JP2005353580A - 燃料電池の加湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加湿後のガスを加熱するための専用のヒーターが不要で、かつ、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができる燃料電池の加湿装置の提供。
【解決手段】（１）ガスを燃料電池を運転するに適する湿度に加湿するための加湿タンク２と、加湿タンクと燃料電池とを接続し、少なくとも一部が内管と外管を有する二重管から構成された、加湿タンク下流のガス配管３と、温水を二重管の内管と外管との間に循環させる温水循環経路４と、を備えた燃料電池の加湿装置１。
（２）温水循環経路４が、加湿タンク内の加湿水を加湿タンク下流の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間に循環させる加湿水循環経路からなる。
（３）温水循環経路４が、燃料電池冷却後の燃料電池冷却水を加湿タンク下流の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間に循環させる燃料電池冷却水循環経路からなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池の加湿装置に関する。

固体高分子電解質型燃料電池１０は、図４〜図６に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。積層方向は上下方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
セパレータ１８には、アノード１４、カソード１７に燃料ガス（たとえば、水素）および酸化ガス（たとえば、酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）と、その裏面に冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。また、セパレータ１８には、燃料ガス流路２７に燃料ガスを供給、排出するための燃料ガスマニホールド３０、酸化ガス流路２８に酸化ガスを供給、排出するための酸化ガスマニホールド３１、冷媒流路２６に冷媒を供給、排出するための冷媒マニホールド２９が形成されている。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねて単位燃料電池（「単セル」ともいう）１９を構成し、少なくとも１つのセルからモジュール（図２〜図４では１モジュールが１セルから構成される場合を示しており、セル１９とモジュールが等しいので、モジュールにも符号１９を付す）を構成し、モジュール１９を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、エンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）、ボルト・ナット２５により固定し、セル積層体にセル積層方向の締め付け荷重を付与して、燃料電池スタック２３を構成する。

各セル１９の、アノード側１４では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- ＋（１／２）Ｏ₂ →Ｈ₂ Ｏ
上記の発電が円滑に行われるには、電解質膜が適正な湿潤状態にあることが必要であり、そのために、反応ガス（たとえば、酸化ガス）は加湿装置で加湿された後に燃料電池に供給される。

特開２０００−６７８９３号公報は、または図７は、外周にヒーターを巻き付けて加熱された加湿タンク２内にガス８を導入し、加湿タンク２内の加湿水９中に放出してバブリングさせることによりガスを加湿し、加湿ガスが溜まった加湿タンク２内の上部空間から加湿ガスを加湿ガス取出し管（加湿タンク下流ガス配管）３で取り出して燃料電池１０に供給する装置を開示している。また、加湿ガス取出し管３を通る時に加湿ガス中の蒸気が結露しないように、加湿ガス取出し管２には加湿タンク１とは別のヒーター４Ｈが巻き付けられている。これは、加湿後のガスが温度を露点以上の温度に維持しないと結露し、狙いの加湿量からずれたり、水滴が燃料電池内に入るとガスの供給が水滴で阻害され燃料電池運転に影響を与える場合があるので、それを避けるためである。図７中、ＭＦＣは流量制御バルブを示し、４０は燃料電池冷却水の循環ポンプ４０を示し、４１は燃料電池１０から出たガスの背圧弁を示す。
特開２０００−６７８９３号公報

しかし、従来の加湿装置には、つぎの課題がある。
（イ） 加湿後のガスを保温するために、加湿タンク下流配管に、加湿タンクとは別に、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーター４Ｈが必要であり、２セット以上のヒーター（加湿タンク加熱用とガス加熱専用ヒーター４Ｈ）が必要となる。
また、加湿水温に合わせて配管側ヒーターの出力の制御が必要な場合がある。
（ロ） ガスを直接ヒーター４Ｈで加熱して温度制御しており、ガスの熱容量が小さいため、水温制御を介してガスの温度制御をする場合に比べて、ガス温度が過敏に変化して安定性が悪く、オーバーシュート（温度が高くなり過ぎ）やアンダーシュート（温度が低くなり過ぎ）が生じやすくなる。

本発明の目的は、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーターが不要で、かつ、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができる燃料電池の加湿装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
〔本発明の実施例１と実施例２に共通する事項〕
（１） ガスを燃料電池を運転するに適する湿度に加湿するための加湿タンクと、
加湿タンクと燃料電池とを接続し、少なくとも一部が内管と外管を有する二重管から構成された、加湿タンク下流のガス配管と、
温水を前記二重管の内管と外管との間に循環させる温水循環経路と、
を備えた燃料電池の加湿装置。

〔本発明の実施例１に特有な事項〕
（２） 前記温水循環経路が、前記加湿タンク内の加湿水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させる加湿水循環経路からなり、
前記加湿水循環経路上に設けられた、加湿水を加熱するヒーターを備えている（１）記載の燃料電池の加湿装置。
（３） 前記加湿タンクがガスを加湿水中を通過させて加湿する加湿タンクである（２）記載の燃料電池の加湿装置。
（４） 前記加湿水循環経路を循環する加湿水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間の流路から前記加湿タンク内に戻す（２）または（３）記載の燃料電池の加湿装置。
（５） 前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間の流路から前記加湿タンクの内部に循環された加湿水を前記加湿タンクの内面に沿わせて流す（２）または（３）記載の燃料電池の加湿装置。

〔本発明の実施例２に特有な事項〕
（６） 前記温水循環経路が、前記燃料電池冷却後の燃料電池冷却水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させる燃料電池冷却水循環経路からなる（１）記載の燃料電池の加湿装置。
（７） 前記燃料電池冷却水循環経路の燃料電池と前記加湿タンク下流の二重管との間に、燃料電池冷却水を加熱するヒーターを備えている（６）記載の燃料電池の加湿装置。

上記（１）の燃料電池の加湿装置によれば、少なくとも一部が内管と外管を有する二重管から構成されたガス配管にて加湿タンクと燃料電池とを接続し、二重管の内管と外管との間に温水（加湿タンクの加湿水、または燃料電池冷却水）を循環させるようにしたので、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーターが不要となり、かつ温水を介してガスを温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができ、オーバーシュート（温度が高くなり過ぎ）やアンダーシュート（温度が低くなり過ぎ）が生じにくくなる。
上記（２）の燃料電池の加湿装置によれば、加湿タンクの加湿水を加湿水加熱用のヒーターで加熱して加湿タンク下流のガス配管の二重管の内管と外管との間に循環させるので、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーターが不要となる。また、温水を介してガスを温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができる。加湿タンクにおけるガスの加湿は一つの方法に限定されるものではなく、バブリング法でも、加振法でも、霧化法でもよい。
上記（３）の燃料電池の加湿装置によれば、加湿はガスを加湿水中を通過させバブリングさせることにより行われる。
上記（４）の燃料電池の加湿装置によれば、加湿水循環経路を循環する加湿水を加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間から加湿タンク内に戻すので、加湿水は加湿タンク下流のガス配管まわりから加湿タンク内の順で流れ、加湿タンク下流のガス配管まわりの加湿水の温度が加湿タンク内の加湿水の温度より高くなる。その結果、加湿タンク下流のガス配管内で結露が生じない。
上記（５）の燃料電池の加湿装置によれば、加湿タンク下流の配管まわりから加湿タンクの内部に循環された加湿水を加湿タンクの内面に沿わせて流すので、加湿水は加湿タンクを加熱・保温し、加湿タンク内で、かつ、加湿タンクの下部の加湿水が溜まっている部分より上方で結露が生じることもない。
上記（６）の燃料電池の加湿装置によれば、燃料電池冷却後の燃料電池冷却水を加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させるので、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーターが不要となる。また、温水を介してガスを温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができる。
上記（７）の燃料電池の加湿装置によれば、燃料電池冷却水循環経路の燃料電池と加湿タンク下流の二重管との間に、燃料電池冷却水を加熱するヒーターを備えた場合は、温水制御を介してガス温度を制御することができ、ヒーターを備えない場合より一層、結露防止をはかることが容易になる。

以下に、本発明の燃料電池の加湿装置を、図１〜図６を参照して説明する。図１は本発明の実施例１を示し、図２、図３は本発明の実施例２を示し、図４〜図６は、従来の技術の説明において前述したが、本発明の燃料電池の加湿装置が適用される燃料電池の一例を示すものとして、本発明の説明にも利用される。
本発明の実施例１と実施例２にわたって共通する部分には本発明の実施例１と実施例２にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の実施例１と実施例にわたって共通する部分を図１、図４〜図６を参照して説明する。
本発明の燃料電池の加湿装置は、実際の発電用燃料電池の反応ガス供給システムに用いられてもよいし、あるいは、燃料電池の発電評価設備の反応ガス供給システムに用いられてもよい。本発明の加湿装置が適用される燃料電池は、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池であるが、それに限るものではない。

本発明の燃料電池の加湿装置１は、燃料電池１０の燃料ガスの加湿と燃料電池１０の酸化ガスの加湿との少なくとも一方に利用される。燃料電池１０の燃料ガスの加湿と燃料電池１０の酸化ガスの加湿との両方に利用される場合は、燃料電池１０の燃料ガスの加湿に利用される加湿装置１と、燃料電池１０の酸化ガスの加湿に利用される加湿装置１とは、それぞれ別に設けられるので、２セット設けられることになる。加湿装置１で加湿された燃料ガスは燃料電池１０の燃料ガス流路に供給され、加湿装置１で加湿された酸化ガスは燃料電池１０の酸化ガス流路に供給される。燃料電池１０の燃料ガス流路から排出された燃料ガスの少なくとも一部は、再循環されて加湿装置１に循環されてもよい。

本発明の燃料電池の加湿装置１は、ガス８（燃料ガスおよび／または酸化ガス）を燃料電池１０を運転するに適する湿度（たとえば、露点における飽和湿度）に加湿するための加湿タンク２と、加湿タンク２下流のガス配管３（加湿タンク２と燃料電池１０を結ぶガス配管）と、温水循環経路４とを備えている。
加湿タンク下流のガス配管３は、加湿タンク２と燃料電池１０とを接続し、（長さの）少なくとも一部が内管３ａと外管３ｂを有する二重管から構成されている。
温水循環経路４は、温水９を二重管の内管３ａと外管３ｂとの間に循環させてガス配管３（の内管３ａ）を加熱または温める経路部分４ｄを有する温水循環経路からなる。温水は、二重管の内管３ａ内を通る加湿されたガスの結露を防止するようにガス配管３の内管３ａを内管３ａのまわりから加熱および／または温める温度を有し、たとえば８０℃かそれより高い温度を有する。温水は、二重管の内管３ａを温めた後は二重管に入る前よりは若干温度が下がる（たとえば、７５℃以上で８０℃未満の温度となる）。

温水９は、本発明の実施例１では加湿タンク２の加湿水である。したがって、本発明の実施例１では、温水循環経路４は加湿水循環経路である。本発明の実施例１では、加湿水と温水９が同じであるから加湿水の符号も９とし、温水循環経路４と加湿水循環経路が同じものであるから、加湿水循環経路の符号も４とする。
また、温水９は、本発明の実施例２では発電によって温度が上昇した燃料電池を冷却した後の自身は温まった燃料電池冷却水である。したがって、本発明の実施例２では、温水循環経路４は燃料電池冷却水循環経路である。本発明の実施例２では、燃料電池冷却後の燃料電池冷却水と温水９が同じであるから燃料電池冷却後の燃料電池冷却水の符号も９とし、温水循環経路４と燃料電池冷却水循環経路が同じものであるから、燃料電池冷却水循環経路の符号も４とする。

本発明の燃料電池の加湿装置１の、本発明の実施例１と実施例２に共通する部分の、作用・効果については、少なくとも一部が内管３ａと外管３ｂを有する二重管から構成されたガス配管３にて加湿タンク２と燃料電池１０とを接続し、二重管の内管３ａと外管３ｂとの間のスペースからなる温水循環経路部分４ｄに温水９（加湿タンクの加湿水、または燃料電池冷却後の燃料電池冷却水）を循環させるようにしたので、従来必要であった加湿後のガスを加熱するための専用のヒーター４Ｈ（図７に図示されたヒーター４Ｈ）が不要となり、かつ温水９を介してガス８を温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができ、ガス温度のオーバーシュート（温度が高くなり過ぎ）やアンダーシュート（温度が低くなり過ぎ）が生じにくくなる。専用のヒーター４Ｈが不要になることによって装置のコストダウンがはかられ、また、ガス温度の安定化によって、燃料電池の耐久性アップや、評価装置による評価の信頼性アップがはかられる。

つぎに、本発明の各実施例に特有な構成、作用・効果を説明する。
〔本発明の実施例１〕−−−図１
本発明の実施例１では、図１に示すように、温水９が加湿タンク２の加湿水９からなり、温水循環経路４が加湿水循環経路４からなる。
本発明の実施例１の燃料電池の加湿装置１は、加湿タンク２と、加湿タンク下流のガス配管３と、加湿タンク２内の加湿水９を加湿タンク下流のガス配管３まわりに循環させる加湿水循環経路４と、加湿水循環経路４上に設けられ加湿水９を加熱するヒーター５と、を備えている。
燃料電池の加湿装置１は、さらに、加湿水循環経路４の途中に設けられた加湿水循環ポンプ６と、加湿前ガス８を加湿タンク２内の加湿水９内に供給する加湿タンク上流のガス配管７を有する。
ガス８（燃料ガスおよび／または酸化ガス）を燃料電池１０を運転するに適する湿度に加湿するための加湿する加湿タンク２は、たとえば、ガス８を加湿水中を通過させてバブリングさせて加湿する加湿タンク２からなる。ただし、加湿法は、バブリング法に限るものではなく、バブリング以外に、加振法や霧化法であってもよい。

加湿タンク２は、加湿水９が溜まる加湿水溜まり部２ａと、加湿水溜まり部２ａの上方の空間部２ｂとを含む。
加湿タンク上流のガス配管７は、加湿水溜まり部２ａに連通しており、加湿タンク下流のガス配管３は、空間部２ｂに連通している。
加湿タンク下流のガス配管３は内管３ａと外管３ｂを有する二重管構造になっており、内管３ａ内は加湿タンク下流のガス配管３となっており、内管３ａと外管３ｂとの間は加湿水循環経路４の一部分４ｄとなっている。内管３ａと外管３ｂとの間の加湿水循環経路４の部分４ｄは、加湿タンク２の空間部２ｂに連通している。
加湿水循環経路４は、ヒーター５が設置され加湿水を加熱するヒーター設置部４ｂを有している。加湿水循環経路４は、加湿タンク２の加湿水溜まり部２ａとヒーター設置部４ｂとを連通する部分４ａと、ヒーター設置部４ｂと、加湿タンク下流のガス配管３まわりの加湿水循環経路４の一部４ｄを連通する部分４ｃと、加湿タンク下流のガス配管３まわりの加湿水循環経路４の部分４ｄと、を含む。
加湿水循環ポンプ６は、加湿タンク２の加湿水溜まり部２ａとヒーター設置部４ｂとを連通する部分４ａに設けられている。

加湿水循環経路４を循環する加湿水９は、加湿タンク下流のガス配管３まわりの加湿水循環経路４の部分４ｄから加湿タンク２内に戻される。加湿水循環経路４を循環する加湿水９の循環の方向は、加湿水循環経路４の部分４ｄから加湿タンク２内に向かう方向である。したがって、加湿水循環ポンプ６は、加湿水９を、加湿水循環経路４中を部分４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの順で流す。

加湿タンク下流の配管３まわり（加湿水循環経路４中を部分４ｄ）から加湿タンク２の空間部２ｂに循環された温水は、望ましくは、加湿タンク２の内面に沿わせて流される。そのために、加湿タンク下流のガス配管３は内管３ａは、加湿タンク２の空間部２ｂに突出し、先端で加湿タンク２の内面に沿って拡がっている。

つぎに、本発明燃料電池の加湿装置１の作用・効果を説明する。
加湿水９は、加湿タンク２の加湿水部２ａから加湿水循環経路４中を流れ、途中でヒーター５で加熱されて加湿タンク２の空間部２ｂに戻る。加湿水循環経路４中では、部分４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの順で流れる。
一方、反応ガス８は、加湿タンク上流のガス配管７内の、加湿前ガスは乾燥ガスであり、加湿タンク２の加湿水部２ａ内で加湿水中に出されバブリングして空間部２ｂの浮上した時以後は、飽和蒸気かほぼ飽和蒸気状態になっており、空間部２ｂから加湿タンク下流のガス配管３の内管３ａ中を通って燃料電池１０に流れる。空間部２ｂから加湿タンク下流のガス配管３の内管３ａ中を通って燃料電池１０に流れるガス経路において、空間部２ｂより温度が下がれば、結露が生じてガスの加湿量が狙い値からずれるおそれがあるので、空間部２ｂから加湿タンク下流のガス配管３の内管３ａ中を通って燃料電池１０に流れるガス経路の温度は、空間部２ｂの温度以上であることが望ましい。

本発明の加湿装置１は、加湿タンク２内の加湿水９を加湿タンク下流のガス配管３まわり（内管３ａと外管３ｂの間の加湿水循環経路部分４ｄ）に循環させる加湿水循環経路４と、加湿水循環経路４上に設けられ加湿水を加熱するヒーター５を備えているので、加湿水９を熱媒として、加湿タンク２と加湿容器下流の配管３とを加湿水循環経路４上に設けられた単一のヒーター５で加熱できる。その場合、同一の熱源（ヒーター５）で加湿水を加湿・保温するので加湿タンク下流のガス配管３の温度は加湿タンク２内の温度以上の温度となり、その温度は結露を生じさせない温度であると共に加湿タンク２内温度に変動があってもそれと連動して変動するので、加湿タンク下流配管に別にヒーター（図７のヒーター４Ｈ）を設けて加湿タンク内温度に応じて配管側ヒーターを出力制御する必要はない。したがって、ヒーター５が一つで済むこと、また、配管側ヒーター（図７のヒーター４Ｈ）を設けてそれを出力制御する必要がなくなり、装置の単純化と、結露防止の信頼性向上がはかられる。

また、加湿水循環経路４を循環する加湿水９を加湿タンク下流のガス配管３まわりから加湿タンク２内に戻すので、加湿水９は加湿タンク下流のガス配管３まわりから加湿タンク２内の順で流れ、加湿タンク下流のガス配管３まわりの加湿水９（ヒーター５下流でヒーター５に近い側にある加湿水９）の温度が加湿タンク２内の加湿水９（ヒーター５下流でヒーター５に遠い側にある加湿水９）の温度より高くなる。その結果、加湿タンク下流のガス配管３内（内管３ａ）で結露が生じない。そのため、燃料電池１０に供給されるガスが結露により狙いの加湿量からずれたり、水滴が電池内に入ることが抑制される。

また、加湿タンク下流の配管３まわりから加湿タンク２の内部に循環された加湿水９を加湿タンク２の内面に沿わせて流すので、加湿水９は加湿タンク２自体を加熱・保温し、かつ、濡らす。その結果、加湿タンク２内で、かつ、加湿タンク２の下部の加湿水が溜まっている部分２ａより上方（空間部２ｂのタンク壁内面）で結露が生じることもない。そのため、燃料電池１０に供給されるガスが結露により狙いの加湿量からずれたり、水滴が電池内に入ることが抑制される。

〔本発明の実施例２〕−−−図２、図３
本発明の実施例２では、図２、図３に示すように、温水９が燃料電池１０冷却後の燃料電池冷却水９からなり、温水循環経路４が燃料電池１０冷却後の燃料電池冷却水循環経路４からなる。
本発明の実施例２の燃料電池の加湿装置１は、温水循環経路４を含み、温水循環経路４が、燃料電池冷却後の燃料電池冷却水９を加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の温水循環経路部分４ｄに循環させる燃料電池冷却水循環経路４からなる。
温水循環経路４は、（イ）燃料電池１０の燃料電池冷却水出口と、加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の温水循環経路部分４ｄの入口とを結ぶ燃料電池冷却水循環経路部分４ｅと、（ロ）加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の温水循環経路部分４ｄの出口と燃料電池冷却水循環ポンプ４０とを接続する燃料電池冷却水循環経路部分４ｆと、（ハ）燃料電池冷却水循環ポンプ４０と燃料電池１０の燃料電池冷却水入口とを接続する燃料電池冷却水循環経路部分４ｇとを有する。
また、図２に示すように、燃料電池側からの要求で必要ならば、（ロ）の燃料電池冷却水循環経路部分４ｆに熱交換器５Ｂを設けて循環する燃料電池冷却水の温度を下げてポンプ４０に送るようにしてもよい。また、図３中、４１は燃料電池出側ガス配管の背圧弁であり、ＭＦＣは燃料電池入側ガス配管の流量制御弁（車両搭載用燃料電池の場合は、このＭＦＣは設けられない）である。

燃料電池冷却水循環経路４のうち、（イ）の燃料電池１０の燃料電池冷却水出口と加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の温水循環経路部分４ｄの入口とを結ぶ燃料電池冷却水循環経路部分４ｅには、燃料電池冷却水循環経路部分４ｅを通る燃料電池冷却水９を加熱するヒーター５Ａを設けて、温水循環経路部分４ｄに循環させる温水温度を制御するようにしてもよい。ただし、このヒーター５Ａは必須ではなく、設けなくてもよい。

本発明の実施例２の作用・効果については、燃料電池冷却１０後の、自身は温まっている燃料電池冷却水９を加湿タンク下流のガス配管３の二重管の内管３ａと外管３ｂとの間の燃料電池冷却水循環経路部分４ｄに循環させるようにしたので、従来必要であった、加湿後のガスを加熱するための専用のヒーター（図７のヒーター４Ｈ）を設けることが不要となる。また、温水９を介してガス８を温めるようにしたので、加湿後のガスの温度制御をガス直接加熱の場合に比べて安定させることができる。

また、燃料電池冷却水循環経路４の燃料電池１０と加湿タンク下流のガス配管３の二重管部分との間に、燃料電池冷却水を加熱するヒーター５Ａを設けた場合は、温水温度の制御を介して、ガス８の温度を制御することができ、ヒーター５Ａを備えない場合より一層、結露防止をはかることが容易になる。

本発明の実施例１の燃料電池の加湿装置の断面図である。 本発明の実施例２の燃料電池の加湿装置の系統図である。 本発明の実施例２の燃料電池の加湿装置の系統図（燃料ガス、酸化ガスのガス配管を何れのガス配管１本で示した場合）である。 一般の（本発明にも適用される）燃料電池の側面図である。 図４の燃料電池の一部の拡大断面図である。 図４の燃料電池のセルの正面図である。 従来の燃料電池の加湿装置の系統図である。

符号の説明

１ 加湿装置
２ 加湿タンク
２ａ 加湿水溜まり部
２ｂ 空間部
３ 加湿タンク下流のガス配管
３ａ 内管
３ｂ 外管
４ 加湿水循環経路
４ａ 加湿タンクの加湿水溜まり部とヒーター設置部とを連通する部分
４ｂ ヒーター設置部
４ｃ ヒーター設置部と加湿タンク下流のガス配管まわりの加湿水循環経路の一部分を連通する部分
４ｄ 加湿タンク下流のガス配管まわりの加湿水循環経路の部分（内管と外管の間の部分）
５ ヒーター
５Ａ ヒーター
５Ｂ 熱交換器
６ 加湿水循環ポンプ
７ 加湿タンク上流のガス配管
８ ガス
９ 温水（加湿水または燃料電池冷却後の燃料電池冷却水）
１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１４ 電極（アノード、燃料極）
１７ 電極（カソード、空気極）
１８ セパレータ
１９ セルまたはモジュール
２０ ターミナル
２１ インシュレータ
２２ エンドプレート
２３ スタック
２４ 外側部材または締結部材（テンションプレート）
２５ ボルト
２６ 冷媒流路
２７ 燃料ガス流路
２８ 酸化ガス流路
２９ 冷媒マニホールド
３０ 燃料ガスマニホールド
３１ 酸化ガスマニホールド
４０ 燃料電池冷却水循環ポンプ
４１ 背圧弁

Claims (7)

1. ガスを燃料電池を運転するに適する湿度に加湿するための加湿タンクと、
   加湿タンクと燃料電池とを接続し、少なくとも一部が内管と外管を有する二重管から構成された、加湿タンク下流のガス配管と、
   温水を前記二重管の内管と外管との間に循環させる温水循環経路と、
   を備えた燃料電池の加湿装置。
2. 前記温水循環経路が、前記加湿タンク内の加湿水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させる加湿水循環経路からなり、
   前記加湿水循環経路上に設けられた、加湿水を加熱するヒーターを備えている請求項１記載の燃料電池の加湿装置。
3. 前記加湿タンクがガスを加湿水中を通過させて加湿する加湿タンクである請求項２記載の燃料電池の加湿装置。
4. 前記加湿水循環経路を循環する加湿水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間の流路から前記加湿タンク内に戻す請求項２または請求項３記載の燃料電池の加湿装置。
5. 前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間の流路から前記加湿タンクの内部に循環された加湿水を前記加湿タンクの内面に沿わせて流す請求項２または請求項３記載の燃料電池の加湿装置。
6. 前記温水循環経路が、前記燃料電池冷却後の燃料電池冷却水を前記加湿タンク下流の二重管の内管と外管との間に循環させる燃料電池冷却水循環経路からなる請求項１記載の燃料電池の加湿装置。
7. 前記燃料電池冷却水循環経路の燃料電池と前記加湿タンク下流の二重管との間に、燃料電池冷却水を加熱するヒーターを備えている請求項６記載の燃料電池の加湿装置。

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