專利名稱：加濕器和燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加濕器和燃料電池系統(tǒng)，特別是涉及一種對在冬 季或寒冷地區(qū)等的凍結(jié)對策的提高有效的加濕器。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)具有通過燃料氣體和氧化氣體的電化學反應來進行 發(fā)電的燃料電池。在固體高分子型的燃料電池中，為了提高其發(fā)電效 率，需要使電解質(zhì)膜保持在濕潤狀態(tài)。該濕潤狀態(tài)的保持一般是利用 對燃料氣體或氧化氣體進行加濕的加濕器來進行。在以往的加濕器中，大多采用在高濕度的氧化廢氣與低濕度的氧 化氣體之間進行水分交換的內(nèi)部加濕方式。氧化廢氣比氧化氣體的濕 度高的原因是在從燃料電池的空氣極排出的氧化廢氣中含有通過電化 學反應而生成的水。曰本特開2005 — 44665號公報公開了在外殼內(nèi)部具備具有水蒸氣 透過性的中空纖維膜的內(nèi)部加濕方式的加濕器。在該加濕器中，在外 殼上部形成有氧化氣體的入口和出口，進而，在外殼兩側(cè)部形成有氧 化廢氣的入口和出口。然后，向外殼內(nèi)導入氧化廢氣和氧化氣體，并 使它們分別在中空纖維膜的外側(cè)和內(nèi)側(cè)流通。由此，水分從高濕度的 氧化廢氣被吸收到中空纖維膜中，該水分通過毛細管現(xiàn)象通過膜而向 低濕度的氧化氣體移動，向氧化氣體補給水分。但是，燃料電池系統(tǒng)有時在冬季或寒冷地區(qū)等低溫環(huán)境下使用。 然而，在日本特開2005 — 44665號公報中，對于加濕器中的凍結(jié)對策 并沒有公開任何內(nèi)容。因此，擔心引起以下問題。艮P，當燃料電池系統(tǒng)在低溫環(huán)境下處于停止中等時，如果在加濕 器的氧化廢氣入口殘留有水分的話，則這些水分會凝結(jié)而成為冰。這 樣，在燃料電池系統(tǒng)的下次起動時，冰由于導入的氧化廢氣而飛散并 與中空纖維膜接觸，擔心中空纖維膜損傷。此外，還擔心在外殼內(nèi)的 底部生成的冰由于氧化氣體的流動而使中空纖維膜損傷。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制低溫時的水蒸氣透過 膜的損傷的加濕器以及燃料電池系統(tǒng)。用于達成上述目的的本發(fā)明的加濕器，在內(nèi)部具有水蒸氣透過膜， 并且向內(nèi)部導入第一氣體以及濕度比該第一氣體高的第二氣體，并利 用第二氣體經(jīng)由水蒸氣透過膜而對第一氣體進行加濕。加濕器具有分別與加濕器的內(nèi)部連通的、第一氣體用和第二氣體用的入口和出口。并且，滿足下述(a)和(b)的至少一方，優(yōu)選滿足雙方(a)、第 --氣體用的入口位于比第一氣體用的出口高的位置；(b)、第二氣體 用的入口位于比第二氣體用的出口高的位置。此外，用于達成上述目的的本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有通過氧化 氣體和燃料氣體之間的電化學反應來進行發(fā)電的燃料電池，該燃料電池系統(tǒng)使用本發(fā)明的加濕器，對供給到燃料電池的氧化氣體和燃料氣 體中的至少一方進行加濕。根據(jù)本發(fā)明，第一氣體和/或第二氣體中含有的水分凝結(jié)而積存的 部分、以及在低溫時(例如在0'C時)凝結(jié)水成為冰的部分不是高位的 入口側(cè)，而是低位的出口側(cè)，而且該部分能夠成為第一氣體和/或第二 氣體的下游側(cè)。由此，即使第一氣體和/或第二氣體從高位的入口向低 位的出口流動，也抑制冰和水由于該流動而朝向水蒸氣透過膜。由此， 能夠抑制水蒸氣透過膜的損傷。此外，應用了本發(fā)明的加濕器的燃料電池系統(tǒng)能夠提高所述燃料電池系統(tǒng)的低溫起動性。根據(jù)優(yōu)選的一個方式，可以是水蒸氣透過膜的位置比第一氣體用 的入口低且比第一氣體用的出口高。另外，根據(jù)優(yōu)選的一個方式，可 以是水蒸氣透過膜的位置比第二氣體用的入口低且比第二氣體用的出 口高。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使在水蒸氣透過膜上凝結(jié)有水，該水也會由于重 力而向出口側(cè)移動。由此，能夠抑制水積存在水蒸氣透過膜上，能夠 抑制水蒸氣透過膜的凍結(jié)。根據(jù)優(yōu)選的一個方式，可以是第一氣體用的入口的至少一部分比 水蒸氣透過膜的上限位置高，第一氣體用的出口的至少一部分比水蒸 氣透過膜的下限位置低。此外，可以是第二氣體用的入口的至少一部 分比水蒸氣透過膜的上限位置高，第二氣體用的出口的至少一部分比 水蒸氣透過膜的下限位置低。即使是這樣的結(jié)構(gòu)，也能夠抑制水積存在水蒸氣透過膜上，能夠 抑制水蒸氣透過膜的凍結(jié)。此處，作為水蒸氣透過膜，可以采用平膜狀的膜以及中空纖維膜 中的任意一方。根據(jù)優(yōu)選的一個方式，可以是水蒸氣透過膜為中空纖 維膜，第一氣體在中空纖維膜的外部流動，第二氣體在中空纖維膜的 內(nèi)部流動。根據(jù)優(yōu)選的一個方式，可以在加濕器上以與該加濕器的內(nèi)部連通 的方式連接使第一氣體或第二氣體流動的配管?？梢栽谂涔苌显O(shè)置閥， 該閥具有與加濕器相比位于重力方向的高位的閥芯。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制在加濕器內(nèi)凝結(jié)的水積存在闊芯內(nèi)。由此，能夠抑制閥芯因凍結(jié)而產(chǎn)生的動作不良。
根據(jù)優(yōu)選的一個方式，加濕器可以具有外殼，在該外殼上分別形 成有第一氣體用和第二氣體用的入口和出口，并且在該外殼的內(nèi)部設(shè) 置有水蒸氣透過膜。
用于達成上述目的的本發(fā)明的另一加濕器，具有外殼，第一氣 體和濕度比該第一氣體高的第二氣體被導入至該外殼的內(nèi)部，并被排 出至該外殼的外部；以及水蒸氣透過膜，設(shè)置在外殼內(nèi)，該加濕器利 用第二氣體經(jīng)由水蒸氣透過膜而對第一氣體進行加濕。并且，外殼構(gòu)
成為在外殼內(nèi)的第一氣體和第二氣體中的至少一方的流動是從重力方 向的高位變?yōu)榈臀弧?br> 根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，凝結(jié)水或該凝結(jié)水成為冰的部分處于外殼內(nèi)的 低位，而且能夠成為第一氣體和/或第二氣體的下游側(cè)。由此，即使第 --氣體和/或第二氣體從高位向低位流動，也能夠抑制凝結(jié)水或冰由于 該流動而朝向水蒸氣透過膜。由此，能夠抑制水蒸氣透過膜的損傷。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式所述的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 圖2是表示本發(fā)明的加濕器的外觀的立體圖。 圖3是表示本發(fā)明的加濕器的內(nèi)部的主剖視圖。 圖4是本發(fā)明的加濕器的中空纖維膜的放大剖視圖。 圖5是表示第二實施方式所述的燃料電池系統(tǒng)的一部分的結(jié)構(gòu)圖。 圖6是表示本發(fā)明的加濕器和閥的布置(layout)的第一示例的示 意剖視圖。
圖7是表示本發(fā)明的加濕器和閥的配置的第二示例的示意剖視圖。 圖8是表示本發(fā)明的加濕器和閥的配置的第三示例的示意剖視圖。
具體實施方式
下面，參照附圖，對將本發(fā)明的優(yōu)選實施方式所述的加濕器應用 于燃料電池系統(tǒng)中的示例進行說明。
第一實施方式
如圖1所示，燃料電池系統(tǒng)1包括燃料電池2、氧化氣體配管系統(tǒng)
3、燃料氣體配管系統(tǒng)4、制冷劑配管系統(tǒng)5以及控制裝置7。燃料電 池系統(tǒng)1能夠搭載在車輛上，當然并不限定于車輛，也可以應用于各 種移動體(例如，船舶、飛機、機器人等)或者定置型電源中。
燃料電池2具有層積多個單體電池的堆疊構(gòu)造。固體高分子電解 質(zhì)型的單體電池在電解質(zhì)的一側(cè)的面上具有空氣極，在另一側(cè)的面上
具有燃料極，并且進而具有從兩側(cè)夾持空氣極和燃料極的一對隔板。 向一側(cè)的隔板的氧化氣體流路2a供給氧化氣體，向另一側(cè)的隔板的燃 料氣體流路2b供給燃料氣體。通過所供給的燃料氣體和氧化氣體的電 化學反應，燃料電池2產(chǎn)生電力。此外，通過電化學反應，燃料電池2 發(fā)熱并且在空氣極側(cè)生成水。固體高分子電解質(zhì)型的燃料電池2的溫 度大約為60 80°C。
氧化氣體配管系統(tǒng)3具有供給通路11和排出通路12。在供給通路 11中流動有向氧化氣體流路2a供給的氧化氣體。在排出通路12中流 動有從氧化氣體流路2a排出的氧化廢氣。氧化廢氣由于含有通過燃料 電池2的電化學反應生成的水分而成為高濕潤狀態(tài)。壓縮機14設(shè)置在 供給通路11上，經(jīng)由空氣過濾器13取入作為氧化氣體的外部氣體， 并將其壓送至燃料電池2。被壓送的氧化氣體通過加濕器15而與氧化 廢氣之間進行水分交換，從而被適度加濕。
空氣調(diào)壓閥16配設(shè)在排出通路12的空氣極出口附近，用于對空 氣極側(cè)的背壓進行調(diào)整。旁通通路17連接供給通路11和排出通路12， 以使氧化氣體繞過燃料電池2流動。旁通通路17在加濕器15的上游 側(cè)的連接點B處與供給通路11連接，并且在加濕器15的下游側(cè)的連接點C處與排出通路12連接。氧化廢氣經(jīng)過省略圖示的消音器而最終
作為廢氣被排出到系統(tǒng)外的大氣中。通過設(shè)置于旁通通路17上的旁通 閥18的打開，氧化氣體的一部分向旁通通路17分流，并被引導到消 音器。利用被旁通的氧化氣體，對在低效率運轉(zhuǎn)時向排出通路12排出 的所謂泵氫進行稀釋。
燃料氣體配管系統(tǒng)4使作為燃料氣體的氫氣向燃料電池2供給或 從燃料電池2排出。燃料氣體配管系統(tǒng)4具有氫供給源21、供給通路 22、循環(huán)通路23、泵24以及清潔通路25。通過打開主闊26，氫氣從 氫供給源21向供給通路22流出，并經(jīng)過調(diào)節(jié)器27和截止閥28被供 給至燃料氣體流路2b。此后，氫氣從燃料氣體流路2b作為氫廢氣被排 出至循環(huán)通路23。氫廢氣通過泵24返回至循環(huán)通路23與供給通路22 的匯合點A，再次被供給到燃料氣體流路2b。通過清潔閥33的適當?shù)?開閥，氫廢氣的一部分從循環(huán)通路23向清潔通路25排出，經(jīng)過省略 圖示的氫稀釋器而被排出到外部。
制冷劑配管系統(tǒng)5將制冷劑(例如冷卻水)循環(huán)供于燃料電池2 內(nèi)的冷卻流路2c，使燃料電池2保持在規(guī)定的運轉(zhuǎn)溫度。冷卻流路2c 與制冷劑流路41連通，該制冷劑流路41使制冷劑在燃料電池2與散 熱器43之間循環(huán)。制冷劑通過冷卻泵42被壓送至冷卻流路2c，在從 冷卻流路2c排出后通過散熱器43而被冷卻。旁通流路44以使制冷劑 繞過散熱器43地流動的方式與制冷劑流路41連接。切換閥45是對制 冷劑在散熱器43與旁通流路44之間的流通進行設(shè)定的控制閥。
控制裝置7作為在內(nèi)部具有CPU、 ROM和RAM的微型計算機而 構(gòu)成，對系統(tǒng)1進行集中控制。CPU按照控制程序執(zhí)行希望的運算， 從而進行各種處理和控制。ROM存儲由CPU處理的控制程序、控制數(shù) 據(jù)。RAM主要作為用于控制處理的各種作業(yè)領(lǐng)域被使用?？刂蒲b置7 輸入來自壓力傳感器、溫度傳感器等各種傳感器的檢測信號，并向各 結(jié)構(gòu)要素輸出控制信號。圖2是表示加濕器15的外觀的立體圖，圖3是表示加濕器15的內(nèi)部的主剖視圖。加濕器15采用內(nèi)部加濕方式，利用高濕潤狀態(tài)的氧化廢氣對低濕潤狀態(tài)的氧化氣體進行加濕。
如圖2和圖3所示，加濕器15具有箱型的外殼71。在外殼71的正面71a上形成有用于分別與氧化氣體的入口配管llw和出口配管llouT連接的入口 72!n和出口 72OUT。此外，在正面71a上形成有用于分別與氧化廢氣的入口配管12w和出口配管12ouT連接的入口 73^和出口 73out。
入口 72w和73m分別用于將氧化氣體和氧化廢氣從外殼71的外部向內(nèi)部導入。出口 72out和73ouT分別用于將氧化氣體和氧化廢氣從外殼71的內(nèi)部向外部排出。入口72!n、 73w以及出口 72OUT、 730群是指將外殼71的內(nèi)部與外部連通、也可稱為與外殼71外的配管的連接部、連通部或者開口部的部分。另外，在圖3中圓形的由虛線所示的四個部分分別相當于入口 72IN、 73!n以及出口 72OUT、 73OUT。
入口配管llm和出口配管llouT經(jīng)由外殼71內(nèi)而連通，構(gòu)成上述供給通路ll。入口配管llm的一端與入口 72w連接，將氧化氣體導入到外殼71內(nèi)。出口配管IIout的一端與出口 72out逢接，并且出口配管11ouT的另一端與燃料電池2連接，將在加濕器15中加濕了的氧化氣體向外殼71外排出而供給到燃料電池2。
入口配管12w和出口配管12ouT經(jīng)由外殼71內(nèi)而連通，構(gòu)成上述排出通路12。入口配管12w的一端與入口 73w連接，并且入口配管12IN的另一端與燃料電池2連接，將從燃料電池2排出的氧化廢氣導入到外殼71內(nèi)。出口配管12out的一端與出口 73ouT連接，將為了加濕而使用的氧化廢氣排出到外殼71外。如圖3所示，中空纖維膜的集束81 (以下，稱為"中空纖維膜束
81")設(shè)置在外殼71內(nèi)。中空纖維膜束81是將許多內(nèi)徑例如為幾百p m左右的公知的中空纖維膜82集束而成。中空纖維膜82是具有水蒸氣透過性的過濾部件，優(yōu)選具有只能使水蒸氣透過的特性。
如圖4所示，在中空纖維膜82的外部流動有氧化氣體，在中空纖維膜82的內(nèi)部(中空部)流動有氧化廢氣。高濕度的氧化廢氣的水分被中空纖維膜82吸收，通過毛細管現(xiàn)象而被吸至中空纖維膜82的外周，向通過中空纖維膜82的外周的低濕度的氧化氣體移動。由此，氧化氣體被加濕。另外，也可以通過變更配管的連接對象，使氧化廢氣在中空纖維膜82的外側(cè)流通，使氧化氣體在中空纖維膜82的內(nèi)側(cè)流通。
再次如圖3所示，中空纖維膜束81收容在包圍該中空纖維膜束81周圍的殼體83內(nèi)。殼體83形成為其長度方向(水平方向)的兩端開口的圓筒狀，以與中空纖維膜束81大致相同的長度沿水平方向延伸。殼體83在其外壁與外殼71之間被多個O形環(huán)84密封的狀態(tài)下收納在外殼71內(nèi)。在殼體83的周壁上形成有氧化氣體導入用的孔85^和氧化氣體排出用的孔85oNT?？?5^和孔85out分別在與入口 72^和出口72ouT對應的長度方向的位置沿周向形成有一個以上。
在中空纖維膜81的軸線方向的兩端部形成有灌封(potting)部88，該灌封部88用于將中空纖維膜82、 82之間的間隙以及中空纖維膜82與殼體83的內(nèi)壁之間的間隙氣密且液密地封接。灌封部88例如通過灌封粘接劑而形成，將中空纖維膜束81固定在殼體83的兩端部。通過灌封部88，在中空纖維膜82的中空部內(nèi)流動的氧化廢氣與在中空纖維膜82的外側(cè)流動的氧化氣體不會在殼體83內(nèi)相互直接接觸，而是經(jīng)由中空纖維膜82進行兩氣體間的水分交換。
此處，詳述對加濕器15的凍結(jié)對策有效的結(jié)構(gòu)。氧化氣體用的入口 72IN位于在重力方向上比氧化氣體用的出口
72out高的位置，中空纖維膜束81位于入口 72w和出口 72ouT之間。同樣地，氧化廢氣用的入口 73w位于在重力方向上比氧化廢氣用的出口73out高的位置，中空纖維膜束81位于入口 73w和出口 73ouT之間。另外，在將加濕器15搭載于車輛等移動體上的情況下，形成這樣的重力方向的位置關(guān)系即可。
氧化氣體在從入口 72^被導入至外殼71內(nèi)之后，經(jīng)由孔85^被導入至殼體83內(nèi)，并在殼體83與中空纖維膜82之間的間隙以及中空纖維膜82、 82之間的間隙中流動。利用中空纖維膜82加濕了的氧化氣體經(jīng)由孔85ouT排出到殼體83夕卜，最終從出口 72out排出到外売71夕卜。在這一連串的流動中，氧化氣體從入口 72w至出口 72OUT、自重力方向的高位向低位流動。
另一方面，氧化廢氣在從入口 73^被導入至外殼71內(nèi)之后，在殼體83的外側(cè)向斜下方流動后，從各中空纖維膜82的一端向該中空纖維膜82的內(nèi)部流入。然后，氧化廢氣從一端向另-一端(在圖3中從右端向左端)水平地流過各中空纖維膜82，在此期間內(nèi)水分被中空纖維膜82奪去。此后，氧化廢氣從各中空纖維膜82的另一端流出，在殼體83的外側(cè)向斜下方流動后，最終從出口 73out向外売71外排出。在這一連串的流動中，氧化廢氣從入口 73w至出口 73OUT、自重力方向的高位向低位流動。
對于外殼71，設(shè)法使其不易積存氧化廢氣中含有的水分。詳細地說，外殼71的箱型形狀由頂壁91、底壁92以及一對側(cè)壁93、 94構(gòu)成，其構(gòu)成為接近點對稱的形狀。側(cè)壁93由如下結(jié)構(gòu)構(gòu)成從頂壁91向下側(cè)連續(xù)的鉛垂壁101;從底壁92向上側(cè)連續(xù)的鉛垂壁102;以及在鉛垂壁101、 102之間向外側(cè)突出地延伸的彎曲壁103。入口73w位于彎曲壁103的內(nèi)側(cè)上部，位于入口 73^下側(cè)的彎曲壁103的內(nèi)壁103a朝向下方而向內(nèi)側(cè)傾斜。內(nèi)壁103a的下端與鉛垂壁102連續(xù)而未夾有
水平部。
通過這樣的結(jié)構(gòu)，即使水附著在內(nèi)壁I03a上，水也會順著內(nèi)壁103a向下方落下，并且不會積存在該內(nèi)壁103a的下端，而是從中空纖維膜束81向出口 73cnjT移動。另外，與側(cè)壁93相同，側(cè)壁94由如下結(jié)構(gòu)構(gòu)成從頂壁91向下側(cè)連續(xù)的鉛垂壁111;從底壁92向上側(cè)連續(xù)的鉛垂壁112;以及在鉛垂壁lll、 112之間向外側(cè)突出地延伸的彎曲壁113。出口 73out位于彎曲壁113的內(nèi)側(cè)下部，位于出口 73ouT上側(cè)的彎曲壁113的內(nèi)壁113a朝向下方而向外側(cè)傾斜。
根據(jù)以上說明的加濕器15，氧化氣體的入口72^、中空纖維膜束81以及出口 72ouT的高度水平按照所述順序。由此，即使氧化氣體中含有的水分通過結(jié)露等而成為水，該水也不易積存在入口 72INfiJ，而是積存在出口 72ouT側(cè)。同樣地，按照氧化廢氣的入口 73IN、中空纖維膜束81以及出口 73cKjT這樣的順序依次沿重力方向由高到低。由此，即使氧化廢氣中含有的水分通過結(jié)露等而成為水，該水也不易積存在入口73w側(cè)，而是積存在出口73
out 1"J o
因此，即使在燃料電池系統(tǒng)1的運轉(zhuǎn)停止后的低溫時(例如在0r時)在外殼71內(nèi)形成了冰，該冰的產(chǎn)生部位也是在出口 72(xjt和出口73ouT側(cè)，即氧化氣體和氧化廢氣的流動的下游。由此，能夠抑制在燃料電池系統(tǒng)1的下次啟動時導入外殼71內(nèi)的氧化氣體和氧化廢氣使冰、凝結(jié)水向中空纖維膜束81飛散的情況，因而能夠抑制中空纖維膜束81的損傷。此外，由于凝結(jié)水積存在出口 72out和出口 73ott側(cè)，所以也能夠抑制中空纖維膜束81的凍結(jié)。這樣，根據(jù)本實施方式，由于能夠抑制加濕器15的凍結(jié)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池系統(tǒng)1的低溫起動性的提高。
另外，上述實施方式是用于說明本發(fā)明的示例，但本發(fā)明并不限定于此，只要不脫離其主旨，可以加以適當變更。
例如，加濕器15也可以對供給到燃料電池2的燃料氣體進行加濕。 此外，在被加濕的干燥氣體(第一氣體)為氧化氣體或燃料氣體的情 況下，用于進行這些加濕的濕潤氣體(第二氣體)并不限定于氧化廢 氣或燃料廢氣，也可以是與燃料電池2的運轉(zhuǎn)無關(guān)的氣體。進而，對 于在中空纖維膜82的內(nèi)側(cè)和外側(cè)流動的氣體，只要是向加濕器15流 入的流入氣體與從加濕器15流出的流出氣體的組合，則任意一種氣體 在中空纖維膜82的內(nèi)側(cè)流動都可以。
此外，入口 72^的所有部分和入口 73^的所有部分并不一定都要 比中空纖維膜束81高，同樣地，出口 72qut的所有部分和出口 73OUT 的所有部分并不一定都要比中空纖維膜束81低。具體來說，只要入口 72w的位于最高位的部位比中空纖維膜束81的上限位置121、即最高 位的位置高即可，入口 72w的一部分也可以比中空纖維膜束81的上限 位置121低。在這一點上，入口 73w也是一樣的。此外，只要出口 72OUT 的位于最低位的部位比中空纖維膜束81的下限位置122、即最低位的 位置低即可，出口 72ouT的一部分也可以比中空纖維膜束81的下限位 置122高。在這一點上，出口 73out也是一祥的。即使是這樣的結(jié)構(gòu)， 也能夠抑制中空纖維膜束81的凍結(jié)。
進而，也可以是使氧化氣體和氧化廢氣中的一方的出入口的高度 水平顛倒的結(jié)構(gòu)，例如使氧化氣體的入口 72w配置在比出口 72out低的 位置，并且使氧化廢氣的入口 73w配置在比出口 73out高的位置等。進 而，雖然使用了中空纖維膜82作為水蒸氣透過膜，但是也可以使用平 膜型的膜來代替中空纖維膜82。
第二實施方式
接下來，參照圖5至圖8，以不同點為中心對本發(fā)明的第二實施方 式進行說明。與第一實施方式的不同點是對配置在加濕器15的周圍
15的閥與加濕器15之間的位置關(guān)系進行了規(guī)定。
如圖5所示，在燃料電池系統(tǒng)200中，在出口配管11out和入口 配管12^上分別設(shè)置有關(guān)閉閥201、 202。此外，在連接入口配管llw 和出口配管12cnrr的旁通通路17上設(shè)置有上述旁通闊18。在出口配管 12ouT的下游設(shè)置有氫稀釋器203和消音器204。另外，第一實施方式 的燃料電池系統(tǒng)1中的空氣過濾器13和空氣調(diào)壓閥16省略了圖示。
在本實施方式中，關(guān)閉閥201、關(guān)閉閥202以及旁通閥18的各閥 芯分別配置在沿重力方向比出口 72OUT、入口 73!n以及出口 730群高的 位置。下面，以關(guān)閉閥201的閥芯與出口 72ouT之間的高度位置關(guān)系為 例進行說明，當然對于關(guān)閉閥202和旁通閥18也是一樣的。此外，在 圖6 圖8中，省略表示加濕器15的結(jié)構(gòu)。
如圖6所示，構(gòu)成出口配管11 ouT的一部分的軟管210的一端與 出口 72 ouT連接，另一端與關(guān)閉閥201的流出口 220連接。軟管210 從出口 72(xjt至流出口 220向上方彎曲地延伸。關(guān)閉閥201例如由電磁 閥構(gòu)成，閥芯221通過電磁力沿水平方向移動而使流出口開閉。閥芯 221位于與流出口 220相同的高度水平，并且處于比出口 72out高的位 置。
因此，在燃料電池系統(tǒng)200的運轉(zhuǎn)停止后等時，即使在出口 72 0UT 側(cè)(上述彎曲壁113的內(nèi)側(cè)下部)積存有水，也能夠抑制該水經(jīng)由軟 管210到達閥芯221。由此，即使外部氣體溫度低于水的凍結(jié)溫度(例 如0'C)，也能夠抑制閥芯221固定而出現(xiàn)動作不良的情況。
也可以采用圖7或圖8所示的配置來代替圖6所示的配置。
如圖7所示，軟管210在出口 72加t與流出口 220之間具有比該 出口 72ott和流出口 220都靠下方的部位230。這樣，通過在軟管210上設(shè)置在重力方向上處于最低位的部位230，從出口 7201;7排出的水積 存在部位230處。
如圖8所示，在閩芯221位于比出口 72out低的位置、或者與出 口 72ouT高度相同的位置時，與圖7所示的配置一樣，只要在軟管210 上設(shè)定比出口 72cxjt和流出口 220都靠下方的部位240即可。在該情況 下，從出口 72ouT排出的水積存在部位240處。
因此，在燃料電池系統(tǒng)200的運轉(zhuǎn)停止后等時，即使在部位230 或部位240積存有水，也能夠抑制該水經(jīng)由軟管210到達閥芯221。由 此，根據(jù)圖7或圖8所示的配置，與圖6所示的配置一樣，即使外部 氣體溫度低于水的凍結(jié)溫度(例如0'C)，也能夠抑制閥芯221固定而 出現(xiàn)動作不良的情況。
權(quán)利要求
1.一種加濕器，在內(nèi)部具有水蒸氣透過膜，并且向內(nèi)部導入第一氣體以及濕度比該第一氣體高的第二氣體，并利用該第二氣體經(jīng)由上述水蒸氣透過膜而對該第一氣體進行加濕，上述加濕器具有與該加濕器的內(nèi)部連通的上述第一氣體用的入口和出口；及與該加濕器的內(nèi)部連通的上述第二氣體用的入口和出口，上述加濕器滿足下述(a)和(b)中的至少一種情況(a)上述第一氣體用的入口位于比上述第一氣體用的出口高的位置，(b)上述第二氣體用的入口位于比上述第二氣體用的出口高的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加濕器， 上述加濕器滿足上述(a)與(b)兩種情況。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加濕器，上述水蒸氣透過膜位于比上述第一氣體用的入口低的位置，且位 于比上述第一氣體用的出口高的位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的加濕器， 上述水蒸氣透過膜位于比上述第二氣體用的入口低的位置，并且位于比上述第二氣體用的出口高的位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加濕器，上述第一氣體用的入口的至少一部分比上述水蒸氣透過膜的上限 位置高，上述第一氣體用的出口的至少一部分比上述水蒸氣透過膜的 下限位置低。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的加濕器， 上述第二氣體用的入口的至少一部分比上述水蒸氣透過膜的上限位置高，上述第二氣體用的出口的至少一部分比上述水蒸氣透過膜的 下限位置低。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的加濕器， 上述水蒸氣透過膜是中空纖維膜， 上述第一氣體在上述中空纖維膜的外部流動， 上述第二氣體在上述中空纖維膜的內(nèi)部流動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項所述的加濕器， 在該加濕器上以與該加濕器的內(nèi)部連通的方式連接有流過上述第一氣體或第二氣體的配管，在上述配管上設(shè)置有閥，該閥具有與該加濕器相比位于重力方向 上較高位置的閥芯。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項所述的加濕器， 上述加濕器具有外殼，該外殼形成有上述第一氣體用的入口和出口以及上述第二氣體用的入口和出口，并且在該外殼的內(nèi)部設(shè)置有上 述水蒸氣透過膜。
10. —種加濕器，具有外殼，第一氣體和濕度比該第一氣體高的第二氣體被導入該外殼 的內(nèi)部，并被排出至該外殼的外部；及 水蒸氣透過膜，設(shè)置在上述外殼內(nèi)，上述加濕器利用上述第二氣體經(jīng)由上述水蒸氣透過膜而對上述第 一氣體進行加濕，上述外殼構(gòu)成為使在該外殼內(nèi)的上述第一氣體和上述第二氣體中 的至少一方從重力方向上的較高位置位流到較低位置。
11. 一種燃料電池系統(tǒng)，具有燃料電池，通過氧化氣體和燃料氣體之間的電化學反應來進行發(fā) 電；及加濕器，對供給上述燃料電池的氧化氣體和燃料氣體中的至少一 方進行加濕，作為上述加濕器，使用權(quán)利要求1至10中的任一項所述的加濕器。
全文摘要
本發(fā)明公開了能夠抑制低溫時水蒸汽透過膜的損傷的加濕器以及燃料電池系統(tǒng)。本發(fā)明的加濕器在內(nèi)部具有水蒸汽透過膜。加濕器將氧化氣體以及濕度比該氧化氣體高的氧化廢氣導入至內(nèi)部，并利用氧化廢氣經(jīng)由水蒸汽透過膜而對氧化氣體進行加濕。水蒸汽透過膜位于比氧化氣體用的入口低且比氧化氣體用的出口高的位置。此外，水蒸汽透過膜位于比氧化廢氣用的入口低且比氧化廢氣用的出口高的位置。
文檔編號F24F6/04GK101680671SQ20088001908
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者金澤啟史 申請人:豐田自動車株式會社