形態１，２と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図１３に示すように、アノードガス用の供給管５８およびアノードガス用の排出管５９（アノードガス配管）は、エンドプレート１４から導出されており、カバー要素６の外側に配置されている。供給管５８および排出管５９からアノードガスまたはアノードオフガスが洩れたときであっても、カバー要素６内に溜まることが抑制される。カバー要素６は取付具６００によりエンドプレート１４に固定されている。
【００６０】
（他の実施形態）
上記した加湿器３はカソードガスを加湿させるものであるが、アノードガスを加湿させるものとしても良い。上記した加湿器３は平膜構造に限定されず、多数の中空糸膜を集合させた構造でも良い。スタック１の構造はこれに限定されず、場合によってはエンドプレート１４，１６、テンション部材２０を備えていない形態でも良い。カバー要素６の形状は角箱形状されているが、これに限らず、スタック１の形状に応じて変更できる。加湿器３は、スタック１の膜電極接合体の積層方向において隣設されているが、これに限らず、スタック１の膜電極接合体の積層方向と直交する方向において隣設されていても良い。アノードガス用の供給管５８およびアノードガス用の排出管５９（アノードガス配管）は、第２エンドプレート１６側から延設されていても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態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可能である。ある実施形態に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、携帯用、可搬用等の燃料電池システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施形態１に係り、カソードガス用の供給通路およびカソードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の断面図である。
【図２】実施形態１に係り、アノートガス用の供給通路およびアノードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の断面図である。
【図３】実施形態２に係り、カソードガス用の供給通路およびカソードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の断面図である。
【図４】実施形態３に係り、カソードガス用の供給通路およびカソードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の断面図である。
【図５】実施形態３に係り、アノートガス用の供給通路およびアノードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の断面図である。
【図６】実施形態４に係り、カソードガス用の供給通路およびカソードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の断面図である。
【図７】実施形態５に係り、カソードガス用の供給通路およびカソードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の断面図である。
【図８】実施形態６に係り、カソードガス用の供給通路およびカソードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の断面図である。
【図９】実施形態７に係り、燃料電池装置および改質器を筐体に収容している燃料電池システムの断面図である。
【図１０】実施形態８に係り、燃料電池装置および改質器を筐体に収容している燃料電池システムの断面図である。
【図１１】実施形態９に係り、燃料電池装置および改質器を筐体に収容している燃料電池システムの断面図である。
【図１２】実施形態１０に係り、カソードガス用の供給通路およびカソードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の断面図である。
【図１３】実施形態１１に係り、カソードガス用の供給通路およびカソードオフガス用の排出通路を示す燃料電池装置の端面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１はスタック、１０は電解質膜、１１はカソード、１２はアノード、１３はスタック本体、１４は第１エンドプレート、１４１は一方の表面、１４２は他表面、１８はバネ、３は加湿器、３０はエンドプレート、３１は膜、３２は加湿通路、３３は吸湿通路、６はカバー要素、６２は収容室、６６は取付具、８０は改質器、８０１は改質部、８０２は燃焼部、９は筐体を示す。
【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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【図１２】
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【図１３】
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