[发明专利]加湿器和燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种加湿器和燃料电池系统，特别是涉及一种对在冬 季或寒冷地区等的冻结对策的提高有效的加湿器。

背景技术

燃料电池系统具有通过燃料气体和氧化气体的电化学反应来进行 发电的燃料电池。在固体高分子型的燃料电池中，为了提高其发电效 率，需要使电解质膜保持在湿润状态。该湿润状态的保持一般是利用 对燃料气体或氧化气体进行加湿的加湿器来进行。

在以往的加湿器中，大多采用在高湿度的氧化废气与低湿度的氧 化气体之间进行水分交换的内部加湿方式。氧化废气比氧化气体的湿 度高的原因是在从燃料电池的空气极排出的氧化废气中含有通过电化 学反应而生成的水。

日本特开2005-44665号公报公开了在外壳内部具备具有水蒸气 透过性的中空纤维膜的内部加湿方式的加湿器。在该加湿器中，在外 壳上部形成有氧化气体的入口和出口，进而，在外壳两侧部形成有氧 化废气的入口和出口。然后，向外壳内导入氧化废气和氧化气体，并 使它们分别在中空纤维膜的外侧和内侧流通。由此，水分从高湿度的 氧化废气被吸收到中空纤维膜中，该水分通过毛细管现象通过膜而向 低湿度的氧化气体移动，向氧化气体补给水分。

但是，燃料电池系统有时在冬季或寒冷地区等低温环境下使用。 然而，在日本特开2005-44665号公报中，对于加湿器中的冻结对策 并没有公开任何内容。因此，担心引起以下问题。

即，当燃料电池系统在低温环境下处于停止中等时，如果在加湿 器的氧化废气入口残留有水分的话，则这些水分会凝结而成为冰。这 样，在燃料电池系统的下次起动时，冰由于导入的氧化废气而飞散并 与中空纤维膜接触，担心中空纤维膜损伤。此外，还担心在外壳内的 底部生成的冰由于氧化气体的流动而使中空纤维膜损伤。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制低温时的水蒸气透过 膜的损伤的加湿器以及燃料电池系统。

用于达成上述目的的本发明的加湿器，在内部具有水蒸气透过膜， 并且向内部导入第一气体以及湿度比该第一气体高的第二气体，并利 用第二气体经由水蒸气透过膜而对第一气体进行加湿。加湿器具有分 别与加湿器的内部连通的、第一气体用和第二气体用的入口和出口。 并且，满足下述(a)和(b)的至少一方，优选满足双方：(a)、第 一气体用的入口位于比第一气体用的出口高的位置；(b)、第二气体 用的入口位于比第二气体用的出口高的位置。

此外，用于达成上述目的的本发明的燃料电池系统具有通过氧化 气体和燃料气体之间的电化学反应来进行发电的燃料电池，该燃料电 池系统使用本发明的加湿器，对供给到燃料电池的氧化气体和燃料气 体中的至少一方进行加湿。

根据本发明，第一气体和/或第二气体中含有的水分凝结而积存的 部分、以及在低温时(例如在0℃时)凝结水成为冰的部分不是高位的 入口侧，而是低位的出口侧，而且该部分能够成为第一气体和/或第二 气体的下游侧。由此，即使第一气体和/或第二气体从高位的入口向低 位的出口流动，也抑制冰和水由于该流动而朝向水蒸气透过膜。由此， 能够抑制水蒸气透过膜的损伤。此外，应用了本发明的加湿器的燃料 电池系统能够提高所述燃料电池系统的低温起动性。

根据优选的一个方式，可以是水蒸气透过膜的位置比第一气体用 的入口低且比第一气体用的出口高。另外，根据优选的一个方式，可 以是水蒸气透过膜的位置比第二气体用的入口低且比第二气体用的出 口高。

根据该结构，即使在水蒸气透过膜上凝结有水，该水也会由于重 力而向出口侧移动。由此，能够抑制水积存在水蒸气透过膜上，能够 抑制水蒸气透过膜的冻结。

根据优选的一个方式，可以是第一气体用的入口的至少一部分比 水蒸气透过膜的上限位置高，第一气体用的出口的至少一部分比水蒸 气透过膜的下限位置低。此外，可以是第二气体用的入口的至少一部 分比水蒸气透过膜的上限位置高，第二气体用的出口的至少一部分比 水蒸气透过膜的下限位置低。

即使是这样的结构，也能够抑制水积存在水蒸气透过膜上，能够 抑制水蒸气透过膜的冻结。

此处，作为水蒸气透过膜，可以采用平膜状的膜以及中空纤维膜 中的任意一方。根据优选的一个方式，可以是水蒸气透过膜为中空纤 维膜，第一气体在中空纤维膜的外部流动，第二气体在中空纤维膜的 内部流动。