加湿器、発電セルシステム、燃料電池装置及び電子機器。
【課題】導電性材料により構成された加湿器における流路を流れる加湿用流体による加湿器の筐体の腐食及び溶出を抑える。
【解決手段】複数の燃料電池セルの間に挟持される加湿器１００である。燃料電池セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜１０６と、中空糸膜１０６の外側に被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路１００Ｄを有する導電性の筐体１１０，１５０と、を備え、流路１００Ｄの内壁面には腐食防止層が形成されている。
【解決手段】複数の燃料電池セルの間に挟持される加湿器１００である。燃料電池セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜１０６と、中空糸膜１０６の外側に被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路１００Ｄを有する導電性の筐体１１０，１５０と、を備え、流路１００Ｄの内壁面には腐食防止層が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電セルに供給する流体を加湿する加湿器、これを備える発電セルシステム、及びこれを用いた燃料電池装置、燃料電池装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、アノードガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。
【０００３】
従来の燃料電池は、２つのセパレータとその間に挟持された膜電極接合体とにより構成される燃料電池セルを備えている。膜電極接合体は電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に酸素極が設けられたものである。セパレータには、それぞれアノードガス流路及びカソードガス流路が形成され、アノードガス流路はアノードガスを膜電極接合体の燃料極に供給し、カソードガス流路はカソードガスを酸素極に供給する。
【０００４】
燃料極に供給された水素ガスは水素イオンと電子となり、電子は燃料極に移動し、水素イオンは電解質膜を透過して酸素極に移動する。酸素極では、電解質膜を透過した水素イオンと、外部回路を経て水素極から酸素極へ移動した電子と、酸素極に供給された酸素ガスとが反応して水を生成する。この電子の移動するエネルギーを電気エネルギーとして利用することができる。
【０００５】
電解質膜は水分含有度が高いほど水素イオン透過性が高いため、燃料電池セルに供給するアノードガスやカソードガスを充分に加湿する必要がある。例えば特許文献１では、燃料電池セルに供給するアノードガスやカソードガスを加湿する加湿器が設けられている。この加湿器では、燃料電池セルで生じた水を再利用するため、加湿する水の流路内壁面にフッ化水素酸耐性の樹脂による表面処理が施されている。
【０００６】
また、セルスタック内に加湿器を設けることで装置のコンパクト化を図ることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平２００６−１２７８４２号公報
【特許文献２】特開平７−２４５１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、本出願人は装置のコンパクト化及び燃料電池セルでの過剰な結露の防止を図るため、例えば複数の燃料電池セル間に挟持されるインターコネクタや締結部材内に加湿器を設けることを検討している。しかし、このようなインターコネクタや締結部材は導電性の材料からなるため、腐食が起こりやすく、さらなる腐食対策を図る必要がある。
【０００８】
本発明の課題は、加湿器における流路を流れる加湿用流体による加湿器の筐体の腐食及び溶出を抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、加湿器であって、発電セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜と、前記発電セルのアノード又はカソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられ、前記中空糸膜の外側に前記被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路を有する導電性の筐体と、前記流路の内壁面に形成された、樹脂材料からなる腐食防止層と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加湿器であって、前記腐食防止層は、１５〜３０μｍの厚さを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の加湿器であって、前記腐食防止層は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、の何れかからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の加湿器であって、前記腐食防止層は、フッ素系樹脂、球状の黒鉛が混合されたフッ素系樹脂、の何れかからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の加湿器であって、前記筐体は前記中空糸膜が収納され前記流路となる凹部を有する容器と、前記凹部を塞ぐ蓋とからなり、前記容器と前記蓋との隙間を塞ぐ環状の封止材が設けられ、前記容器と前記蓋とは前記封止材よりも外側において当接することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の加湿器であって、少なくとも、前記凹部の内壁面及び前記蓋の前記凹部の開口端に対応する領域に前記腐食防止層が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の加湿器であって、前記容器及び前記蓋の表面における、前記腐食防止層が形成されている領域を除く領域に、金メッキ層が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の加湿器であって、前記容器及び前記蓋の表面に金メッキ層が形成され、前記腐食防止層は該金メッキ層上に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、発電セルシステムであって、アノード及びカソードを有する少なくとも１つの単位起電部からなる発電セルと、前記発電セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜と、前記発電セルの、前記アノード又は前記カソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられ、前記中空糸膜の外側に前記被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路を有する導電性の筐体と、前記流路の内壁面に形成された、樹脂材料からなる腐食防止層と、を有する少なくとも１つの加湿器と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発電セルシステムであって、前記発電セル及び前記加湿器を複数有し、前記複数の発電セルは積層して配置され、前記複数の加湿器が、前記複数の発電セルの何れかの、前記アノード又は前記カソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられたセルスタックをなすことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発電セルシステムであって、前記複数の発電セルにおける少なくとも２つの前記発電セルは、少なくとも１つの前記加湿器を挟持して配置され、該加湿器は、前記２つの発電セルの一方の前記発電セルの前記アノードと他方の前記発電セルの前記カソードとを電気的に導通させるインターコネクタを兼ねていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の発電セルシステムであって、前記複数の加湿器における少なくとも２つの前記加湿器は、前記複数の発電セルを間に挟持して締め付ける、締結部材を兼ねていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、燃料電池装置であって、請求項９乃至１２のいずれかに記載のセルスタックを備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、電子機器であって、請求項１３に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、導電性の筐体を有する加湿器において、加湿用流体の流路の内壁面に腐食防止層が形成されているので、加湿用流体による加湿器の筐体の腐食及び溶出を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係るセルスタック１の上面図であり、図２はセルスタック１の前面図であり、図３はセルスタック１の下面図であり、図４はセルスタック１の分解図である。セルスタック１は、下から順に３つの燃料電池セルユニット（発電セル）１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、燃料電池セルユニット１Ｂ，１Ｃの間に設けられたアノードガス加湿器１００（加湿器）と、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂの間に設けられたカソードガス加湿器２００（加湿器）と、燃料電池セルユニット１Ａの上に設けられた上エンドプレート３００Ａ（締結部材）と、燃料電池セルユニット１Ｃの下に設けられた下エンドプレート３００Ｂ（締結部材）と、これらを締結するボルト４０１〜４０８とからなる。
【００２６】
〔燃料電池セルユニット〕
図５は燃料電池セルユニット１Ａの断面図である。図５に示すように、燃料電池セルユニット１Ａは、単位起電部１０を、上部片面セパレータ４０と両面セパレータ８０との間、両面セパレータ８０，８０，８０の間、両面セパレータ８０と下部片面セパレータ６０との間に挟持してなる。この上部片面セパレータ４０と両面セパレータ８０との間に単位起電部１０が挟持された構造、両面セパレータ８０，８０，８０の間に単位起電部１０が挟持された構造、両面セパレータ８０と下部片面セパレータ６０との間に単位起電部１０が挟持された構造が、それぞれ単位燃料電池セルである。
【００２７】
図６は単位起電部１０の上面図であり、図７は図６のVII−VII矢視断面図であり、図８は単位起電部１０の下面図である。図６，図７，図８に示すように、この単位起電部１０は、固体高分子電解質膜１１ｃ両面に触媒層１１ａ，１１ｂが設けられた膜電極接合体１１と、ガス拡散層１２ａ，１２ｂと、ガスケット１３ａ，１３ｂとを備えて構成されている。
【００２８】
固体高分子電解質膜１１ｃは、矩形状又は正方形状に形成された膜であって、水素イオン（Ｈ+）を選択的に透過させるものである。固体高分子電解質膜１１ｃの両面であってそれぞれの中央部には、触媒層１１ａ，１１ｂが矩形状又は正方形状に成膜され、触媒層１１ａ上にガス拡散層１２ａが、触媒層１１ｂ上にガス拡散層１２ｂが成膜されている。ガス拡散層１２ａ，１２ｂはガス透過性と電気伝導性を有し、後述する上部片面セパレータ４０，７０または両面セパレータ８０と触媒層１１ａ，１１ｂとを導通させる。触媒層１１ａ及びガス拡散層１２ａがアノード（水素極）として機能し、触媒層１１ｂ及びガス拡散層１２ｂがカソード（酸素極）として機能する。
【００２９】
図６、図７に示すように、膜電極接合体１１の上面の外周部には、ガス拡散層１２ａを囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型のガスケット１３ａが設けられている。また、図７、図８に示すように、膜電極接合体１１の下面の外周部には、ガス拡散層２２ｂを囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型のガスケット１３ｂが設けられている。
ガスケット１３ａ，１３ｂは絶縁体であり、かつ弾性体である。このようなガスケット１３ａ，１３ｂは、例えばイソブチレンゴムを用いて形成することができる。
【００３０】
ガスケット１３ａ，１３ｂは上部片面セパレータ４０、下部片面セパレータ６０または両面セパレータ８０と固体高分子電解質膜１１ｃとの間に、触媒層１１ａ，１１ｂ及びガス拡散層１２ａ，１２ｂを配置するためのスペーサーとして機能する。また、ガスケット１３ａは、上部片面セパレータ４０または両面セパレータ８０より供給されるアノードガスが燃料電池セルユニット１Ａから漏れ出すことを防ぐガスシールとして機能し、ガスケット１３ｂは、両面セパレータ８０または下部片面セパレータ６０より供給されるカソードガスが燃料電池セルユニット１Ａから漏れ出すことを防ぐガスシールとして機能する。
【００３１】
単位起電部１０の外周部には、ボルト挿通孔３０１〜３０８及びボルト締結孔３１１〜３１８と対応する位置に、固体高分子電解質膜１１ｃ及びガスケット１３ａ，１３ｂを貫通するボルト挿通孔２１〜２８が設けられている。
【００３２】
さらに、単位起電部１０の外周部には、固体高分子電解質膜１１ｃ及びガスケット１３ａ，１３ｂを貫通する加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、加湿用流体排出孔３８が設けられている。
【００３３】
加湿後アノードガス導入孔３１は、加湿前カソードガス供給孔３６及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも右寄りの位置かつボルト挿通孔２２，２３，２６よりも左寄りの位置であって、ボルト挿通孔２２とボルト挿通孔２６との中間の位置に設けられている。
【００３４】
アノードオフガス排出孔３２は、加湿前アノードガス供給孔３５及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも左寄りの位置かつボルト挿通孔２１，２４，２８よりも右寄りの位置であって、ボルト挿通孔２４とボルト挿通孔２８との中間の位置に設けられている。
【００３５】
加湿後カソードガス導入孔３３は、加湿前アノードガス供給孔３５及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも左寄りの位置かつボルト挿通孔２１，２４，２８よりも右寄りの位置であって、ボルト挿通孔２１とボルト挿通孔２８との中間の位置に設けられている。
【００３６】
カソードオフガス排出孔２４は、加湿前カソードガス供給孔２６及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも右寄りの位置かつボルト挿通孔２２，２３，２６よりも左寄りの位置であって、ボルト挿通孔２３とボルト挿通孔２６との中間の位置に設けられている。
【００３７】
加湿前アノードガス供給孔３５は、アノードオフガス排出孔３２及び加湿後カソードガス導入孔３３よりも右寄りかつ加湿用流体排出孔３８よりも左寄りの位置であって、アノードオフガス排出孔３２、カソードオフガス排出孔３４及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも後寄りの位置かつボルト挿通孔２３，２４，２７よりも前寄りの位置に設けられている。
【００３８】
加湿前カソードガス供給孔３６は、加湿後アノードガス導入孔３１及びカソードオフガス排出孔３４よりも左寄りかつ加湿用流体供給孔３７よりも右寄りの位置であって、加湿後アノードガス導入孔３１、加湿後カソードガス導入孔３３及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも前寄りの位置かつボルト挿通孔２１，２２，２５よりも後寄りの位置に設けられている。
【００３９】
加湿用流体供給孔３７は、ボルト挿通孔２５，２７よりも右寄りかつ加湿前カソードガス供給孔３６よりも左寄りの位置であって、アノードオフガス排出孔３２、カソードオフガス排出孔３４及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも後寄りの位置かつボルト挿通孔２３，２４，２７よりも前寄りの位置に設けられている。
【００４０】
加湿用流体排出孔３８は、ボルト挿通孔２５，２７よりも左寄りかつ加湿前アノードガス供給孔３５よりも右寄りの位置であって、加湿後アノードガス導入孔３１、加湿後カソードガス導入孔３３及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも前寄りの位置かつボルト挿通孔２１，２２，２５よりも前寄りの位置に設けられている。
【００４１】
図９は上部片面セパレータ４０の下面（ガス拡散層２２と当接する面）図である。上部片面セパレータ４０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８、加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、及び加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、ボルト挿通孔４１〜４８、加湿後アノードガス導入孔５１、アノードオフガス排出孔５２、加湿後カソードガス導入孔５３、カソードオフガス排出孔５４、加湿前アノードガス供給孔５５、加湿前カソードガス供給孔５６、加湿用流体供給孔５７、及び加湿用流体排出孔５８が、それぞれ貫通して形成されている。
【００４２】
図９に示すように、上部片面セパレータ４０の下面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝５９ａが形成されている。蛇行溝５９ａの一端部は加湿後アノードガス導入孔５１に導かれ、他端部はアノードオフガス排出孔５２に導かれている。蛇行溝５９ａがガス拡散層１２ａにより蓋されることで、加湿後アノードガス導入孔５１からアノードオフガス排出孔５２まで繋がったアノードガス流路が形成される。
【００４３】
図１０は下部片面セパレータ６０の上面（ガス拡散層１２ｂと当接する面）図である。下部片面セパレータ６０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８、加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、及び加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、ボルト挿通孔６１〜６８、加湿後アノードガス導入孔７１、アノードオフガス排出孔７２、加湿後カソードガス導入孔７３、カソードオフガス排出孔７４、加湿前アノードガス供給孔７５、加湿前カソードガス供給孔７６、加湿用流体供給孔７７、及び加湿用流体排出孔７８が、それぞれ貫通して形成されている。
【００４４】
図１０に示すように、下部片面セパレータ６０の上面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝７９ｂが形成されている。蛇行溝７９ｂの一端部は加湿後カソードガス導入孔７３に導かれ、他端部はカソードオフガス排出孔７４に導かれている。蛇行溝７９ｂがガス拡散層１２ｂにより蓋されることで、加湿後カソードガス導入孔７３からカソードオフガス排出孔７４まで繋がったカソードガス流路が形成される。
【００４５】
図１１は両面セパレータ８０の上面（ガス拡散層１２と当接する面）図であり、図１２は図１１のXII−XII矢視断面図であり、図１３は両面セパレータ８０の下面（ガス拡散層１２と当接する面）図である。両面セパレータ８０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８、加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、及び加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、ボルト挿通孔８１〜８８、加湿後アノードガス導入孔９１、アノードオフガス排出孔９２、加湿後カソードガス導入孔９３、カソードオフガス排出孔９４、加湿前アノードガス供給孔９５、加湿前カソードガス供給孔９６、加湿用流体供給孔９７、及び加湿用流体排出孔９８が、それぞれ貫通して形成されている。
【００４６】
図１１、図１２に示すように、両面セパレータ８０の上面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝９９ｂが形成されている。蛇行溝８０ｂの一端部は加湿後カソードガス導入孔９３に導かれ、他端部はカソードオフガス排出孔９４に導かれている。蛇行溝９９ｂがガス拡散層１２ｂにより蓋されることで、加湿後カソードガス導入孔９３からカソードオフガス排出孔９４まで繋がったカソードガス流路が形成される。
【００４７】
図１２、図１３に示すように、両面セパレータ８０の下面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝９９ａが形成されている。蛇行溝９９ａの一端部は加湿後アノードガス導入孔９１に導かれ、他端部はアノードオフガス排出孔９２に導かれている。蛇行溝８０ａがガス拡散層１２により蓋されることで、加湿後アノードガス導入孔９１からアノードオフガス排出孔９２まで繋がったアノードガス流路が形成される。
【００４８】
単位起電部１０を、上部片面セパレータ４０と両面セパレータ８０との間、両面セパレータ８０，８０，８０の間、両面セパレータ８０と下部片面セパレータ６０との間に挟持すると、図５に示すように、加湿後アノードガス導入孔３１，５１，７１，９１が連続したアノードガス導入流路、加湿後カソードガス導入孔３３，５３，７３，９３が連続したカソードガス導入流路となる。
同様に、アノードオフガス排出孔３２，５２，７２，９２が連続したアノードガス排出流路となり、カソードオフガス排出孔３４，５４，７４，９４が連続したカソードガス排出流路となり、加湿前アノードガス供給孔３５，５５，７５，９５が連続した加湿前アノードガス供給流路となり、加湿前カソードガス供給孔３６，５６，７６，９６が連続した加湿前カソードガス供給流路となり、加湿用流体供給孔３７，５７，７７，９７が連続したカソードガス加湿用流体供給流路となり、カソードガス加湿用流体排出孔３８，５８，７８，９８が連続したカソードガス加湿用流体排出流路となる。
また、ボルト挿通孔２１〜２８，４１〜４８，６１〜６８，８１〜８８が連続したネジ挿通孔となる。
【００４９】
燃料電池セルユニット１Ｂ，１Ｃの構造については、燃料電池セルユニット１Ａと同様の構造であるので説明を割愛する。
【００５０】
〔アノードガス加湿器〕
図１４はアノードガス加湿器１００の断面図であり、図１５はアノードガス加湿器１００の分解図である。アノードガス加湿器１００は、蓋１１０及び加湿容器１５０からなる筐体と、ガスケット１９０（封止材）と、締結ボルト１０１〜１０４と、中空糸膜モジュール１０５とからなる。
なお、アノードガス加湿器１００は、燃料電池セルユニット１Ｂの上部片面セパレータ４０と燃料電池セルユニット１Ｃの下部片面セパレータ６０とを導通させるインターコネクタとしても機能する。
【００５１】
図１６は蓋１１０の上面図であり、図１７は蓋１１０の側面図であり、図１８は蓋１１０の下面図である。図１６〜図１８に示すように、蓋１１０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８及び加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４と対応する位置に、ボルト挿通孔１１１〜１１８及び加湿後アノードガス導入孔１２１、アノードオフガス排出孔１２２、加湿後カソードガス導入孔１２３、カソードオフガス排出孔１２４が、それぞれ設けられている。
【００５２】
また、蓋１１０の上面において、加湿後アノードガス導入孔１２１、アノードオフガス排出孔１２２、加湿後カソードガス導入孔１２３、カソードオフガス排出孔１２４を囲むように、それぞれＯリング１３１，１３２，１３３，１３４が設けられている。Ｏリング１３１〜１３４は、燃料電池セルユニット１Ｃの下部片面セパレータ６０と蓋１１０の上面との隙間を封止する。
【００５３】
また、ボルト挿通孔１１１とボルト挿通孔１１５との中間の位置には、ボルト挿通孔１４１が設けられており、ボルト挿通孔１１２とボルト挿通孔１１５との中間の位置には、ボルト挿通孔１４２が設けられており、ボルト挿通孔１１３とボルト挿通孔１１７との中間の位置には、ボルト挿通孔１４３が設けられており、ボルト挿通孔１１４とボルト挿通孔１１５との中間の位置には、ボルト挿通孔１４４が設けられている。
【００５４】
蓋１１０の下面の中央部には、凹部１１０Ａが形成されている。凹部１１０Ａは加湿容器１５０の凹部１５０Ａとともに加湿槽１００Ａを形成する。
【００５５】
蓋１１０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。ここで、蓋１１０の表面には、例えば、下地メッキ層（例えばＮｉ等）を形成した上にＡｕメッキ層が形成される。これにより、電気的な接触抵抗を低減するとともに、熱伝導性を高めることができる。
【００５６】
図１８に示すように、加湿後アノードガス導入孔１２１、アノードオフガス排出孔１２２、加湿後カソードガス導入孔１２３、カソードオフガス排出孔１２４の内壁面、蓋１１０の上面においてＯリング１３１〜１３４の内側の面、蓋１１０の下面において凹部１１０Ａの内壁面及びその近傍、加湿後アノードガス導入孔１２１、アノードオフガス排出孔１２２、加湿後カソードガス導入孔１２３、カソードオフガス排出孔１２４の外周部の表面、及び後述する加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿用流体供給溝１８７、加湿用流体排出溝１８８と対応する部分の表面には、腐食防止層１１０Ｂが形成されている。
【００５７】
腐食防止層１１０Ｂは例えば樹脂を膜厚約１５〜３０μｍでコーティングすることにより形成することができる。腐食防止層１１０Ｂを形成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂などで、好ましくは、フッ素系樹脂である。また、さらに熱伝導を向上させるためにフッ素系樹脂に球状の黒鉛を混合したものなどを用いることもできる。また、これらの樹脂を複合して用いてもよく、複数層に積層して腐食防止層１１０Ｂを形成してもよい。腐食防止層１１０Ｂを設けることで、加湿用流体による蓋１１０を形成する材料の腐食及び溶出を抑えることができる。
【００５８】
ここで、蓋１１０の表面に形成されるＡｕメッキ層と蓋１１０の下面に形成される腐食防止層１１０Ｂの関係について説明する。蓋１１０に形成されるＡｕメッキ層は蓋１１０の表面全体に形成されるものであってもよく、この場合、腐食防止層１１０ＢはＡｕメッキ層上に形成される。これによれば、電気的な接触抵抗を良好に低減し、熱伝導性を高めることができるとともに、腐食防止層１１０Ｂによる蓋１１０を形成する材料の腐食及び溶出の抑制効果に加えて、Ａｕメッキ層による腐食防止効果も得ることができて、より高い腐食及び溶出の防止効果を得ることができる。
【００５９】
しかしながら、Ａｕメッキ層上には、一般に他の物質が付着し難いことが知られており、Ａｕメッキ層上に形成した腐食防止層１１０Ｂに、長期的に剥離が生じる可能性もあるため、蓋１１０の下面において、蓋１１０の下面全体ではなく、図１８の斜線部分に示す、腐食防止層１１０Ｂが形成される領域を除く領域にのみＡｕメッキ層１１０Ｄを形成してもよい。この場合、腐食防止層１１０Ｂは蓋１１０を構成する材料上に直接形成されて、Ａｕメッキ１１０Ｄ層が形成されていることにより接触抵抗を良好に低減し、熱伝導性を高め、腐食防止層１１０Ｂによる腐食及び溶出の良好に抑制することができるとともに、高い信頼性を得ることができる。
【００６０】
図１９は加湿容器１５０の上面図であり、図２０は加湿容器１５０の側面図であり、図２１は加湿容器１５０の下面図である。図１９〜図２１に示すように、加湿容器１５０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８及び加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿用流体供給孔３７、加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、ボルト挿通孔１５１〜１５８及び加湿後アノードガス導入孔１６１、アノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４、加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８が、それぞれ設けられている。
【００６１】
また、加湿容器１５０の下面において、加湿後アノードガス導入孔１６１、アノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４、加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８の外周部には、それぞれＯリング１７１〜１７８が設けられている。Ｏリング１７１〜１７８は、上部片面セパレータ４０と加湿容器１５０の下面との隙間を封止する。
【００６２】
また、加湿容器１５０には、ボルト挿通孔１４１〜１４４と対応する位置に、それぞれボルト締結孔１８１〜１８４が設けられている。
【００６３】
加湿容器１５０の上面の中央部には、凹部１５０Ａが形成されている。凹部１５０Ａは蓋１１０の凹部１１０Ａとともに加湿槽１００Ａを形成する。
凹部１５０Ａと、加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿後アノードガス導入孔１６１、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８との間には、それぞれ、加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿用流体供給溝１８７、加湿用流体排出溝１８８が設けられている。
【００６４】
また、加湿容器１５０の上面には、外周部、ボルト挿通孔１５１〜１５８の近傍及びボルト締結孔１８１〜１８４の近傍を除く部分に、ガスケット１９０（封止材）が配置される座ぐり１５０Ｃが設けられている。座ぐり１５０Ｃは加湿容器１５０の上面からガスケット１９０の厚さと同等の深さ（約１００μｍ）の窪みである。
【００６５】
加湿容器１５０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。加湿容器１５０の表面には、例えば、下地メッキ層（例えばＮｉ等）を形成した上にＡｕメッキ層が形成されて、電気的な接触抵抗を低減するとともに、熱伝導性を高めることができる。
【００６６】
図１９に示すように、加湿後アノードガス導入孔１６１、アノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４、加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿前カソードガス供給孔１６６、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８の内壁面、加湿容器１５０の上面において凹部１５０Ａ、加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿用流体供給溝１８７、加湿用流体排出溝１８８の内壁面、加湿後アノードガス導入孔１６１、アノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４の外周部の表面、及び加湿容器１５０の下面においてＯリング１７１〜１７８の内側の面には、腐食防止層１５０Ｂが形成されている。
【００６７】
腐食防止層１５０Ｂは例えば樹脂を膜厚１５〜３０μｍでコーティングすることにより形成することができる。腐食防止層１５０Ｂを形成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂などで、好ましくは、フッ素樹脂である。また、さらに熱伝導を向上させるためにフッ素樹脂に球状の黒鉛を混合したものなどを用いることもできる。また、これらの樹脂を複合して用いてもよく、複数層に積層して腐食防止層１１０Ｂを形成してもよい。腐食防止層１５０Ｂを設けることで、加湿用流体による加湿容器１５０を形成する材料の腐食及び溶出を抑えることができる。
【００６８】
ここで、加湿容器１５０においても、上述の蓋１１０の場合と同様に、Ａｕメッキ層を加湿容器１５０の表面全体に形成し、腐食防止層１５０ＢをＡｕメッキ層上に形成するものであってもよい。また、加湿容器１５０の上面において、加湿容器１５０の上面全体ではなく、図１９の斜線部分に示す、腐食防止層１５０Ｂが形成される領域を除く領域にのみＡｕメッキ層１５０Ｄを形成してもよい。
【００６９】
図２２はガスケット１９０の上面図である。ガスケット１９０は座ぐり１５０Ｃと同様の形状であり、貫通孔１９１，１９２，１９３，１９４が設けられている。貫通孔１９１は、凹部１５０Ａ、加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿用流体供給溝１８７、加湿用流体排出溝１８８及び加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿後アノードガス導入孔１６１、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８と対応する形状である。また、貫通孔１９２，１９３，１９４は、それぞれアノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４と対応する位置に設けられている。
【００７０】
なお、蓋１１０は座ぐり１５０Ｃよりも外側において加湿容器１５０と当接するため、ガスケット１９０が蓋１１０と加湿容器１５０との当接を妨げることはない。
【００７１】
中空糸膜モジュール１０５は、複数の中空糸膜１０６と、中空糸膜の両端部に設けられた封止固定部１０７，１０８とからなる。中空糸膜１０６は、中心部に空洞１０６ａを有する多数の中空糸を有しており、水分子の透過性を有する膜である。このような中空糸膜１０６としては、ポリイミドやフッ素系の高分子膜、例えば、ＮＯＫ（株）製の微多孔質であるポリフェニールスルホン、ポリエーテルイミドや、旭硝子（株）製の非多孔質であるテトラフルオロエチレン＋パーフルオロビニルエーテル等からなるものを用いることができる。また、ポリエチレン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等からなる中空糸膜を用いてもよい。
【００７２】
図２３は中空糸膜モジュール１０５の側面図である。封止固定部１０７，１０８は、例えば加熱硬化樹脂、自然硬化する樹脂、光硬化樹脂等を硬化させてなり、中空糸膜１０６の束の両端部を固定する。図２３に示すように、中空糸膜１０６は封止固定部１０７，１０８を貫通している。
【００７３】
図１５に示すように、中空糸膜モジュール１０５は中空糸膜１０６が左右方向に配置されるように加湿槽１００Ａに収容され、加湿槽１００Ａ内の空間を封止固定部１０７，１０８により３区画に分割する。中空糸膜モジュール１０５よりも左右側方の区画は、それぞれ加湿前アノードガス供給溝１８５と繋がる加湿前アノードガス供給部１００Ｂ、加湿後アノードガス排出溝１８６と繋がる加湿後アノードガス排出部１００Ｃとなる。加湿前アノードガス供給部１００Ｂと加湿後アノードガス排出部１００Ｃとは、中空糸膜１０６の空洞１０６ａにより通じている。
【００７４】
ここで、中空糸膜モジュール１０５の加湿槽１００Ａ内での位置を固定するために、中空糸膜モジュール１０５の左右両端の封止固定部１０７、１０８は、蓋１１０の下面の凹部１１０Ａの内壁面上の腐食防止層１１０Ｂと、又は、加湿容器１５０の凹部１５０Ａの内壁面上の腐食防止層１５０Ｂと、あるいはこれらの両方と、図示しない接着剤を介して、接着されている。
【００７５】
この場合、蓋１１０の下面の凹部１１０Ａの内壁面や加湿容器１５０の凹部１５０Ａの内壁面にＡｕメッキ層のみが形成されている場合には、Ａｕメッキ層と封止固定部１０７、１０８とは接着され難く、良好な信頼性を得難いが、本実施形態においては、蓋１１０の下面の凹部１１０Ａの内壁面上及び加湿容器１５０の凹部１５０Ａの内壁面上に樹脂からなる腐食防止層１５０Ｂが形成されているため、封止固定部１０７、１０８を比較的強固に接着することができて、良好な信頼性を得ることができる。
一方、封止固定部１０７，１０８間の空間は、加湿用流体供給溝１８７及び加湿用流体排出溝１８８と繋がる加湿用流体流路１００Ｄとなる。
【００７６】
中空糸膜１０６の空洞１０６ａにアノードガスを流通させ、加湿用流体流路１００Ｄに加湿用流体を流通させることで、加湿用流体中の水分子が中空糸膜１０６を通過して空洞１０６ａに移動し、アノードガス内で気化することにより、アノードガスが加湿される。
【００７７】
締結ボルト１０１〜１０４は、加湿容器１５０の凹部１５１内に中空糸膜モジュール１０５が配置され、かつ、座ぐり１５０Ｃにガスケット１９０が配置された状態で、それぞれ蓋１１０の上方からボルト挿通孔１４１〜１４４に挿通され、ボルト締結孔１８１〜１８４に締結される。
【００７８】
〔カソードガス加湿器〕
図２４はカソードガス加湿器２００の断面図であり、図２５はカソードガス加湿器２００の分解図である。カソードガス加湿器２００は、アノードガス加湿器１００と同様に、蓋２１０及び加湿容器２５０からなる筐体と、ガスケット２９０（封止材）と、締結ボルト２０１〜２０４と、中空糸膜モジュール２０５とからなる。
なお、カソードガス加湿器２００は、燃料電池セルユニット１Ａの上部片面セパレータ４０と燃料電池セルユニット１Ｂの下部片面セパレータ６０とを導通させるインターコネクタとしても機能する。
【００７９】
図２６は蓋２１０の上面図であり、図２７は蓋２１０の側面図であり、図２８は蓋２１０の下面図である。蓋２１０においては、蓋１１０と同様に、ボルト挿通孔２１１〜２１８及び加湿後アノードガス導入孔２２１、アノードオフガス排出孔２２２、加湿後カソードガス導入孔２２３、カソードオフガス排出孔２２４がそれぞれ設けられており、さらに、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、及び加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、加湿前アノードガス供給孔２２５、加湿前カソードガス供給孔２２６、加湿用流体供給孔２２７、及び加湿用流体排出孔２２８が設けられている。
【００８０】
また、蓋２１０の上面において、蓋１１０と同様にＯリング２３１〜２３４が設けられるとともに、加湿前アノードガス供給孔２２５、加湿前カソードガス供給孔２２６、加湿用流体供給孔２２７、及び加湿用流体排出孔２２８を囲むように、それぞれＯリング２３５，２３６，２３７，２３８が設けられている。Ｏリング２３１〜２３８は、下部片面セパレータ６０と蓋２１０の上面との隙間を封止する。
【００８１】
また、蓋２１０には、蓋１１０と同様に、ボルト挿通孔１４１〜１４４と同様のボルト挿通孔２４１〜２４４が設けられている。
【００８２】
蓋２１０の下面の中央部には、凹部２１０Ａが形成されている。凹部２１０Ａは加湿容器２５０の凹部２５０Ａとともに加湿槽２００Ａを形成する。
【００８３】
蓋２１０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。蓋２１０の表面には、例えば、下地メッキ層（例えばＮｉ等）を形成した上にＡｕメッキが形成されて、電気的な接触抵抗を低減するとともに、熱伝導性を高めることができる。
【００８４】
図２８に示すように、加湿後アノードガス導入孔２２１、アノードオフガス排出孔２２２、加湿後カソードガス導入孔２２３、カソードオフガス排出孔２２４、加湿前アノードガス供給孔２２５、加湿前カソードガス供給孔２２６、加湿用流体供給孔２２７、加湿用流体排出孔２２８の内壁面、蓋２１０の上面においてＯリング２３１〜２３８の内側の面、蓋２１０の下面において凹部２１０Ａの内壁面及びその近傍、加湿後アノードガス導入孔２２１、アノードオフガス排出孔２２２、加湿後カソードガス導入孔２２３、カソードオフガス排出孔２２４、加湿前アノードガス供給孔２２５、加湿前カソードガス供給孔２２６、加湿用流体供給孔２２７、加湿用流体排出孔２２８の外周部の表面、及び後述する加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿用流体供給溝２８７、加湿用流体排出溝２８８と対応する部分の表面には、腐食防止層２１０Ｂが形成されている。
【００８５】
腐食防止層２１０Ｂは例えば樹脂を膜厚１５〜３０μｍでコーティングすることにより形成することができる。腐食防止層２１０Ｂを形成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂などで、好ましくは、フッ素樹脂である。また、さらに熱伝導を向上させるためにフッ素樹脂に球状の黒鉛を混合したものなどを用いることもできる。また、これらの樹脂を複合して用いてもよく、複数層に積層して腐食防止層１１０Ｂを形成してもよい。腐食防止層２１０Ｂを設けることで、加湿用流体による蓋２１０を形成する材料の腐食及び溶出をさらに抑えることができる。
【００８６】
ここで、蓋２１０においても、上述の蓋１１０の場合と同様に、Ａｕメッキ層を蓋２１０の表面全体に形成し、腐食防止層２１０ＢをＡｕメッキ層上に形成するものであってもよい。また、蓋２１０の下面において、蓋２１０の下面全体ではなく、図２８の斜線部分に示す、腐食防止層２１０Ｂが形成される領域を除く領域にのみＡｕメッキ層２１０Ｄを形成してもよい。
【００８７】
図２９は加湿容器２５０の上面図であり、図３０は加湿容器２５０の側面図であり、図３１は加湿容器２５０の下面図である。図２９〜図３１に示すように、加湿容器２５０には、加湿容器１５０と同様に、ボルト挿通孔２５１〜２５８及び加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、加湿後カソードガス導入孔２６３、カソードオフガス排出孔２６４、加湿前アノードガス供給孔２６５、加湿用流体供給孔２６７、加湿用流体排出孔２６８が、それぞれ設けられている。また、加湿前カソードガス供給孔３６と対応する位置に、加湿前カソードガス供給孔２６６が設けられている。
【００８８】
また、加湿容器２５０の下面において、加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、加湿後カソードガス導入孔２６３、カソードオフガス排出孔２６４、加湿前アノードガス供給孔２６５、加湿前カソードガス供給孔２６６、加湿用流体供給孔２６７、加湿用流体排出孔２６８の外周部には、それぞれＯリング２７１〜２７８が設けられている。Ｏリング２７１〜２７８は、上部片面セパレータ４０と加湿容器２５０の下面との隙間を封止する。
【００８９】
また、加湿容器２５０には、ボルト挿通孔２４１〜２４４と対応する位置に、それぞれボルト締結孔２８１〜２８４が設けられている。
【００９０】
加湿容器２５０の上面の中央部には、凹部２５０Ａが形成されている。凹部２５０Ａは蓋２１０の凹部２１０Ａとともに加湿槽２００Ａを形成する。
凹部２５０Ａと、加湿後カソードガス導入孔２６３、加湿前カソードガス供給孔２６６、加湿用流体供給孔２６７、加湿用流体排出孔２６８との間には、それぞれ、加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿用流体供給溝２８７、加湿用流体排出溝２８８が設けられている。
【００９１】
また、加湿容器２５０の上面には、外周部、ボルト挿通孔２５１〜２５８の近傍及びボルト締結孔２８１〜２８４の近傍を除く部分に、ガスケット２９０（封止材）が配置される座ぐり２５０Ｃが設けられている。座ぐり２５０Ｃは加湿容器２５０の上面からガスケット２９０の厚さと同等の深さ（約１００μｍ）の窪みである。
【００９２】
加湿容器２５０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。加湿容器２５０の表面には、例えば、下地メッキ層（例えばＮｉ等）を形成した上にＡｕメッキ層が形成されて、電気的な接触抵抗を低減するとともに、熱伝導性を高めることができる。
【００９３】
図２９に示すように、加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、加湿後カソードガス導入孔２６３、カソードオフガス排出孔２６４、加湿前アノードガス供給孔２６５、加湿前カソードガス供給孔２６６、加湿用流体供給孔２６７、加湿用流体排出孔２６８の内壁面、加湿容器２５０の上面において凹部２５０Ａ、加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿用流体供給溝２８７、加湿用流体排出溝２８８の内壁面、加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、加湿後カソードガス導入孔２６３、カソードオフガス排出孔２６４の外周部の表面、及び加湿容器２５０の下面においてＯリング２７１〜２７８の内側の面には、腐食防止層２５０Ｂが形成されている。
【００９４】
腐食防止層２５０Ｂは例えば樹脂を膜厚１５〜３０μｍでコーティングすることにより形成することができる。腐食防止層２５０Ｂを形成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂などで、好ましくは、フッ素樹脂である。また、さらに熱伝導を向上させるためにフッ素樹脂に球状の黒鉛を混合したもの等を用いることもできる。また、これらの樹脂を複合して用いてもよく、複数層に積層して腐食防止層１１０Ｂを形成してもよい。腐食防止層２５０Ｂを設けることで、加湿用流体による加湿容器２５０を形成する材料の腐食及び溶出をさらに抑えることができる。
【００９５】
ここで、加湿容器２５０においても、上述の蓋１１０の場合と同様に、Ａｕメッキ層を加湿容器２５０の表面全体に形成し、腐食防止層２５０ＢをＡｕメッキ層上に形成するものであってもよい。また、加湿容器２５０の上面において、加湿容器２５０の上面全体ではなく、図２９の斜線部分に示す、腐食防止層２５０Ｂが形成される領域を除く領域にのみＡｕメッキ層２５０Ｄを形成してもよい。
【００９６】
図３２はガスケット２９０の上面図である。ガスケット２９０は座ぐり２５０Ｃと同様の形状であり、貫通孔２９１，２９２，２９３，２９４，２９５が設けられている。貫通孔２９３は、凹部１５０Ａ、加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿用流体供給溝２８７、加湿用流体排出溝２８８及び加湿後カソードガス導入孔２６３、加湿前カソードガス供給口２６６、加湿用流体供給口２６７、加湿用流体排出口２６８と対応する形状である。また、貫通孔２９１，２９２，２９４，２９５は、それぞれ加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、カソードオフガス排出孔２６４、加湿前アノードガス供給孔２６５と対応する位置に設けられている。
【００９７】
なお、蓋２１０は座ぐり２５０Ｃよりも外側において加湿容器２５０と当接するため、ガスケット２９０が蓋２１０と加湿容器２５０との当接を妨げることはない。
【００９８】
中空糸膜モジュール２０５は、複数の中空糸膜２０６と、中空糸膜の両端部に設けられた封止固定部２０７，２０８とからなる。中空糸膜２０６は、中心部に空洞２０６ａを有しており、水分子の透過性を有する膜である。このような中空糸膜２０６としては、ポリイミドやフッ素系の高分子膜、例えば、ＮＯＫ（株）製の微多孔質であるポリフェニールスルホン、ポリエーテルイミドや、旭硝子（株）製の非多孔質であるテトラフルオロエチレン+パーフルオロビニルエーテル等からなるものを用いることができる。また、ポリエチレン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等からなる中空糸膜を用いてもよい。
【００９９】
図３３は中空糸膜モジュール２０５の側面図である。封止固定部２０７，２０８は、例えば加熱硬化樹脂、自然硬化する樹脂、光硬化樹脂等を硬化させてなり、中空糸膜の束の両端部を固定する。図３３に示すように、中空糸膜２０６は封止固定部２０７，２０８を貫通している。
【０１００】
図２５に示すように、中空糸膜モジュール２０５は中空糸膜２０６が左右方向に配置されるように加湿槽２００Ａに収容され、加湿槽２００Ａ内の空間を封止固定部２０７，２０８により３区画に分割する。中空糸膜モジュール２０５よりも左右側方の区画は、それぞれ加湿前カソードガス供給溝２８６と繋がる加湿前カソードガス供給部２００Ｂ、加湿後カソードガス排出溝２８５と繋がる加湿後カソードガス排出部２００Ｃとなる。加湿前カソードガス供給部２００Ｂと加湿後カソードガス排出部２００Ｃとは、中空糸膜２０６の空洞２０６ａにより通じている。
【０１０１】
ここで、中空糸膜モジュール２０５の加湿槽２００Ａ内での位置を固定するために、中空糸膜モジュール２０５の左右両端の封止固定部２０７、２０８は、蓋２１０の下面の凹部２１０Ａの内壁面上の腐食防止層２１０Ｂと、又は、加湿容器２５０の凹部２５０Ａの内壁面上の腐食防止層２５０Ｂと、あるいはこれらの両方と、図示しない接着剤を介して、接着されている。この場合においても、蓋２１０の下面の凹部２１０Ａの内壁面上及び加湿容器２５０の凹部２５０Ａの内壁面上に樹脂からなる腐食防止層２５０Ｂが形成されていることにより、封止固定部２０７、２０８を比較的強固に接着することができて、良好な信頼性を得ることができる。
一方、封止固定部２０７，２０８間の空間は、加湿用流体供給溝２８７及び加湿用流体排出溝２８８と繋がる加湿用流体流路２００Ｄとなる。
【０１０２】
中空糸膜２０６の空洞２０６ａにカソードガスを流通させ、加湿用流体流路２００Ｄに加湿用流体を流通させることで、加湿用流体中の水分子が中空糸膜２０６を通過して空洞２０６ａに移動し、カソードガス内で気化することにより、カソードガスが加湿される。
【０１０３】
締結ボルト２０１〜２０４は、加湿容器２５０の凹部２５１内に中空糸膜モジュール２０５が配置され、かつ、座ぐり２５０Ｃにガスケット２９０が配置された状態で、それぞれ蓋２１０の上方からボルト挿通孔２４１〜２４４に挿通され、ボルト締結孔２８１〜２８４に締結される。
【０１０４】
上エンドプレート３００Ａには、図１、図２に示すように、左前角部にボルト挿通孔３０１が、右前角部にボルト挿通孔３０２が、右後角部にボルト挿通孔３０３が、左後角部にボルト挿通孔３０４がそれぞれ設けられている。また、ボルト挿通孔３０１とボルト挿通孔３０２との中間の位置にボルト挿通孔３０５が、ボルト挿通孔３０２とボルト挿通孔３０３との中間位置にボルト挿通孔３０６が、ボルト挿通孔３０３とボルト挿通孔３０４との中間位置にボルト挿通孔３０７が、ボルト挿通孔３０４とボルト挿通孔３０１との中間位置にボルト挿通孔３０８がそれぞれ設けられている。
【０１０５】
下エンドプレート３００Ｂには、図２、図３に示すように、ボルト挿通孔３０１〜３０８と対応する位置に、ボルト締結孔３１１〜３１８がそれぞれ設けられている。
ボルト４０１〜４０８には、ボルト締結孔３１１〜３１８と螺合する先端部に雄ネジが切られるとともに、雄ネジが切られた部分以外は例えば樹脂コーティングにより表面に絶縁処理が施されている。
【０１０６】
さらに、下エンドプレート３００Ｂには、アノードオフガス排出孔３２、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、上下に貫通するアノードオフガス排出孔３２２、カソードオフガス排出孔３２４、加湿前アノードガス供給孔３２５、加湿前カソードガス供給孔３２６、加湿用流体供給孔３２７、加湿用流体排出孔３２８が設けられている。アノードオフガス排出孔３２２、カソードオフガス排出孔３２４、加湿前アノードガス供給孔３２５、加湿前カソードガス供給孔３２６、加湿用流体供給孔３２７、加湿用流体排出孔３２８は、下エンドプレート３００Ｂの下面において、図示しないアノードオフガス排出管、カソードオフガス排出管、加湿前アノードガス供給管、加湿前カソードガス供給管、加湿用流体供給管、加湿用流体排出管にそれぞれ接続される。
【０１０７】
下エンドプレート３００Ｂ、燃料電池セルユニット１Ａ、カソードガス加湿器２００、燃料電池セルユニット１Ｂ、アノードガス加湿器１００、燃料電池セルユニット１Ｃ、及び上エンドプレート３００Ａは下からこの順に積層される。ボルト４０１〜４０８は、図１〜図４に示すように、それぞれ上エンドプレート３００Ａのボルト挿通孔３０１〜３０８に挿入するとともに、３つの燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、アノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００に設けられたボルト挿入孔に挿入し、ボルト締結孔３１１〜３１８に締結することで、セルスタック１が図１に示す状態に組み立てられる。
【０１０８】
なお、上記実施形態においては、セルスタック１において、燃料電池セルユニット１Ｂと燃料電池セルユニット１Ｃとの間にアノードガス加湿器１００が設けられ、燃料電池セルユニット１Ａと燃料電池セルユニット１Ｂとの間にカソードガス加湿器２００が設けられる構成としたが、これは一例に過ぎず、他の構成を有するものであってもよい。例えば、上エンドプレート３００Ａと燃料電池セルユニット１Ｃとの間に、更にアノードガス加湿器１００が設けられるものであってもよいし、燃料電池セルユニット１Ａと下エンドプレート３００Ｂとの間に、更にカソードガス加湿器２００が設けられるものであってもよいし、更に、上エンドプレート３００Ａや下エンドプレート３００Ｂを備えず、アノードガス加湿器１００又はカソードガス加湿器２００を上エンドプレート３００Ａや下エンドプレート３００Ｂの代わりとしても用いるものであってもよい。また、アノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００の配置が異なるものであってもよい。
【０１０９】
〔セルスタックの動作〕
次に、本実施形態におけるセルスタック１の動作について説明する。まず、セルスタック１を所定の動作温度にし、加湿用流体、アノードガス及びカソードガスを供給する。
【０１１０】
１．加湿用流体の供給
加湿用流体供給孔３２７から、加湿用流体供給孔３７，５７，７７，９７，１６７，２２７，２６７、加湿用流体供給溝１８７，２８７を経て、加湿用流体流路１００Ｄ，２００Ｄに加湿用流体を流通させ、加湿用流体排出溝１８８，２８８から加湿用流体排出孔３８,５８,７８,９８，１６８，２２８，２６８，３２８から排出されるように、加湿用流体を供給する。
【０１１１】
加湿用流体として、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が高い気体または水を含む液体のうち何れか一方の流体を用いることができる。このような流体として、例えば水を用いることができる。
【０１１２】
２．アノードガスの供給
加湿前アノードガス供給孔３２５から、加湿前アノードガス供給孔３５，５５，７５，９５，１６５，２２５，２６５、加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿前アノードガス供給部１００Ｂを経て、中空糸膜１０６の空洞１０６ａにアノードガスを流通させ、加湿後アノードガス排出部１００Ｃ、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿後アノードガス導入孔３１，５１，７１，９１，１２１，１６１，２２１，２６１、蛇行溝５９ａ，９９ａ、アノードオフガス排出孔３２，５２，７２，９２，１２２，１６２，２２２，２６２を通って、アノードオフガス排出孔３２２から排出されるように、アノードガスを供給する。
【０１１３】
３．カソードガスの供給
加湿前アノードガス供給孔３２６から、加湿前アノードガス供給孔３６，５６，７６，９６，２２６，２６６、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿前カソードガス供給部２００Ｂを経て、中空糸膜２０６の空洞２０６ａにカソードガスを流通させ、加湿後カソードガス排出部２００Ｃ、加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿後カソードガス導入孔３３，５３，７３，９３，１２３，１６３，２２３，２６３、蛇行溝５９ｂ，７９ｂ、カソードオフガス排出孔３４，５４，７４，９４，１２４，１６４，２２４，２６４を通って、カソードオフガス排出孔３２４から排出されるように、カソードガスを供給する。
【０１１４】
以上のように、加湿用流体、アノードガス及びカソードガスをセルスタック１に供給すると、加湿用流体流路加湿用流体流路１００Ｄ，２００Ｄ内の水分子が中空糸膜１０６，２０６を透過して空洞１０６ａ，２０６ａ内で気化するため、空洞１０６ａ内を通過するアノードガス、空洞２０６ａ内を通過するカソードガスを加湿することができる。
【０１１５】
ここで、アノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００は燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃと隣接するとともに、熱伝導性が高い材料からなる。
このため、加湿用流体中の水分子が中空糸膜１０６，２０６を通過して空洞１０６ａ，２０６ａに移動し、アノードガス内やカソードガス内で気化するときの気化熱として、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃで発生する熱を利用することができるので、アノードガス加湿器１００、カソードガス加湿器２００と燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃとの間で効率よく熱交換することができる。
【０１１６】
また、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃの熱がアノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００に伝達し、加湿用流体中の水の気化熱として奪われるので、加湿用流体流路１００Ｄ，２００Ｄの温度は、燃料電池セルユニット１の温度に合わせて変動し、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃの温度よりも低く維持される。したがって、加湿されたアノードガス及びカソードガスは燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内で冷却されることがなく、結露が発生しにくい。
【０１１７】
また、加湿用流体を循環させることによりアノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００を冷却するとともに、加湿用流体中の水が奪う気化熱によりアノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００が冷却されるので、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃを冷却することができる。ここで、腐食防止層１１０Ｂ，１５０Ｂ，２１０Ｂ，２５０Ｂの膜厚を１５〜３０μｍに抑えているため、アノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００から加湿用流体への伝熱が腐食防止層１１０Ｂ，１５０Ｂ，２１０Ｂ，２５０Ｂにより妨げられることがない。
【０１１８】
加湿されたアノードガスは蛇行溝５９ａ，９９ａからガス拡散層１２ａに供給される。アノードガス中の水素ガスは、電気化学反応式（１）に示すように、図示しない触媒の作用により、水素イオンと、電子とに分離される。水素イオンは、膜電極接合体１１が備える固体高分子電解質膜を透過してガス拡散層１２ｂに到達する。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- ・・・ （１）
【０１１９】
一方、加湿されたカソードガスは蛇行溝７９ｂ，９９ｂからガス拡散層１２ｂに供給される。カソードガス中の酸素ガスは、電気化学反応式（２）に示すように、図示しない触媒の作用により、膜電極接合体１１が備える固体高分子電解質膜を透過した水素イオン及び電子とともに、水を生成する。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ ・・・ （２）
【０１２０】
このように、ガス拡散層１２ｂで電子が消費され、ガス拡散層１２ａで電子が生成されることにより、膜電極接合体１１が備える固体高分子電解質膜の両面間に電位差が生じるため、電力を取り出すことができる。
【０１２１】
また、上記実施形態においては、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を加湿用流体流路１００Ｄ，２００Ｄに供給したが、代わりに、乾燥した気体などの、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が低い流体を供給することで、アノードガス加湿器１００やカソードガス加湿器２００を乾燥装置として用いることもできる。例えば、上記実施形態と比べて低出力で駆動するなど、燃料電池装置の駆動条件によって燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃの動作温度が比較的低くなることがある。この場合、アノードガス加湿器１００やカソードガス加湿器２００を乾燥装置として用いることで、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内で結露するのを抑制することができる。
【０１２２】
なお、上記実施形態においては、上エンドプレート３００Ａ、下エンドプレート３００Ｂ及びボルト４０１〜４０８によりセルスタック１を締め付ける構造としたが、ボルト４０１〜４０８を用いる代わりに、例えば図示しない帯状または紐状の部材で上エンドプレート３００Ａと下エンドプレート３００Ｂとを連結することでセルスタック１を締め付ける構造としてもよい。あるいは、ボルト４０１〜４０８を用いる代わりに、例えば図示しない箱体にセルスタック１を収容し、箱体の壁面に螺合するネジ等の締付部材によりセルスタック１を締め付けてもよい。
【０１２３】
〔電子機器〕
図３４は、本実施形態のセルスタック１が好適に適用される電子機器５００を示すブロック図である。電子機器５００は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、電子計算機その他の電子機器である。
【０１２４】
電子機器５００は、燃料電池装置５１０と、電子機器本体５９０とを備える。燃料電池装置５１０は、燃料容器５０１と、気化器５０２と、改質器５０３と、一酸化炭素除去器５０４と、セルスタック１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０５と、二次電池５０６とを備える。
【０１２５】
燃料容器５０１は、燃料および水を貯留し、図示しないマイクロポンプにより燃料及び水の混合液を気化器５０２に供給する。この燃料容器５０１内に貯留される燃料としては、炭化水素系の液体燃料が適用可能である。具体的には、メタノール、エタノールなどのアルコール類や、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ガソリンなどがある。燃料容器５０１内には、燃料と水とは別々で貯蔵されていてもよいし、混合された状態で貯蔵されていてもよい。
なお、以下の説明では燃料としてメタノールを使用する場合について説明するが、他の化合物を用いてもよい。
【０１２６】
気化器５０２は、燃料容器５０１から供給される燃料と水を気化させる。改質器５０３は、気化器５０２から供給される気化された燃料および水蒸気を触媒による改質反応によって改質し、水素を含む混合気体を生成するものである。燃料としてメタノールを用いる場合、下記の化学反応式（３），（４）に示す改質反応によって、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス及び副生成物である微量の一酸化炭素の混合気体が生成される。
【０１２７】
一酸化炭素除去器５０４は、一酸化炭素を化学反応式（５）のように酸化させることで混合気体から除去する。一酸化炭素除去器５０４には、改質器５０３から供給される混合気体の他に空気が供給される。一酸化炭素除去器５０４は、これらの混合気体中の一酸化炭素を、触媒により、下記の化学反応式（５）に示す一酸化炭素除去反応によって選択的に酸化して除去する。
【０１２８】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（３）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 …（４）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（５）
この一酸化炭素を除去した混合気体がアノードガスとして用いられ、アノードガス加湿器１００に供給される。
【０１２９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０５は、燃料電池セルユニット１Ａ〜１Ｃにより出力された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体１００１に供給する機能の他に、二次電池５０６に充電する機能を有する。これにより、燃料電池装置１が動作していない時にも、二次電池５０６に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体５９０に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るセルスタック１の上面図である。
【図２】セルスタック１の前面図である。
【図３】セルスタック１の下面図である。
【図４】セルスタック１の分解図である。
【図５】燃料電池セルユニット１Ａの断面図である。
【図６】単位起電部１０の上面図である。
【図７】図６のVII−VII矢視断面図である。
【図８】単位起電部１０の下面図である。
【図９】上部片面セパレータ４０の下面図である。
【図１０】下部片面セパレータ６０の上面図である。
【図１１】両面セパレータ８０の上面図である。
【図１２】図１１のXII−XII矢視断面図である。
【図１３】両面セパレータ８０の下面図である。
【図１４】アノードガス加湿器１００の断面図である。
【図１５】アノードガス加湿器１００の分解図である。
【図１６】蓋１１０の上面図である。
【図１７】蓋１１０の側面図である。
【図１８】蓋１１０の下面図である。
【図１９】加湿容器１５０の上面図である。
【図２０】加湿容器１５０の側面図である。
【図２１】加湿容器１５０の下面図である。
【図２２】ガスケット１９０の上面図である。
【図２３】中空糸膜モジュール１０５の側面図である。
【図２４】カソードガス加湿器２００の断面図である。
【図２５】カソードガス加湿器２００の分解図である。
【図２６】蓋２１０の上面図である。
【図２７】蓋２１０の側面図である。
【図２８】蓋２１０の下面図である。
【図２９】加湿容器２５０の上面図である。
【図３０】加湿容器２５０の側面図である。
【図３１】加湿容器２５０の下面図である。
【図３２】ガスケット２９０の上面図である。
【図３３】中空糸膜モジュール２０５の側面図である。
【図３４】本実施形態のセルスタック１が好適に適用される電子機器５００を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１ セルスタック
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 燃料電池セル
１００ アノードガス加湿器（インターコネクタ）
１００Ｄ，２００Ｄ 加湿用流体流路（流路）
１０６，２０６ 中空糸膜
１１０，２１０ 蓋（筐体）
１５０，２５０ 加湿容器（筐体）
１５０Ａ，２５０Ａ 凹部
１９０，２９０ ガスケット（封止材）
２００ カソードガス加湿器（インターコネクタ）
３００Ａ 上エンドプレート（締結部材）
３００Ｂ 下エンドプレート（締結部材）
５１０ 燃料電池装置
５００ 電子機器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電セルに供給する流体を加湿する加湿器、これを備える発電セルシステム、及びこれを用いた燃料電池装置、燃料電池装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、アノードガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。
【０００３】
従来の燃料電池は、２つのセパレータとその間に挟持された膜電極接合体とにより構成される燃料電池セルを備えている。膜電極接合体は電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に酸素極が設けられたものである。セパレータには、それぞれアノードガス流路及びカソードガス流路が形成され、アノードガス流路はアノードガスを膜電極接合体の燃料極に供給し、カソードガス流路はカソードガスを酸素極に供給する。
【０００４】
燃料極に供給された水素ガスは水素イオンと電子となり、電子は燃料極に移動し、水素イオンは電解質膜を透過して酸素極に移動する。酸素極では、電解質膜を透過した水素イオンと、外部回路を経て水素極から酸素極へ移動した電子と、酸素極に供給された酸素ガスとが反応して水を生成する。この電子の移動するエネルギーを電気エネルギーとして利用することができる。
【０００５】
電解質膜は水分含有度が高いほど水素イオン透過性が高いため、燃料電池セルに供給するアノードガスやカソードガスを充分に加湿する必要がある。例えば特許文献１では、燃料電池セルに供給するアノードガスやカソードガスを加湿する加湿器が設けられている。この加湿器では、燃料電池セルで生じた水を再利用するため、加湿する水の流路内壁面にフッ化水素酸耐性の樹脂による表面処理が施されている。
【０００６】
また、セルスタック内に加湿器を設けることで装置のコンパクト化を図ることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平２００６−１２７８４２号公報
【特許文献２】特開平７−２４５１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、本出願人は装置のコンパクト化及び燃料電池セルでの過剰な結露の防止を図るため、例えば複数の燃料電池セル間に挟持されるインターコネクタや締結部材内に加湿器を設けることを検討している。しかし、このようなインターコネクタや締結部材は導電性の材料からなるため、腐食が起こりやすく、さらなる腐食対策を図る必要がある。
【０００８】
本発明の課題は、加湿器における流路を流れる加湿用流体による加湿器の筐体の腐食及び溶出を抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、加湿器であって、発電セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜と、前記発電セルのアノード又はカソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられ、前記中空糸膜の外側に前記被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路を有する導電性の筐体と、前記流路の内壁面に形成された、樹脂材料からなる腐食防止層と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加湿器であって、前記腐食防止層は、１５〜３０μｍの厚さを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の加湿器であって、前記腐食防止層は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、の何れかからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の加湿器であって、前記腐食防止層は、フッ素系樹脂、球状の黒鉛が混合されたフッ素系樹脂、の何れかからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の加湿器であって、前記筐体は前記中空糸膜が収納され前記流路となる凹部を有する容器と、前記凹部を塞ぐ蓋とからなり、前記容器と前記蓋との隙間を塞ぐ環状の封止材が設けられ、前記容器と前記蓋とは前記封止材よりも外側において当接することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の加湿器であって、少なくとも、前記凹部の内壁面及び前記蓋の前記凹部の開口端に対応する領域に前記腐食防止層が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の加湿器であって、前記容器及び前記蓋の表面における、前記腐食防止層が形成されている領域を除く領域に、金メッキ層が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の加湿器であって、前記容器及び前記蓋の表面に金メッキ層が形成され、前記腐食防止層は該金メッキ層上に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、発電セルシステムであって、アノード及びカソードを有する少なくとも１つの単位起電部からなる発電セルと、前記発電セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜と、前記発電セルの、前記アノード又は前記カソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられ、前記中空糸膜の外側に前記被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路を有する導電性の筐体と、前記流路の内壁面に形成された、樹脂材料からなる腐食防止層と、を有する少なくとも１つの加湿器と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発電セルシステムであって、前記発電セル及び前記加湿器を複数有し、前記複数の発電セルは積層して配置され、前記複数の加湿器が、前記複数の発電セルの何れかの、前記アノード又は前記カソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられたセルスタックをなすことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発電セルシステムであって、前記複数の発電セルにおける少なくとも２つの前記発電セルは、少なくとも１つの前記加湿器を挟持して配置され、該加湿器は、前記２つの発電セルの一方の前記発電セルの前記アノードと他方の前記発電セルの前記カソードとを電気的に導通させるインターコネクタを兼ねていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の発電セルシステムであって、前記複数の加湿器における少なくとも２つの前記加湿器は、前記複数の発電セルを間に挟持して締め付ける、締結部材を兼ねていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、燃料電池装置であって、請求項９乃至１２のいずれかに記載のセルスタックを備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、電子機器であって、請求項１３に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、導電性の筐体を有する加湿器において、加湿用流体の流路の内壁面に腐食防止層が形成されているので、加湿用流体による加湿器の筐体の腐食及び溶出を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係るセルスタック１の上面図であり、図２はセルスタック１の前面図であり、図３はセルスタック１の下面図であり、図４はセルスタック１の分解図である。セルスタック１は、下から順に３つの燃料電池セルユニット（発電セル）１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、燃料電池セルユニット１Ｂ，１Ｃの間に設けられたアノードガス加湿器１００（加湿器）と、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂの間に設けられたカソードガス加湿器２００（加湿器）と、燃料電池セルユニット１Ａの上に設けられた上エンドプレート３００Ａ（締結部材）と、燃料電池セルユニット１Ｃの下に設けられた下エンドプレート３００Ｂ（締結部材）と、これらを締結するボルト４０１〜４０８とからなる。
【００２６】
〔燃料電池セルユニット〕
図５は燃料電池セルユニット１Ａの断面図である。図５に示すように、燃料電池セルユニット１Ａは、単位起電部１０を、上部片面セパレータ４０と両面セパレータ８０との間、両面セパレータ８０，８０，８０の間、両面セパレータ８０と下部片面セパレータ６０との間に挟持してなる。この上部片面セパレータ４０と両面セパレータ８０との間に単位起電部１０が挟持された構造、両面セパレータ８０，８０，８０の間に単位起電部１０が挟持された構造、両面セパレータ８０と下部片面セパレータ６０との間に単位起電部１０が挟持された構造が、それぞれ単位燃料電池セルである。
【００２７】
図６は単位起電部１０の上面図であり、図７は図６のVII−VII矢視断面図であり、図８は単位起電部１０の下面図である。図６，図７，図８に示すように、この単位起電部１０は、固体高分子電解質膜１１ｃ両面に触媒層１１ａ，１１ｂが設けられた膜電極接合体１１と、ガス拡散層１２ａ，１２ｂと、ガスケット１３ａ，１３ｂとを備えて構成されている。
【００２８】
固体高分子電解質膜１１ｃは、矩形状又は正方形状に形成された膜であって、水素イオン（Ｈ+）を選択的に透過させるものである。固体高分子電解質膜１１ｃの両面であってそれぞれの中央部には、触媒層１１ａ，１１ｂが矩形状又は正方形状に成膜され、触媒層１１ａ上にガス拡散層１２ａが、触媒層１１ｂ上にガス拡散層１２ｂが成膜されている。ガス拡散層１２ａ，１２ｂはガス透過性と電気伝導性を有し、後述する上部片面セパレータ４０，７０または両面セパレータ８０と触媒層１１ａ，１１ｂとを導通させる。触媒層１１ａ及びガス拡散層１２ａがアノード（水素極）として機能し、触媒層１１ｂ及びガス拡散層１２ｂがカソード（酸素極）として機能する。
【００２９】
図６、図７に示すように、膜電極接合体１１の上面の外周部には、ガス拡散層１２ａを囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型のガスケット１３ａが設けられている。また、図７、図８に示すように、膜電極接合体１１の下面の外周部には、ガス拡散層２２ｂを囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型のガスケット１３ｂが設けられている。
ガスケット１３ａ，１３ｂは絶縁体であり、かつ弾性体である。このようなガスケット１３ａ，１３ｂは、例えばイソブチレンゴムを用いて形成することができる。
【００３０】
ガスケット１３ａ，１３ｂは上部片面セパレータ４０、下部片面セパレータ６０または両面セパレータ８０と固体高分子電解質膜１１ｃとの間に、触媒層１１ａ，１１ｂ及びガス拡散層１２ａ，１２ｂを配置するためのスペーサーとして機能する。また、ガスケット１３ａは、上部片面セパレータ４０または両面セパレータ８０より供給されるアノードガスが燃料電池セルユニット１Ａから漏れ出すことを防ぐガスシールとして機能し、ガスケット１３ｂは、両面セパレータ８０または下部片面セパレータ６０より供給されるカソードガスが燃料電池セルユニット１Ａから漏れ出すことを防ぐガスシールとして機能する。
【００３１】
単位起電部１０の外周部には、ボルト挿通孔３０１〜３０８及びボルト締結孔３１１〜３１８と対応する位置に、固体高分子電解質膜１１ｃ及びガスケット１３ａ，１３ｂを貫通するボルト挿通孔２１〜２８が設けられている。
【００３２】
さらに、単位起電部１０の外周部には、固体高分子電解質膜１１ｃ及びガスケット１３ａ，１３ｂを貫通する加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、加湿用流体排出孔３８が設けられている。
【００３３】
加湿後アノードガス導入孔３１は、加湿前カソードガス供給孔３６及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも右寄りの位置かつボルト挿通孔２２，２３，２６よりも左寄りの位置であって、ボルト挿通孔２２とボルト挿通孔２６との中間の位置に設けられている。
【００３４】
アノードオフガス排出孔３２は、加湿前アノードガス供給孔３５及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも左寄りの位置かつボルト挿通孔２１，２４，２８よりも右寄りの位置であって、ボルト挿通孔２４とボルト挿通孔２８との中間の位置に設けられている。
【００３５】
加湿後カソードガス導入孔３３は、加湿前アノードガス供給孔３５及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも左寄りの位置かつボルト挿通孔２１，２４，２８よりも右寄りの位置であって、ボルト挿通孔２１とボルト挿通孔２８との中間の位置に設けられている。
【００３６】
カソードオフガス排出孔２４は、加湿前カソードガス供給孔２６及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも右寄りの位置かつボルト挿通孔２２，２３，２６よりも左寄りの位置であって、ボルト挿通孔２３とボルト挿通孔２６との中間の位置に設けられている。
【００３７】
加湿前アノードガス供給孔３５は、アノードオフガス排出孔３２及び加湿後カソードガス導入孔３３よりも右寄りかつ加湿用流体排出孔３８よりも左寄りの位置であって、アノードオフガス排出孔３２、カソードオフガス排出孔３４及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも後寄りの位置かつボルト挿通孔２３，２４，２７よりも前寄りの位置に設けられている。
【００３８】
加湿前カソードガス供給孔３６は、加湿後アノードガス導入孔３１及びカソードオフガス排出孔３４よりも左寄りかつ加湿用流体供給孔３７よりも右寄りの位置であって、加湿後アノードガス導入孔３１、加湿後カソードガス導入孔３３及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも前寄りの位置かつボルト挿通孔２１，２２，２５よりも後寄りの位置に設けられている。
【００３９】
加湿用流体供給孔３７は、ボルト挿通孔２５，２７よりも右寄りかつ加湿前カソードガス供給孔３６よりも左寄りの位置であって、アノードオフガス排出孔３２、カソードオフガス排出孔３４及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも後寄りの位置かつボルト挿通孔２３，２４，２７よりも前寄りの位置に設けられている。
【００４０】
加湿用流体排出孔３８は、ボルト挿通孔２５，２７よりも左寄りかつ加湿前アノードガス供給孔３５よりも右寄りの位置であって、加湿後アノードガス導入孔３１、加湿後カソードガス導入孔３３及びガス拡散層１２ａ，１２ｂよりも前寄りの位置かつボルト挿通孔２１，２２，２５よりも前寄りの位置に設けられている。
【００４１】
図９は上部片面セパレータ４０の下面（ガス拡散層２２と当接する面）図である。上部片面セパレータ４０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８、加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、及び加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、ボルト挿通孔４１〜４８、加湿後アノードガス導入孔５１、アノードオフガス排出孔５２、加湿後カソードガス導入孔５３、カソードオフガス排出孔５４、加湿前アノードガス供給孔５５、加湿前カソードガス供給孔５６、加湿用流体供給孔５７、及び加湿用流体排出孔５８が、それぞれ貫通して形成されている。
【００４２】
図９に示すように、上部片面セパレータ４０の下面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝５９ａが形成されている。蛇行溝５９ａの一端部は加湿後アノードガス導入孔５１に導かれ、他端部はアノードオフガス排出孔５２に導かれている。蛇行溝５９ａがガス拡散層１２ａにより蓋されることで、加湿後アノードガス導入孔５１からアノードオフガス排出孔５２まで繋がったアノードガス流路が形成される。
【００４３】
図１０は下部片面セパレータ６０の上面（ガス拡散層１２ｂと当接する面）図である。下部片面セパレータ６０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８、加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、及び加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、ボルト挿通孔６１〜６８、加湿後アノードガス導入孔７１、アノードオフガス排出孔７２、加湿後カソードガス導入孔７３、カソードオフガス排出孔７４、加湿前アノードガス供給孔７５、加湿前カソードガス供給孔７６、加湿用流体供給孔７７、及び加湿用流体排出孔７８が、それぞれ貫通して形成されている。
【００４４】
図１０に示すように、下部片面セパレータ６０の上面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝７９ｂが形成されている。蛇行溝７９ｂの一端部は加湿後カソードガス導入孔７３に導かれ、他端部はカソードオフガス排出孔７４に導かれている。蛇行溝７９ｂがガス拡散層１２ｂにより蓋されることで、加湿後カソードガス導入孔７３からカソードオフガス排出孔７４まで繋がったカソードガス流路が形成される。
【００４５】
図１１は両面セパレータ８０の上面（ガス拡散層１２と当接する面）図であり、図１２は図１１のXII−XII矢視断面図であり、図１３は両面セパレータ８０の下面（ガス拡散層１２と当接する面）図である。両面セパレータ８０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８、加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、及び加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、ボルト挿通孔８１〜８８、加湿後アノードガス導入孔９１、アノードオフガス排出孔９２、加湿後カソードガス導入孔９３、カソードオフガス排出孔９４、加湿前アノードガス供給孔９５、加湿前カソードガス供給孔９６、加湿用流体供給孔９７、及び加湿用流体排出孔９８が、それぞれ貫通して形成されている。
【００４６】
図１１、図１２に示すように、両面セパレータ８０の上面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝９９ｂが形成されている。蛇行溝８０ｂの一端部は加湿後カソードガス導入孔９３に導かれ、他端部はカソードオフガス排出孔９４に導かれている。蛇行溝９９ｂがガス拡散層１２ｂにより蓋されることで、加湿後カソードガス導入孔９３からカソードオフガス排出孔９４まで繋がったカソードガス流路が形成される。
【００４７】
図１２、図１３に示すように、両面セパレータ８０の下面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝９９ａが形成されている。蛇行溝９９ａの一端部は加湿後アノードガス導入孔９１に導かれ、他端部はアノードオフガス排出孔９２に導かれている。蛇行溝８０ａがガス拡散層１２により蓋されることで、加湿後アノードガス導入孔９１からアノードオフガス排出孔９２まで繋がったアノードガス流路が形成される。
【００４８】
単位起電部１０を、上部片面セパレータ４０と両面セパレータ８０との間、両面セパレータ８０，８０，８０の間、両面セパレータ８０と下部片面セパレータ６０との間に挟持すると、図５に示すように、加湿後アノードガス導入孔３１，５１，７１，９１が連続したアノードガス導入流路、加湿後カソードガス導入孔３３，５３，７３，９３が連続したカソードガス導入流路となる。
同様に、アノードオフガス排出孔３２，５２，７２，９２が連続したアノードガス排出流路となり、カソードオフガス排出孔３４，５４，７４，９４が連続したカソードガス排出流路となり、加湿前アノードガス供給孔３５，５５，７５，９５が連続した加湿前アノードガス供給流路となり、加湿前カソードガス供給孔３６，５６，７６，９６が連続した加湿前カソードガス供給流路となり、加湿用流体供給孔３７，５７，７７，９７が連続したカソードガス加湿用流体供給流路となり、カソードガス加湿用流体排出孔３８，５８，７８，９８が連続したカソードガス加湿用流体排出流路となる。
また、ボルト挿通孔２１〜２８，４１〜４８，６１〜６８，８１〜８８が連続したネジ挿通孔となる。
【００４９】
燃料電池セルユニット１Ｂ，１Ｃの構造については、燃料電池セルユニット１Ａと同様の構造であるので説明を割愛する。
【００５０】
〔アノードガス加湿器〕
図１４はアノードガス加湿器１００の断面図であり、図１５はアノードガス加湿器１００の分解図である。アノードガス加湿器１００は、蓋１１０及び加湿容器１５０からなる筐体と、ガスケット１９０（封止材）と、締結ボルト１０１〜１０４と、中空糸膜モジュール１０５とからなる。
なお、アノードガス加湿器１００は、燃料電池セルユニット１Ｂの上部片面セパレータ４０と燃料電池セルユニット１Ｃの下部片面セパレータ６０とを導通させるインターコネクタとしても機能する。
【００５１】
図１６は蓋１１０の上面図であり、図１７は蓋１１０の側面図であり、図１８は蓋１１０の下面図である。図１６〜図１８に示すように、蓋１１０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８及び加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４と対応する位置に、ボルト挿通孔１１１〜１１８及び加湿後アノードガス導入孔１２１、アノードオフガス排出孔１２２、加湿後カソードガス導入孔１２３、カソードオフガス排出孔１２４が、それぞれ設けられている。
【００５２】
また、蓋１１０の上面において、加湿後アノードガス導入孔１２１、アノードオフガス排出孔１２２、加湿後カソードガス導入孔１２３、カソードオフガス排出孔１２４を囲むように、それぞれＯリング１３１，１３２，１３３，１３４が設けられている。Ｏリング１３１〜１３４は、燃料電池セルユニット１Ｃの下部片面セパレータ６０と蓋１１０の上面との隙間を封止する。
【００５３】
また、ボルト挿通孔１１１とボルト挿通孔１１５との中間の位置には、ボルト挿通孔１４１が設けられており、ボルト挿通孔１１２とボルト挿通孔１１５との中間の位置には、ボルト挿通孔１４２が設けられており、ボルト挿通孔１１３とボルト挿通孔１１７との中間の位置には、ボルト挿通孔１４３が設けられており、ボルト挿通孔１１４とボルト挿通孔１１５との中間の位置には、ボルト挿通孔１４４が設けられている。
【００５４】
蓋１１０の下面の中央部には、凹部１１０Ａが形成されている。凹部１１０Ａは加湿容器１５０の凹部１５０Ａとともに加湿槽１００Ａを形成する。
【００５５】
蓋１１０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。ここで、蓋１１０の表面には、例えば、下地メッキ層（例えばＮｉ等）を形成した上にＡｕメッキ層が形成される。これにより、電気的な接触抵抗を低減するとともに、熱伝導性を高めることができる。
【００５６】
図１８に示すように、加湿後アノードガス導入孔１２１、アノードオフガス排出孔１２２、加湿後カソードガス導入孔１２３、カソードオフガス排出孔１２４の内壁面、蓋１１０の上面においてＯリング１３１〜１３４の内側の面、蓋１１０の下面において凹部１１０Ａの内壁面及びその近傍、加湿後アノードガス導入孔１２１、アノードオフガス排出孔１２２、加湿後カソードガス導入孔１２３、カソードオフガス排出孔１２４の外周部の表面、及び後述する加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿用流体供給溝１８７、加湿用流体排出溝１８８と対応する部分の表面には、腐食防止層１１０Ｂが形成されている。
【００５７】
腐食防止層１１０Ｂは例えば樹脂を膜厚約１５〜３０μｍでコーティングすることにより形成することができる。腐食防止層１１０Ｂを形成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂などで、好ましくは、フッ素系樹脂である。また、さらに熱伝導を向上させるためにフッ素系樹脂に球状の黒鉛を混合したものなどを用いることもできる。また、これらの樹脂を複合して用いてもよく、複数層に積層して腐食防止層１１０Ｂを形成してもよい。腐食防止層１１０Ｂを設けることで、加湿用流体による蓋１１０を形成する材料の腐食及び溶出を抑えることができる。
【００５８】
ここで、蓋１１０の表面に形成されるＡｕメッキ層と蓋１１０の下面に形成される腐食防止層１１０Ｂの関係について説明する。蓋１１０に形成されるＡｕメッキ層は蓋１１０の表面全体に形成されるものであってもよく、この場合、腐食防止層１１０ＢはＡｕメッキ層上に形成される。これによれば、電気的な接触抵抗を良好に低減し、熱伝導性を高めることができるとともに、腐食防止層１１０Ｂによる蓋１１０を形成する材料の腐食及び溶出の抑制効果に加えて、Ａｕメッキ層による腐食防止効果も得ることができて、より高い腐食及び溶出の防止効果を得ることができる。
【００５９】
しかしながら、Ａｕメッキ層上には、一般に他の物質が付着し難いことが知られており、Ａｕメッキ層上に形成した腐食防止層１１０Ｂに、長期的に剥離が生じる可能性もあるため、蓋１１０の下面において、蓋１１０の下面全体ではなく、図１８の斜線部分に示す、腐食防止層１１０Ｂが形成される領域を除く領域にのみＡｕメッキ層１１０Ｄを形成してもよい。この場合、腐食防止層１１０Ｂは蓋１１０を構成する材料上に直接形成されて、Ａｕメッキ１１０Ｄ層が形成されていることにより接触抵抗を良好に低減し、熱伝導性を高め、腐食防止層１１０Ｂによる腐食及び溶出の良好に抑制することができるとともに、高い信頼性を得ることができる。
【００６０】
図１９は加湿容器１５０の上面図であり、図２０は加湿容器１５０の側面図であり、図２１は加湿容器１５０の下面図である。図１９〜図２１に示すように、加湿容器１５０には、上述のボルト挿通孔２１〜２８及び加湿後アノードガス導入孔３１、アノードオフガス排出孔３２、加湿後カソードガス導入孔３３、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿用流体供給孔３７、加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、ボルト挿通孔１５１〜１５８及び加湿後アノードガス導入孔１６１、アノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４、加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８が、それぞれ設けられている。
【００６１】
また、加湿容器１５０の下面において、加湿後アノードガス導入孔１６１、アノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４、加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８の外周部には、それぞれＯリング１７１〜１７８が設けられている。Ｏリング１７１〜１７８は、上部片面セパレータ４０と加湿容器１５０の下面との隙間を封止する。
【００６２】
また、加湿容器１５０には、ボルト挿通孔１４１〜１４４と対応する位置に、それぞれボルト締結孔１８１〜１８４が設けられている。
【００６３】
加湿容器１５０の上面の中央部には、凹部１５０Ａが形成されている。凹部１５０Ａは蓋１１０の凹部１１０Ａとともに加湿槽１００Ａを形成する。
凹部１５０Ａと、加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿後アノードガス導入孔１６１、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８との間には、それぞれ、加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿用流体供給溝１８７、加湿用流体排出溝１８８が設けられている。
【００６４】
また、加湿容器１５０の上面には、外周部、ボルト挿通孔１５１〜１５８の近傍及びボルト締結孔１８１〜１８４の近傍を除く部分に、ガスケット１９０（封止材）が配置される座ぐり１５０Ｃが設けられている。座ぐり１５０Ｃは加湿容器１５０の上面からガスケット１９０の厚さと同等の深さ（約１００μｍ）の窪みである。
【００６５】
加湿容器１５０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。加湿容器１５０の表面には、例えば、下地メッキ層（例えばＮｉ等）を形成した上にＡｕメッキ層が形成されて、電気的な接触抵抗を低減するとともに、熱伝導性を高めることができる。
【００６６】
図１９に示すように、加湿後アノードガス導入孔１６１、アノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４、加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿前カソードガス供給孔１６６、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８の内壁面、加湿容器１５０の上面において凹部１５０Ａ、加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿用流体供給溝１８７、加湿用流体排出溝１８８の内壁面、加湿後アノードガス導入孔１６１、アノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４の外周部の表面、及び加湿容器１５０の下面においてＯリング１７１〜１７８の内側の面には、腐食防止層１５０Ｂが形成されている。
【００６７】
腐食防止層１５０Ｂは例えば樹脂を膜厚１５〜３０μｍでコーティングすることにより形成することができる。腐食防止層１５０Ｂを形成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂などで、好ましくは、フッ素樹脂である。また、さらに熱伝導を向上させるためにフッ素樹脂に球状の黒鉛を混合したものなどを用いることもできる。また、これらの樹脂を複合して用いてもよく、複数層に積層して腐食防止層１１０Ｂを形成してもよい。腐食防止層１５０Ｂを設けることで、加湿用流体による加湿容器１５０を形成する材料の腐食及び溶出を抑えることができる。
【００６８】
ここで、加湿容器１５０においても、上述の蓋１１０の場合と同様に、Ａｕメッキ層を加湿容器１５０の表面全体に形成し、腐食防止層１５０ＢをＡｕメッキ層上に形成するものであってもよい。また、加湿容器１５０の上面において、加湿容器１５０の上面全体ではなく、図１９の斜線部分に示す、腐食防止層１５０Ｂが形成される領域を除く領域にのみＡｕメッキ層１５０Ｄを形成してもよい。
【００６９】
図２２はガスケット１９０の上面図である。ガスケット１９０は座ぐり１５０Ｃと同様の形状であり、貫通孔１９１，１９２，１９３，１９４が設けられている。貫通孔１９１は、凹部１５０Ａ、加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿用流体供給溝１８７、加湿用流体排出溝１８８及び加湿前アノードガス供給孔１６５、加湿後アノードガス導入孔１６１、加湿用流体供給孔１６７、加湿用流体排出孔１６８と対応する形状である。また、貫通孔１９２，１９３，１９４は、それぞれアノードオフガス排出孔１６２、加湿後カソードガス導入孔１６３、カソードオフガス排出孔１６４と対応する位置に設けられている。
【００７０】
なお、蓋１１０は座ぐり１５０Ｃよりも外側において加湿容器１５０と当接するため、ガスケット１９０が蓋１１０と加湿容器１５０との当接を妨げることはない。
【００７１】
中空糸膜モジュール１０５は、複数の中空糸膜１０６と、中空糸膜の両端部に設けられた封止固定部１０７，１０８とからなる。中空糸膜１０６は、中心部に空洞１０６ａを有する多数の中空糸を有しており、水分子の透過性を有する膜である。このような中空糸膜１０６としては、ポリイミドやフッ素系の高分子膜、例えば、ＮＯＫ（株）製の微多孔質であるポリフェニールスルホン、ポリエーテルイミドや、旭硝子（株）製の非多孔質であるテトラフルオロエチレン＋パーフルオロビニルエーテル等からなるものを用いることができる。また、ポリエチレン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等からなる中空糸膜を用いてもよい。
【００７２】
図２３は中空糸膜モジュール１０５の側面図である。封止固定部１０７，１０８は、例えば加熱硬化樹脂、自然硬化する樹脂、光硬化樹脂等を硬化させてなり、中空糸膜１０６の束の両端部を固定する。図２３に示すように、中空糸膜１０６は封止固定部１０７，１０８を貫通している。
【００７３】
図１５に示すように、中空糸膜モジュール１０５は中空糸膜１０６が左右方向に配置されるように加湿槽１００Ａに収容され、加湿槽１００Ａ内の空間を封止固定部１０７，１０８により３区画に分割する。中空糸膜モジュール１０５よりも左右側方の区画は、それぞれ加湿前アノードガス供給溝１８５と繋がる加湿前アノードガス供給部１００Ｂ、加湿後アノードガス排出溝１８６と繋がる加湿後アノードガス排出部１００Ｃとなる。加湿前アノードガス供給部１００Ｂと加湿後アノードガス排出部１００Ｃとは、中空糸膜１０６の空洞１０６ａにより通じている。
【００７４】
ここで、中空糸膜モジュール１０５の加湿槽１００Ａ内での位置を固定するために、中空糸膜モジュール１０５の左右両端の封止固定部１０７、１０８は、蓋１１０の下面の凹部１１０Ａの内壁面上の腐食防止層１１０Ｂと、又は、加湿容器１５０の凹部１５０Ａの内壁面上の腐食防止層１５０Ｂと、あるいはこれらの両方と、図示しない接着剤を介して、接着されている。
【００７５】
この場合、蓋１１０の下面の凹部１１０Ａの内壁面や加湿容器１５０の凹部１５０Ａの内壁面にＡｕメッキ層のみが形成されている場合には、Ａｕメッキ層と封止固定部１０７、１０８とは接着され難く、良好な信頼性を得難いが、本実施形態においては、蓋１１０の下面の凹部１１０Ａの内壁面上及び加湿容器１５０の凹部１５０Ａの内壁面上に樹脂からなる腐食防止層１５０Ｂが形成されているため、封止固定部１０７、１０８を比較的強固に接着することができて、良好な信頼性を得ることができる。
一方、封止固定部１０７，１０８間の空間は、加湿用流体供給溝１８７及び加湿用流体排出溝１８８と繋がる加湿用流体流路１００Ｄとなる。
【００７６】
中空糸膜１０６の空洞１０６ａにアノードガスを流通させ、加湿用流体流路１００Ｄに加湿用流体を流通させることで、加湿用流体中の水分子が中空糸膜１０６を通過して空洞１０６ａに移動し、アノードガス内で気化することにより、アノードガスが加湿される。
【００７７】
締結ボルト１０１〜１０４は、加湿容器１５０の凹部１５１内に中空糸膜モジュール１０５が配置され、かつ、座ぐり１５０Ｃにガスケット１９０が配置された状態で、それぞれ蓋１１０の上方からボルト挿通孔１４１〜１４４に挿通され、ボルト締結孔１８１〜１８４に締結される。
【００７８】
〔カソードガス加湿器〕
図２４はカソードガス加湿器２００の断面図であり、図２５はカソードガス加湿器２００の分解図である。カソードガス加湿器２００は、アノードガス加湿器１００と同様に、蓋２１０及び加湿容器２５０からなる筐体と、ガスケット２９０（封止材）と、締結ボルト２０１〜２０４と、中空糸膜モジュール２０５とからなる。
なお、カソードガス加湿器２００は、燃料電池セルユニット１Ａの上部片面セパレータ４０と燃料電池セルユニット１Ｂの下部片面セパレータ６０とを導通させるインターコネクタとしても機能する。
【００７９】
図２６は蓋２１０の上面図であり、図２７は蓋２１０の側面図であり、図２８は蓋２１０の下面図である。蓋２１０においては、蓋１１０と同様に、ボルト挿通孔２１１〜２１８及び加湿後アノードガス導入孔２２１、アノードオフガス排出孔２２２、加湿後カソードガス導入孔２２３、カソードオフガス排出孔２２４がそれぞれ設けられており、さらに、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、及び加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、加湿前アノードガス供給孔２２５、加湿前カソードガス供給孔２２６、加湿用流体供給孔２２７、及び加湿用流体排出孔２２８が設けられている。
【００８０】
また、蓋２１０の上面において、蓋１１０と同様にＯリング２３１〜２３４が設けられるとともに、加湿前アノードガス供給孔２２５、加湿前カソードガス供給孔２２６、加湿用流体供給孔２２７、及び加湿用流体排出孔２２８を囲むように、それぞれＯリング２３５，２３６，２３７，２３８が設けられている。Ｏリング２３１〜２３８は、下部片面セパレータ６０と蓋２１０の上面との隙間を封止する。
【００８１】
また、蓋２１０には、蓋１１０と同様に、ボルト挿通孔１４１〜１４４と同様のボルト挿通孔２４１〜２４４が設けられている。
【００８２】
蓋２１０の下面の中央部には、凹部２１０Ａが形成されている。凹部２１０Ａは加湿容器２５０の凹部２５０Ａとともに加湿槽２００Ａを形成する。
【００８３】
蓋２１０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。蓋２１０の表面には、例えば、下地メッキ層（例えばＮｉ等）を形成した上にＡｕメッキが形成されて、電気的な接触抵抗を低減するとともに、熱伝導性を高めることができる。
【００８４】
図２８に示すように、加湿後アノードガス導入孔２２１、アノードオフガス排出孔２２２、加湿後カソードガス導入孔２２３、カソードオフガス排出孔２２４、加湿前アノードガス供給孔２２５、加湿前カソードガス供給孔２２６、加湿用流体供給孔２２７、加湿用流体排出孔２２８の内壁面、蓋２１０の上面においてＯリング２３１〜２３８の内側の面、蓋２１０の下面において凹部２１０Ａの内壁面及びその近傍、加湿後アノードガス導入孔２２１、アノードオフガス排出孔２２２、加湿後カソードガス導入孔２２３、カソードオフガス排出孔２２４、加湿前アノードガス供給孔２２５、加湿前カソードガス供給孔２２６、加湿用流体供給孔２２７、加湿用流体排出孔２２８の外周部の表面、及び後述する加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿用流体供給溝２８７、加湿用流体排出溝２８８と対応する部分の表面には、腐食防止層２１０Ｂが形成されている。
【００８５】
腐食防止層２１０Ｂは例えば樹脂を膜厚１５〜３０μｍでコーティングすることにより形成することができる。腐食防止層２１０Ｂを形成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂などで、好ましくは、フッ素樹脂である。また、さらに熱伝導を向上させるためにフッ素樹脂に球状の黒鉛を混合したものなどを用いることもできる。また、これらの樹脂を複合して用いてもよく、複数層に積層して腐食防止層１１０Ｂを形成してもよい。腐食防止層２１０Ｂを設けることで、加湿用流体による蓋２１０を形成する材料の腐食及び溶出をさらに抑えることができる。
【００８６】
ここで、蓋２１０においても、上述の蓋１１０の場合と同様に、Ａｕメッキ層を蓋２１０の表面全体に形成し、腐食防止層２１０ＢをＡｕメッキ層上に形成するものであってもよい。また、蓋２１０の下面において、蓋２１０の下面全体ではなく、図２８の斜線部分に示す、腐食防止層２１０Ｂが形成される領域を除く領域にのみＡｕメッキ層２１０Ｄを形成してもよい。
【００８７】
図２９は加湿容器２５０の上面図であり、図３０は加湿容器２５０の側面図であり、図３１は加湿容器２５０の下面図である。図２９〜図３１に示すように、加湿容器２５０には、加湿容器１５０と同様に、ボルト挿通孔２５１〜２５８及び加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、加湿後カソードガス導入孔２６３、カソードオフガス排出孔２６４、加湿前アノードガス供給孔２６５、加湿用流体供給孔２６７、加湿用流体排出孔２６８が、それぞれ設けられている。また、加湿前カソードガス供給孔３６と対応する位置に、加湿前カソードガス供給孔２６６が設けられている。
【００８８】
また、加湿容器２５０の下面において、加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、加湿後カソードガス導入孔２６３、カソードオフガス排出孔２６４、加湿前アノードガス供給孔２６５、加湿前カソードガス供給孔２６６、加湿用流体供給孔２６７、加湿用流体排出孔２６８の外周部には、それぞれＯリング２７１〜２７８が設けられている。Ｏリング２７１〜２７８は、上部片面セパレータ４０と加湿容器２５０の下面との隙間を封止する。
【００８９】
また、加湿容器２５０には、ボルト挿通孔２４１〜２４４と対応する位置に、それぞれボルト締結孔２８１〜２８４が設けられている。
【００９０】
加湿容器２５０の上面の中央部には、凹部２５０Ａが形成されている。凹部２５０Ａは蓋２１０の凹部２１０Ａとともに加湿槽２００Ａを形成する。
凹部２５０Ａと、加湿後カソードガス導入孔２６３、加湿前カソードガス供給孔２６６、加湿用流体供給孔２６７、加湿用流体排出孔２６８との間には、それぞれ、加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿用流体供給溝２８７、加湿用流体排出溝２８８が設けられている。
【００９１】
また、加湿容器２５０の上面には、外周部、ボルト挿通孔２５１〜２５８の近傍及びボルト締結孔２８１〜２８４の近傍を除く部分に、ガスケット２９０（封止材）が配置される座ぐり２５０Ｃが設けられている。座ぐり２５０Ｃは加湿容器２５０の上面からガスケット２９０の厚さと同等の深さ（約１００μｍ）の窪みである。
【００９２】
加湿容器２５０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。加湿容器２５０の表面には、例えば、下地メッキ層（例えばＮｉ等）を形成した上にＡｕメッキ層が形成されて、電気的な接触抵抗を低減するとともに、熱伝導性を高めることができる。
【００９３】
図２９に示すように、加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、加湿後カソードガス導入孔２６３、カソードオフガス排出孔２６４、加湿前アノードガス供給孔２６５、加湿前カソードガス供給孔２６６、加湿用流体供給孔２６７、加湿用流体排出孔２６８の内壁面、加湿容器２５０の上面において凹部２５０Ａ、加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿用流体供給溝２８７、加湿用流体排出溝２８８の内壁面、加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、加湿後カソードガス導入孔２６３、カソードオフガス排出孔２６４の外周部の表面、及び加湿容器２５０の下面においてＯリング２７１〜２７８の内側の面には、腐食防止層２５０Ｂが形成されている。
【００９４】
腐食防止層２５０Ｂは例えば樹脂を膜厚１５〜３０μｍでコーティングすることにより形成することができる。腐食防止層２５０Ｂを形成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂などで、好ましくは、フッ素樹脂である。また、さらに熱伝導を向上させるためにフッ素樹脂に球状の黒鉛を混合したもの等を用いることもできる。また、これらの樹脂を複合して用いてもよく、複数層に積層して腐食防止層１１０Ｂを形成してもよい。腐食防止層２５０Ｂを設けることで、加湿用流体による加湿容器２５０を形成する材料の腐食及び溶出をさらに抑えることができる。
【００９５】
ここで、加湿容器２５０においても、上述の蓋１１０の場合と同様に、Ａｕメッキ層を加湿容器２５０の表面全体に形成し、腐食防止層２５０ＢをＡｕメッキ層上に形成するものであってもよい。また、加湿容器２５０の上面において、加湿容器２５０の上面全体ではなく、図２９の斜線部分に示す、腐食防止層２５０Ｂが形成される領域を除く領域にのみＡｕメッキ層２５０Ｄを形成してもよい。
【００９６】
図３２はガスケット２９０の上面図である。ガスケット２９０は座ぐり２５０Ｃと同様の形状であり、貫通孔２９１，２９２，２９３，２９４，２９５が設けられている。貫通孔２９３は、凹部１５０Ａ、加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿用流体供給溝２８７、加湿用流体排出溝２８８及び加湿後カソードガス導入孔２６３、加湿前カソードガス供給口２６６、加湿用流体供給口２６７、加湿用流体排出口２６８と対応する形状である。また、貫通孔２９１，２９２，２９４，２９５は、それぞれ加湿後アノードガス導入孔２６１、アノードオフガス排出孔２６２、カソードオフガス排出孔２６４、加湿前アノードガス供給孔２６５と対応する位置に設けられている。
【００９７】
なお、蓋２１０は座ぐり２５０Ｃよりも外側において加湿容器２５０と当接するため、ガスケット２９０が蓋２１０と加湿容器２５０との当接を妨げることはない。
【００９８】
中空糸膜モジュール２０５は、複数の中空糸膜２０６と、中空糸膜の両端部に設けられた封止固定部２０７，２０８とからなる。中空糸膜２０６は、中心部に空洞２０６ａを有しており、水分子の透過性を有する膜である。このような中空糸膜２０６としては、ポリイミドやフッ素系の高分子膜、例えば、ＮＯＫ（株）製の微多孔質であるポリフェニールスルホン、ポリエーテルイミドや、旭硝子（株）製の非多孔質であるテトラフルオロエチレン+パーフルオロビニルエーテル等からなるものを用いることができる。また、ポリエチレン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等からなる中空糸膜を用いてもよい。
【００９９】
図３３は中空糸膜モジュール２０５の側面図である。封止固定部２０７，２０８は、例えば加熱硬化樹脂、自然硬化する樹脂、光硬化樹脂等を硬化させてなり、中空糸膜の束の両端部を固定する。図３３に示すように、中空糸膜２０６は封止固定部２０７，２０８を貫通している。
【０１００】
図２５に示すように、中空糸膜モジュール２０５は中空糸膜２０６が左右方向に配置されるように加湿槽２００Ａに収容され、加湿槽２００Ａ内の空間を封止固定部２０７，２０８により３区画に分割する。中空糸膜モジュール２０５よりも左右側方の区画は、それぞれ加湿前カソードガス供給溝２８６と繋がる加湿前カソードガス供給部２００Ｂ、加湿後カソードガス排出溝２８５と繋がる加湿後カソードガス排出部２００Ｃとなる。加湿前カソードガス供給部２００Ｂと加湿後カソードガス排出部２００Ｃとは、中空糸膜２０６の空洞２０６ａにより通じている。
【０１０１】
ここで、中空糸膜モジュール２０５の加湿槽２００Ａ内での位置を固定するために、中空糸膜モジュール２０５の左右両端の封止固定部２０７、２０８は、蓋２１０の下面の凹部２１０Ａの内壁面上の腐食防止層２１０Ｂと、又は、加湿容器２５０の凹部２５０Ａの内壁面上の腐食防止層２５０Ｂと、あるいはこれらの両方と、図示しない接着剤を介して、接着されている。この場合においても、蓋２１０の下面の凹部２１０Ａの内壁面上及び加湿容器２５０の凹部２５０Ａの内壁面上に樹脂からなる腐食防止層２５０Ｂが形成されていることにより、封止固定部２０７、２０８を比較的強固に接着することができて、良好な信頼性を得ることができる。
一方、封止固定部２０７，２０８間の空間は、加湿用流体供給溝２８７及び加湿用流体排出溝２８８と繋がる加湿用流体流路２００Ｄとなる。
【０１０２】
中空糸膜２０６の空洞２０６ａにカソードガスを流通させ、加湿用流体流路２００Ｄに加湿用流体を流通させることで、加湿用流体中の水分子が中空糸膜２０６を通過して空洞２０６ａに移動し、カソードガス内で気化することにより、カソードガスが加湿される。
【０１０３】
締結ボルト２０１〜２０４は、加湿容器２５０の凹部２５１内に中空糸膜モジュール２０５が配置され、かつ、座ぐり２５０Ｃにガスケット２９０が配置された状態で、それぞれ蓋２１０の上方からボルト挿通孔２４１〜２４４に挿通され、ボルト締結孔２８１〜２８４に締結される。
【０１０４】
上エンドプレート３００Ａには、図１、図２に示すように、左前角部にボルト挿通孔３０１が、右前角部にボルト挿通孔３０２が、右後角部にボルト挿通孔３０３が、左後角部にボルト挿通孔３０４がそれぞれ設けられている。また、ボルト挿通孔３０１とボルト挿通孔３０２との中間の位置にボルト挿通孔３０５が、ボルト挿通孔３０２とボルト挿通孔３０３との中間位置にボルト挿通孔３０６が、ボルト挿通孔３０３とボルト挿通孔３０４との中間位置にボルト挿通孔３０７が、ボルト挿通孔３０４とボルト挿通孔３０１との中間位置にボルト挿通孔３０８がそれぞれ設けられている。
【０１０５】
下エンドプレート３００Ｂには、図２、図３に示すように、ボルト挿通孔３０１〜３０８と対応する位置に、ボルト締結孔３１１〜３１８がそれぞれ設けられている。
ボルト４０１〜４０８には、ボルト締結孔３１１〜３１８と螺合する先端部に雄ネジが切られるとともに、雄ネジが切られた部分以外は例えば樹脂コーティングにより表面に絶縁処理が施されている。
【０１０６】
さらに、下エンドプレート３００Ｂには、アノードオフガス排出孔３２、カソードオフガス排出孔３４、加湿前アノードガス供給孔３５、加湿前カソードガス供給孔３６、加湿用流体供給孔３７、加湿用流体排出孔３８と対応する位置に、上下に貫通するアノードオフガス排出孔３２２、カソードオフガス排出孔３２４、加湿前アノードガス供給孔３２５、加湿前カソードガス供給孔３２６、加湿用流体供給孔３２７、加湿用流体排出孔３２８が設けられている。アノードオフガス排出孔３２２、カソードオフガス排出孔３２４、加湿前アノードガス供給孔３２５、加湿前カソードガス供給孔３２６、加湿用流体供給孔３２７、加湿用流体排出孔３２８は、下エンドプレート３００Ｂの下面において、図示しないアノードオフガス排出管、カソードオフガス排出管、加湿前アノードガス供給管、加湿前カソードガス供給管、加湿用流体供給管、加湿用流体排出管にそれぞれ接続される。
【０１０７】
下エンドプレート３００Ｂ、燃料電池セルユニット１Ａ、カソードガス加湿器２００、燃料電池セルユニット１Ｂ、アノードガス加湿器１００、燃料電池セルユニット１Ｃ、及び上エンドプレート３００Ａは下からこの順に積層される。ボルト４０１〜４０８は、図１〜図４に示すように、それぞれ上エンドプレート３００Ａのボルト挿通孔３０１〜３０８に挿入するとともに、３つの燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、アノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００に設けられたボルト挿入孔に挿入し、ボルト締結孔３１１〜３１８に締結することで、セルスタック１が図１に示す状態に組み立てられる。
【０１０８】
なお、上記実施形態においては、セルスタック１において、燃料電池セルユニット１Ｂと燃料電池セルユニット１Ｃとの間にアノードガス加湿器１００が設けられ、燃料電池セルユニット１Ａと燃料電池セルユニット１Ｂとの間にカソードガス加湿器２００が設けられる構成としたが、これは一例に過ぎず、他の構成を有するものであってもよい。例えば、上エンドプレート３００Ａと燃料電池セルユニット１Ｃとの間に、更にアノードガス加湿器１００が設けられるものであってもよいし、燃料電池セルユニット１Ａと下エンドプレート３００Ｂとの間に、更にカソードガス加湿器２００が設けられるものであってもよいし、更に、上エンドプレート３００Ａや下エンドプレート３００Ｂを備えず、アノードガス加湿器１００又はカソードガス加湿器２００を上エンドプレート３００Ａや下エンドプレート３００Ｂの代わりとしても用いるものであってもよい。また、アノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００の配置が異なるものであってもよい。
【０１０９】
〔セルスタックの動作〕
次に、本実施形態におけるセルスタック１の動作について説明する。まず、セルスタック１を所定の動作温度にし、加湿用流体、アノードガス及びカソードガスを供給する。
【０１１０】
１．加湿用流体の供給
加湿用流体供給孔３２７から、加湿用流体供給孔３７，５７，７７，９７，１６７，２２７，２６７、加湿用流体供給溝１８７，２８７を経て、加湿用流体流路１００Ｄ，２００Ｄに加湿用流体を流通させ、加湿用流体排出溝１８８，２８８から加湿用流体排出孔３８,５８,７８,９８，１６８，２２８，２６８，３２８から排出されるように、加湿用流体を供給する。
【０１１１】
加湿用流体として、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が高い気体または水を含む液体のうち何れか一方の流体を用いることができる。このような流体として、例えば水を用いることができる。
【０１１２】
２．アノードガスの供給
加湿前アノードガス供給孔３２５から、加湿前アノードガス供給孔３５，５５，７５，９５，１６５，２２５，２６５、加湿前アノードガス供給溝１８５、加湿前アノードガス供給部１００Ｂを経て、中空糸膜１０６の空洞１０６ａにアノードガスを流通させ、加湿後アノードガス排出部１００Ｃ、加湿後アノードガス排出溝１８６、加湿後アノードガス導入孔３１，５１，７１，９１，１２１，１６１，２２１，２６１、蛇行溝５９ａ，９９ａ、アノードオフガス排出孔３２，５２，７２，９２，１２２，１６２，２２２，２６２を通って、アノードオフガス排出孔３２２から排出されるように、アノードガスを供給する。
【０１１３】
３．カソードガスの供給
加湿前アノードガス供給孔３２６から、加湿前アノードガス供給孔３６，５６，７６，９６，２２６，２６６、加湿前カソードガス供給溝２８６、加湿前カソードガス供給部２００Ｂを経て、中空糸膜２０６の空洞２０６ａにカソードガスを流通させ、加湿後カソードガス排出部２００Ｃ、加湿後カソードガス排出溝２８５、加湿後カソードガス導入孔３３，５３，７３，９３，１２３，１６３，２２３，２６３、蛇行溝５９ｂ，７９ｂ、カソードオフガス排出孔３４，５４，７４，９４，１２４，１６４，２２４，２６４を通って、カソードオフガス排出孔３２４から排出されるように、カソードガスを供給する。
【０１１４】
以上のように、加湿用流体、アノードガス及びカソードガスをセルスタック１に供給すると、加湿用流体流路加湿用流体流路１００Ｄ，２００Ｄ内の水分子が中空糸膜１０６，２０６を透過して空洞１０６ａ，２０６ａ内で気化するため、空洞１０６ａ内を通過するアノードガス、空洞２０６ａ内を通過するカソードガスを加湿することができる。
【０１１５】
ここで、アノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００は燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃと隣接するとともに、熱伝導性が高い材料からなる。
このため、加湿用流体中の水分子が中空糸膜１０６，２０６を通過して空洞１０６ａ，２０６ａに移動し、アノードガス内やカソードガス内で気化するときの気化熱として、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃで発生する熱を利用することができるので、アノードガス加湿器１００、カソードガス加湿器２００と燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃとの間で効率よく熱交換することができる。
【０１１６】
また、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃの熱がアノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００に伝達し、加湿用流体中の水の気化熱として奪われるので、加湿用流体流路１００Ｄ，２００Ｄの温度は、燃料電池セルユニット１の温度に合わせて変動し、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃの温度よりも低く維持される。したがって、加湿されたアノードガス及びカソードガスは燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内で冷却されることがなく、結露が発生しにくい。
【０１１７】
また、加湿用流体を循環させることによりアノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００を冷却するとともに、加湿用流体中の水が奪う気化熱によりアノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００が冷却されるので、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃを冷却することができる。ここで、腐食防止層１１０Ｂ，１５０Ｂ，２１０Ｂ，２５０Ｂの膜厚を１５〜３０μｍに抑えているため、アノードガス加湿器１００及びカソードガス加湿器２００から加湿用流体への伝熱が腐食防止層１１０Ｂ，１５０Ｂ，２１０Ｂ，２５０Ｂにより妨げられることがない。
【０１１８】
加湿されたアノードガスは蛇行溝５９ａ，９９ａからガス拡散層１２ａに供給される。アノードガス中の水素ガスは、電気化学反応式（１）に示すように、図示しない触媒の作用により、水素イオンと、電子とに分離される。水素イオンは、膜電極接合体１１が備える固体高分子電解質膜を透過してガス拡散層１２ｂに到達する。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- ・・・ （１）
【０１１９】
一方、加湿されたカソードガスは蛇行溝７９ｂ，９９ｂからガス拡散層１２ｂに供給される。カソードガス中の酸素ガスは、電気化学反応式（２）に示すように、図示しない触媒の作用により、膜電極接合体１１が備える固体高分子電解質膜を透過した水素イオン及び電子とともに、水を生成する。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ ・・・ （２）
【０１２０】
このように、ガス拡散層１２ｂで電子が消費され、ガス拡散層１２ａで電子が生成されることにより、膜電極接合体１１が備える固体高分子電解質膜の両面間に電位差が生じるため、電力を取り出すことができる。
【０１２１】
また、上記実施形態においては、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を加湿用流体流路１００Ｄ，２００Ｄに供給したが、代わりに、乾燥した気体などの、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が低い流体を供給することで、アノードガス加湿器１００やカソードガス加湿器２００を乾燥装置として用いることもできる。例えば、上記実施形態と比べて低出力で駆動するなど、燃料電池装置の駆動条件によって燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃの動作温度が比較的低くなることがある。この場合、アノードガス加湿器１００やカソードガス加湿器２００を乾燥装置として用いることで、燃料電池セルユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内で結露するのを抑制することができる。
【０１２２】
なお、上記実施形態においては、上エンドプレート３００Ａ、下エンドプレート３００Ｂ及びボルト４０１〜４０８によりセルスタック１を締め付ける構造としたが、ボルト４０１〜４０８を用いる代わりに、例えば図示しない帯状または紐状の部材で上エンドプレート３００Ａと下エンドプレート３００Ｂとを連結することでセルスタック１を締め付ける構造としてもよい。あるいは、ボルト４０１〜４０８を用いる代わりに、例えば図示しない箱体にセルスタック１を収容し、箱体の壁面に螺合するネジ等の締付部材によりセルスタック１を締め付けてもよい。
【０１２３】
〔電子機器〕
図３４は、本実施形態のセルスタック１が好適に適用される電子機器５００を示すブロック図である。電子機器５００は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、電子計算機その他の電子機器である。
【０１２４】
電子機器５００は、燃料電池装置５１０と、電子機器本体５９０とを備える。燃料電池装置５１０は、燃料容器５０１と、気化器５０２と、改質器５０３と、一酸化炭素除去器５０４と、セルスタック１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０５と、二次電池５０６とを備える。
【０１２５】
燃料容器５０１は、燃料および水を貯留し、図示しないマイクロポンプにより燃料及び水の混合液を気化器５０２に供給する。この燃料容器５０１内に貯留される燃料としては、炭化水素系の液体燃料が適用可能である。具体的には、メタノール、エタノールなどのアルコール類や、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ガソリンなどがある。燃料容器５０１内には、燃料と水とは別々で貯蔵されていてもよいし、混合された状態で貯蔵されていてもよい。
なお、以下の説明では燃料としてメタノールを使用する場合について説明するが、他の化合物を用いてもよい。
【０１２６】
気化器５０２は、燃料容器５０１から供給される燃料と水を気化させる。改質器５０３は、気化器５０２から供給される気化された燃料および水蒸気を触媒による改質反応によって改質し、水素を含む混合気体を生成するものである。燃料としてメタノールを用いる場合、下記の化学反応式（３），（４）に示す改質反応によって、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス及び副生成物である微量の一酸化炭素の混合気体が生成される。
【０１２７】
一酸化炭素除去器５０４は、一酸化炭素を化学反応式（５）のように酸化させることで混合気体から除去する。一酸化炭素除去器５０４には、改質器５０３から供給される混合気体の他に空気が供給される。一酸化炭素除去器５０４は、これらの混合気体中の一酸化炭素を、触媒により、下記の化学反応式（５）に示す一酸化炭素除去反応によって選択的に酸化して除去する。
【０１２８】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（３）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 …（４）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（５）
この一酸化炭素を除去した混合気体がアノードガスとして用いられ、アノードガス加湿器１００に供給される。
【０１２９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０５は、燃料電池セルユニット１Ａ〜１Ｃにより出力された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体１００１に供給する機能の他に、二次電池５０６に充電する機能を有する。これにより、燃料電池装置１が動作していない時にも、二次電池５０６に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体５９０に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るセルスタック１の上面図である。
【図２】セルスタック１の前面図である。
【図３】セルスタック１の下面図である。
【図４】セルスタック１の分解図である。
【図５】燃料電池セルユニット１Ａの断面図である。
【図６】単位起電部１０の上面図である。
【図７】図６のVII−VII矢視断面図である。
【図８】単位起電部１０の下面図である。
【図９】上部片面セパレータ４０の下面図である。
【図１０】下部片面セパレータ６０の上面図である。
【図１１】両面セパレータ８０の上面図である。
【図１２】図１１のXII−XII矢視断面図である。
【図１３】両面セパレータ８０の下面図である。
【図１４】アノードガス加湿器１００の断面図である。
【図１５】アノードガス加湿器１００の分解図である。
【図１６】蓋１１０の上面図である。
【図１７】蓋１１０の側面図である。
【図１８】蓋１１０の下面図である。
【図１９】加湿容器１５０の上面図である。
【図２０】加湿容器１５０の側面図である。
【図２１】加湿容器１５０の下面図である。
【図２２】ガスケット１９０の上面図である。
【図２３】中空糸膜モジュール１０５の側面図である。
【図２４】カソードガス加湿器２００の断面図である。
【図２５】カソードガス加湿器２００の分解図である。
【図２６】蓋２１０の上面図である。
【図２７】蓋２１０の側面図である。
【図２８】蓋２１０の下面図である。
【図２９】加湿容器２５０の上面図である。
【図３０】加湿容器２５０の側面図である。
【図３１】加湿容器２５０の下面図である。
【図３２】ガスケット２９０の上面図である。
【図３３】中空糸膜モジュール２０５の側面図である。
【図３４】本実施形態のセルスタック１が好適に適用される電子機器５００を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１ セルスタック
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 燃料電池セル
１００ アノードガス加湿器（インターコネクタ）
１００Ｄ，２００Ｄ 加湿用流体流路（流路）
１０６，２０６ 中空糸膜
１１０，２１０ 蓋（筐体）
１５０，２５０ 加湿容器（筐体）
１５０Ａ，２５０Ａ 凹部
１９０，２９０ ガスケット（封止材）
２００ カソードガス加湿器（インターコネクタ）
３００Ａ 上エンドプレート（締結部材）
３００Ｂ 下エンドプレート（締結部材）
５１０ 燃料電池装置
５００ 電子機器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜と、
前記発電セルのアノード又はカソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられ、前記中空糸膜の外側に前記被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路を有する導電性の筐体と、
前記流路の内壁面に形成された、樹脂材料からなる腐食防止層と、
を備えることを特徴とする加湿器。
【請求項２】
前記腐食防止層は、１５〜３０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項３】
前記腐食防止層は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、の何れかからなることを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項４】
前記腐食防止層は、フッ素系樹脂、球状の黒鉛が混合されたフッ素系樹脂、の何れかからなることを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項５】
前記筐体は前記中空糸膜が収納され前記流路となる凹部を有する容器と、
前記凹部を塞ぐ蓋とからなり、
前記容器と前記蓋との隙間を塞ぐ環状の封止材が設けられ、
前記容器と前記蓋とは前記封止材よりも外側において当接することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の加湿器。
【請求項６】
少なくとも、前記凹部の内壁面及び前記蓋の前記凹部の開口端に対応する領域に前記腐食防止層が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の加湿器。
【請求項７】
前記容器及び前記蓋の表面における、前記腐食防止層が形成されている領域を除く領域に、金メッキ層が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の加湿器。
【請求項８】
前記容器及び前記蓋の表面に金メッキ層が形成され、前記腐食防止層は該金メッキ層上に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の加湿器。
【請求項９】
アノード及びカソードを有する少なくとも１つの単位起電部からなる発電セルと、
前記発電セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜と、前記発電セルの、前記アノード又は前記カソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられ、前記中空糸膜の外側に前記被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路を有する導電性の筐体と、前記流路の内壁面に形成された、樹脂材料からなる腐食防止層と、を有する少なくとも１つの加湿器と、
を備えることを特徴とする発電セルシステム。
【請求項１０】
前記発電セル及び前記加湿器を複数有し、前記複数の発電セルは積層して配置され、前記複数の加湿器が、前記複数の発電セルの何れかの、前記アノード又は前記カソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられたセルスタックをなすことを特徴とする請求項９に記載の発電セルシステム。
【請求項１１】
前記複数の発電セルにおける少なくとも２つの前記発電セルは、少なくとも１つの前記加湿器を挟持して配置され、該加湿器は、前記２つの発電セルの一方の前記発電セルの前記アノードと他方の前記発電セルの前記カソードとを電気的に導通させるインターコネクタを兼ねていることを特徴とする請求項１０に記載の発電セルシステム。
【請求項１２】
前記複数の加湿器における少なくとも２つの前記加湿器は、前記複数の発電セルを間に挟持して締め付ける、締結部材を兼ねていることを特徴とする請求項９に記載の発電セルシステム。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれかに記載のセルスタックを備えることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
発電セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜と、
前記発電セルのアノード又はカソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられ、前記中空糸膜の外側に前記被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路を有する導電性の筐体と、
前記流路の内壁面に形成された、樹脂材料からなる腐食防止層と、
を備えることを特徴とする加湿器。
【請求項２】
前記腐食防止層は、１５〜３０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項３】
前記腐食防止層は、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、の何れかからなることを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項４】
前記腐食防止層は、フッ素系樹脂、球状の黒鉛が混合されたフッ素系樹脂、の何れかからなることを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項５】
前記筐体は前記中空糸膜が収納され前記流路となる凹部を有する容器と、
前記凹部を塞ぐ蓋とからなり、
前記容器と前記蓋との隙間を塞ぐ環状の封止材が設けられ、
前記容器と前記蓋とは前記封止材よりも外側において当接することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の加湿器。
【請求項６】
少なくとも、前記凹部の内壁面及び前記蓋の前記凹部の開口端に対応する領域に前記腐食防止層が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の加湿器。
【請求項７】
前記容器及び前記蓋の表面における、前記腐食防止層が形成されている領域を除く領域に、金メッキ層が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の加湿器。
【請求項８】
前記容器及び前記蓋の表面に金メッキ層が形成され、前記腐食防止層は該金メッキ層上に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の加湿器。
【請求項９】
アノード及びカソードを有する少なくとも１つの単位起電部からなる発電セルと、
前記発電セルに供給される被加湿流体を内側に流通させるとともに水蒸気を透過させる中空糸膜と、前記発電セルの、前記アノード又は前記カソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられ、前記中空糸膜の外側に前記被加湿流体よりも水蒸気分圧が高い加湿用流体を流通させる流路を有する導電性の筐体と、前記流路の内壁面に形成された、樹脂材料からなる腐食防止層と、を有する少なくとも１つの加湿器と、
を備えることを特徴とする発電セルシステム。
【請求項１０】
前記発電セル及び前記加湿器を複数有し、前記複数の発電セルは積層して配置され、前記複数の加湿器が、前記複数の発電セルの何れかの、前記アノード又は前記カソードの少なくとも何れか一方に電気的に接続されて設けられたセルスタックをなすことを特徴とする請求項９に記載の発電セルシステム。
【請求項１１】
前記複数の発電セルにおける少なくとも２つの前記発電セルは、少なくとも１つの前記加湿器を挟持して配置され、該加湿器は、前記２つの発電セルの一方の前記発電セルの前記アノードと他方の前記発電セルの前記カソードとを電気的に導通させるインターコネクタを兼ねていることを特徴とする請求項１０に記載の発電セルシステム。
【請求項１２】
前記複数の加湿器における少なくとも２つの前記加湿器は、前記複数の発電セルを間に挟持して締め付ける、締結部材を兼ねていることを特徴とする請求項９に記載の発電セルシステム。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれかに記載のセルスタックを備えることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２００９−２２４２１１（Ｐ２００９−２２４２１１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６７９８７（Ｐ２００８−６７９８７）
【出願日】平成２０年３月１７日（２００８．３．１７）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１７日（２００８．３．１７）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]