特許 7425424 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】

(24)【登録日】2024-01-23

(45)【発行日】2024-01-31

(54)【発明の名称】燃料電池用加湿器

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240124BHJP

   H01M 8/04119 20160101ALI20240124BHJP

   H01M 8/04291 20160101ALI20240124BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 N

H01M8/04119

H01M8/04291

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022565464

(86)(22)【出願日】2021-11-26

(86)【国際出願番号】 JP2021043473

(87)【国際公開番号】W WO2022114147

(87)【国際公開日】2022-06-02

【審査請求日】2023-04-04

(31)【優先権主張番号】P 2020195803

(32)【優先日】2020-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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

【審査官】篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１４６３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－００６３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１５６０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６３０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８２５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国実用新案第２０２０１６１００６７０（ＤＥ，Ｕ１）

【文献】特開２００９－１９９７４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４ － ８／０６６８

Ｆ２４Ｆ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

含水空気に含まれる水分を乾燥空気に与えて加湿空気を生成する加湿ユニットを備えた燃料電池用加湿器であって、
前記加湿ユニットは、
一方の面の中央領域に乾燥ガス流路が形成される板状の第１セパレータと、
前記乾燥ガス流路に対向する面の中央領域に含水ガス流路が形成される板状の第２セパレータと、
前記乾燥ガス流路と前記含水ガス流路との間に配置され、前記乾燥ガス流路を流れる前記乾燥空気に対し前記含水ガス流路を流れるガスに含まれる水分を与えて前記加湿空気を生成する加湿膜と、
前記加湿膜の表裏に積層した状態で設けられ、前記加湿膜を補強する２つの保護膜と、
前記加湿膜と前記保護膜とを積層した状態で、前記加湿膜の第１外縁部に沿って設けられ、前記乾燥ガス流路と前記含水ガス流路との間をシールするシール材と、を備え、
少なくとも一方の前記保護膜の第２外縁部を前記加湿膜の前記第１外縁部よりも短くすることにより、前記第１外縁部と前記第２外縁部との間における前記加湿膜に前記シール材に密着する密着領域が形成されている燃料電池用加湿器。

【請求項2】

少なくとも一方の前記保護膜に対向するように前記加湿膜と反対側に補強部材が設けられ、
前記補強部材は、前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間で、前記加湿膜及び前記保護膜と共に前記シール材に挟持される請求項１に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項3】

前記補強部材は、前記第２セパレータと前記加湿膜との間の前記保護膜と接触して設けられている請求項２に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項4】

前記加湿膜は、少なくともいずれか一方の面に前記密着領域を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項5】

前記加湿膜は、前記第１セパレータと対向する面に前記密着領域を有する請求項４に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項6】

前記加湿膜と前記保護膜とは、互いに平行な部分を複数有し、複数の前記平行な部分における前記密着領域の幅はいずれも等しい請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項7】

少なくとも前記加湿膜の前記第１外縁部の角部が円弧状に形成され、前記角部での前記密着領域の幅を複数の前記平行な部分における前記密着領域の幅に等しくすることにより、前記加湿膜の全周に亘って前記密着領域の幅が等しい請求項６に記載の燃料電池用加湿器。

【請求項8】

前記保護膜の前記第２外縁部の角部が円弧状に形成されている請求項７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、含水空気に含まれる水分を乾燥空気に与えて加湿空気を生成する加湿ユニットを備えた燃料電池用加湿器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、燃料電池が利用されており、燃料電池にはカソード側に供給されるカソードガスを加湿するために加湿器が設けられている。このような加湿器には、ガスを案内するセパレータと水を透過する膜とを交互に配置した加湿ユニットが備えられているものがある。このような加湿器として、例えば下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

【0003】

特許文献１には、燃料電池用加湿器が記載されている。この燃料電池加湿器は、加湿部材として機能する加湿膜と、燃料電池の空気極に向かう空気が通過する空気供給通路に連通する加湿往路と、燃料電池の空気極から吐出された発電後のオフガスを通過させる空気オフガス通路に連通する加湿復路とが設けられている。加湿往路及び加湿復路は、上述したセパレータに相当する板部材に設けられ、加湿膜を介して互いに対面するように配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００３－１８７８３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の技術のような加湿往路及び加湿復路が加湿膜を介して互いに対面するように配置される構造にあっては、非常に薄い加湿膜が利用される。このような薄い加湿膜は、例えば製造工程においてハンドリングされる際に損傷を受け易い。このため、加湿膜の強度を高める上で、改良の余地がある。

【0006】

そこで、加湿膜が破損し難い燃料電池用加湿器が求められる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る燃料電池用加湿器の特徴構成は、含水空気に含まれる水分を乾燥空気に与えて加湿空気を生成する加湿ユニットを備えた燃料電池用加湿器であって、前記加湿ユニットは、一方の面の中央領域に乾燥ガス流路が形成される板状の第１セパレータと、前記乾燥ガス流路に対向する面の中央領域に含水ガス流路が形成される板状の第２セパレータと、前記乾燥ガス流路と前記含水ガス流路との間に配置され、前記乾燥ガス流路を流れる前記乾燥空気に対し前記含水ガス流路を流れるガスに含まれる水分を与えて前記加湿空気を生成する加湿膜と、前記加湿膜の表裏に積層した状態で設けられ、前記加湿膜を補強する２つの保護膜と、前記加湿膜と前記保護膜とを積層した状態で、前記加湿膜の第１外縁部に沿って設けられ、前記乾燥ガス流路と前記含水ガス流路との間をシールするシール材と、を備え、少なくとも一方の前記保護膜の第２外縁部を前記加湿膜の前記第１外縁部よりも短くすることにより、前記第１外縁部と前記第２外縁部との間における前記加湿膜に前記シール材に密着する密着領域が形成されている点にある。

【0008】

このような特徴構成とすれば、保護膜により加湿膜を保護すると共に加湿膜の機械的強度を補うことができ、製造工程における破損のリスクを低減できる。また、密着領域における加湿膜とシール材との密着性を高め、保護膜を介した乾燥ガス流路と含水ガス流路との間のリークを防止することが可能となる。

【0009】

また、少なくとも一方の前記保護膜に対向するように前記加湿膜と反対側に補強部材が設けられ、前記補強部材は、前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間で、前記加湿膜及び前記保護膜と共に前記シール材に挟持されると好適である。

【0010】

このような構成とすれば、補強部材により乾燥ガス流路を流通する乾燥空気の圧力が加湿膜、保護膜に作用しても、加湿膜、保護膜が撓み難くなって変形を抑制することが可能になる。

【0011】

また、前記補強部材は、前記第２セパレータと前記加湿膜との間の前記保護膜と接触して設けられていると好適である。

【0012】

このような構成とすれば、加湿膜、保護膜がより撓み難くなって、更に効果的に変形を抑制することが可能になる。

【0013】

また、前記加湿膜は、少なくともいずれか一方の面に前記密着領域を有すると好適である。

【0014】

このような構成とすれば、加湿膜の密着領域が設けられる面において、保護膜を介した乾燥ガス流路と含水ガス流路との間のリークを防止することが可能となる。

【0015】

また、前記加湿膜は、前記第１セパレータと対向する面に前記密着領域を有すると好適である。

【0016】

このような構成とすれば、加湿膜の密着領域が設けられる面において、保護膜を介した乾燥ガス流路と含水ガス流路との間のリークを防止することが可能となる。また、加湿膜の第１セパレータと対向する面に密着領域を設けると、乾燥ガス流路を流通する乾燥空気（高圧）と含水ガス流路を流通する含水空気（低圧）との間に圧力差があっても、加湿膜が撓んで変形し難い。

【0017】

また、前記加湿膜と前記保護膜とは、互いに平行な部分を複数有し、複数の前記平行な部分における前記密着領域の幅はいずれも等しいと好適である。

【0018】

このような構成とすれば、複数の平行な部分において保護膜の外縁部と加湿膜の外縁部との幅をいずれも等しくできるので、外部環境の変化により加湿膜が膨張収縮したとしても、保護膜はそれに追従することができ、保護膜の剥離を防止できる。また、シール材が均等に加湿膜や保護膜と密着するので、加湿膜や保護膜がしわになりにくい。

【0019】

また、少なくとも前記加湿膜の前記外縁部の角部が円弧状に形成され、前記角部での前記密着領域の幅を複数の前記平行な部分における前記密着領域の幅に等しくすることにより、前記加湿膜の全周に亘って前記密着領域の幅が等しいと好適である。

【0020】

このような構成とすれば、全周に亘って保護膜の外縁部と加湿膜の外縁部との幅を一定にできるので、外部環境の変化により加湿膜が膨張収縮したとしても、保護膜はそれに追従することができ、保護膜の剥離を防止できる。また、シール材が全周に亘って均等に加湿膜や保護膜と密着するので、加湿膜や保護膜がしわになりにくい。

【0021】

また、前記保護膜の前記第２外縁部の角部が円弧状に形成されていると好適である。

【0022】

このような構成とすれば、全周に亘って保護膜の外縁部と加湿膜の外縁部との幅を一定にできるので、外部環境の変化により加湿膜が膨張収縮したとしても、保護膜はそれに追従することができ、保護膜の剥離を防止できる。また、シール材が全周に亘って均等に加湿膜や保護膜と密着するので、加湿膜や保護膜がしわになりにくい。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】は、燃料電池用加湿器の斜視図である。

【図2】は、燃料電池用加湿器に連通される流路を示す図である。

【図3】は、第１実施形態に係る加湿ユニットの部分側方断面図である。

【図4】は、加湿膜に設けられた保護膜の平面視である。

【図5】は、加湿膜に設けられた保護膜の別例である。

【図6】は、第２実施形態に係る加湿ユニットの部分側方断面図である。

【図7】は、変形例に係る加湿ユニットの部分側方断面図である。

【図8】は、変形例に係る加湿ユニットの部分側方断面図である。

【図9】は、変形例に係る加湿ユニットの部分側方断面図である。

【図10】は、変形例に係る加湿ユニットの部分側方断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明に係る燃料電池用加湿器（以下「加湿器」）は、加湿膜を保護すると共に補強するように構成されている。以下、本実施形態の加湿器１について説明する。

【0025】

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る加湿器１の斜視図である。図２は、加湿器１に連通される流路を示す図である。図３は、加湿ユニット１０の一部の側方断面図である。加湿器１は、第１プレート２と、第２プレート３と、加湿ユニット１０とを有して構成される。加湿ユニット１０は、第１プレート２と第２プレート３との間に挟まれる状態で設けられる。詳細は後述するが、加湿ユニット１０は、含水空気に含まれる水分を乾燥空気に与えて加湿空気を生成する。加湿ユニット１０は、図３に示されるように、第１セパレータ１１、第２セパレータ１２、加湿膜１３、保護膜１４が積層された状態で構成され、加湿ユニット１０は第１プレート２と第２プレート３との間で、第２セパレータ１２、保護膜１４、加湿膜１３、保護膜１４、及び第１セパレータ１１をこの順で積層し、積層方向に加圧した状態で設けられる。なお、加湿ユニット１０は、図３で示される状態のものを複数積層して構成される。

【0026】

図２に示されるように、加湿器１は、乾燥ガス供給口２１、加湿ガス排出口２２、含水ガス供給口３１、含水ガス排出口３２が設けられる。本実施形態では、加湿ユニット１０は平面視が四角形状で構成され、乾燥ガス供給口２１と加湿ガス排出口２２とが四角形状の対角線に沿って互いに対向するように設けられ、含水ガス供給口３１と含水ガス排出口３２とが四角形状の対角線に沿って互いに対向するように設けられる。

【0027】

本実施形態では、加湿器１は、コンプレッサ４１で加圧された空気（「乾燥空気」の一例）がバルブ４２を介して乾燥ガス供給口２１に供給される。乾燥ガス供給口２１に供給された乾燥空気は、後述する乾燥ガス流路１１Ｃを流通する間に加湿され、加湿空気として加湿ガス排出口２２から排出される。加湿ガス排出口２２から排出された加湿空気はカソードガス供給路４３Ｂに導入され、燃料電池４３に供給される。燃料電池４３は、水素ガスを含む燃料ガスと、酸素ガスを含む空気（上記「乾燥空気」が相当）とが供給され、発電が行われる。燃料電池４３は、この発電により、多くの水が水蒸気の状態で含まれる含水ガス（「含水空気」の一例）を排出する。この含水ガスは、カソードオフガス排出路４３Ａを介して含水ガス供給口３１に供給される。含水ガス供給口３１に供給された含水ガスは、後述する含水ガス流路１２Ｃを流通する際に、乾燥ガス流路１１Ｃを流通する乾燥空気を加湿し、含水ガス排出口３２から排出される。

【0028】

図３に示されるように、第１セパレータ１１は、一方の面の中央領域に乾燥ガス流路１１Ｃが形成される。第１セパレータ１１は板状に形成され、一方の面とは、この板状の第１セパレータ１１が有する面における表面１１Ａ及び裏面１１Ｂのうち、表面１１Ａが相当する。このため、一方の面の中央領域とは、平面視において、第１セパレータ１１を外周部と中央部とに分けた場合における中央部の領域が相当する。したがって、第１セパレータ１１は、平面視において、表面１１Ａの中央領域に乾燥ガス流路１１Ｃが形成される。なお、第１セパレータ１１は、平面視において、表面１１Ａの外周部には後述するシール材１５が設けられる。このため、理解を容易にするために、本実施形態では、平面視において、表面１１Ａのシール材１５が設けられる領域を外周部とし、乾燥ガス流路１１Ｃが形成される領域を中央部として説明する。図３にあっては、第１セパレータ１１が１つのみ記載されているが、加湿ユニット１０には、第１セパレータ１１が複数備えられ、夫々の乾燥ガス流路１１Ｃは、図２に示されるように、乾燥ガス供給路５１及び供給口７１を介して乾燥ガス供給口２１と連通するように構成される。これにより、上述したように乾燥ガス流路１１Ｃにコンプレッサ４１からの乾燥空気を導入することが可能となる。なお、第１セパレータ１１において、表面１１Ａに加えて、裏面１１Ｂの中央領域に乾燥ガス流路１１Ｃ又は含水ガス流路１２Ｃが形成されていても良い。

【0029】

第２セパレータ１２は、一方の面の中央領域に含水ガス流路１２Ｃが形成される。第２セパレータ１２は板状に形成され、一方の面とは、この板状の第２セパレータ１２が有する面における表面１２Ａ及び裏面１２Ｂのうち、表面１２Ａが相当する。このため、一方の面の中央領域とは、平面視において、第２セパレータ１２を外周部と中央部とに分けた場合における中央部の領域が相当する。したがって、第２セパレータ１２は、平面視において、表面１２Ａの中央領域に含水ガス流路１２Ｃが形成される。なお、第２セパレータ１２にあっても、平面視において、表面１２Ａの外周部には後述するシール材１５が設けられる。このため、理解を容易にするために、本実施形態では、平面視において、表面１２Ａのシール材１５が設けられる領域を外周部とし、含水ガス流路１２Ｃが形成される領域を中央部として説明する。図３にあっては、第２セパレータ１２が１つのみ記載されているが、加湿ユニット１０には、第２セパレータ１２も複数備えられ、夫々の含水ガス流路１２Ｃは、図２に示されるように、含水ガス供給路６１及び供給口８１を介して含水ガス供給口３１と連通するように構成される。これにより、燃料電池４３からの含水ガスを導入することが可能となる。なお、第２セパレータ１２において、表面１２Ａに加えて、裏面１２Ｂの中央領域に含水ガス流路１２Ｃ又は乾燥ガス流路１１Ｃが形成されていても良い。

【0030】

図３に示されるように、加湿膜１３は、積層方向で乾燥ガス流路１１Ｃと含水ガス流路１２Ｃとの間に配置される。乾燥ガス流路１１Ｃと含水ガス流路１２Ｃとの間とは、上述した第１セパレータ１１の中央領域と第２セパレータ１２の中央領域との間である。したがって、加湿膜１３は第１セパレータ１１の中央領域と第２セパレータ１２の中央領域との間に配置される。すなわち、乾燥ガス流路１１Ｃと含水ガス流路１２Ｃとは加湿膜１３を挟んで対向している。加湿膜１３も、加湿ユニット１０にあっては複数設けられる。

【0031】

このような加湿膜１３は、乾燥ガス流路１１Ｃを流れる乾燥空気に対し含水ガス流路１２Ｃを流れるガスに含まれる水分を与えて加湿空気を生成する。乾燥ガス流路１１Ｃを流れる乾燥空気とは、バルブ４２、乾燥ガス供給口２１及び乾燥ガス供給路５１を介してコンプレッサ４１から乾燥ガス流路１１Ｃに供給される乾燥ガスである。含水ガス流路１２Ｃを流れるガスとは、カソードオフガス排出路４３Ａから含水ガス流路１２Ｃの供給される含水ガスである。したがって、加湿膜１３は、バルブ４２、乾燥ガス供給口２１及び乾燥ガス供給路５１を介してコンプレッサ４１から供給される乾燥ガスに対し、カソードオフガス排出路４３Ａ及び含水ガス供給口３１を介して燃料電池４３から流通する含水ガスに含まれる水分を与えて加湿空気を生成する。なお、乾燥空気に水分を与えて加湿ガス（「加湿空気」の一例）を生成する方法については、公知であるのでここでの説明は省略する。生成された加湿ガスは、加湿空気排出路５２及び加湿ガス排出口２２を介してカソードガス供給路４３Ｂに導入され、燃料電池４３に供給される。

【0032】

保護膜１４は、図３に示されるように、加湿膜１３と積層した状態で設けられ、加湿膜１３を補強する。「加湿膜１３と積層した状態で設けられ、」とは、少なくとも加湿膜１３の表面に相当する第１面１３Ａ及び裏面に相当する第２面１３Ｂのうちの一方に貼り付けられた状態で設けられることを意味する。本実施形態では、保護膜１４は、加湿膜１３における第１面１３Ａ及び第２面１３Ｂの双方（表裏）に夫々設けられる。保護膜１４としては、例えば不織布を利用するが、これに限定されず、抄紙、メッシュ、多孔膜等を利用することが可能である。これにより保護膜１４が、薄膜（例えば厚さが数μｍ）である加湿膜１３を保護すると共に機械的強度を補強し、例えば製造工程におけるハンドリング性を高め、損傷を防止することが可能となる。

【0033】

また、保護膜１４は、少なくとも一方の保護膜１４の外縁部（第２外縁部の一例）１４Ｅが加湿膜１３の外縁部（第１外縁部の一例）１３Ｅよりも加湿膜１３の中央部側に引退した状態で設けられる。保護膜１４の外縁部１４Ｅとは、上述した保護膜１４の外周部における縁部（外端部）である。加湿膜１３の中央部側に引退した状態とは、図４に示されるように、加湿膜１３に積層した状態で設けた保護膜１４の平面視において、保護膜１４の外縁部１４Ｅの周囲に加湿膜１３が露出している状態であることを意味する。このとき、保護膜１４の外縁部１４Ｅの外周長さは加湿膜１３の外縁部１３Ｅの外周長さよりも短くなっている。本実施形態では、加湿膜１３のうち当該加湿膜１３の外縁部１３Ｅと保護膜１４の外縁部１４Ｅとの間において加湿膜１３が露出している部分は、密着領域１９と称される。また、本実施形態では、上述したように、保護膜１４は、加湿膜１３における第１面１３Ａ及び第２面１３Ｂの双方に設けられるが、加湿膜１３における第１面１３Ａ及び第２面１３Ｂの双方に設けられる保護膜１４のうち、第２面１３Ｂに設けられた保護膜１４が加湿膜１３の中央部側に引退した状態で設けられる。一方、加湿膜１３の第１面１３Ａに設けられた保護膜１４は、保護膜１４の外縁部１４Ｅが加湿膜１３の外縁部１３Ｅよりも加湿膜１３の中央部側に引退しない状態で設けられる。本実施形態では、加湿膜１３の第１面１３Ａに設けられた保護膜１４は、外縁部１４Ｅが加湿膜１３の外縁部１３Ｅと一致した状態で設けられる。なお、保護膜１４は必要に応じて、加湿膜１３の外縁部１３Ｅより大きくても良い。

【0034】

シール材１５は、加湿膜１３と保護膜１４とを挟持した状態で、加湿膜１３の外縁部１３Ｅに沿って設けられる。具体的には、第１セパレータ１１の一方の面（表面１１Ａ）の外周部のうち、乾燥ガス流路１１Ｃの乾燥ガス供給路５１及び加湿空気排出路５２以外の部分と、第２セパレータ１２の一方の面（表面１２Ａ）の外周部のうち、含水ガス流路１２Ｃの含水ガス供給路６１及び含水空気排出路６２以外の部分とに亘って設けられる。本実施形態における加湿膜１３と保護膜１４とを挟持した状態とは、保護膜１４と第１セパレータ１１、第２セパレータ１２との間に夫々シール材１５が入り込むことにより、加湿膜１３と保護膜１４とが第１セパレータ１１及び第２セパレータ１２の夫々の外周部と離間している状態をいう。また、第１セパレータ１１の一方の面の外周部のうち、乾燥ガス流路１１Ｃの供給口７１は、乾燥ガス供給路５１と連通して、乾燥ガス流路１１Ｃに乾燥ガスが供給されるポートに相当し、排出口７２は、加湿空気排出路５２と連通して、乾燥ガス流路１１Ｃから加湿空気が排出されるポートに相当する。第２セパレータ１２の一方の面の外周部のうち、含水ガス流路１２Ｃの供給口８１は、含水ガス供給路６１と連通して、含水ガス流路１２Ｃに含水ガスが供給されるポートに相当し、排出口８２は、含水空気排出路６２と連通して、含水ガス流路１２Ｃから含水空気が排出されるポートに相当する。

【0035】

本実施形態では、シール材１５は、加湿膜１３と保護膜１４とが第１セパレータ１１及び第２セパレータ１２の夫々と離間している状態で、乾燥ガス供給路５１、加湿空気排出路５２、含水ガス供給路６１、及び含水空気排出路６２以外の部分に全周に亘って設けられる。シール材１５は、図２においてグレーの着色で示される。図３に示されるように、シール材１５の外縁は、第１セパレータ１１及び第２セパレータ１２の外縁と面一になるように設けられる。図２においては、シール材１５の外縁が、第１セパレータ１１及び第２セパレータ１２の外縁から若干内側に入っているように描かれているが、実際は面一である。このようなシール材１５は例えば接着剤を利用することが可能である。

【0036】

また、シール材１５は、加湿膜１３のうち当該加湿膜１３の外縁部１３Ｅと保護膜１４の外縁部１４Ｅとの間における加湿膜１３が有する密着領域１９において、加湿膜１３と直接接触するように設けられる。これにより、保護膜１４に、当該保護膜１４の厚さ方向に沿う空隙がある場合であっても、シール材１５と加湿膜１３との間における気密性を高め、乾燥ガス流路１１Ｃと含水ガス流路１２Ｃとの間をシールして、乾燥ガス流路１１Ｃから含水ガス流路１２Ｃへの空気（乾燥空気及び加湿空気）のリーク（クロスリーク）のリスクを低減することが可能となる。

【0037】

この加湿膜１３が有する密着領域１９は、加湿膜１３の表面に相当する第１面１３Ａ及び裏面に相当する第２面１３Ｂのうちの少なくともいずれか一方の面に設けられる。本実施形態では、保護膜１４は加湿膜１３の第１面１３Ａ及び第２面１３Ｂの双方に設けられているが、密着領域１９は第２面１３Ｂにのみ設けられる。通常、乾燥ガス流路１１Ｃを流通する乾燥空気は、コンプレッサ４１で加圧されているため、含水ガス流路１２Ｃを流通する含水空気よりも圧力が高い。そのため、乾燥空気の圧力を受ける第２面１３Ｂに密着領域１９を設けると、乾燥ガス流路１１Ｃを流通する乾燥空気（高圧）と含水ガス流路１２Ｃを流通する含水空気（低圧）との間に圧力差があっても、加湿膜１３が撓んで変形し難いので好適である。もちろん、密着領域１９を、第１面１３Ａ及び第２面１３Ｂの双方に設けても良いし、第１面１３Ａにのみ設けても良い。更には、保護膜１４が加湿膜１３の第１面１３Ａ及び第２面１３Ｂの一方にのみ設けられる場合において、加湿膜１３の片面のみに配置される保護膜１４の外縁部１４Ｅが加湿膜１３の外縁部１３Ｅと一致もしくは大きい場合には、密着領域１９は保護膜１４が設けられる面とは反対側の面に設けても良い。

【0038】

図４は、加湿膜１３と、当該加湿膜１３の第２面１３Ｂに設けられた、外縁部１４Ｅが加湿膜１３の外縁部１３Ｅよりも加湿膜１３の中央部側に引退した状態で設けられる保護膜１４の平面視である。本実施形態では、加湿膜１３と引退した状態で設けられる保護膜１４とは、互いに平行な部分を複数（本実施形態では４つ）有するように構成される。図４では、このような平行な部分に、符号Ｐを付して示される。これにより、複数の当該平行な部分Ｐにおける加湿膜１３の外縁部１３Ｅと保護膜１４の外縁部１４Ｅとの平面視における間隔（密着領域１９の幅）をいずれも一定にすることが可能となる。平行でない（符号Ｐが付されていない）部分である加湿膜１３と保護膜１４の角部には、供給口７１、排出口７２、供給口８１、及び排出口８２が形成されている（図２も参照）。シール材１５が設けられている加湿膜１３の外縁部１３Ｅと保護膜１４の外縁部１４Ｅとの平面視における間隔（密着領域１９の幅）は全周に亘って一定であるため、外部環境の変化により加湿膜１３が膨張収縮したとしても、保護膜１４はそれに追従することができ、保護膜１４や加湿膜１３が損傷（例えば、破損）するのを防止することができる。また、シール材１５が全周に亘って均等に加湿膜１３や保護膜１４と密着するので、加湿膜１３や保護膜１４がしわになりにくい。

【0039】

更に、本実施形態では、図４及び図５に示されるように、平面視における加湿膜１３は、少なくとも加湿膜１３の外縁部１３Ｅの角部１３Ｒが円弧状に形成される。加湿膜１３の外縁部１３Ｅの角部１３Ｒの一部が供給口７１、排出口７２、供給口８１、及び排出口８２と重複していない場合、又は、供給口７１、排出口７２、供給口８１、及び排出口８２が角部１３Ｒ以外の箇所（符号Ｐが付されている箇所）に形成されている場合には、角部１３Ｒに更に容易にシール材１５が設けられるので、角部１３Ｒにおいても、加湿膜１３の外縁部１３Ｅと保護膜１４の外縁部１４Ｅとの間隔（密着領域１９の幅）が一定であることが好ましい。すなわち、保護膜１４を矩形状に形成し、加湿膜１３の角部１３Ｒの円弧の中心Ｏが保護膜１４の頂点と重なるようにするか（図５参照）、加湿膜１３の角部１３Ｒの中心Ｏと保護膜１４の角部１４Ｒの中心Ｏとが一致するように保護膜１４の外縁部１４Ｅの角部１４Ｒを円弧状に形成することが好ましい（図４参照）。これにより、平面視において、加湿膜１３に積層した状態で設けた保護膜１４を見た場合に、加湿膜１３が露出している密着領域１９の幅（加湿膜１３の外縁部１３Ｅと保護膜１４の外縁部１４Ｅとの間隔）を、供給口７１、排出口７２、供給口８１、及び排出口８２（図４では図示せず）を含め、加湿膜１３及び保護膜１４の全周に亘って一定にすることが可能となる。

【0040】

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る加湿器１について説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。本実施形態に係る加湿器１は、加湿ユニット１０の構成が第１実施形態と異なっている。

【0041】

図６に示されるように、本実施形態においては、第２セパレータ１２と加湿膜１３の第１面１３Ａの側に設けられた保護膜１４との間に補強部材１６が設けられている。すなわち、補強部材１６は、加湿膜１３の第１面１３Ａ側に設けられた保護膜１４に対向するように、加湿膜１３とは反対側に積層されて配置されている。補強部材１６と保護膜１４とは、接触して配置されている。本実施形態において、補強部材１６は、加湿膜１３及び対向（隣接）する保護膜１４と同じ大きさを有している。一方、加湿膜１３の第２面１３Ｂの側に設けられた保護膜１４は加湿膜１３の中央部側に引退した状態で設けられており、密着領域１９が加湿膜１３の第２面１３Ｂにのみ設けられている。補強部材１６としては、例えば樹脂製のメッシュを利用するが、これに限定されず、抄紙、不織布、多孔膜等を利用することが可能である。なお、本実施形態では、保護膜１４と補強部材１６とは全面が接触しているが、一部分のみ、例えば中央領域のみ接触するように構成しても良い。

【0042】

シール材１５は、加湿膜１３と両側の保護膜１４と補強部材１６とを挟持した状態で、加湿膜１３の外縁部１３Ｅに沿って設けられる。本実施形態における加湿膜１３と両側の保護膜１４と補強部材１６とを挟持した状態とは、加湿膜１３の第２面１３Ｂ側の保護膜１４と第１セパレータ１１との間、及び、補強部材１６と第２セパレータ１２との間に、夫々シール材１５が入り込むことにより、加湿膜１３と両側の保護膜１４と補強部材１６とが第１セパレータ１１及び第２セパレータ１２の夫々の外周部と離間している状態をいう。

【0043】

上述したように、通常、乾燥ガス流路１１Ｃを流通する乾燥空気は、コンプレッサ４１で加圧されているため、含水ガス流路１２Ｃを流通する含水空気よりも圧力が高い。そのため、乾燥ガス流路１１Ｃを流通する乾燥空気と含水ガス流路１２Ｃを流通する含水空気との差圧により、保護膜１４を設けていても、加湿膜１３が撓んで変形する場合がある。そこで、補強部材１６を設けることにより加湿膜１３、保護膜１４の引張強度が大きくなり、乾燥空気の圧力が作用しても、加湿膜１３、保護膜１４が撓み難くなって変形を抑制することが可能になる。

【0044】

本実施形態では、補強部材１６を第２セパレータ１２と加湿膜１３の第１面１３Ａ側の保護膜１４との間に設けたが、第１セパレータ１１と加湿膜１３の第２面１３Ｂ側の保護膜１４との間に設けても良いし、両方の保護膜１４に対向するように２つの補強部材１６を夫々設けても良い。また、本実施形態では、補強部材１６が、加湿膜１３及び対向する保護膜１４と同じ大きさである。

【0045】

また、図６とは逆に、加湿膜１３の第２面１３Ｂの側に設けられた保護膜１４が加湿膜１３と同じ大きさで、加湿膜１３の第１面１３Ａの側に設けられた保護膜１４が加湿膜１３の中央部側に引退した状態で設けられることにより、密着領域１９が加湿膜１３の第１面１３Ａにのみ設けられた場合には、第１セパレータ１１と加湿膜１３の第２面１３Ｂ側の保護膜１４との間に、当該保護膜１４と同じ大きさ、すなわち加湿膜１３と同じ大きさの補強部材１６を設けるように構成しても良い。

【0046】

〔第１実施形態、第２実施形態の変形例〕
以下の変形例は、第２実施形態の図を用いて説明するが、第１実施形態においても同様に適用することができる。

【0047】

（１）図７に示されるように、第２実施形態の構成において、シール材１５で、乾燥ガス流路１１Ｃを形成する第１セパレータ１１の角部１１Ｆ、及び、含水ガス流路１２Ｃを形成する第２セパレータ１２の角部１２Ｆを覆う。これにより、角部１１Ｆ，１２Ｆが引っかかって保護膜１４や補強部材１６の破れを防止することができる。

【0048】

（２）図８に示されるように、第１セパレータ１１の外縁に壁１１Ｄを形成すると共に第２セパレータ１２の外縁に壁１２Ｄを形成して、壁１１Ｄと壁１２Ｄとを当接させる。その上で、上記（１）のように角部１１Ｆ，１２Ｆを覆うようにシール材１５を設ける。これにより、シール材１５が第１セパレータ１１、第２セパレータ１２の外側に漏れるのを防ぐことができると共に、角部１１Ｆ，１２Ｆによる保護膜１４や補強部材１６の破れを防止することができる。

【0049】

（３）図９に示されるように、第１セパレータ１１の外周部、及び、第２セパレータ１２の外周部に夫々段差１１Ｅ，１２Ｅを設けて段差１１Ｅに保護膜１４、段差１２Ｅに補強部材１６を収容する。これにより、第１セパレータ１１、第２セパレータ１２に対する加湿膜１３、保護膜１４、補強部材１６の位置決めを容易に行うことができる。

【0050】

（４）図１０に示されるように、上記（３）の段差１１Ｅ，１２Ｅを大きくしてシール材１５が流れ込むようにし、流れ込んだシール材１５で、乾燥ガス流路１１Ｃを形成する第１セパレータ１１の角部１１Ｆ、及び、含水ガス流路１２Ｃを形成する第２セパレータ１２の角部１２Ｆを覆う。更に、第１セパレータ１１の外縁に壁１１Ｄを形成すると共に第２セパレータ１２の外縁に壁１２Ｄを形成して、壁１１Ｄと壁１２Ｄとを当接させる。これにより、角部１１Ｆ，１２Ｆによる保護膜１４や補強部材１６の破れを防止することができると共に、シール材１５が第１セパレータ１１、第２セパレータ１２の外側に漏れるのを防ぐことができる。更に、段差１１Ｅ，１２Ｅにより、第１セパレータ１１、第２セパレータ１２に対する加湿膜１３、保護膜１４、補強部材１６の位置決めを容易に行うことができる。

【0051】

〔その他の実施形態〕
上記各実施形態では、加湿膜１３と保護膜１４とは、互いに平行な部分Ｐを有するとして説明したが、加湿膜１３と保護膜１４とは、互いに平行な部分Ｐを有しないように構成することも可能である。

【0052】

上記各実施形態では、少なくとも加湿膜１３の外縁部１３Ｅの角部１３Ｒが円弧状に形成されているとして説明したが加湿膜１３の外縁部１３Ｅの角部１３Ｒは円弧状に形成せずに構成することも可能である。係る場合、保護膜１４のみ外縁部１４Ｅの角部１４Ｒを円弧状に形成することも可能である。

【0053】

上記各実施形態では、加湿膜１３及び保護膜１４が四角形状に構成されている場合の例を挙げて説明したが、加湿膜１３及び保護膜１４は、三角形状でも良いし、五角以上の多角形状で構成しても良い。更には、円形状に構成しても良い。

【0054】

上記各実施形態では、シール材１５が設けられた領域の内側である中央領域において、第１セパレータ１１の隣接する乾燥ガス流路１１Ｃ，１１Ｃを区切る区切壁の表面１１Ａ、及び、第２セパレータ１２の隣接する含水ガス流路１２Ｃ，１２Ｃを区切る区切壁の表面１２Ａは保護膜１４や補強部材１６に当接しているが（図３、図６～図１０参照）、区切壁の表面１１Ａ，１２Ａの少なくとも一方は、保護膜１４や補強部材１６から離間して間隙を有していても良い。これにより、区切壁の表面１１Ａ，１２Ａと対向する箇所においても、含水ガス流路１２Ｃを流れるガスの水分を、乾燥ガス流路１１Ｃを流れる乾燥空気に与えることができる。

【0055】

上記各実施形態及び変形例に係る構成は、可能な限り組み合わせることができる。

【0056】

本発明は、含水空気に含まれる水分を乾燥空気に与えて加湿空気を生成する加湿ユニットを備えた燃料電池用加湿器に用いることが可能である。

【符号の説明】

【0057】

１：加湿器（燃料電池用加湿器）
１０：加湿ユニット
１１：第１セパレータ
１１Ａ：表面（一方の面）
１１Ｃ：乾燥ガス流路
１２：第２セパレータ
１２Ａ：表面（一方の面）
１２Ｃ：含水ガス流路
１３：加湿膜
１３Ｅ：外縁部（第１外縁部）
１３Ｒ：角部
１４：保護膜
１４Ｅ：外縁部（第２外縁部）
１５：シール材
１６：補強部材
１９：密着領域
７１：供給口
７２：排出口
８１：供給口
８２：排出口
Ｐ：平行な部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】