特開 2024-140288 加湿器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024140288

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】加湿器

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20241003BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20241003BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023051359

(22)【出願日】2023-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】梶尾 克宏

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H127AA06

5H127AB04

5H127AC07

5H127BA02

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB34

5H127BB37

5H127BB39

5H127EE17

(57)【要約】

【課題】燃料電池に対する空気の供給を停止するためのバイパス流路を、大型化を招くことなく、部品点数の低減を可能にし、配管の取り回しも良好にする加湿器を構成する。
【解決手段】
乾燥空気に燃料電池ＦＣから送り出された含水空気の水分を与えることで加湿空気を生成して燃料電池ＦＣに供給する加湿ユニットと、加湿ユニットに乾燥空気が流れる乾燥側流路ＤＬと、加湿ユニットで生成された除湿空気が流れる除湿側流路ＥＬと、加湿ユニットを収容するケースＣとを備えて加湿器１０を構成する。加湿器１０は、乾燥側流路ＤＬと除湿側流路ＥＬとを接続するバイパス流路２５と、乾燥側流路ＤＬに流通する乾燥空気を、加湿ユニット又はバイパス流路２５の何れか一方に切換可能な切換弁２６とを備えており、バイパス流路２５の一部をケースＣに設けた。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池に供給される乾燥空気に対して前記燃料電池から送り出された含水空気の水分を与える加湿ユニットと、
前記加湿ユニットに接続され、前記乾燥空気が流通する乾燥側流路と、
前記加湿ユニットに接続され、前記含水空気が前記加湿ユニットにより除湿されて生成された除湿空気が流通する除湿側流路と、
前記乾燥空気が流入する流入ポートと前記除湿空気が流出する流出ポートとを有し、前記加湿ユニットを収容するケースと、
前記乾燥側流路と前記除湿側流路とを接続するバイパス流路と、
前記乾燥側流路に流通する前記乾燥空気を、前記加湿ユニット又は前記バイパス流路の何れか一方に切換可能な切換弁と、を備え、
前記バイパス流路の一部が前記ケースに設けられている加湿器。

【請求項2】

前記ケースが、前記燃料電池のエンドプレートに支持され前記加湿ユニットを収容するケース本体と、当該ケース本体のうち前記エンドプレートの反対側に配置される外壁とを備えており、
前記バイパス流路が前記外壁の外面に備えられている請求項１に記載の加湿器。

【請求項3】

前記外壁には、前記流入ポートと前記乾燥側流路との間に設けられ、前記乾燥空気を前記加湿ユニットに送り込む吸気部と、前記吸気部から送り込まれた前記乾燥空気が前記加湿ユニットで加湿されて生成された加湿空気を前記燃料電池に供給する供給部と、前記燃料電池から送り出された前記含水空気を受け入れて前記加湿ユニットに送り込む受給部と、前記受給部から送り込まれた前記含水空気が前記加湿ユニットで水分を奪われた前記除湿空気を前記除湿側流路に排出する排出部とが、外方に突出形成されており、
前記バイパス流路が、前記吸気部、前記供給部、前記受給部及び前記排出部に囲まれた凹状空間に配置されている請求項２に記載の加湿器。

【請求項4】

前記乾燥側流路には、前記乾燥空気を前記加湿ユニットと前記燃料電池との何れかを選択して供給可能な吸気制御弁が、前記切換弁より下流側に設けられている請求項１又は２に記載の加湿器。

【請求項5】

前記切換弁は、前記乾燥側流路に流れる前記乾燥空気を、前記加湿ユニットと、前記燃料電池と、前記バイパス流路との何れかを選択して切換可能に構成されている請求項１又は２に記載の加湿器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池のカソード側に供給する空気を加湿する加湿器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、燃料ガスとしての水素と、酸化ガスとしての空気とが供給されることにより発電する燃料電池スタックを備えた燃料電池システムが示されている。

【0003】

特許文献１の燃料電池システムは車両に搭載可能に構成され、空気は加湿器で加湿された後に燃料電池スタックに供給される。加湿器は、燃料電池スタックから排出されるカソードオフガス（反応後の空気）に含まれる水分と熱を、外部から供給される乾燥状態の空気に与える（交換する）ように機能する。

【0004】

また、特許文献１では、加湿器に空気を供給する空気供給流路と、加湿器から空気を排出する空気排出路との間で空気を流す空気バイパス流路が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２２－１５２０１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載される空気バイパス流路は、燃料電池の発電を停止する際に、空気供給流路に流れる空気を、空気排出路に排出し、燃料電池に対する空気の供給を停止することにより無駄な発電を停止するように機能する。

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載される空気バイパス流路は、加湿器から比較的離れた位置に配置されているため、一対の流路を連通させるための管路と、この管路における空気の流れを制御する開閉弁とが必要となり、大型化を招き、部品点数の増大を招き、配管の取り回しも悪化させることが懸念される。

【0008】

このような理由から、燃料電池に対する空気の供給を停止するためのバイパス流路を、大型化を招くことなく、部品点数の低減を可能にし、配管の取り回しも良好にする加湿器が求められる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る加湿器の特徴構成は、燃料電池に供給される乾燥空気に対して前記燃料電池から送り出された含水空気の水分を与える加湿ユニットと、前記加湿ユニットに接続され、前記乾燥空気が流通する乾燥側流路と、前記加湿ユニットに接続され、前記含水空気が前記加湿ユニットにより除湿されて生成された除湿空気が流通する除湿側流路と、前記乾燥空気が流入する流入ポートと前記除湿空気が流出する流出ポートとを有し、前記加湿ユニットを収容するケースと、前記乾燥側流路と前記除湿側流路とを接続するバイパス流路と、前記乾燥側流路に流通する前記乾燥空気を、前記加湿ユニット又は前記バイパス流路の何れか一方に切換可能な切換弁と、を備え、前記バイパス流路の一部が前記ケースに設けられている点にある。

【0010】

本構成によると、切換弁の制御によって乾燥空気を、流入ポートと、バイパス流路との何れかに供給することが可能となる。また、乾燥空気をバイパス流路に供給することにより、燃料電池への乾燥空気の供給を停止し、燃料電池での発電を迅速に停止できる。特に、バイパス流路の一部が、加湿ユニットを収容するケースに備えられているため、バイパス流路を配置する空間の確保を必要とせず、例えば、バイパス流路を乾燥側流路に接続するための管路、あるいは、バイパス流路を除湿側流路に接続するための管路を形成する工程の短縮も可能で大型化を招くこともない。従って、燃料電池に対する空気の供給を停止するためのバイパス流路を、部品点数の低減が可能で、配管の取り回しも良好にする加湿器が構成された。

【0011】

他の構成として、前記ケースが、前記燃料電池のエンドプレートに支持され前記加湿ユニットを収容するケース本体と、当該ケース本体のうち前記エンドプレートの反対側に配置される外壁とを備えており、前記バイパス流路を前記外壁の外面に備えても良い。

【0012】

これによると、例えば、バイパス流路を外壁の外面に溶着状態で支持することや、バイパス流路を外壁と一体的に形成することも可能となる。また、この構成では、バイパス流路が露出するためメンテナンスも容易に行える。

【0013】

他の構成として、前記外壁には、前記流入ポートと前記乾燥側流路との間に設けられ、前記乾燥空気を前記加湿ユニットに送り込む吸気部と、前記吸気部から送り込まれた前記乾燥空気が前記加湿ユニットで加湿されて生成された加湿空気を前記燃料電池に供給する供給部と、前記燃料電池から送り出された前記含水空気を受け入れて前記加湿ユニットに送り込む受給部と、前記受給部から送り込まれた前記含水空気が前記加湿ユニットで水分を奪われた前記除湿空気を前記除湿側流路に排出する排出部とが、外方に突出形成されており、前記バイパス流路が、前記吸気部、前記供給部、前記受給部及び前記排出部に囲まれた凹状空間に配置されても良い。

【0014】

これによると、バイパス流路が、吸気部、供給部、受給部、排出部の何れかに囲まれた凹状空間に配置されるため、バイパス流路が外壁の外面に大きく突出することがなく、加湿器の大型化を招くこともない。

【0015】

他の構成として、前記乾燥側流路には、前記乾燥空気を前記加湿ユニットと前記燃料電池との何れかを選択して供給可能な吸気制御弁が、前記切換弁より下流側に設けられても良い。

【0016】

これによると、例えば、燃料電池の内部の水分が過多である場合に、吸気制御弁の制御によって吸入ポートから吸入した乾燥空気を燃料電池に供給することにより、燃料電池の内部の水分の低下が可能となる。また、切換弁の制御によって吸入ポートから吸入した乾燥空気をバイパス流路に流すことも可能となる。特に、切換弁が、吸気制御弁より上流側に配置されているため、吸気制御弁の設定に拘わらず燃料電池に対する乾燥空気の遮断を確実に行える。

【0017】

他の構成として、前記切換弁は、前記乾燥側流路に流れる前記乾燥空気を、前記加湿ユニットと、前記燃料電池と、前記バイパス流路との何れかを選択して切換可能に構成されても良い。

【0018】

これによると、切換弁の制御によって吸入ポートからの乾燥空気を、燃料電池と、加湿ユニットと、バイパス流路との何れかに供給することが可能となる。つまり、単一の切換弁によって３つの流路の１つを選択して乾燥空気を供給するため、複数の弁を用いなくて済み、部品点数の低減を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】燃料電池と加湿器とのガス流路を模式的に示す図である。

【図2】加湿器の正面図である。

【図3】加湿器の平面図である。

【図4】加湿器のケース本体とバイパス流路とを示す横断面図である。

【図5】加湿器のケース本体の下部の横断面図である。

【図6】別実施形態（ａ）のガス流路を模式的に示す図である。

【図7】別実施形態（ｂ）のガス流路を模式的に示す図である。

【図8】別実施形態（ｃ）のガス流路を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、２つのエンドプレート１と、これらのエンドプレート１に挟み込まれる複数の燃料電池セル２を備えて燃料電池ＦＣが構成されている。この燃料電池ＦＣは一方のエンドプレート１の外面に加湿器１０を備えている。尚、この燃料電池ＦＣは、ＦＣＶ（燃料電池自動車）に搭載されるものを示している。

【0021】

図面には示していないが、燃料電池ＦＣの２つのエンドプレート１のうち、加湿器１０が配置された面と反対側のエンドプレート１の外面に水素ガス（アノードガス）を供給する水素供給部を備えている。

【0022】

図１に示すように、一方のエンドプレート１は、空気（カソードガス）が供給される吸入孔１ａと、反応後の空気（カソードオフガス）を排出する排出孔１ｂとが形成されている。また、他方のエンドプレート１には水素ガス（アノードガス）の供給孔（図示せず）と、反応後のガス（アノードオフガス）の排出口（図示せず）が形成される。

【0023】

燃料電池ＦＣは、水素供給部からの水素ガス（アノードガス）が複数の燃料電池セル２のアノード側に供給され、加湿器１０で加湿された加湿空気（カソードガス）が複数の燃料電池セル２のカソード側に供給されることにより発電を行う。

【0024】

燃料電池セル２は、カソード電極を構成する高分子電解質膜を適度の湿潤状態に維持することにより発電性能が高められる。この理由から燃料電池ＦＣは、燃料電池セル２のカソード側に加湿空気を供給するための加湿器１０が備えられている。

【0025】

燃料電池ＦＣは、発電に伴い生成された水が、反応後の空気（カソードオフガス／以下、含水空気と称することもある）に含まれる状態で排出される。図２～図５に示すように、加湿器１０は、含水空気に含まれる水分を加湿ユニット１１で奪い、このように奪った水分で空気（カソードガス／乾燥空気）を、加湿することにより加湿空気を生成する。

【0026】

特に、燃料電池セル２の発電は発熱反応であるため含水空気の温度は上昇する。このため、加湿器１０において含水空気に含まれる水分を乾燥空気に与えることにより、加湿空気の温度上昇も図られる。

【0027】

〔加湿器〕
この実施形態では、エンドプレート１が縦向き姿勢で設けられ、このエンドプレート１の外面に加湿器１０が備えられている。

【0028】

図２、図３の右側を加湿器１０の右側（右部等）と定義し、この逆側を左側（左部等）と定義する。また、図２の上側を加湿器１０の上側（上部等）と定義し、この逆側を下側（下部等）と定義する。更に、図３の下側を加湿器１０の前側（前部等）と定義し、この逆側（エンドプレート１に近い側）を後側（後部等）と定義する。以下の説明では、この定義に従い加湿器１０の各部の位置関係を説明する。

【0029】

図２～図５に示すように、加湿器１０は、加湿ユニット１１をケースＣに収容している。ケースＣは、後部がエンドプレート１に連結する樹脂製（金属製でも良い）のケース本体１２と、ケース本体１２の前部側の開口を覆う樹脂製の外壁１３とを備えている。

【0030】

図１～図５に示すように、外壁１３は、ケース本体１２の前側の開口を覆うプレート状部を有している。外壁１３は、プレート状部に対し、吸気ガイド１３ａ（吸気部の一例）と、供給ガイド１３ｂ（供給部の一例）と、受給ガイド１３ｃ（受給部の一例）と、排出ガイド１３ｄ（排出部の一例）とがプレート状部から外方に膨らむように突出形成されている。

【0031】

外壁１３には、吸気ガイド１３ａ、供給ガイド１３ｂ、受給ガイド１３ｃ、排出ガイド１３ｄの夫々に覆われる領域に対し、夫々のガイドに対応して吸気口１３ａｐ（流入ポートの一例）、供給口１３ｂｐ、受給口１３ｃｐ、排出口１３ｄｐ（流出ポートの一例）が形成されている。

【0032】

この構成から、吸気ガイド１３ａは、乾燥側流路ＤＬとしての第１流路２１から供給される乾燥空気を、吸気口１３ａｐを通過させて加湿ユニット１１に案内する。加湿ユニット１１は、吸気口１３ａｐを介して供給された乾燥空気を加湿し、供給口１３ｂｐを通過させ供給ガイド１３ｂに送り出す。供給ガイド１３ｂは、加湿された加湿空気を加湿側流路ＨＬとしての第２流路２２に送り出す。

【0033】

受給ガイド１３ｃは、含水側流路ＷＬとしての第３流路２３でから供給される含水空気を、受給口１３ｃｐを通過させて加湿ユニット１１に案内する。加湿ユニット１１は、受給口１３ｃｐを介して供給された含水空気から水分を奪い、先に説明したように乾燥空気に与えて加湿する。排出ガイド１３ｄは、加湿ユニット１１で水分が奪われ、排出口１３ｄｐから送り出された除湿空気を、除湿側流路ＥＬとしての第４流路２４に案内する。

【0034】

特に、この加湿器１０は、ケース本体１２の内部で乾燥側流路ＤＬから供給された空気と、含水側流路ＷＬから供給された空気とを分離する構造を有している。

【0035】

加湿器１０は、ケース本体１２の外部に吸気制御弁１５と、切換弁２６と、排気制御弁１６とを備えている。吸気制御弁１５と切換弁２６とは電動アクチュエータの駆動によって内部の弁体を作動させ、流路の入り換えを行う。排気制御弁１６は、調圧弁として機能する。

【0036】

〔加湿器：加湿部〕
図面には詳細を示していないが、加湿ユニット１１は、複数の板状のセパレータと、複数のセパレータに挟み込まれ、湿度交換を行う加湿膜とを有する。セパレータは、乾燥空気を、加湿膜の一方の面に接触させて流すことにより加湿空気を得る流路と、含水空気を、加湿膜の他方の面に接触させて流すことにより加湿膜を介して含水空気に含まれる水分を乾燥空気に与え除湿空気を得る流路とを有している。

【0037】

この加湿器１０は、第１流路２１から吸気ガイド１３ａに供給された乾燥空気を、ケース本体１２の内部において加湿ユニット１１のセパレータの加湿膜に接触させた後に上側に流す構成である。このため、乾燥空気はセパレータから水分を与えられて加湿空気となり、供給ガイド１３ｂから第２流路２２に排出される。

【0038】

また、加湿器１０は、第３流路２３から受給ガイド１３ｃに供給された含水空気を、ケース本体１２の内部において複数のセパレータの加湿膜に接触させた後に、上側に流す構成である。このため、除湿空気はセパレータで水分を奪われて除湿空気となり、排出ガイド１３ｄから第４流路２４に排出される。

【0039】

〔加湿器：流路〕
図１～図３に示すように、加湿器１０は、吸入ポート１０ａと、供給ポート１０ｂと、受給ポート１０ｃと、排出ポート１０ｄとを備えている。

【0040】

供給ポート１０ｂは、エンドプレート１の吸入孔１ａに接続されている。受給ポート１０ｃはエンドプレート１の排出孔１ｂに接続されている。

【0041】

図１に示すように、第１流路２１（乾燥側流路ＤＬ）が、吸入ポート１０ａと吸気ガイド１３ａとの間に形成され、第２流路２２（加湿側流路ＨＬ）が、供給ガイド１３ｂと供給ポート１０ｂとの間に形成されている。

【0042】

また、第３流路２３（含水側流路ＷＬ）が、受給ポート１０ｃと受給ガイド１３ｃとの間に形成され、第４流路２４（除湿側流路ＥＬ）が、排出ガイド１３ｄと排出ポート１０ｄとの間に形成されている。

【0043】

吸入ポート１０ａは、コンプレッサ等の供給装置で加圧された乾燥空気が供給される。吸気制御弁１５は、第１流路２１に流れる乾燥空気を吸気ガイド１３ａに供給する供給位置と、第１流路２１に流れる乾燥空気を分岐流路２１ａに分岐させる分岐位置とに切換自在に構成されている。分岐流路２１ａは、第２流路２２に合流している。

【0044】

このような構成から、吸気制御弁１５が、供給位置に設定されることにより、第１流路２１に流れる乾燥吸気を吸気ガイド１３ａから加湿器１０の内部の加湿ユニット１１に供給して加湿する。これにより、加湿された加湿空気は、第２流路２２に送り出され、カソードガスとして供給ポート１０ｂから燃料電池セル２に供給される。

【0045】

また、吸気制御弁１５は、分岐位置に設定されることにより、第１流路２１の乾燥空気を供給ポート１０ｂに送り、カソードガスとして燃料電池セル２に供給する。

【0046】

排気制御弁１６は、この排気制御弁１６の上流に接続する第４流路２４の上流に流れる除湿空気の圧力を設定値に維持する。排出ポート１０ｄから排出された除湿ガスは、車両のマフラー等を介して外部に排出される。

【0047】

図１、図２に示すように、加湿器１０は、吸入ポート１０ａから吸入した乾燥空気を排出ポート１０ｄに流すバイパス流路２５を備えている。バイパス流路２５は乾燥空気の流動が可能な筒状であり、外壁１３の外面に固定されている。

【0048】

特に、バイパス流路２５は、ケースＣの外壁１３のうち、上側の供給ガイド１３ｂと、排出ガイド１３ｄとの一対のガイドの下側で、下側の吸気ガイド１３ａと、受給ガイド１３ｃとの一対のガイドの上側となる凹状空間１３ｅに嵌め込む位置に配置され、この外壁１３に溶着や接着等の技術により固定されている。

【0049】

このバイパス流路２５の始端部２５ａ（上流部）は、切換弁２６を介して第１流路２１に連通している。このバイパス流路２５の終端部２５ｂ（下流部）は、第４流路２４に連通している。

【0050】

切換弁２６は、吸入ポート１０ａから供給される乾燥空気を、第１流路２１を介して吸気制御弁１５に供給する連通位置と、第１流路２１の乾燥空気を、バイパス流路２５に供給するバイパス位置とに切換自在に構成されている。

【0051】

このような構成から、切換弁２６が、バイパス位置に設定されることにより、第１流路２１（乾燥側流路ＤＬ）と、第４流路２４（除湿側流路ＥＬ）とを接続することにより、第１流路２１に流れる乾燥空気を第４流路２４に流し、燃料電池ＦＣでの発電の抑制を可能にする。

【0052】

ＦＣＶ（燃料電池自動車）では、燃料電池ＦＣは、発電の迅速な停止を必要とすることもある。この発電の停止は、燃料電池ＦＣに対する空気の供給を遮断することが有効であり、吸入ポート１０ａと排出ポート１０ｄとをバイパス流路２５により短絡的に連通させることにより、燃料電池セル２への空気の供給を遮断し、燃料電池ＦＣでの発電の確実な停止を可能にしている。

【0053】

〔加湿器：外壁等の具体構成〕
図２～図５に示すように、吸気ガイド１３ａ、 供給ガイド１３ｂ、受給ガイド１３ｃ、排出ガイド１３ｄの夫々は、外壁１３のプレート状部分の外縁から外方に張り出すオーバーハング部が一体的に形成されている。更に、バイパス流路２５の流動方向の両端部にオーバーハング部が一体的に形成されている。

【0054】

ケース本体１２は、その外壁部に第１流路２１の一部と、第２流路２２の一部と、第３流路２３と、第４流路２４の端部の接続部２４ｐとが一体的に形成されている。これら第１流路２１の一部と、第２流路２２の一部と、第３流路２３と、第４流路２４の端部の接続部２４ｐとの端部の開口部が、ケース本体１２の前側の開口外縁に並ぶ位置に配置される。

【0055】

これにより、外壁１３がケース本体１２の開口を覆う位置に固定されることにより、第１流路２１の端部の第１開口部２１Ｊが吸気ガイド１３ａのオーバーハング部に連通し、第２流路２２の端部の第２開口部２２Ｊが供給ガイド１３ｂのオーバーハング部に連通する。

【0056】

これと同様に、外壁１３がケース本体１２の開口を覆う位置に固定されることにより、第３流路２３の端部の第３開口２３Ｊが受給ガイド１３ｃのオーバーハング部に連通し、第４流路２４の接続部２４ｐの端部の第４開口２４Ｊが排出ガイド１３ｄのオーバーハング部に連通する。

【0057】

これと同様に、ケース本体１２は、その外壁部に第１中継部１２ｐと、第２中継部１２ｑが一体的に形成されている。この第１中継部１２ｐと、第２中継部１２ｑとは、ケース本体１２の前側の開口外縁に並ぶ位置に配置されている。

【0058】

更に、外壁１３がケース本体１２の開口を覆う位置に固定されることにより、第１中継部１２ｐの第１中継開口１２ｐＪとバイパス流路２５の上流側のオーバーハング部とが連通する。これと同様に、第２中継部１２ｑの第２中継開口１２ｑＪとバイパス流路２５の下流側のオーバーハング部とが連通する。

【0059】

図２～図５に示すように、ケース本体１２の第１流路２１が吸気制御弁１５の吸入側に接続している。この吸気制御弁１５の排気側と供給ポート１０ｂとの間に第２流路２２（分岐流路２１ａとしても機能する）が形成されている。この第２流路２２に対し、供給ガイド１３ｂに接続する第２流路２２が合流している。

【0060】

加湿器１０は、切換弁２６を吸気制御弁１５の近傍に配置している。この切換弁２６は、吸入ポート１０ａから乾燥空気が供給される第１流路２１が接続する。また、切換弁２６は、吸気制御弁１５に乾燥空気を送る第１流路２１が接続する。更に、切換弁２６は、バイパス流路２５の始端部２５ａが接続し、この始端部２５ａの下流側が第１中継部１２ｐに接続する。

【0061】

図２、図４に示すように、バイパス流路２５の終端部２５ｂの上流側が第２中継部１２ｑに接続し、この終端部２５ｂの下流側の端部が排気制御弁１６に接続する。尚、バイパス流路２５の終端部２５ｂは排気制御弁１６の内部空間において第４流路２４と連通状態に達する。

【0062】

図２、図５に示すように、ケース本体１２の第３流路２３は、受給ポート１０ｃに連通する。第４流路２４はホース状であり、この第４流路２４の上流側は、ケース本体１２に形成した接続部２４ｐに接続している。また、この第４流路２４の下流側は、排気制御弁１６に接続している。

【0063】

尚、吸気制御弁１５と切換弁２６との配置は、分離状態で配置する構成に限らず、例えば、単一のブロックに吸気制御弁１５と切換弁２６とを収容するように構成することも考えられる。

【0064】

この実施形態では、吸気ガイド１３ａ、 供給ガイド１３ｂ、受給ガイド１３ｃ、排出ガイド１３ｄ、バイパス流路２５の夫々にオーバーハング部を形成していたが、アノードガス、アノードオフガスの給排を行う構成は、オーバーハング部を用いない構成であっても良い。この構成の加湿器１０をアノードガスの加湿に用いることも可能であり、このように用いた場合には、アノードガス、アノードオフガスの給排を行う構成は、オーバーハング部を用いないように構成することも考えられる。

【0065】

つまり、例えば、吸気ガイド１３ａ、 供給ガイド１３ｂ、受給ガイド１３ｃ、排出ガイド１３ｄ、バイパス流路２５の夫々に対応する流路を接続する構成も考えられる。

【0066】

〔制御形態〕
図面には示していないが、燃料電池ＦＣは、吸気制御弁１５、排気制御弁１６、切換弁２６の夫々を制御する制御装置を備えている。この制御装置は、燃料電池セル２の内部の水分量を計測するセンサの信号と、車体の走行状態を示す制御信号とを取得する。

【0067】

制御装置は、センサから取得した水分量が、予め設定された閾値未満である場合に、切換弁２６を連通位置に設定し、吸気制御弁１５を供給位置に設定する。これにより、燃料電池セル２に対し加湿器１０で加湿された加湿空気を供給し、効率の良い発電を可能にする。尚、燃料電池セル２の内部の水分量を燃料電池ＦＣの発電状態に基づいて取得することも可能である。この理由から、制御装置は、燃料電池ＦＣの発電状態から取得した水分量に基づいて吸気制御弁１５を制御するように構成しても良い。

【0068】

これに対し、制御装置は、センサで取得した水分量、あるいは、発電状態に基づいて取得した水分量が予め設定された閾値を超えたことを判定した場合には切換弁２６を連通位置に設定することで吸入ポート１０ａからの乾燥空気を第１流路２１に流し、吸気制御弁１５を分岐位置に操作する。これにより、加湿器１０で加湿された加湿空気の供給を停止し、加湿されない乾燥空気を燃料電池ＦＣに供給し、燃料電池セル２の内部の水分量を適正な値に戻す。尚、吸気制御弁１５と、切換弁２６とは流路を単純に切り換えるだけではなく、開度の設定により乾燥空気の供給量の設定を行うことや、乾燥空気を分岐の比率を任意に設定するように構成することも可能である。

【0069】

また、制御装置は、取得した制御信号から、車体が走行する状況にある場合や、車体の走行を一時的に停止させた場合のように電力を継続して必要とする場合には、切換弁２６を連通位置に設定し、吸気制御弁１５を供給位置に設定することにより、乾燥空気を、加湿器１０を介して燃料電池ＦＣに供給し、燃料電池ＦＣでの発電を継続できる。

【0070】

これに対し、制御装置は、走行を停止したことを判定した場合、あるいは、発電停止を必要とする場合には、切換弁２６をバイパス位置に操作する。これにより、乾燥空気が、バイパス流路２５を介して排出ポート１０ｄに流れ、燃料電池セル２への空気の供給が停止し無駄な発電を抑制する。

【0071】

〔実施形態の作用効果〕
このように、燃料電池ＦＣで発電を行う際には、制御装置は、切換弁２６を連通位置に設定し、吸気制御弁１５を供給位置に設定する。この設定により吸入ポート１０ａに供給された乾燥空気は、第１流路２１から吸気ガイド１３ａに供給される。

【0072】

吸気ガイド１３ａに供給された乾燥空気は、加湿器１０の内部において加湿ユニット１１のセパレータの加湿膜に接触することにより水分を与えられ加湿空気となり、供給ガイド１３ｂに達する。供給ガイド１３ｂに達した加湿空気（カソードガス）は、第２流路２２から供給ポート１０ｂに流れ、燃料電池セル２に供給される。

【0073】

また、燃料電池セル２に供給された加湿空気は、発電に伴い空気中の酸素が消費されると共に、生成される水分が与えられた含水空気（カソードオフガス）となる。このように生成された含水空気は受給ポート１０ｃから第３流路２３を介して受給ガイド１３ｃに供給される。

【0074】

受給ガイド１３ｃに供給された含水空気は、加湿ユニット１１のセパレータの加湿膜に接触することにより水分が奪われた除湿空気として排出ガイド１３ｄに達する。排出ガイド１３ｄに達した除湿空気は第４流路２４に送られ、排気制御弁１６から排出ポート１０ｄに送られ、この排出ポート１０ｄから排出される。

【0075】

制御装置は、前述したように燃料電池セル２の内部の水分量が閾値を超えた場合に、吸気制御弁１５を分岐位置に操作することにより、乾燥空気を燃料電池セル２に供給する。この供給により、燃料電池セル２の水分量を迅速に適正な値に復帰させる。

【0076】

更に、制御装置は、前述したように車体の走行を停止した場合のように、燃料電池セル２での発電を停止する場合や、低出力発電にする場合に切換弁２６をバイパス位置に操作する。これにより、空気がバイパス流路２５を介して排出ポート１０ｄに流れ、燃料電池セル２に対する空気の供給が停止し無駄な発電を抑制する。

【0077】

加湿器１０は、外壁１３に吸気ガイド１３ａ、 供給ガイド１３ｂ、受給ガイド１３ｃ、排出ガイド１３ｄが突出形成されている。バイパス流路２５は、これらのガイドの中間の凹状空間１３ｅに配置する状態で外壁１３に固定されている。これにより、バイパス流路２５が外方に突出することがなく、メンテナンスも容易にする。

【0078】

これにより、バイパス流路２５を形成するための配管を配置する空間の確保を必要としない。また、例えば、バイパス流路２５を乾燥側流路ＤＬに接続するための管路、あるいは、バイパス流路２５を第４流路２４に接続するための管路を接続する工程の短縮や省略が可能で、部品点数の増加を招くことがなく、加湿器１０の大型化も抑制する。

【0079】

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

【0080】

（ａ）実施形態に記載した吸気制御弁１５を用いることなく、図６に示すように、単一の切換弁２６を用いる。

【0081】

切換弁２６は、中立位置と、分岐位置と、バイパス位置との３位置に切換自在に構成されている。切換弁２６は、中立位置では、吸入ポート１０ａからの乾燥空気を、吸気ガイド１３ａにのみ供給する。分岐位置では、吸入ポート１０ａからの乾燥空気を、第２流路２２に合流させる。バイパス位置では、吸入ポート１０ａからの乾燥空気を、バイパス流路２５に供給する。

【0082】

この別実施形態（ａ）では、単一の切換弁２６を用いることより吸気制御弁１５を必要としないため、部品点数を低減する。また、切換弁２６は、スプールを３位置に切換自在な電磁弁を用いることや、回転型の弁体を用いるロータリ型の弁を用いることが可能である。

【0083】

（ｂ）図７に示すように、加湿器１０が、矩形の外壁１３に対し、吸気ガイド１３ａと 供給ガイド１３ｂとを一方の対角線上に配置し、受給ガイド１３ｃと排出ガイド１３ｄとを他方の対角線上に配置して構成されている。このような構成の加湿器１０の外壁１３に対し、バイパス流路２５を備える。

【0084】

また、この別実施形態（ｂ）では、外壁１３に対し、複数のガイドに対応して吸気口１３ａｐ、供給口１３ｂｐ、受給口１３ｃｐ、排出口１３ｄｐが形成されている。この構成では、吸気口１３ａｐから供給された乾燥ガスが対角線に沿って流れ、供給口１３ｂｐから加湿空気として送り出される。これと同様に受給口１３ｃｐに供給された含水空気が対角線に沿って流れ、排出口１３ｄｐから除湿空気として送り出される。

【0085】

この別実施形態（ｂ）では、実施形態と同様に吸気ガイド１３ａ、供給ガイド１３ｂ、受給ガイド１３ｃ、排出ガイド１３ｄの夫々が外壁１３のプレート状部から前側に膨らむように突出形成されている。

【0086】

この別実施形態（ｂ）では、加湿器１０のケース本体１２の内部構造が、実施形態の加湿器１０と一部異なるが、上側の受給ガイド１３ｃと供給ガイド１３ｂとの一対のガイドの下側で、下側の吸気ガイド１３ａと排出ガイド１３ｄとの一対のガイド部の上側に凹状空間１３ｅが形成されている。この凹状空間１３ｅにバイパス流路２５が備えられる。

【0087】

（ｃ）図８に示すように、バイパス流路２５を加湿器１０のケース本体１２の内部に備える。この別実施形態（ｃ）では、実施形態に記載した流路構成と共通する流路構成を有しており、バイパス流路２５がケース本体１２の内部に形成した点が、実施形態と異なっている。

【0088】

このようにケース本体１２の内部にバイパス流路２５を形成することにより、加湿器１０の外部にバイパス流路２５を備えた構成と比較して、加湿器１０の外面の突出物の数を低減することが可能となる。

【0089】

この別実施形態（ｃ）の異なる別実施形態として、別実施形態（ｂ）と同様の構成の加湿器１０のケース本体１２の内部空間にバイパス流路２５を備えることも考えられる。

【0090】

（ｄ）バイパス流路２５は直線状に形成するものに限らず、円弧状や、折れ曲がり状であって良く、直線状に形成するものであっても傾斜姿勢に設定することも可能である。

【0091】

（ｅ）バイパス流路２５は、加湿器１０のケース本体１２の上面や、下面に備える構成であって良く、一部がケース本体１２の内部に配置されるものであっても良い。

【0092】

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0093】

本発明は、燃料電池のカソード側に供給する空気を加湿する加湿器に利用できる。

【符号の説明】

【0094】

１ エンドプレート
１０ 加湿器
１０ａ 吸入ポート
１０ｄ 排出ポート
１１ 加湿ユニット
１２ ケース本体
１３ 外壁
１３ａ 吸気ガイド（吸気部）
１３ｂ 供給ガイド（供給部）
１３ｃ 受給ガイド（受給部）
１３ｄ 排出ガイド（排出部）
１３ｅ 凹状空間
１５ 吸気制御弁
２１ 第１流路
２１ａ 分岐流路
２５ バイパス流路
２６ 切換弁
Ｃ ケース
ＦＣ 燃料電池
ＤＬ 乾燥側流路
ＷＬ 含水側流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】