CN101534934A - 中空纤维膜组件、燃料电池系统 - Google Patents
中空纤维膜组件、燃料电池系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101534934A CN101534934A CNA2007800413549A CN200780041354A CN101534934A CN 101534934 A CN101534934 A CN 101534934A CN A2007800413549 A CNA2007800413549 A CN A2007800413549A CN 200780041354 A CN200780041354 A CN 200780041354A CN 101534934 A CN101534934 A CN 101534934A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hollow fiber
- fluid
- fiber membrane
- membrane bundle
- hollow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 158
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 37
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 92
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 40
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 33
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/003—Membrane bonding or sealing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D21/0015—Heat and mass exchangers, e.g. with permeable walls
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04126—Humidifying
- H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04126—Humidifying
- H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/04—Specific sealing means
- B01D2313/042—Adhesives or glues
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/10—Specific supply elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Air Humidification (AREA)
Abstract
在加湿膜组件(22)中,将多个中空纤维膜集束而成的加湿膜(56)收容在具有圆筒形状的外周的加湿膜壳体(34)中,加湿膜壳体(34)收容在具有圆筒形状的内周的组件壳体(24)中。在组件壳体(24)上设有取入在加湿膜(56)的中空部流动的空气的入口孔(28)和排出空气的出口孔(26)及取入在加湿膜的间隙流动的废气的入口孔(30)和排出废气的出口孔(32)。这些空气及废气流过利用加湿膜壳体(34)和组件壳体(24)而做出的流路,但是在加湿膜壳体(34)和组件壳体(24)之间设有环状的密封部件(36、38、40、42),不会在加湿膜(56)以外的部位混合。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于使用中空纤维膜在流体之间使流体组成物移动的技术。
背景技术
中空纤维膜组件是用于使流体组成物在流至中空纤维膜的中空部的流体和向中空纤维膜的外侧流动的流体之间移动的组件。
在日本特开2005-224719号公报中,公示了为了在两流体间不产生流体的泄漏,设置有密封垫的技术。在该技术中,设有向中空纤维膜束的两端附近突出的头部,由密封垫对包住比头部靠近中央部处的第一壳体和头部之间进行面密封,由密封垫对包住比头部靠近外侧处的第二壳体和头部之间进行面密封。并且,在该文献中记载了由于通过密封垫密封,因此可使壳体的剖面形状形成为四角形。
在日本特开2004-202478号公报中,公示了使用六面体(剖面是四角)的圆筒形状的壳体而构成的技术。在该技术中,为了密封两流体之间,在壳体内设有灌注层。
在日本特开2001-201122号公报和日本特开2002-219339号公报中,公示了用于使流过中空纤维膜的外侧的流体均匀化的技术。在日本特开2001-201122号公报中公示的技术是设有围住中空纤维膜的壳体并诱导流体,以使中空纤维膜的外侧的流体沿与中空纤维膜正交的方向流动。另外,在日本特开2002-219339号公报中记载的技术,由壳体围住中空纤维膜的侧面,当在壳体内使流体沿对角流动时,将中空纤维膜束的宽度和长度设定为适当的比。
在日本特开2005-224719号公报的技术中,由于使用密封垫进行密封,需要设置有头部,由各自的壳体夹住头部。另外,在日本特开2004-202478号公报的技术中,需要在广大的区域中通过灌注进行壳体内的密封。
发明内容
本发明的目的是在中空纤维膜组件中,使用于密封流体的构成简单化。
本发明的另外的目的是在使中空纤维膜束的剖面形状为该四角形的情况下,使流体的密封以与以往不同的方式实现。
本发明的中空纤维膜组件具有:中空纤维膜束体,具有多个中空纤维膜集束而成的中空纤维膜束,在长度方向的全部位置上使外周形成为圆筒;外壳,是具有包住中空纤维膜束体的筒部的壳体,在长度方向的全部位置上使筒部的内周形成为圆筒;第一流路,利用外壳而形成,在中空纤维膜束体的一端向中空纤维膜的中空部导入第一流体,在中空纤维膜束体的另一端从中空纤维膜的中空部导出第一流体;第二流路,利用外壳而形成,在中空纤维膜束体的侧面向中空纤维膜间导入第二流体,在中空纤维膜束体的侧面从中空纤维膜间导出第二流体;和环状的密封部件,设于中空纤维膜束体的圆筒的外周和外壳的圆筒的内周之间,对第一流路侧和第二流路侧进行密封,在第一流体和第二流体之间经由中空纤维膜进行流体组成物的移动。
中空纤维膜,使其内侧形成为中空状,使其外侧壁面由具有微细的孔的膜形成,典型性地由树脂制成。中空纤维膜具有在内侧的中空部和外侧之间使比孔小的物质透过,使比孔大的物质不能透过的过滤功能。中空纤维膜将多个中空纤维膜集束。另外,中空纤维膜束体具有中空纤维膜束,根据需要安装有其他的部件。例如,中空纤维膜束体可以在中空纤维膜束的两端由树脂灌注而形成,以使流体不会从两端(向两端)向中空纤维膜间流动。但是,在这样对中空纤维膜束进行加工而形成中空纤维膜束体的情况下,其加工工序没有特别的限定,例如,可以在加工后收容在外壳内,也可以在收容在外壳内后进行加工。
中空纤维膜在长度方向的全部位置上使外周形成为圆筒。所谓长度方向是指中空纤维膜的纤维长度的方向。即,中空纤维膜在某一纤维长度方向的位置或全部的纤维长度方向的位置切断的情况下,剖面的外周形成为圆筒。在此,所谓圆筒是大致正圆的柱体。
外壳是具有包住中空纤维膜束体的筒部的壳体。并且,在长度方向的全部位置上使筒部的内周形成为圆筒。第一流路是其至少一部分利用外壳的至少一部分而形成的流路,流过第一流体。具体而言,第一流路起如下作用:在中空纤维膜束体的一端从外部向中空纤维膜的中空部导入第一流体的作用;和在中空纤维膜束体的另一端从中空纤维膜的中空部向外部导出第一流体的作用。第一流体可以是气体也可以是液体,还可以是液体和气体的混合体。另外,第一流路也可以使其至少一部分利用内壳的至少一部分来形成。
第二流路的至少一部分利用外壳的至少一部分而形成。并且,第二流路起如下作用:在中空纤维膜束的侧面从外部向中空纤维膜间导入第二流体的作用;和在中空纤维膜束体的相同或不同的侧面从中空纤维膜间向外部导出第二流体。第二流体可以是气体也可以是液体,还可以是液体和气体的混合体。另外,第二流体可以是与第一流体相同的流体,也可以是与第一流体不同的流体。进而,第二流路的至少一部分可以利用内壳的至少一部分而形成。
密封部件是密封第一流路侧和第二流路侧的环状的部件。具体而言,密封部件密封位于中空纤维膜束体的端部侧的第一流路侧和位于中空纤维膜束体的中央侧的第二流路侧,防止第一流体和第二流体的混合。密封部件设于中空纤维膜束体的圆筒的外周和外壳的圆筒的内周之间,通过填满两者的间隙达成密封的作用。因此,希望使中空纤维膜束体的外周的圆筒形状和外壳的内周的圆筒形状为相似形,使内周和外周的间隔在周方向上大致一定(密封部件的可变形范围内),提高密封的稳定性。并且,环状的密封部件的形状典型地制成为与内周及外周对应的形状。但是,在由易弹性变形的树脂(橡胶)制成密封部件的情况下,即使在其变形范围内内周和外周的形状不同,也能够确保密封作用。密封部件的环的剖面一般制成圆形、椭圆的形状,由此进行线密封。但是,如果确保密封性能,则可以使剖面形状为矩形等其他的形状。
该中空纤维膜组件在第一流体和第二流体之间经由中空纤维膜进行流体组成物的移动。所谓流体组成物典型性的是以流体为主而构成的气体、液体,但是也可以包含在流体中混合的固体。不论是否第一流体和第二流体的流路均利用外壳制成,由于使用密封部件密封,因此相互不混合。并且,由于不需要由密封垫、灌注来进行密封,能比较容易地进行密封。密封部件可以是直接隔开第一流路和第二流路,但是也可以是不构成第一流路和第二流路的一方或双方的壁,辅助或预备地设置的构造。另外,可以具有多个密封部件。
在本发明的中空纤维膜组件的一方式中,第一流路具有:第一入口流路,形成于中空纤维膜束的一端侧,向中空纤维膜束的一端导入第一流体;第一出口流路,形成于中空纤维膜束的另一端侧,从中空纤维膜束的另一端导出第一流体,密封部件对第一入口流路侧和第二流路侧进行密封或对第一出口流路侧和第二流路侧进行密封。当然,也可以同时设置密封第一入口流路侧和第二流路侧的密封部件及密封第一出口流路侧和第二流路侧的密封部件。
在本发明的中空纤维膜组件的一方式中,中空纤维膜束体包括具有包住中空纤维膜束的侧面的筒部的内壳,该内壳的筒部在长度方向的全部位置上使外周形成为圆筒。内壳可以是可自由装卸地收容中空纤维膜束的构造,也可以是与中空纤维膜束形成为一体。由此,只要将内壳的形状设定为规定的形状,就可以将中空纤维膜的形状设定为各种情况。
在本发明的中空纤维膜组件的一方式中,第二流路具有:第二入口流路,在长度方向的某一位置贯通内壳的侧面,向中空纤维膜束的侧面导入第二流体;第二出口流路,在长度方向的另一位置贯通内壳的侧面,从中空纤维膜束的侧面导出第二流体,进而具有设于内壳的圆筒的外周和外壳的圆筒的内周之间,对第二入口流路侧和第二出口流路侧之间进行密封的环状的密封部件。
在本发明的中空纤维膜组件的一方式中,中空纤维膜和内壳使用可吸收相互的热膨胀差的相同或不同种类的树脂制成,外壳使用金属制成,环状密封部件由可吸收内壳和外壳的热膨胀差的压缩性材料制成。从保护内部的观点希望外壳坚固,在此采用金属材料。一般地,由于金属易热膨胀,与难于热膨胀的树脂制的内壳之间的距离变动。因此,作为密封部件使用可弹性变形到能够吸收该热膨胀差的程度的材料。
在本发明的中空纤维膜组件的一方式中,在第二入口流路的内壳和中空纤维膜束之间,设有使第二流体沿筒轴方向扩散而引导至中空纤维膜束的侧面的带孔隔板。在第二出口流路中也可以同样地设置带孔隔板。另外,在本发明的中空纤维膜组件的一方式中,带孔隔板的孔以在贯通内壳而导入的第二流体直接冲击的位置附近不设置、或比其他部分相比孔面积较小的方式设置。在此,所谓孔的面积是指单位面积内的孔的面积。即使孔的尺寸相同,如果孔的数量少,则孔的面积变小,即使孔的数量相同如果孔较小则为小面积。进而,在本发明的中空纤维膜组件的一方式中,带孔隔板的孔面积从贯通内壳而导入的第二流体直接冲击的位置附近沿长度方向越离开设定得越大。由此,即使是较远的部位也能够充分地供给第二流体。
本发明的燃料电池系统,具有相对于供给的氢和氧发生生成水的化学反应并输出电力的燃料电池,上述第一流体和上述第二流体的一侧是包含向燃料电池供给的氢的流体,另一侧是包含在燃料电池中生成的水的流体,上述中空纤维膜组件使在上述燃料电池中生成的水的至少一部分移动入包含供给到上述燃料电池的氧的流体而使其加湿。典型地,包含向燃料电池供给的氧的流体是空气,供给到阴极。并且,包含在燃料电池中生成的水(也可以为水蒸气的形态)的流体是从阴极排出的气体(废气)。由中空纤维膜组件,废气中的水向供给到阴极的气体移动,因此湿润的气体被供给到阴极,燃料电池的动作良好。
附图说明
图1是表示燃料电池系统的一个例子的概略图。
图2是加湿膜组件的剖面图。
图3是表示附带孔的板的例子的图。
图4是表示附带整流格子的贯通孔的例子的图。
图5是表示废气的流动的示意图。
具体实施方式
图1是表示燃料电池系统10的概略性的构成的图。燃料电池系统10例如是搭载在燃料电池车上,作为燃料电池车的驱动源的系统。在燃料电池系统10中作为主要的构成要素包含有燃料电池12和加湿膜组件22。在燃料电池12的阳极,氢气通过氢供给通路14供给,使用后的气体通过氢排出通路16排出。另外,在燃料电池12的阴极,通过空气供给通路18从加湿膜组件22供给空气,使用后的气体(废气)通过空气排出通路20排出。在燃料电池12中,利用氢气和氧气的化学反应输出电力,供给到未图示的马达等。在该电化学反应中,生成水(液体的水或水蒸气)。水通过空气排出通路20与废气一起被排出。
剖面图所示的加湿膜组件22是作为中空纤维膜组件的装置,用从燃料电池12排出的高湿润(水分含有度较高)的废气对供给到燃料电池12的空气进行加湿。加湿膜组件22上,其外观被由铝等构成的组件壳体24覆盖。并且,在组件壳体24上开设有空气的出口孔26和入口孔28、废气的入口孔30和出口孔32的各孔。
图2是对图1的AA’图示加湿膜组件22的剖面图。从该图可知,组件壳体24具有圆环状的剖面。即,将组件壳体24制成圆筒状。
在组件壳体24的内部收容有将外周制成圆筒状的树脂制的加湿膜壳体34。并且,在加湿膜壳体34的外周和组件壳体24的内周之间设置有由橡胶构成的管状的密封部件36、38、40、42,进行线密封。该密封是为了在组件壳体24内使空气、废气停留在规定的区域而进行的。
从图1和图2可知,在加湿膜壳体34上,在与组件壳体24的入口孔30面对的附近设有附带整流格子的贯通孔44,与其内侧的薄的长方体状的空间48连通。对于附带整流格子的贯通孔44,以越靠近空间48越向下方下降的方式倾斜。该倾斜是用于容易地将废气送入空间48的内侧。另外,在加湿膜壳体34上,在与组件壳体24的出口孔32面对的附近设有贯通孔46,与其内侧的薄的长方体状的空间50连通。在这些薄的长方体状的空间48、50的内侧设置有薄的长方体状的板52、54。并且,被该板52、54夹持而设置有长方体状的加湿膜56。加湿膜56将细长的中空纤维膜集束制成,在其上端附近和下端附近通过使用粘结剂的灌注填满中空纤维膜间的间隙。另外,在加湿膜壳体34和板52、54之间也以不会产生间隙的方式紧密地粘接。
在此,使用图3,表示图1所示的板52的构造。该板52由与加湿膜壳体34相同材质的树脂制成,与加湿膜壳体34一起作为包住加湿膜56的壳体起作用。并且,在板52上开设有用于使废气流过的五个长方形的孔72、74、76、78、80。这些孔的尺寸和分布不同。具体而言,在面对附带整流格子的贯通孔44的部分设有没有孔的板区域70。该板区域70起到如下作用:进行遮蔽以使从附带整流格子的贯通孔44流入的废气不直接与加湿膜56碰撞的作用;和使废气遍布空间48内的作用。在该板区域70的上下设置的孔72、74比较小。这是因为其附近的废气比其周围高压,即使较小的孔,流入加湿膜56的流量也比较大。相反地,离开板区域70的下方的三个孔76、78、80较大制成,考虑虽然是低压但是也使充分的流量流到加湿膜56。
接着,使用图4,对图1所示的附带整流格子的贯通孔44进行说明。图4是从加湿膜壳体34的外侧观察的角度示意性地描绘的附带整流格子的贯通孔44的图。在附带整流格子的贯通孔44上设有具有多个较小的孔82、84、86…的格子。该格子向图的进深方向较长的延伸,对通过此处的废气的流动进行整流。即,通过使一般紊乱流动的废气层流化,使进入空间48的废气的流动稳定化。
在此,返回图1,对加湿膜组件22的动作进行说明。在加湿膜组件22中,被压缩的空气从入口孔28向组件壳体24内送入。在此,将空气进入的空间称为空气入口流路58。被送入到空气入口流路58的高压空气从加湿膜56的下端进入各中空纤维膜的中空部。这是因为在空气入口流路58中没有空气流出的其他的出口。例如,由于在加湿膜壳体34和组件壳体24的间隙设有密封部件42,因此空气不会越过密封部件42而漏出。
从加湿膜56的下端侵入的空气随着进入中空纤维膜内,吸收通过膜渗入的水(或水蒸气),并湿润化。并且,从加湿膜56的上端流出,充满在加湿膜壳体34的上端面和组件壳体24的上壁下表面之间做出的空气出口流路60。在空气出口流路60中充满的空气由于基于密封部件36的密封,不会越过该密封部件36而漏出,全部从上侧的出口孔26流出。并且,通过空气供给通路18供给到燃料电池12。
从燃料电池12排出的高湿的废气通过空气排出通路20,导入到加湿膜组件22的入口孔30,充满从此处到加湿膜56的侧面的废气入口流路62。此时,废气由于在两侧设置的密封部件36、38而不会向其外侧漏出,全部通过附带整流格子的贯通孔44而流入到内侧的空间48。并且,流入的废气撞到板52的板区域而向空间48内扩散,通过板52的孔到达加湿膜56的侧面。
废气通过构成加湿膜56的多个中空纤维膜的间隙,到达相反侧的侧面。在该过程中,水分通过膜向中空纤维膜的内部移动。并且,从加湿膜56流出的废气流过到达出口孔32的废气出口流路64。具体而言,通过板54的孔,经由空间50、贯通孔46到达出口孔32。在该过程中,废气因为密封部件40、42,通过组件壳体24和加湿膜壳体34之间,不会向废气出口流路64的外部漏出。
图5是示意地表示废气流过加湿膜壳体34内的样子的剖面图。在此,从入口孔30流入的废气90如流向箭头92所示,遍布空间48内,从各孔充分地比较均等地向加湿膜56流入。流向箭头94、96、98、100、102表示该均等的流动的样子。这样,在废气大致均匀地流过加湿膜56的各间隙的情况下,与不同的情况相比,通过膜的水分交换的效率变高。在图5的剖面图中表示了废气的流动,但是在纸面的近前侧及进深侧也同样地,均匀地流过废气。特别是由于该加湿膜56形成为长方体形状,因此废气流过的距离不论是纸面的近前侧还是进深侧都相同,纸面的前面侧及内侧都流过相同程度的流量。从加湿膜56流出的废气如流向箭头104所示,流过空间50而合流,从贯通孔46向加湿膜壳体34外流出。
这样,加湿膜组件22经由加湿膜56与供给到燃料电池12的空气和废气接触,从而对空气进行加湿。此时,废气和空气分别被导入到使用加湿膜壳体34和组件壳体24的流路而流入加湿膜56,并且从加湿膜56流出。但是,由于在加湿膜壳体34和组件壳体24之间设有密封部件36、38、40、42,因而各流动被密封,相互之间不会混合。
加湿膜组件22典型地通过将安装有这些密封部件36、38、40、42的加湿膜壳体34安装在组件壳体24内来进行组装。在安装的过程中,可能由于与组件壳体24之间的摩擦,密封部件36、38、40、42的位置偏离。因此,在加湿膜壳体34的密封部件36、38、40、42的安装部位开设浅槽来固定这些密封部件36、38、40、42也是有效的。
Claims (15)
1.一种中空纤维膜组件,具有:
中空纤维膜束体,具有多个中空纤维膜集束而成的中空纤维膜束,在长度方向的全部位置上使外周形成为圆筒;
外壳,是具有包住中空纤维膜束体的筒部的壳体,在长度方向的全部位置上使筒部的内周形成为圆筒;
第一流路,利用外壳而形成,在中空纤维膜束体的一端向中空纤维膜的中空部导入第一流体,在中空纤维膜束体的另一端从中空纤维膜的中空部导出第一流体;
第二流路,利用外壳而形成,在中空纤维膜束体的侧面向中空纤维膜间导入第二流体,在中空纤维膜束体的侧面从中空纤维膜间导出第二流体;和
环状的密封部件,设于中空纤维膜束体的圆筒的外周和外壳的圆筒的内周之间,对第一流路侧和第二流路侧进行密封,
在第一流体和第二流体之间经由中空纤维膜进行流体组成物的移动。
2.如权利要求1所述的中空纤维膜组件,
第一流路具有:
第一入口流路,形成于中空纤维膜束的一端侧,向中空纤维膜束的一端导入第一流体;和
第一出口流路,形成于中空纤维膜束的另一端侧,从中空纤维膜束的另一端导出第一流体,
密封部件对第一入口流路侧和第二流路侧进行密封或对第一出口流路侧和第二流路侧进行密封。
3.如权利要求1所述的中空纤维膜组件,
中空纤维膜束体包括具有包住中空纤维膜束的侧面的筒部的内壳,该内壳的筒部在长度方向的全部位置上使外周形成为圆筒。
4.如权利要求3所述的中空纤维膜组件,
第二流路具有:
第二入口流路,在长度方向的某一位置贯通内壳的侧面,向中空纤维膜束的侧面导入第二流体;和
第二出口流路,在长度方向的另一位置贯通内壳的侧面,从中空纤维膜束的侧面导出第二流体,
所述中空纤维膜组件还具有环状的密封部件,该密封部件设于内壳的圆筒的外周和外壳的圆筒的内周之间,对第二入口流路侧和第二出口流路侧进行密封。
5.一种中空纤维膜组件,具有:
中空纤维膜束,将多个中空纤维膜集束而成,第一流体在中空纤维膜的中空部中从一端向另一端流动;
内壳,是具有包住中空纤维膜束的侧面的筒部的壳体,在长度方向的全部位置上使筒部的外周形成为圆筒;
外壳,是具有包住内壳的侧面的筒部的壳体,在长度方向的全部位置上使筒部的内周形成为圆筒;
第二入口流路,利用外壳而形成,在长度方向的某一位置贯通内壳的侧面,从中空纤维膜束的侧面向中空纤维膜间导入第二流体;
第二出口流路,利用外壳而形成,在长度方向的另一位置贯通内壳的侧面,从中空纤维膜束的侧面导出第二流体;和
环状的密封部件,设于内壳的圆筒的外周和外壳的圆筒的内周之间,对第二入口流路侧和第二出口流路侧进行密封,
在第一流体和第二流体之间经由中空纤维膜进行流体组成物的移动。
6.如权利要求3所述的中空纤维膜组件,
中空纤维膜和内壳使用可吸收相互的热膨胀差的相同或不同种类的树脂制成,
外壳使用金属制成,
环状密封部件由可吸收内壳和外壳的热膨胀差的压缩性材料制成。
7.如权利要求5所述的中空纤维膜组件,
中空纤维膜和内壳使用可吸收相互的热膨胀差的相同或不同种类的树脂制成,
外壳使用金属制成,
环状密封部件由可吸收内壳和外壳的热膨胀差的压缩性材料制成。
8.如权利要求4所述的中空纤维膜组件,
在第二入口流路上的内壳和中空纤维膜束之间,设有使第二流体沿筒轴方向扩散而引导至中空纤维膜束的侧面的带孔隔板。
9.如权利要求5所述的中空纤维膜组件,
在第二入口流路上的内壳和中空纤维膜束之间,设有使第二流体沿筒轴方向扩散而引导至中空纤维膜束的侧面的带孔隔板。
10.如权利要求8所述的中空纤维膜组件,
带孔隔板的孔以在贯通内壳而导入的第二流体直接冲击的位置附近不设置、或与其他的孔相比孔面积较小的方式设置。
11.如权利要求9所述的中空纤维膜组件,
带孔隔板的孔以在贯通内壳而导入的第二流体直接冲击的位置附近不设置、或与其他的孔相比孔面积较小的方式设置。
12.如权利要求8所述的中空纤维膜组件,
带孔隔板的孔面积从贯通内壳而导入的第二流体直接冲击的位置附近沿长度方向越离开设定得越大。
13.如权利要求9所述的中空纤维膜组件,
带孔隔板的孔面积从贯通内壳而导入的第二流体直接冲击的位置附近沿长度方向越离开设定得越大。
14.一种燃料电池系统,具有:
如权利要求1所述的中空纤维膜组件;和
相对于供给的氢和氧发生生成水的化学反应并输出电力的燃料电池,
上述第一流体和上述第二流体的一方是包含向燃料电池供给的氧的流体,另一方是包含在燃料电池中生成的水的流体,
上述中空纤维膜组件使在上述燃料电池中生成的水的至少一部分移动入包含向上述燃料电池供给的氧的流体而使该流体加湿。
15.一种燃料电池系统,具有:
如权利要求5所述的中空纤维膜组件;和
相对于供给的氢和氧发生生成水的化学反应并输出电力的燃料电池,
上述第一流体和上述第二流体的一方是包含向燃料电池供给的氧的流体,另一方是包含在燃料电池中生成的水的流体,
上述中空纤维膜组件使在上述燃料电池中生成的水的至少一部分移动入包含向上述燃料电池供给的氧的流体而使该流体加湿。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006307054A JP5074743B2 (ja) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | 中空糸膜モジュール、燃料電池システム |
JP307054/2006 | 2006-11-13 | ||
PCT/JP2007/070967 WO2008059707A1 (fr) | 2006-11-13 | 2007-10-22 | Module de membrane à fibres creuses et système de pile à combustible |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101534934A true CN101534934A (zh) | 2009-09-16 |
CN101534934B CN101534934B (zh) | 2012-12-05 |
Family
ID=39401516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2007800413549A Expired - Fee Related CN101534934B (zh) | 2006-11-13 | 2007-10-22 | 中空纤维膜组件、燃料电池系统 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8308943B2 (zh) |
JP (1) | JP5074743B2 (zh) |
CN (1) | CN101534934B (zh) |
DE (1) | DE112007002729T5 (zh) |
WO (1) | WO2008059707A1 (zh) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102648547A (zh) * | 2009-12-04 | 2012-08-22 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的加湿器 |
CN103069222A (zh) * | 2010-08-17 | 2013-04-24 | 可隆工业株式会社 | 燃料电池加湿器 |
CN104169655A (zh) * | 2012-03-13 | 2014-11-26 | 日产自动车株式会社 | 加湿器 |
CN104246379A (zh) * | 2012-03-13 | 2014-12-24 | 日产自动车株式会社 | 加湿器 |
CN105917508A (zh) * | 2014-01-23 | 2016-08-31 | 大众汽车有限公司 | 湿度交换器以及具有这种湿度交换器的燃料电池组件 |
CN111566861A (zh) * | 2017-12-29 | 2020-08-21 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的膜加湿器 |
CN111683730A (zh) * | 2018-07-30 | 2020-09-18 | Nok株式会社 | 中空纤维膜组件 |
CN112714845A (zh) * | 2018-09-20 | 2021-04-27 | 住友精密工业株式会社 | 气体调节器 |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008028832A1 (de) * | 2008-06-19 | 2009-12-24 | Carl Freudenberg Kg | Befeuchter |
JP2012130864A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-07-12 | Toray Ind Inc | 中空糸膜モジュール |
US9962629B2 (en) * | 2011-09-12 | 2018-05-08 | 3M Innovative Properties Company | Contactors, cartridges, components, systems, and related methods |
KR101938340B1 (ko) | 2012-09-21 | 2019-01-14 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 연료전지용 가습장치 |
JP2015181985A (ja) * | 2014-03-20 | 2015-10-22 | Nok株式会社 | 中空糸膜モジュール |
US10208714B2 (en) * | 2016-03-31 | 2019-02-19 | Mikutay Corporation | Heat exchanger utilized as an EGR cooler in a gas recirculation system |
US11219865B2 (en) * | 2017-04-11 | 2022-01-11 | Nok Corporation | Hollow fiber membrane module |
KR102216355B1 (ko) * | 2017-12-29 | 2021-02-16 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 유체의 흐름 방향 제어가 가능한 연료전지 막가습기 |
KR102248995B1 (ko) * | 2018-01-11 | 2021-05-06 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 유체의 흐름 방향 제어가 가능한 중공사막 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 막가습기 |
JP6707169B1 (ja) * | 2019-10-03 | 2020-06-10 | 川崎重工業株式会社 | ガス分離膜モジュール |
KR20210067366A (ko) * | 2019-11-29 | 2021-06-08 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기 |
CA3202604A1 (en) * | 2020-12-31 | 2022-07-07 | Kolon Industries, Inc. | Humidifier for fuel cell |
US20230378492A1 (en) * | 2021-01-27 | 2023-11-23 | Kolon Industries, Inc. | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising same |
KR102671833B1 (ko) * | 2021-01-28 | 2024-06-03 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 자동 유량 조절 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 막가습기 |
WO2022164162A1 (ko) * | 2021-01-29 | 2022-08-04 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 가습막의 훼손을 방지하는 연료전지 막가습기 |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5620045B2 (zh) * | 1973-11-05 | 1981-05-11 | ||
DE3032417C2 (de) * | 1980-08-28 | 1985-08-14 | Akzo Gmbh, 5600 Wuppertal | Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung mittels Hohlfasern |
JPS5640435Y2 (zh) * | 1980-10-02 | 1981-09-21 | ||
US4396510A (en) * | 1981-01-08 | 1983-08-02 | Bio-Med Corporation | Mass transfer device |
JPS59123519U (ja) * | 1983-02-07 | 1984-08-20 | エヌオーケー株式会社 | 流体分離装置 |
WO1989000864A1 (en) * | 1987-07-28 | 1989-02-09 | Minntech Corporation | Outside perfusion type blood oxygenator |
US5174900A (en) * | 1989-03-24 | 1992-12-29 | The Standard Oil Company | Apparatus for separation and for treatment of fluid feedstreams, wafers for use therein and related methods |
EP0585614A3 (en) | 1992-08-03 | 1994-03-23 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Hollow fiber permeator with tubesheet preform |
US5380433A (en) | 1993-06-01 | 1995-01-10 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Hollow fiber membrane separation device with a housing made from a flexible material |
US5738785A (en) * | 1995-12-20 | 1998-04-14 | Baldwin Filters, Inc. | Oil filter housing |
EP1005896A4 (en) | 1998-05-14 | 2002-02-13 | Daicen Menbrane Systems Ltd | HOLLOW FIBER TYPE MODULE |
JP2001202977A (ja) * | 2000-01-19 | 2001-07-27 | Honda Motor Co Ltd | 加湿装置 |
JP2001201122A (ja) | 2000-01-19 | 2001-07-27 | Honda Motor Co Ltd | 加湿装置 |
US6554261B2 (en) | 2000-01-19 | 2003-04-29 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Humidifier |
JP4599656B2 (ja) * | 2000-04-26 | 2010-12-15 | 宇部興産株式会社 | 中空糸分離膜エレメント、中空糸分離膜モジュール、および、その製造方法 |
JP4441131B2 (ja) | 2001-01-26 | 2010-03-31 | 本田技研工業株式会社 | 加湿モジュールの形状設定方法 |
JP2003065566A (ja) * | 2001-08-24 | 2003-03-05 | Honda Motor Co Ltd | ガス加湿器およびガス加湿システム |
GB2414422B (en) * | 2002-06-07 | 2006-06-14 | Baldwin Filters Inc | Environmentally friendly acid neutralizing full flow cartridge |
JP3984513B2 (ja) * | 2002-07-17 | 2007-10-03 | 三菱レイヨン株式会社 | 中空糸膜モジュール |
JP4100209B2 (ja) * | 2002-11-08 | 2008-06-11 | Nok株式会社 | 膜モジュール |
JP5567245B2 (ja) * | 2003-09-23 | 2014-08-06 | リリピューシャン システムズ, インク. | 応力がかかった薄膜を備える燃料電池アセンブリ |
JP4285263B2 (ja) | 2004-02-13 | 2009-06-24 | Nok株式会社 | 中空糸膜モジュールの製造方法 |
US7912471B2 (en) * | 2006-01-04 | 2011-03-22 | Wireless Technology Solutions Llc | Initial connection establishment in a wireless communication system |
US7641795B2 (en) | 2006-06-05 | 2010-01-05 | Celgard Llc | Membrane contactor |
-
2006
- 2006-11-13 JP JP2006307054A patent/JP5074743B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-10-22 WO PCT/JP2007/070967 patent/WO2008059707A1/ja active Search and Examination
- 2007-10-22 DE DE112007002729T patent/DE112007002729T5/de not_active Withdrawn
- 2007-10-22 CN CN2007800413549A patent/CN101534934B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-10-22 US US12/447,696 patent/US8308943B2/en active Active
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102648547A (zh) * | 2009-12-04 | 2012-08-22 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的加湿器 |
CN102648547B (zh) * | 2009-12-04 | 2015-06-03 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的加湿器 |
US9160015B2 (en) | 2009-12-04 | 2015-10-13 | Kolon Industries, Inc. | Humidifier for fuel cell |
CN103069222A (zh) * | 2010-08-17 | 2013-04-24 | 可隆工业株式会社 | 燃料电池加湿器 |
US9209467B2 (en) | 2010-08-17 | 2015-12-08 | Kolon Industries, Inc. | Humidifier for fuel cell |
CN103069222B (zh) * | 2010-08-17 | 2016-07-06 | 可隆工业株式会社 | 燃料电池加湿器 |
CN104169655A (zh) * | 2012-03-13 | 2014-11-26 | 日产自动车株式会社 | 加湿器 |
CN104246379A (zh) * | 2012-03-13 | 2014-12-24 | 日产自动车株式会社 | 加湿器 |
CN105917508A (zh) * | 2014-01-23 | 2016-08-31 | 大众汽车有限公司 | 湿度交换器以及具有这种湿度交换器的燃料电池组件 |
CN105917508B (zh) * | 2014-01-23 | 2019-06-04 | 奥迪股份公司 | 湿度交换器以及具有这种湿度交换器的燃料电池组件 |
CN111566861A (zh) * | 2017-12-29 | 2020-08-21 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的膜加湿器 |
US11539060B2 (en) | 2017-12-29 | 2022-12-27 | Kolon Industries, Inc. | Membrane humidifier for fuel cell |
CN111566861B (zh) * | 2017-12-29 | 2023-07-18 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的膜加湿器 |
CN111683730A (zh) * | 2018-07-30 | 2020-09-18 | Nok株式会社 | 中空纤维膜组件 |
CN111683730B (zh) * | 2018-07-30 | 2022-06-14 | Nok株式会社 | 中空纤维膜组件 |
CN112714845A (zh) * | 2018-09-20 | 2021-04-27 | 住友精密工业株式会社 | 气体调节器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20100068603A1 (en) | 2010-03-18 |
CN101534934B (zh) | 2012-12-05 |
JP2008119615A (ja) | 2008-05-29 |
WO2008059707A1 (fr) | 2008-05-22 |
DE112007002729T5 (de) | 2009-09-24 |
JP5074743B2 (ja) | 2012-11-14 |
US8308943B2 (en) | 2012-11-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101534934B (zh) | 中空纤维膜组件、燃料电池系统 | |
US20220181655A1 (en) | Fuel cell humidifier and packing member for same | |
CN112243542B (zh) | 用于燃料电池的膜加湿器 | |
US10854907B2 (en) | Fuel cell system | |
KR101191497B1 (ko) | 누출을 제한하기 위한 바이폴러 플레이트 및 연료 전지 | |
CN101281973B (zh) | 带有整合的负荷传递结构的密封水蒸气传递单元组件 | |
CN111566861B (zh) | 用于燃料电池的膜加湿器 | |
CN101140998B (zh) | 具有集成处理器的模块式直接燃料电池系统 | |
CA2867102A1 (en) | Water recovery device | |
US7931992B2 (en) | Fuel cell system | |
KR20220130047A (ko) | 연료전지용 가습기 | |
EP2827073A1 (en) | Humidifier | |
US20120156586A1 (en) | Fuel distribution structure and fuel cell having the same | |
JP5151853B2 (ja) | 加湿装置 | |
KR20230171036A (ko) | 중공사 막 모듈 | |
WO2022255046A1 (ja) | 中空糸膜モジュール | |
KR102436417B1 (ko) | 연료전지용 분리판 | |
EP4270560A1 (en) | Fuel cell membrane humidifier | |
JP2005327704A (ja) | 気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池 | |
CN116250107A (zh) | 用于确定在燃料电池系统的排气管路中的废气的氢浓度的装置和燃料电池系统 | |
CN116565254A (zh) | 一种燃料电池 | |
JP2007218539A (ja) | 中空糸膜モジュール | |
JP2009054401A (ja) | 中空糸膜モジュール及び燃料電池 | |
JP2007205663A (ja) | 加湿装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121205 Termination date: 20211022 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |