特許 6989256 燃料電池用加湿器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6989256

(24)【登録日】2021年12月6日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】燃料電池用加湿器

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20211220BHJP

   F24F 6/00 20060101ALI20211220BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20211220BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 N

   F24F6/00 Z

   !H01M8/10

【請求項の数】16

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-240333(P2016-240333)

(22)【出願日】2016年12月12日

(65)【公開番号】特開2018-37387(P2018-37387A)

(43)【公開日】2018年3月8日

【審査請求日】2019年9月13日

(31)【優先権主張番号】10-2016-0112136

(32)【優先日】2016年8月31日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】591251636

【氏名又は名称】現代自動車株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＭＯＴＯＲ ＣＯＭＰＡＮＹ

(73)【特許権者】

【識別番号】500518050

【氏名又は名称】起亞株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金 賢 裕

(72)【発明者】

【氏名】李 昌 夏

【審査官】 大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３３７５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８４４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００３６０７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４９５

Ｆ２４Ｆ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加湿膜を内部に収容する膜モジュール部と、
前記膜モジュール部の一側に結合され、前記膜モジュール部に空気を供給する第１キャップ部と、
前記膜モジュール部の他側に結合され、前記膜モジュール部から流入した加湿空気を排出する第２キャップ部と、
前記第２キャップ部の内壁面に一体に備えられ、前記第２キャップ部と前記膜モジュール部をバイパス連結するバイパス管路と、
を含み、
前記バイパス管路は、
前記膜モジュール部に対応する前記第２キャップ部の内壁面に一体射出成形され、
下端に入口を形成し、前記第２キャップ部の内壁面に上下垂直方向に配置され、前記第２キャップ部の内壁面に一体に連結される第１管路と、
前記第１管路の上端に一体に連結され、前記膜モジュール部と連結される出口を有し、前記第１管路の上端から前記膜モジュール部側に配置される第２管路と、
を含むことを特徴とする燃料電池用加湿器。

【請求項2】

前記バイパス管路は、
前記膜モジュール部から第２キャップ部に流入した水分を前記膜モジュール部と第２キャップ部の圧力差によって前記膜モジュール部にバイパスすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項3】

前記バイパス管路は、
前記第１管路から水平方向に分岐され、その分岐方向から上下垂直方向に延長され、下端に他の入口を形成し、前記第２キャップ部の内壁面に一体に連結される少なくとも一つの第３管路を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項4】

前記バイパス管路は、
前記膜モジュール部に対応する前記第２キャップ部の内壁面にインサート射出された金属配管を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項5】

前記金属配管は、
前記第２キャップ部の内壁面に一体に成形された固定部材に固定され、
下端に入口を形成し、前記固定部材に上下垂直方向に固定される第１管路と、
前記第１管路の上端に一体に連結され、前記膜モジュール部と連結される出口を有し、前記固定部材に前記膜モジュール部側に固定される第２管路と、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項6】

前記金属配管は、
前記第１管路から水平方向に分岐され、その分岐方向から上下垂直方向に延長するように前記固定部材に固定され、下端に他の入口を形成する少なくとも一つの第３管路を含むことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項7】

前記バイパス管路は、
前記第１管路の入口の断面積が前記第２管路の出口の断面積より相対的に大きいことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項8】

前記バイパス管路は、
前記第１管路の入口は、前記第１管路の中心線に対して傾斜した断面を有し、傾斜断面は前記膜モジュール部の方向に向いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項9】

前記第２キャップ部は前記膜モジュール部から流入した加湿空気をスタックに排出する空気排出口を形成し、
前記空気排出口は前記第２管路に対向して前記第２キャップ部の上面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項10】

前記第２キャップ部は前記膜モジュール部から流入した加湿空気をスタックに排出する空気排出口を形成し、
前記空気排出口は前記第２管路に対向して前記第２キャップ部の側面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項11】

前記バイパス管路は、
前記第２キャップ部の１側面側で内壁面に一体に備えられることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項12】

前記第１管路の入口は、
前記第２キャップ部の内部での空気流動方向と異なる方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項13】

前記バイパス管路は、
前記第２キャップ部の内壁面に上下垂直方向から水平方向に延長するように配置され、前記第２キャップ部の内部での空気流動方向と異なる方向に入口を形成し、前記第２キャップ部の内壁面に一体に連結される第１管路と、
前記第１管路の上端に一体に連結され、前記膜モジュール部と連結される出口を有し、前記第１管路の上端で前記膜モジュール部側に配置される第２管路と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項14】

前記第２キャップ部は、
前記膜モジュール部に対応する内壁面に一体に形成され、下端側に複数の入口を形成し、上側方向に行くほど幅が徐々に小さくなり、前記バイパス管路と連結されるダクト部を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項15】

前記バイパス管路は、
前記第２キャップ部の内壁面に上下垂直方向に配置され、前記ダクト部の上部と連結され、前記第２キャップ部の内壁面に一体に形成される第１管路と、
前記第１管路の上端に一体に連結され、前記膜モジュール部と連結される出口を有し、前記第１管路の上端で前記膜モジュール部側に配置される第２管路と、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項16】

前記膜モジュール部は、前記加湿膜の両端を支持する支持部材を含み、
前記バイパス管路は、前記膜モジュール部に対する前記第２キャップ部の組み立て時、前記支持部材を介して前記第２キャップ部の内部と前記膜モジュール部の内部をバイパス連結することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池用加湿器に係り、より詳しくは、燃料電池に供給される反応気体を加湿するための燃料電池用加湿器に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、燃料電池システムは燃料電池による水素と酸素（空気中の酸素）の電気化学的な反応により電気エネルギを発生させる一種の発電システムである。例えば、燃料電池システムは燃料電池車両に採用され電気モータを作動させて車両を駆動させる。
燃料電池システムは空気極と燃料極からなる単位燃料電池の電気発生集合体であるスタックと、燃料電池の空気極に空気を供給するための空気供給装置と、燃料電池の燃料極に水素を供給するための水素供給装置を備えている。
一方、高分子燃料電池の場合、膜−電極接合体（ＭＥＡ）のイオン交換膜が円滑な役割を果たすためには適当な水分が必要であり、燃料電池システムの空気供給装置は燃料電池に供給される空気を加湿するための加湿器を備えている。
加湿器は燃料電池の空気極から排出される高温多湿な空気中の水分を利用して空気供給装置の空気圧縮器を介して供給される乾燥した空気を加湿し、その加湿された空気を燃料電池の空気極に供給する。

【0003】

燃料電池車両の場合はパッケージ面において制限があるため相対的に体積が小さい膜加湿方式が適用されている。このような膜加湿方式の加湿器はパッケージの側面からだけでなく、特別な動力を必要としないという利点を有している。
膜加湿方式の加湿器は燃料電池の空気極から排出される高温多湿な排出ガスと、空気圧縮器を介して供給される乾燥空気のガスツーガス（ｇａｓ ｔｏ ｇａｓ）水分交換方式により膜加湿が成される。
一方、スタックで生成された水はそのスタックでの空気流路（スタックマニホールド、セル入出口、セルの各チャンネルなど）の一部または全体を塞ぎ、反応気体の供給を妨害してスタックの性能を低下させたりスタックの耐久性に問題を起こす。
これに燃料電池システムのレイアウト上の加湿器は通常スタックの下端に位置している。この場合、スタックで凝縮された水の大部分は重力によってそのスタックと隣接している加湿器側に流れる。

【0004】

また、加湿器で加湿された空気がスタックに供給されるとき、外気との温度差によって水蒸気が凝縮され、その凝縮水は空気の流速が低い場合、重力によって加湿器に流入し、シャットダウン後に、水蒸気が凝縮され、その凝縮水はスタックや配管から加湿器に流入する。
しかし、燃料電池車両のアイドル状態で急出力時または高出力時、加湿器からスタックに供給される空気の流速が速くなるため、加湿器に溜まっている凝縮水はスタックに流入し、そのスタック内の流路を塞ぐことによってスタックでのセル抜け現象を発生させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−１９１８６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、簡単な構成で凝縮水の溜まりおよびスタックへの凝縮水の流入を防止できるようにした燃料電池用加湿器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の燃料電池用加湿器は、ｉ）加湿膜を内部に収容する膜モジュール部と、ｉｉ）前記膜モジュール部の一側に結合され、前記膜モジュール部に空気を供給する第１キャップ部と、ｉｉｉ）前記膜モジュール部の他側に結合され、前記膜モジュール部から流入した加湿空気を排出する第２キャップ部と、ｉｖ）前記第２キャップ部に備えられ、前記第２キャップ部の内部に流入した凝縮水を前記膜モジュール部にバイパスさせるバイパス管路を含むことを特徴とする。

【0008】

前記膜モジュール部は前記加湿膜の両端を支持するポッティング部としての支持部材を含み、前記バイパス管路は前記第２キャップ部の内部に備えられ、前記支持部材を介して前記第２キャップ部の内部と前記膜モジュール部の内部をバイパス連結することを特徴とする。

【0009】

また、本発明は、ｉ）加湿膜を内部に収容する膜モジュール部と、ｉｉ）前記膜モジュール部の一側に結合され、前記膜モジュール部に空気を供給する第１キャップ部と、ｉｉｉ）前記膜モジュール部の他側に結合され、前記膜モジュール部から流入した加湿空気を排出する第２キャップ部と、ｉｖ）前記第２キャップ部の内壁面に一体に備えられ、前記第２キャップ部と前記膜モジュール部をバイパス連結するバイパス管路を含むことを特徴とする。

【0010】

前記バイパス管路は前記膜モジュール部から第２キャップ部に流入した水分を前記膜モジュール部と第２キャップ部の圧力差によって前記膜モジュール部にバイパスすることを特徴とする。

【0011】

前記バイパス管路は前記膜モジュール部に対応する前記第２キャップ部の内壁面に一体射出成形されることを特徴とする。

【0012】

前記バイパス管路は下端に入口を形成し、前記第２キャップ部の内壁面に上下垂直方向に配置され、前記第２キャップ部の内壁面に一体に連結される第１管路と、前記第１管路の上端に一体に連結され、前記膜モジュール部と連結される出口を有し、前記第１管路の上端で前記膜モジュール部側に配置される第２管路を含むことを特徴とする。

【0013】

前記バイパス管路は前記第１管路から水平方向に分岐され、その分岐方向から上下垂直方向に延長され、下端に他の入口を形成し、前記第２キャップ部の内壁面に一体に連結される少なくとも一つの第３管路を含むことを特徴とする。

【0014】

前記バイパス管路は前記膜モジュール部に対応する前記第２キャップ部の内壁面にインサート射出された金属配管を含むことを特徴とする。

【0015】

前記金属配管は前記第２キャップ部の内壁面に一体に成形された固定部材に固定され下端に入口を形成し、前記固定部材に上下垂直方向に固定される第１管路と、前記第１管路の上端に一体に連結され、前記膜モジュール部と連結される出口を有し、前記固定部材に前記膜モジュール部側に固定される第２管路を含むことを特徴とする。

【0016】

前記金属配管は前記第１管路から水平方向に分岐され、その分岐方向で上下垂直方向に延長するように前記固定部材に固定され、下端に他の入口を形成する少なくとも一つの第３管路を含むことを特徴とする。

【0017】

、前記バイパス管路は前記第１管路の入口の断面積が前記第２管路の出口の断面積より相対的に大きいことを特徴とする。

【0018】

、前記バイパス管路の入口は、前記第１管路の中心線に対して傾斜した断面を有し、傾斜断面は前記膜モジュール部の方向に向いて形成されることを特徴とする。

【0019】

、前記第２キャップ部は前記膜モジュール部から流入した加湿空気をスタックに排出する空気排出口を形成し、
、前記空気排出口は前記第２管路に対応して前記第２キャップ部の上面に形成されることを特徴とする。

【0020】

、前記空気排出口は前記第２管路に対応して前記第２キャップ部の側面に形成されることを特徴とする。

【0021】

、前記バイパス管路は前記第２キャップ部の他側面側で内壁面に一体に備えられることを特徴とする。

【0022】

、前記第１管路の入口は前記第２キャップ部の内部での空気流動方向と異なる方向に配置されることを特徴とする。

【0023】

、前記バイパス管路は前記第２キャップ部の内壁面に上下垂直方向から水平方向に延長するように配置され、前記第２キャップ部の内部での空気流動方向と異なる方向に入口を形成し、前記第２キャップ部の内壁面に一体に連結される第１管路と、前記第１管路の上端に一体に連結され、前記膜モジュール部と連結される出口を有し、前記第１管路の上端で前記膜モジュール部側に配置される第２管路を含むことを特徴とする。

【0024】

、前記第２キャップ部は前記膜モジュール部に対応する内壁面に一体に形成され、下端側に複数の入口を形成し、上側方向に行くほど幅が徐々に小さくなり、前記バイパス管路と連結されるダクト部を含むことを特徴とする。

【0025】

、前記バイパス管路は前記第２キャップ部の内壁面に上下垂直方向に配置され、前記ダクト部の上部と連結され、前記第２キャップ部の内壁面に一体に形成される第１管路と、前記第１管路の上端に一体に連結され、前記膜モジュール部と連結される出口を有し、前記第１管路の上端で前記膜モジュール部側に配置される第２管路を含むことを特徴とする。

【0026】

、
前記膜モジュール部は、前記加湿膜の両端を支持する支持部材を含み、前記バイパス管路は、前記膜モジュール部に対する前記第２キャップ部の組み立て時、前記支持部材を介して前記第２キャップ部の内部と前記膜モジュール部の内部をバイパス連結することを特徴とする。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、第２キャップ部の内壁面にバイパス管路を一体に構成することにより第２キャップ部に流入した凝縮水をバイパス管路を介して膜モジュール部にバイパスさせ、加湿器内凝縮水が溜まるのと燃料電池スタックへの凝縮水の流入を防止することができる。
したがって、燃料電池スタックの凝縮水の流入によるセル抜けを防止することができ、これによって燃料電池システムの運転の安定性を改善することができる。
さらに、バイパス管路を射出整形により第２キャップ部の内壁面に一体に構成することにより、膜モジュール部と第２キャップ部の締結だけでバイパス管路を介して膜モジュール部の第２キャップ部をバイパス連結できるので、加湿器の組み立て時の利便性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器を概略的に示した図である。

【図2】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路を示した図である。

【図3】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路の第１変形例を示した図である。

【図4】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路の第２変形例を示した図である。

【図5】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路の第３変形例を示した図である。

【図6】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路の第４変形例を示した図である。

【図7】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路の第４変形例を示した図である。

【図8】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路の第５変形例を示した図である。

【図9】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路の第６変形例を示した図である。

【図10】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路の第６変形例を示した図である。

【図11】本発明の実施形態による燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路の第７変形例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態による燃料電池用加湿器を概略的に示した図である。
図１に示す通り、本発明の実施形態による燃料電池用加湿器１００は水素燃料と酸化剤である空気の電気化学的な反応によって電気エネルギを発生させる燃料電池システムに適用される。例えば、前記燃料電池システムは燃料電池車両に採用されて電気モータを作動させて車両を駆動させる。
本発明の実施形態による燃料電池用加湿器１００は燃料電池スタックから排出される排出空気と空気圧縮器から供給される空気の膜加湿が行われ、その加湿された空気（以下、便宜上「加湿空気」という）を燃料電池スタックに供給する。このような燃料電池用加湿器１００は基本的に、膜モジュール部１０、第１キャップ部３０および第２キャップ部５０を含んでいる。
膜モジュール部１０は当業界では「シェル−イン（ｓｈｅｌｌ−ｉｎ）」ともいい、複数の束の中空糸膜である加湿膜１１が内部に密集されたものであって、円筒形状のハウジングの内部に加湿膜１１が内蔵されている。膜モジュール部１０は加湿膜１１の両端を支持する支持部材１３（当業界では「ポッティング部」ともいう）を含んでいる。例えば支持部材１３は高分子素材からなり、ハウジングの両端に固定された状態で加湿膜１１の両端部を支持する。

【0030】

ここで、膜モジュール部１０には燃料電池スタックから排出される排出空気をハウジングの内部に注入するための排出空気流入部１５と、水分が除去された排出空気を排気系統に排出するための排出空気排出部１７が形成されている。
第１キャップ部３０は当業界で「キャップ−イン（ｃａｐ−ｉｎ）」ともいい、空気圧縮器を介して供給される供給空気を膜モジュール部１０の内部に注入するためのものである。第１キャップ部３０は膜モジュール部１０の一側端部に結合される。第１キャップ部３０は空気を膜モジュール部１０に供給するための供給空気注入口３１を形成している。
また、第２キャップ部５０は当業界で「キャップ−アウト（ｃａｐ−ｏｕｔ）」ともいい、膜モジュール部１０から流入された加湿空気を燃料電池スタックに排出するためのものである。第２キャップ部５０は膜モジュール部１０の他側端部に結合され、その加湿空気を燃料電池スタックに排出するための空気排出口５１を形成している。
一方、前記のように構成される燃料電池用加湿器１００は第２キャップ部５０の内部に凝縮水が流入するが、その凝縮水は加湿空気と共に燃料電池スタックに流入する。

【0031】

例えば、車両のアイドル状態（低流量時）で急出力時または高出力時、加湿膜１１の内部の水分が含まれている加湿空気が第２キャップ部５０に多量吐出され、第２キャップ部５０の内部で凝縮された凝縮水が空気排出口５１を介して燃料電池スタックに供給されることによって、燃料電池スタックでは凝縮水の流入によるセル抜けが発生する。
燃料電池用加湿器１００は、膜モジュール部１０から第２キャップ部５０に流入した水分を含む空気の一部を膜モジュール部１０にバイパスさせ、第２キャップ部５０に溜まっている凝縮水を膜モジュール部１０の排出空気排出部１７を介して排出できる構造となっている。
つまり、第２キャップ部５０に流入した凝縮水を膜モジュール部１０にバイパスさせ、凝縮水の溜まることを防止することができ、燃料電池スタックへの凝縮水の流入を防止できる燃料電池用加湿器１００を提供する。
このために燃料電池用加湿器１００は第２キャップ部５０に流入した凝縮水を膜モジュール部１０にバイパスさせるためのバイパス管路６０を含んでいる。

【0032】

バイパス管路６０は第２キャップ部５０の内部と膜モジュール部１０の内部をバイパス連結することによって第２キャップ部５０に備えられる。さらに、バイパス管路６０は第２キャップ部５０の内部に備えられ、前述した支持部材１３を介して第２キャップ部５０の内部と膜モジュール部１０の内部をバイパス連結する。
さらに、バイパス管路６０は本発明の例示的な実施形態で第２キャップ部５０の内壁面に一体に備えられ、膜モジュール部１０に対する第２キャップ部５０の組み立て時、支持部材１３を介して第２キャップ部５０の内部と膜モジュール部１０の内部をバイパス連結する。
ここで、バイパス管路６０は膜モジュール部１０から第２キャップ部５０に流入した水分を含む空気の一部を膜モジュール部１０と第２キャップ部５０の圧力差によって膜モジュール部１０にバイパスさせ、第２キャップ部５０に溜まっている凝縮水を膜モジュール部１０の排出空気排出部１７を介して排出させる。

【0033】

図２は燃料電池用加湿器に適用されるバイパス管路を示した図である。
図１および図２に示す通り、バイパス管路６０は膜モジュール部１０に対応する第２キャップ部５０の内壁面に一体射出成形されるよう構成される。このようなバイパス管路６０は第１管路６１と第２管路６２を含む。
第１管路６１は下端に入口６３を形成し、第２キャップ部５０の内壁面に上下垂直方向に配置され、第２キャップ部５０の内壁面に一体に連結される。第１管路６１の入口６３は第２キャップ部５０の内側で下面と離隔するように配置される。
また、第２管路６２は第１管路６１の上端に一体に連結され、膜モジュール部１０と連結される出口６４を有し、第１管路６１の上端で膜モジュール部１０側に配置される。第２管路６２は膜モジュール部１０に対する第２キャップ部５０の結合時、前述した支持部材１３を貫通し、膜モジュール部１０の内部と出口６４を連結する。
ここで、第２キャップ部５０の空気排出口５１はバイパス管路６０の第２管路６２に対応して第２キャップ部５０の上面に形成される。

【0034】

したがって、本発明の燃料電池用加湿器１００によれば、第２キャップ部５０の内壁面にバイパス管路６０を一体に構成することによって、膜モジュール部１０に対する第２キャップ部５０の結合時、バイパス管路６０の第２管路６２を支持部材１３を介して膜モジュール部１０の内部と連結できる。
これによって、バイパス管路６０を介して第２キャップ部５０の内部と膜モジュール部１０の内部をバイパス連結することによって、膜モジュール部１０から第２キャップ部５０に流入した水分を含む空気の一部を膜モジュール部１０と第２キャップ部５０の圧力差によって膜モジュール部１０にバイパスできる。
ここで、第２キャップ部５０の内部に溜まっている凝縮水を膜モジュール部１０と第２キャップ部５０内の圧力差によってバイパス管路６０を介して膜モジュール部１０にバイパス排出する。
つまり、第２キャップ部５０での圧力が通常膜モジュール部１０での圧力より大きいため、第２キャップ部５０に捕集された凝縮水はその膜モジュール部１０と第２キャップ部５０の圧力差によってバイパス管路６０を介して膜モジュール部１０にバイパス排出される。

【0035】

具体的には、第２キャップ部５０内に溜まっている凝縮水は第１管路６１の入口６３を介して流入し、第２管路６２の出口６４を介して膜モジュール部１０内にバイパス排出され、膜モジュール部１０の排出空気排出部１７を介して排出される。
上述したように第２キャップ部５０に流入した凝縮水をバイパス管路６０を介して膜モジュール部１０にバイパスさせ、加湿器内に凝縮水の溜まることと、燃料電池スタックへの凝縮水の流入を防止することができる。
したがって、本発明では燃料電池スタックの凝縮水流入によるセル抜けを防止することができ、これによって燃料電池システムの運転の安定性を向上させることができる。
さらに、バイパス管路６０を射出整形により第２キャップ部５０の内壁面に一体に構成することにより、膜モジュール部１０に対する第２キャップ部５０の組み立て時、これら膜モジュール部１０と第２キャップ部５０の締結だけでバイパス管路６０を介して膜モジュール部１０の第２キャップ部５０をバイパス連結できるので、加湿器の組み立て時、利便性の向上を計ることができる。
一方、バイパス管路６０は第１変形例として図３のように、第１管路６１の入口６３の断面積が第２管路６２の出口６４の断面積より相対的に大きいものが備えられる。これは冬季に凝縮水が凍って第１管路６１の入口６３が詰まることを防止するためである。

【0036】

また、バイパス管路６０は第２変形例として図４のように、
第１管路の入口が、第１管路の中心線に対して傾斜した断面を有し、傾斜断面は膜モジュール部の方向に向いて形成されている。これは第１管路６１の入口６３を介した凝縮水の流入量を増大させるためである。
また、バイパス管路６０は第３変形例として図５のように、第１管路６１の入口６３が第２キャップ部５０の内部での空気流動方向と異なる方向に配置された構造からなる。
ここで、第２キャップ部５０の内部での空気流動方向は膜モジュール部１０（図１参照）から第２キャップ部５０の内壁面へ向かう方向と定義できる。また、空気流動方向と異なる方向は第２キャップ部５０の内壁面から一側面へ向かう方向と定義できる。
このために第３変形例によるバイパス管路６０の第１管路６１は第２キャップ部５０の内壁面に上下垂直方向から水平方向に延長するように配置され、第２キャップ部５０の内壁面に一体に連結される。
ここで、第１管路６１の入口６３は第２キャップ部５０内の下側で空気流動方向と異なる方向に配置されるため、第２キャップ部５０の内壁面で一側面に向かって配置される。

【0037】

また、バイパス管路６０の第２管路６２は第１管路６１の上端に一体に連結され、膜モジュール部１０（図１参照）と連結される出口６４を有し、第１管路６１の上端で膜モジュール部１０（図１参照）側に配置される。
前記のように第１管路６１の入口６３の方向を空気流動方向と異なる方向に設定した理由は、バイパス管路６０を介して空気のバイパス量を最少化しかつ凝縮水を第２キャップ部５０から膜モジュール部１０（図１参照）にバイパス排出するためである。
また、バイパス管路６０は第４変形例として図６および図７のように、第２キャップ部５０の空気排出口５１から遠い位置の内壁面に一体に構成される。
第２キャップ部５０の空気排出口５１はバイパス管路６０の第２管路６２に対応して第２キャップ部５０の一側面に形成される。例えば、バイパス管路６０は第２キャップ部５０の他側面側で内壁面に一体に備えられる（図７参照）。
このようにバイパス管路６０の位置を第２キャップ部５０の空気排出口５１から遠い位置に設定した理由は、バイパス管路６０を介した空気のバイパス量を最少化しかつ凝縮水を第２キャップ部５０から膜モジュール部１０（図１参照）にバイパス排出するためである。

【0038】

また、本発明のバイパス管路６０は第５変形例として図８のように、図１および図２と同様の第１および第２管路６１、６２を基本的に備え、少なくとも一つの第３管路７１をさらに含んでいる。
第３管路７１は第１管路６１から水平方向に分岐され、その分岐方向から上下垂直方向に延長され、下端に他の入口７３を形成し、第２キャップ部５０の内壁面に一体に連結される。
この場合、第３管路７１は第１管路６１から水平方向に沿って両側に分岐され、その分岐方向から上下垂直方向に延長するように配置される。これに本変形例では第１管路６１の入口６３および第３管路７１の入口７３を介して第２キャップ部５０内の凝縮水を流入させることができるため、これら入口（６３、７３）を介した凝縮水の流入量を増大させることができる。
また、本発明のバイパス管路１６０は第６変形例として図９および図１０のように、膜モジュール部１０（図１参照）に対応する第２キャップ部５０の内壁面にインサート射出された金属配管１８０を含む。
このように第２キャップ部５０の内壁面に金属配管１８０をインサート射出した理由は、第２キャップ部５０に対するバイパス管路１６０の耐久性を増大させるためである。ここで、金属配管１８０は第２キャップ部５０の内壁面に一体成形された固定部材５５に固定される。

【0039】

具体的には、金属配管１８０は図９のように、第１管路１８１と第２管路１８２を含む。第１管路１８１は下端に入口１８３を形成し、固定部材５５に上下垂直方向に固定される。また第２管路１８２は第１管路１８１の上端に一体に連結され、膜モジュール部１０（図１参照）と連結される出口１８４を有し、固定部材５５に膜モジュール部１０（図１参照）側で固定される。
さらに、金属配管１８０は図１０のように、図９のような第１および第２管路１８１、１８２を基本的に備え、少なくとも一つの第３管路１９１をさらに含んでいる。
第３管路１９１は第１管路１８１から水平方向に分岐され、その分岐方向から上下垂直方向に延長され、固定部材５５に固定され、下端には他の入口１９３が形成されている。この場合、第３管路１９１は第１管路１８１から水平方向に沿って両側に分岐され、その分岐方向から上下垂直方向に延長するように配置される。
また、本発明のるバイパス管路２６０は第７変形例として図１１のように、膜モジュール部１０（図１参照）に対応する第２キャップ部５０の内壁面に一体に形成されたダクト部９１に連結されるように構成されている。

【0040】

ここで、ダクト部９１は下端側に複数個の入口９３を形成し、上側方向に行くほど幅が徐々に小さくなる形状のダクト流路として備えられる。
本変形例において、バイパス管路２６０はダクト部９１と連結される第１管路２６１と、第１管路２６１と連結される第２管路２６２を含んでいる。第１管路２６１は第２キャップ部５０の内壁面に上下垂直方向に配置され、ダクト部９１の上部と連結され、第２キャップ部５０の内壁面に一体に形成される。また、第２管路２６２は第１管路２６１の上端に一体に連結され、膜モジュール部１０（図１参照）と連結される出口２６４を有し、第１管路２６１の上端で膜モジュール部１０（図１参照）側に配置される。
したがって、本変形例では第２キャップ部５０内に溜まっている凝縮水をダクト部９１を介して流入させ、バイパス管路２６０を介して膜モジュール部１０（図１参照）にバイパスさせ得る。
このように本変形例では第２キャップ部５０のダクト部９１にバイパス管路２６０を連結することによって、そのダクト部９１の入口９３を介した凝縮水の流入量をもっと増大させることができる。

【0041】

以上、本発明に係る好ましい実施形態を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0042】

１０ 膜モジュール部
１１ 加湿膜
１３ 支持部材
１５ 排出空気流入部
１７ 排出空気排出部
３０ 第１キャップ部
３１ 供給空気注入口
５０ 第２キャップ部
５１ 空気排出口
５５ 固定部材
６０、１６０、２６０ バイパス管路
６１、１８１、２６１ 第１管路
６２、１８２、２６２ 第２管路
６３、７３、９３、１８３、１９３ 入口
６４、１８４、２６４ 出口
７１、１９１ 第３管路
９１ ダクト部
１８０ 金属配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】