JP2001201122A

JP2001201122A - 加湿装置

Info

Publication number: JP2001201122A
Application number: JP2000010974A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Katagiri; 敏勝片桐; Hiroshi Shimanuki; 寛士島貫; Mikihiro Suzuki; 幹浩鈴木; Yoshio Kusano; 佳夫草野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】中空糸膜束における端部でも水分交換を充分
行うことができるようにすることによって、水回収率の
向上を図る。【解決手段】ハウジング２１ａの長手方向に沿って配
した水透過性の中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束２１ｂ
がハウジング２１ａ内に収納されている。中空糸膜の内
側にオフガスが通流し、中空糸膜の外側に乾燥空気が通
流して水分交換が行われ、乾燥空気を加湿する。ハウジ
ング２１ａ内において、オフガスが通流する方向と乾燥
空気が通流する方向が直交するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加湿装置に関し、
さらに詳しくは、中空糸膜を利用した加湿装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車の動力源などとして燃
料電池が注目されている。この燃料電池には、いわゆる
固体高分子型燃料電池のものがある。この固体高分子型
の燃料電池においては、燃料電池から排出された湿潤気
体であるオフガスの水分を乾燥気体に水分交換する加湿
装置が用いられている。このような燃料電池に用いられ
る加湿装置としては、電力消費量が少ないものが好適で
ある。また、取り付けスペースが小さい、いわばコンパ
クト性が求められる。そのため、加湿装置としては超音
波加湿、スチーム加湿、気化式加湿、ノズル噴射などの
種類があるものの、燃料電池に用いられる加湿装置とし
ては、中空糸膜を用いたものが好適に利用されている。

【０００３】従来の中空糸膜を用いた加湿装置として、
たとえば特開平７−７１７９５号公報に開示されたもの
がある。この加湿装置について図１０を用いて説明する
と、加湿装置１００は、ハウジング１０１を有してい
る。ハウジング１０１には、乾燥エアを導入する第一の
流入口１０２および乾燥エアを排出する第一の流出口１
０３が形成されており、ハウジング１０１の内部に多
数、たとえば５０００本の中空糸膜からなる中空糸膜束
１０４が収納されている。

【０００４】また、ハウジング１０１の両端部には、中
空糸膜束１０４の両端部を開口状態で固定する固定部１
０５，１０５′が設けられている。固定部１０５の外側
には、湿潤エアを導入する第二の流入口１０６が形成さ
れており、固定部１０５′の外側には、中空糸膜束１０
４によって水分を分離・除去された湿潤エアを排出する
第二の流出口１０７が形成されている。さらに、固定部
１０５，１０５′はそれぞれ第二のヘッドカバー１０８
および第二のヘッドカバー１０９によって覆われてい
る。また、第二の流入口１０６は第一のヘッドカバー１
０８に形成されており、第二の流出口１０７は第二のヘ
ッドカバー１０９に形成されている。

【０００５】このように構成された中空糸膜を用いた加
湿装置１００において、第二の流入口１０６から湿潤エ
アを供給して中空糸膜束１０４を構成する各中空糸膜内
を通過させると、湿潤エア中の水分は、中空糸膜の毛管
作用によって分離され、中空糸膜の毛管内を透過して、
中空糸膜の外側に移動する。水分を分離させられた湿潤
エアは、第二の流出口１０７から排出される。

【０００６】一方、第一の流入口１０２からは乾燥エア
が供給される。第一の流入口１０２から供給された乾燥
エアは、中空糸膜束１０４を構成する中空糸膜の外側を
通流する。中空糸膜の外側には、湿潤エアから分離させ
られた水分が移動してきており、この水分によって乾燥
エアが加湿される。そして、加湿された乾燥エアは第一
の流出口１０３から排出されるというものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１０に示す
従来の加湿装置１００においては、乾燥エアを導入する
第一の流入口１０２は、ハウジング１０１の長手方向に
おける中央に寄った位置に形成されている。このため、
ハウジング１０１に収納された中空糸膜束１０４におけ
る中空糸膜の外側を通る乾燥エアは、ハウジング１０１
内で黒矢印で示すように、そのほとんどがハウジング１
０１内の長手方向中央部を流れている。したがって、中
空糸膜束１０４における端部に寄ったエリアＳ，Ｓで
は、充分な水分交換が行われていなかったので、中空糸
膜内の透過水量に対して、水回収率が低くなってしまう
という問題があった。

【０００８】そこで、本発明の課題は、中空糸膜束にお
ける端部でも水分交換を充分行うことができるようにす
ることによって、水回収率の向上を図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明のうちの請求項１に係る発明は、多数の水透過性の中
空糸膜の内側と外側にそれぞれ水分含量の異なる気体を
通流して前記気体間で水分交換を行い、水分含量の少な
い乾燥気体を加湿する加湿装置において、水分含量の多
い気体が通流する方向と水分含量が少ない気体が通流す
る方向とが交差する方向であるように構成されているこ
とを特徴とする加湿装置。である。

【００１０】請求項１に係る発明においては、水分含量
の多い気体（以下「湿潤気体」という）が通流する方向
と、水分含量が少ない気体（以下「乾燥気体」という）
が通流する方向とが交差する方向である。このため、ハ
ウジングの端部から中央部にわたって全体的に均等に湿
潤気体と乾燥気体との間で水分交換を行うことができ
る。したがって、中空糸膜全体から効率よく水分を回収
することができるので、水回収率を向上させることがで
きる。なお、本発明にいう「交差する方向」とは、平行
でないという程度の意味である。具体的には、湿潤気体
が通流する方向と乾燥気体が通流する方向とのなす角の
うちの９０°以下となる方の角度が、０°でなく、１５
°，３０°，４５°，６０°，など、適宜の角度をなす
ものである。また、特にこの角度が規定されることを必
要とするものではない。また、湿潤気体と乾燥気体が交
差する方向を向いて通流するためには、たとえば湿潤気
体が中空糸膜内を通過する場合には、乾燥気体が中空糸
膜に交差する方向を向いて通流する、たとえば乾燥気体
通路が形成されることになる。一方、乾燥気体が中空糸
膜内を通流する場合には、その逆となる。

【００１１】請求項２に係る発明は、前記交差する方向
が直交する方向であることを特徴とする請求項１に記載
の加湿装置である。

【００１２】請求項２に係る発明においては、湿潤気体
と乾燥気体が直交する方向を向いて通流している。この
直交する方向とは、換言すれば、湿潤気体が通流する方
向と乾燥気体が通流する方向が９０°をなすものであ
る。このように、湿潤気体と乾燥気体が直交する方向を
向いて通流しているため、中空糸膜の長手方向の端部か
ら中央部にわたって全体的にさらに均等に湿潤気体と乾
燥気体との間で水分交換を行うことができる。したがっ
て、全体としての水回収率をさらに向上させることがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して具体的に説明する。図１は、燃料電池システ
ムの全体構成図、図２は、燃料電池の構成を模式化した
説明図であるまず、図１を参照して、本発明の実施の形
態に係る加湿装置が適用される燃料電池システムの全体
構成および作用について説明する。

【００１４】燃料電池システムＦＣＳは、固体高分子型
の燃料電池１、加湿装置２、気液分離装置３、空気圧縮
機４、燃焼器５、燃料蒸発器６、改質器７、ＣＯ除去器
８および水・メタノール混合液貯蔵タンク（以下「タン
ク」という）Ｔ等から構成される。

【００１５】燃料電池１の内部は、酸素極側１ａと水素
極側１ｂに分かれており、酸素極側１ａには酸化剤ガス
としての加湿空気が供給され、水素極側１ｂには燃料ガ
スとしての水素リッチガスが供給される。そして、電解
質膜を介して水素と酸素とを化学反応させて化学エネル
ギから電気エネルギを取り出して発電を行う。

【００１６】加湿空気は、乾燥気体である空気を圧縮し
加湿することにより生成する。ここで、空気の圧縮は空
気圧縮機４で行い、加湿は加湿装置２で行う。加湿装置
２での空気の加湿は、燃料電池１の酸素極側１ａから排
出され水分を多量に含むオフガスと相対的に水分を少量
しか含まない空気との間で、水分の交換を行うことによ
りなされるが、この点は後に詳細に説明する。

【００１７】一方、燃料ガスは、原燃料である水とメタ
ノールの混合液を蒸発、改質およびＣＯ除去を行うこと
により発生する。ここで、原燃料の蒸発は燃料蒸発器６
で、改質は改質器７で、ＣＯ除去はＣＯ除去器８で行
う。

【００１８】燃料蒸発器６にはタンクＴに貯蔵された原
燃料がポンプＰを介して供給され、改質器７には燃料蒸
発器６で蒸発した原燃料ガスが供給され、ＣＯ除去器８
には改質器７で改質された燃料ガスが供給される。な
お、改質器７では触媒の存在下、メタノールの水蒸気改
質および部分酸化が行われる。また、ＣＯ除去器８では
触媒の存在下で選択酸化が行われ、ＣＯがＣＯ₂に転換
される。ＣＯ除去器８は、ＣＯの濃度を可及的に低減す
るため、Ｎｏ．１ＣＯ除去器とＮｏ．２ＣＯ除去器の２
つから構成される。また、ＣＯ除去器８には、選択酸化
用の空気が空気圧縮機４から供給される。

【００１９】なお、燃料電池１からは、反応生成物であ
る水を多量に含む酸素極側１ａのオフガスおよび未利用
の水素を含む水素極側１ｂのオフガスが同時に発生する
が、酸素極側１ａのオフガスは、前記の通り加湿器２で
空気の加湿用に使用された後、水素極側１ｂのオフガス
と混合され、気液分離装置３で水分が除去される。そし
て、水分が除去されたオフガスは、燃焼器５で燃焼され
燃料蒸発器６の熱源として使用される。なお、燃焼器５
には、メタノールなどの補助燃料および空気が供給さ
れ、燃料蒸発器６の熱量不足を補ったり燃料電池システ
ムＦＣＳの起動時の暖機を行ったりする。

【００２０】次に、図２を参照して、燃料電池システム
の中核をなす燃料電池の構成および作用について説明す
る。この図２における燃料電池１は、その構成を模式化
して１枚の単セルとして表現してある（実際には燃料電
池１は、単セルを２００枚程度積層した積層体として構
成される）。

【００２１】図２に示すように、燃料電池１は、電解質
膜１３を挟んで酸素極側１ａと水素極側１ｂとに分けら
れ、それぞれの側に白金系の触媒を含んだ電極が設けら
れており、酸素極１２および水素極１４を形成してい
る。そして、酸素極側ガス通路１１には酸化剤ガスとし
て加湿装置２で加湿された加湿空気が通流され、水素極
側ガス通路１５には原燃料から発生した水素リッチな燃
料ガスが通流される。電解質膜１３としては固体高分子
膜、たとえばプロトン交換膜であるパーフロロカーボン
スルホン酸膜を電解質として用いたものが知られてい
る。この電解質膜１３は、固体高分子中にプロトン交換
基を多数持ち、飽和含水することにより常温で２０Ω-
プロトン以下の低い比抵抗を示し、プロトン導伝性電解
質として機能する。したがって、触媒の存在下で水素極
１４で水素がイオン化して生成したプロトンは、容易に
電解質膜１３中を移動して酸素極１２に到達する。そし
て、酸素極１２に到達したプロトンは、触媒の存在下、
加湿空気中の酸素から生成した酸素イオンと直ちに反応
して水を生成する。生成した水は、加湿空気とともに湿
潤気体であるオフガスとして燃料電池１の酸素極側１ａ
の出口から排出される。なお、水素極１４では水素がイ
オン化する際に電子ｅ^-が生成するが、この生成した電
子ｅ^-はモータなどの外部負荷Ｍを経由して酸素極１２
に到達する。

【００２２】このように加湿した加湿空気を酸化剤ガス
として燃料電池１に供給するのは、電解質膜１３が乾燥
すると電解質膜１３におけるプロトン導伝性が低くなっ
て発電効率が低下するからである。したがって、固体高
分子型の燃料電池１を使用する燃料電池システムＦＣＳ
においては、加湿が重要な意義を有する。

【００２３】続いて、図３および図４を参照して本発明
に係る加湿装置の具体的な構成について説明する。な
お、図３ないし図９においては、オフガスの流れを白矢
印で示し、乾燥空気（加湿空気）の流れを黒矢印で示
す。図３（ａ）は、本発明に係る加湿装置の斜視図、
（ｂ）は、その平断面図である。図３に示すように、本
発明に係る加湿装置２は、同一の構造である３本の中空
糸モジュール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを有しており、こ
れら３本の中空糸モジュール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ
は、ケース２２内に並列に配置されて収納されている。

【００２４】これらの中空糸膜モジュールの構造を図４
を参照して説明すると、中空糸膜モジュール２１は、直
方体状のハウジング２１ａを有しており、このハウジン
グ２１ａ内に、その長手方向に沿って配された数千本の
水透過性の中空糸膜からなる中空糸膜束２１ｂが収納さ
れている。この中空糸膜内を本発明の湿潤気体であるオ
フガスが通流し、その外側を乾燥気体である乾燥空気が
通流する。

【００２５】さらに、ハウジング２１ａの長手方向右側
半分における手前側の面は、複数の乾燥空気流入口２１
ｃ１，２１ｃ１，２１ｃ１がハウジング２１ａの長手方
向に離間して形成されている。これら乾燥空気流入口２
１ｃ１，２１ｃ１，２１ｃ１のうち、ハウジング２１ａ
の長手方向の一番外側に形成されているものは、ハウジ
ング２１ａの端部近傍に形成されている。このため、中
空糸膜内を通流するオフガスと、乾燥空気流入口２１ｃ
１，２１ｃ１，２１ｃ１から流入する乾燥気体となる乾
燥空気は、直交する方向に通流するようになっている。
したがって、ハウジング２１ａ内における中空糸膜束２
１ｂの全体にわたってほぼ均等に乾燥空気を供給するこ
とができる。なお、ここでいうハウジング２１ａの端部
近傍とは、後述するポッティング部２１ｆ，２１ｇのそ
れおぞれ近傍を意味するものである。また、「端部近
傍」の具体的な値としては、端部から１ｃｍの位置とす
ることができる。あるいは、端部から３ｃｍの位置とし
たり、５ｃｍ、１０ｃｍの位置など適宜の位置とするこ
とができる。さらに、乾燥空気流入口２１ｃ１，２１ｃ
１…は、ハウジング２１ａの長手方向中央部にも形成し
た方がより均等に乾燥気体を供給することができるので
好適である。

【００２６】また、乾燥空気流入口２１ｃ１，２１ｃ
１，２１ｃ１が形成されている面に対向する面には、乾
燥空気が流出する複数の乾燥空気流出口２１ｄ１，２１
ｄ１，２１ｄ１が形成されている。さらに、ハウジング
２１ａの左半分であって、乾燥空気流出口２１ｄ１，２
１ｄ１，２１ｄ１が形成されている面には、乾燥空気が
流入する乾燥空気流入口２１ｃ２，２１ｃ２，２１ｃ２
が形成されており、乾燥空気流入口２１ｃ２，２１ｃ
２、２１ｃ２が形成されている面に対向する面には、乾
燥空気が流出する複数の乾燥空気流出口２１ｄ２，２１
ｄ２，２１ｄ２が形成されている。

【００２７】これらの乾燥空気流入口２１ｃ２，２１ｃ
２…、乾燥空気流出口２１ｄ１，２１ｄ１…、２１ｄ
２，２１ｄ２…においても、それぞれハウジング２１ａ
における長手方向の一番外側に位置するものは、ハウジ
ング２１ａの端部近傍に形成されている。

【００２８】また、ハウジング２１ａに収納される中空
糸膜束２１ｂは、中空通路を有する水透過性の中空糸膜
を数千本束ね、長手方向の一端部にポッティング部２１
ｅ、中央部にポッティング部２１ｆ、他端部にポッティ
ング部２１ｇを設けるようにしてポッティングされてい
る。また、ハウジング２１ａ、ポッティング部２１ｅ，
２１ｆで囲まれる部位における中空糸膜の外側、および
ハウジング２１ａ、ポッティング部２１ｆ，２１ｇで囲
まれる部位における中空糸膜の外側がそれぞれ気密状態
に保たれている。こうして、ハウジング２１ａ内はポッ
ティング部２１ｆで仕切られているので、内中空糸膜の
外側を通過する乾燥空気は、ハウジング２１ａ内におい
て、右側から左側に、あるいはその逆に直接移動するこ
とがないようにされている。このような中空糸膜モジュ
ール２１は、ハウジング２１ａに所定数の中空糸膜の束
を挿通し、両端部近傍を接着剤で充分接着固定してポッ
ティング部２１ｅ，２１ｆ，２１ｇを形成した後、ハウ
ジング２１ａの両端に沿って中空糸膜の束を切断除去す
ることによって作成される。

【００２９】このハウジング２１ａの一端部には、オフ
ガスを導入するためのオフガス流入口２１ｉが形成され
ているとともに、他端部には、オフガスが流出するオフ
ガス流出口２１ｊが形成されている。オフガス流入口２
１ｉから流入したオフガスは、ハウジング２１ａに収納
された中空糸膜の内側を通ってオフガス流出口２１ｊか
ら流出するようになっている。

【００３０】また、図３に示すように、３本の中空糸膜
モジュール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが収納されたケース
２２には、オフガスが流入するオフガス入口２２ａおよ
びオフガスが流出するオフガス出口２２ｂが形成されて
いる。さらに、ケース２２には、乾燥空気を流入する乾
燥空気入口２２ｃおよび乾燥空気が加湿されてなる加湿
空気が流出する加湿空気出口２２ｄが形成されている。

【００３１】また、図３（ｂ）に示すように、オフガス
入口２２ａは、オフガス入口通路２２ｅに連通してい
る。このオフガス入口通路２２ｅには、中空糸膜モジュ
ール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのそれぞれの一端部が配置
されており、オフガス入口通路２２ｅには、中空糸膜モ
ジュール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのオフガス流入口２１
ｉ，２１ｉ，２１ｉがそれぞれ連通している。このオフ
ガス入口通路２２ｅからは、中空糸膜モジュール２１
Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ内に収納された中空糸膜束２１ｂ,
２１ｂ，２１ｂの中空糸膜内にオフガスが流入する。

【００３２】さらに、中空糸膜モジュール２１Ａ，２１
Ｂ，２１Ｃのそれぞれ端部側には、オフガス出口通路２
２ｆが形成されており、中空糸膜モジュール２１Ａ，２
１Ｂ，２１Ｃのオフガス流出口２１ｊ，２１ｊ，２１ｊ
はオフガス出口通路２２ｆに連通している。中空糸膜モ
ジュール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ内にそれぞれ収納され
た中空糸膜束２１ｂ，２１ｂ，２１ｂにおける中空糸膜
の内部を通流したオフガスは、オフガス出口通路２２ｆ
へと通流する。また、オフガス出口通路２２ｆはオフガ
ス出口２２ｄに連通しており、オフガス出口通路２２ｆ
を通流したオフガスは、オフガス出口２２ｄから排出さ
れる。

【００３３】一方、ケース２２の右半分部分において、
乾燥空気が導入される乾燥空気入口２２ｃは、この乾燥
空気入口２２の一番近傍に配置された中空糸膜モジュー
ル２１Ｃにおける乾燥空気流入口２１ｃ１と連通してい
る。また、中空糸膜モジュール２１Ｃにおける乾燥空気
流入口２１ｄ１と、真ん中の位置に配設された中空糸膜
モジュール２１Ｂにおける乾燥空気流入口２１ｃ１とが
連通するように、中空糸膜モジュール２１Ｂ，２１Ｃが
配設されている。また、中空糸膜モジュール２１Ｂ，２
１Ａも同様の位置関係にある。乾燥空気入口２２ｃから
一番遠い位置に配設された中空糸膜モジュール２１Ａに
おける乾燥空気流入口２１ｄ１は、ケース２２に形成さ
れた乾燥空気折り返し路２２ｇに連通している。この乾
燥空気折り返し路２２ｇにおいて、乾燥空気が通流する
方向が反転する。

【００３４】また、ケース２２における左半分部分で
は、乾燥空気折り返し路２２ｇと中空糸膜モジュール２
１Ａにおける乾燥空気流入口２１ｃ２が連通している。
また、中空糸膜モジュール２１Ａにおける乾燥空気流出
口２１ｄ２と、中空糸膜モジュール２１Ｂにおける乾燥
空気流入口２１ｃとが向き合っている。また、中空糸膜
モジュール２１Ｂ，２１Ｃも中空糸膜モジュール２１
Ａ，２１Ｂと同様の位置関係にある。

【００３５】こうして、ケース２２における乾燥空気入
口２２ｃから流入した乾燥空気は、中空糸膜モジュール
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ内を経て乾燥空気折り返し路２
２ｇに流入する。この間、乾燥空気は、中空糸膜モジュ
ール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ内において、中空糸膜束２
１ｂ，２１ｂ，２１ｂと直交する方向に通流する本発明
の乾燥気体通路を構成するようになっている。また、乾
燥空気折り返し路２２ｇで折り返した乾燥空気は、中空
糸膜モジュール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ内において、同
様に、中空糸膜束２１ｂ、２１ｂ，２１ｂと直交する方
向に沿って通流する。

【００３６】次に、図３および図４を参照して本発明に
係る加湿装置２の作用を説明する。図３に示すように、
白矢印で示すオフガスは、ケース２２のオフガス流入口
２２ａから加湿装置２に流入する。ケース２２に流入し
たオフガスは、オフガス入口通路２２ｅを経由して中空
糸膜モジュール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのオフガス入口
２１ｉ，２１ｉ，２１ｉに到達する。このオフガス入口
２１ｉ，２１ｉ，２１ｉを介して中空糸膜モジュール２
１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ内に流入したオフガスは、中空糸
膜束２１ｂ，２１ｂ，２１ｂにおける各中空糸膜に向け
て分岐し、その内側を通流する。

【００３７】中空糸膜の内側を通流したオフガスは、各
中空糸膜を抜け出てオフガス出口２１ｊ，２１ｊ，２１
ｊに到達してオフガス排出口２１ｊ，２１ｊ，２１ｊか
ら排出される。オフガス排出口２１ｊ，２１ｊ，２１ｊ
から排出されたオフガスは、ケース２２のオフガス出口
通路２２ｆを通流してオフガス流出口２２ｂに到達す
る。その後、オフガスは、オフガス流出口２２ｂから排
出されて図１に示す後段の気液分離装置３に向かう。

【００３８】一方、黒矢印で示す乾燥空気は、ケース２
２の乾燥空気流入口２２ｃから加湿装置２に入り、乾燥
空気流入口２２ｃの一番近傍に配置された中空糸膜モジ
ュール２１Ｃの左半分側に形成された乾燥空気流入口２
１ｃ１から、中空糸膜モジュール２１Ｃの右半分側内に
導入される。中空糸膜モジュール２１Ｃの左半分側内に
導入された乾燥空気は、中空糸膜モジュール２１Ｃ内で
あって、中空糸膜の外側を短手方向に通流して乾燥空気
排出口２１ｄ１から排出される。

【００３９】いま、乾燥空気が中空糸膜モジュール２１
Ｃの短手方向に通流するのに対して、オフガスは中空糸
膜モジュール２１Ｃの長手方向に通流しており、乾燥気
体とオフガスは直交しながら通流している。このため、
乾燥気体はオフガスとの間で充分に水分交換を行うこと
ができる。したがって、水回収率の向上に寄与するもの
である。

【００４０】ここで、中空糸膜モジュール２１Ｃ内は、
右半分と左半分がポッティング部２１ｆによって気密状
態とされているので、乾燥空気が中空糸膜モジュール２
１Ｃ内で右側から左側に直接移動することはない。

【００４１】乾燥空気が中空糸膜モジュール２１Ｃ内を
通流するとき、中空糸膜の外側を乾燥空気が通流し、中
空糸膜の内側にはオフガスが通流しており、中空糸膜に
よってオフガスから水分が分離されている。この分離さ
れた水分によって、中空糸膜の外側を通流する乾燥空気
が加湿されていく。

【００４２】この点についてさらに説明すると、中空糸
膜の内側に水分を多く含有するオフガスを通流し、外側
に相対的に水分を少ししか含有しない乾燥空気を通流す
る。すると、中空糸膜の内側ではオフガス中の水分が凝
縮し、外側では乾燥空気によって水分が蒸発する。同時
に、中空糸膜の内側から外側に向けて、内側で凝縮した
オフガスの水分が毛管現象により供給される。これによ
り、中空糸膜の外側を通流する乾燥空気の加湿が行われ
る。つまり、中空糸膜においては、中空糸膜の内側と外
側を通流する気体の水分含有量の差を推進力として、水
透過（水分離）が行われる。

【００４３】中空糸膜モジュール２１Ｃの乾燥空気排出
口２１ｄ１から排出された乾燥空気は、真ん中に配置さ
れた中空糸膜モジュール２１Ｂの乾燥空気流入口２１ｃ
１から中空糸膜モジュール２１Ｂ内に流入する。中空糸
膜モジュール２１Ｂ内では、中空糸膜モジュール２１Ｃ
内と同様にして水分交換が行われて、中空糸膜２１Ｂに
おける乾燥空気排出口２１ｄ１から排出される。中空糸
膜モジュール２１Ｂから排出された乾燥空気は同様にし
て中空糸膜モジュール２１Ａ内を通過して、中空糸膜モ
ジュール２１Ａの乾燥空気排出口２１ｄ１から排出され
る。

【００４４】中空糸膜モジュール２１Ａの乾燥空気排出
口２１ｄ１から排出された乾燥空気は、ケース２２にお
ける乾燥空気折り返し路２２ｇに流れ込み、乾燥空気折
り返し路２２ｇにおいて流れ方向を反転させる。流れ方
向を反転させられた乾燥空気は、中空糸膜モジュール２
１Ａの左半分側に形成された乾燥空気流入口２１ｃ１か
ら中空糸膜モジュール２１Ａの左半分側に流入する。

【００４５】中空糸膜モジュール２１Ａの左半分側にお
いても、右半分側と同様にして、中空糸膜モジュール２
１Ａ内をその短手方向に通流して乾燥空気排出口２１ｄ
２から排出される。ここで、オフガスは中空糸膜モジュ
ール２１Ａの長手方向に通流している。したがって、オ
フガスと乾燥空気とは直交する方向に向いてそれぞれ通
流しながら水分交換が行われて乾燥空気が加湿される。

【００４６】このまま、中空糸膜モジュール２１Ｂ，２
１Ｃのそれぞれ右半分を乾燥空気が通流して加湿され、
加湿空気となって、加湿空気出口２２ｄに一番近くに位
置する中空糸膜モジュール２１Ｃの乾燥空気排出口２１
ｄ２から排出される。こうして、乾燥空気排出口２１ｄ
２から排出された加湿空気は、ケース２２における加湿
空気出口２２ｄから排出されて、図１に示す後段の気液
分離装置３に供給される。

【００４７】このようにして乾燥空気が中空糸膜モジュ
ール２１Ｃ，２１Ｂ，２１Ａ内を通流することによって
オフガスとの間で水分交換が行われ、乾燥空気が加湿空
気となる。この過程において、乾燥空気は中空糸膜モジ
ュール２１Ｃ，２１Ｂ，２１Ａの短手方向を向いて通流
しているのに対して、オフガスは中空糸膜モジュール２
１Ｃ，２１Ｂ，２１Ａの長手方向を向いて通流している
ので、乾燥空気とオフガスとは直交する方向に移動しな
がら水分交換が行われている。このため、中空糸膜の全
体にわたってほぼ均等に乾燥気体が接触することができ
る。したがって、中空糸膜全体から効率よく水分を回収
することができるので、水回収率を向上させることがで
きる。

【００４８】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る
加湿装置の側断面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面
図、（ｃ）は、（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【００４９】図５（ａ）ないし（ｃ）に示すように、本
実施形態に係る加湿装置３０は、図５（ｂ）および
（ｃ）に示すように、４本の中空糸膜モジュール３１Ａ
〜３１Ｄを備えている。これらの中空糸膜モジュール３
１Ａ〜３１Ｄは同一の構成を有する。中空糸膜モジュー
ル３１Ａ〜３１Ｄは、それぞれ縦断面が正六角形である
筒状のハウジング３１ａを有している。このハウジング
３１ａには、多数、たとえば５０００本の中空糸膜から
なる中空糸膜束３１ｂが収納されている。この中空糸膜
束３１ｂは、その軸中心方向がハウジング３１ａの長手
方向に沿ようにして配設されている。

【００５０】図５（ａ）においてハウジング３１ａの左
側部分におけるハウジング３１ａの側面のうちの一面に
は、乾燥空気を流入する複数の乾燥空気流入口３１ｃ
１，３１ｃ１…が形成されている。また、乾燥空気流入
口３１ｃ１，３１ｃ１…が形成されている面に対向する
面には、乾燥空気が流出する乾燥空気流出口３１ｄ１，
３１ｄ１…が形成されている。また、これらの面と９０
°の角度をなす面にも、それぞれ乾燥空気流出口３１ｄ
１，３１ｄ１…が形成されている。

【００５１】また、図５（ａ）においてハウジング３１
ａの左側部分におけるハウジング３１ａの側面のうちの
乾燥空気流出口３１ｄ１，３１ｄ１…が形成されている
面には、乾燥空気が流入する乾燥空気流入口３１ｃ２，
３１ｃ２…が形成されている。さらに、図５（ａ）にお
いてハウジング３１ａの左側部分におけるハウジング３
１ａの側面のうちの乾燥空気流入口３１ｃ１，３１ｃ１
…が形成されている面には、乾燥空気が流出する乾燥空
気流出口３１ｄ２，３１ｄ２…が形成されている。な
お、これらの乾燥気体流入口３１ｃ１，３１ｃ１…、３
１ｃ２，３１ｃ２…および乾燥気体流出口３１ｄ１，３
１ｄ１…、３１ｄ２，３１ｄ２…は、ハウジング３１ａ
におけるそれぞれの一番外側に形成されているものは、
前記第１の実施形態と同様、ハウジング３１ａの端部近
傍に形成されている。

【００５２】また、ハウジング３１ａに収納される中空
糸膜束３１ｂは、中空通路を有する水透過性の中空糸を
数千本束ね、長手方向の一端部にポッティング部３１
ｅ、中央部にポッティング部３１ｆ、他端部にポッティ
ング部３１ｇを設けるようにしてポッティングされてい
る。また、ハウジング３１ａ、ポッティング部３１ｅ，
３１ｆで囲まれる部位における中空糸膜の外側、および
ハウジング３１ａ、ポッティング部３１ｆ，３１ｇで囲
まれる部位における中空糸膜の外側がそれぞれ気密状態
に保たれている。こうして、中空糸膜の外側を通過する
乾燥空気は、ハウジング３１ａ内において、右側から左
側に、あるいはその逆に直接移動することがないように
されている。このような中空糸膜モジュール３１は、ハ
ウジング３１ａに所定数の中空糸膜の束を挿通し、両端
部近傍を接着剤で充分接着固定してポッティング部３１
ｅ，３１ｆ，３１ｇを形成した後、ハウジング３１ａの
両端に沿って中空糸膜の束を切断除去することによって
作成される。

【００５３】このハウジング３１ａの他端部には、湿潤
気体であるオフガスを導入するためのオフガス流入口３
１ｉが形成されているとともに、一端部には、オフガス
が流出するオフガス流出口３１ｊが形成されている。オ
フガス流入口３１ｉから流入したオフガスは、ハウジン
グ３１ａに収納された中空糸膜の内側を通ってオフガス
流出口３１ｊから流出するようになっている。

【００５４】これらの４本の中空糸膜モジュール３１Ａ
〜３１Ｄは、ケース３２に収納されている。このケース
３２の他端部には、オフガスが流入するオフガス入口３
２ａが形成され、他端部およびオフガス出口３２ｂが形
成されている。また、ケース３２の一端部側には、乾燥
気体である乾燥空気を流入する乾燥空気入口３２ｃが設
けられている。さらに、ケース３２の他端部側には、乾
燥空気が加湿されてなる乾燥空気流出口３２ｄが設けら
れている。

【００５５】また、オフガス入口３２ａには、中空糸膜
モジュール３１Ａ〜３１Ｄのそれぞれの他端部が配置さ
れており、それぞれの中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１
Ｄにおけるオフガス流入口３１ｉ，３１ｉ…に連通して
いる。このオフガス入口３２ａから、オフガス流入口３
１ｉ，３１ｉ…を通して各中空糸膜モジュール３１Ａ〜
３１Ｄ内に収納された中空糸膜束３１ｂ，３１ｂ…の中
空糸膜内にオフガスが流入する。中空糸膜の内側を通過
したオフガスは、中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの
一端部に形成されたオフガス流出口３１ｊ，３１ｊ…に
通流する。オフガス流出口３１ｊ，３１ｊ…は、ケース
３２におけるオフガス出口３２ｂと連通しており、オフ
ガス流出口３１ｊ，３１ｊ…から流出したオフガスは、
オフガス出口３２ｂから排出される。

【００５６】一方、ケース３２の左半分部分において、
乾燥空気が導入される乾燥空気入口３２ｃには、中空糸
膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄにおける乾燥空気流入口３
１ｃ１，３１ｃ１…が形成されている面がそれぞれ対面
しており、これらの乾燥空気入口３２ｃと乾燥空気流入
口３１ｃ１，３１ｃ１…とが連通している。また、ケー
ス３２には、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、中
空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄに形成された乾燥空気
流出口３１ｄ１，３１ｄ１…と連通する乾燥空気通路３
２ｅ，３２ｅ，３２ｅが３個所に形成されている。これ
らに乾燥気体通路３２ｅ，３２ｅ，３２ｅによって、乾
燥気体がケース３２の左側から右側に通流するようにな
っている。

【００５７】この乾燥気体通路３２ｅ，３２ｅ，３２ｅ
は、中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの左側半分にそ
れぞれ形成された乾燥空気流入口３１ｃ２，３１ｃ２…
と連通している。この乾燥空気流入口３１ｃ２，３１ｃ
２…から流入した乾燥空気は、乾燥空気流出口３１ｄ
２，３１ｄ２…から排出される。乾燥空気流出口３１ｄ
２，３１ｄ２…は、ケース３２における乾燥空気流出口
３２ｄに連通しており、乾燥空気流出口３１ｄ２，３１
ｄ２…から排出された乾燥空気が加湿された加湿空気
は、乾燥空気排出口３２ｄから排出される。

【００５８】かかる構成を有する第２の実施形態におい
て、図５に示すように、白矢印で示すオフガスはケース
３２のオフガス流入口３２ａから加湿装置３０に流入す
る。ケース３２に流入したオフガスは、中空糸膜モジュ
ール３１Ａ〜３１Ｄのオフガス入口３１ｉ，３１ｉ…に
到達する。このオフガス入口３１ｉ，３１ｉ…を介して
中空糸膜モジュール３１〜３１Ｄ内に流入したオフガス
は、中空糸膜束３１ｂ，３１ｂ…における各中空糸膜に
向けて分岐し、その内側を通流する。

【００５９】中空糸膜の内側を通流したオフガスは、各
中空糸膜を抜け出てオフガス出口３１ｊ，３１ｊ…に到
達してオフガス排出口３１ｊ，３１ｊ…から排出され
る。オフガス排出口３１ｊ，３１ｊ，３１ｊから排出さ
れたオフガスは、オフガス流出口２３ａから排出されて
図１に示す後段の気液分離装置３に向かう。

【００６０】一方、黒矢印で示す乾燥気体である乾燥空
気は、ケース３２の乾燥空気流入口３２ｃから加湿装置
２に入り、中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの右半分
側に形成された乾燥空気流入口３１ｃ１，３１ｃ１…か
ら、中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの右半分側内に
導入される。中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの右半
分側内に導入された乾燥空気は、中空糸膜モジュール３
１Ａ〜３１Ｄ内であって、中空糸膜の外側を短手方向に
通流して乾燥空気排出口３１ｄ１，３１ｄ…から排出さ
れる。このとき、本実施形態においてもオフガスと乾燥
空気との間で水分交換が行われるが、その原理は前記第
１の実施形態と同様である。また、中空糸膜モジュール
３１Ａ〜３１Ｄ内は、右半分と左半分がポッティング部
３１ｆによって気密状態とされているので、乾燥空気が
中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄ内で右側から左側に
直接移動することはない。

【００６１】このとき、本実施形態においては、前記第
１の実施形態と同様、乾燥気体とオフガスは直交しなが
ら通流している。このため、乾燥気体はオフガスとの間
で充分に水分交換を行うことができる。したがって、水
回収率の向上に寄与するものである。

【００６２】乾燥空気が中空糸膜モジュール３１Ａ〜３
１Ｄ内を通流するとき、中空糸膜の外側を乾燥空気が通
流し、中空糸膜の内側にはオフガスが通流しており、中
空糸膜によってオフガスから水分が分離されている。こ
の分離された水分によって、中空糸膜の外側を通流する
乾燥空気が加湿されていく。この原理については、前記
第１の実施形態と同様である。

【００６３】中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの乾燥
空気排出口３１ｄ１，３１ｄ１…から排出された乾燥空
気は、ケース３２に形成された乾燥空気通路３２ｅ，３
２ｅ，３２ｅに通流する。乾燥空気通路３２ｅ，３２
ｅ，３２ｅを通流した乾燥空気は、図５（ａ）に示すケ
ース３２の左側から右側に移動する。ケース３２の左側
から右側に移動した乾燥空気は、中空糸膜モジュール３
１Ａ〜３１Ｄにおける乾燥空気流入口３１ａ２，３１ａ
２…から中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄ内に流入す
る。中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの左半分側内に
導入された乾燥空気は、中空糸膜モジュール３１Ａ〜３
１Ｄ内であって、中空糸膜の外側を短手方向に通流して
乾燥空気排出口３１ｄ２，３２ｄ…から排出される。こ
こでも乾燥空気とオフガスとは直交する方向に通流する
ので、充分に水分交換を行うことができるようになって
いる。

【００６４】中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄにおい
て加湿され、中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの右半
分側に形成された乾燥空気流出口３１ｄ２，３１ｄ２か
ら排出された加湿空気は、ケース３２における加湿空気
出口３２ｄから排出されて、図１に示す後段の気液分離
装置３に供給される。

【００６５】このようにして、本実施形態においても、
乾燥空気が中空糸膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの短手方
向を向いて通流しているのに対して、オフガスは中空糸
膜モジュール３１Ａ〜３１Ｄの長手方向を向いて通流し
ているので、乾燥空気とオフガスとは直交する方向に移
動しながら水分交換が行われている。このため、中空糸
膜の全体にわたってほぼ均等に乾燥気体が接触すること
ができる。したがって、中空糸膜全体から効率よく水分
を回収することができるので、水回収率を向上させるこ
とができる。

【００６６】続いて、本発明の第３の実施形態について
説明する。図６（ａ）は、第３の実施形態に係る加湿装
置の斜視図、（ｂ）は、その平断面図である。

【００６７】図６に示すように、本実施形態に加湿装置
４０は、同一の構造である３本の中空糸膜束部材４１
Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを有しており、これら３本の中空糸
膜束部材Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、ケース４２内に並列に
配置されて収納されている。

【００６８】これらの中空糸膜束部材４１Ａ，４１Ｂ，
４１Ｃは、数千本の中空糸膜からなる中空糸膜束４１ｂ
を有しており、この中空糸膜内を湿潤気体でありオフガ
スが通流し、外側を乾燥気体が通流する。また、中空糸
膜束部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの長手方向の一端部に
ポッティング４１ｅ、中央部にポッティング部４１ｆ、
他端部にポッティング部４１ｇを設けるようにして数千
本の中空糸膜をポッティングして束ねている。これらの
ポッティング部４１ｅ，４１ｆ，４１ｇはケース４２と
密着しており、ケース４２とポッティング部４１ｅ，４
１ｆで囲まれる部位における中空糸膜の外側、およびケ
ース４２、ポッティング部４１ｆ，４１ｇで囲まれる部
位における中空糸膜の外側がそれぞれ気密状態に保たれ
ている。こうして、中空糸膜の外側を通過する乾燥空気
は、ケース４２内において、右側から左側に、あるいは
その逆に直接移動することがないようにされている。

【００６９】この中空糸膜束部材４１Ａ，４１Ｂ，４１
Ｃのそれぞれの一端部には、オフガスを導入するための
オフガス流入口４１ｉ，４１ｉ，４１ｉが形成されてい
るとともに、他端部には、オフガスが流出するオフガス
流出口４１ｊ，４１ｊ，４１ｊがそれぞれ形成されてい
る。これらのオフガス流入口４１ｉから流入したオフガ
スは、中空糸膜束部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃにおける
中空糸膜の内側を通ってオフガス流出口４１ｊから流出
するようになっている。

【００７０】また、図６（ａ）および（ｂ）に示すよう
に、３本の中空糸膜束部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが収
納されたケース４２には、オフガスが流入するオフガス
入口４２ａおよびオフガスが流出するオフガス出口４２
ｂが形成されている。さらに、ケース４２には、乾燥空
気を流入する乾燥空気入口４２ｃおよび乾燥空気が加湿
されてなる加湿空気が流出する加湿空気出口４２ｄが形
成されている。

【００７１】また、図６（ｂ）に示すように、オフガス
入口４２ａは、オフガス入口通路４２ｅに連通してい
る。このオフガス入口通路４２ｅには、中空糸膜束部材
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃのそれぞれの一端部が配置され
ており、オフガス入口通路４２ｅには、中空糸膜モジュ
ール４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃのオフガス流入口４１ｉ，
４１ｉ，４１ｉがそれぞれ連通している。このオフガス
入口通路４２ｅからは、中空糸膜束部材４１Ａ，４１
Ｂ，４１Ｃにおける中空糸膜束４１ｂ,４１ｂ，４１ｂ
の中空糸膜内にオフガスが流入する。

【００７２】さらに、中空糸膜束部材４１Ａ，４１Ｂ，
４１Ｃのそれぞれ端部側には、オフガス出口通路４２ｆ
が形成されており、中空糸膜束部材４１Ａ，４１Ｂ，４
１Ｃのオフガス流出口４１ｊ，４１ｊ，４１ｊはオフガ
ス出口通路４２ｆに連通している。中空糸膜束部材４１
Ａ，４１Ｂ，４１Ｃのそれぞれにおける中空糸膜束４１
ｂ，４１ｂ，４１ｂを形成する中空糸膜の内部を通流し
たオフガスは、オフガス出口通路４２ｆへと通流する。
また、オフガス出口通路４２ｆはオフガス出口４２ｄに
連通しており、オフガス出口通路４２ｆを通流したオフ
ガスは、オフガス出口４２ｄから排出される。

【００７３】一方、ケース４２の右半分部分において、
乾燥空気が導入される乾燥空気入口４２ｃが、この乾燥
空気入口４２ｃの一番近傍に配置された中空糸膜束部材
４１Ｃに連通している。そして、乾燥空気が中空糸膜束
部材４１Ｃの短手方向に通流して、真ん中の中空糸膜束
部材４１Ｂに到達する。続いて、同様にして中空糸膜束
部材４１Ｂを通流し、乾燥空気入口４２ｃから一番遠い
位置に配設された中空糸膜束部材４１Ａを通流する。乾
燥空気入口４２ｃから一番遠い位置に配設された中空糸
膜部材４１Ａは、ケース４２に形成された乾燥空気折り
返し路４２ｇに連通しており、中空糸膜束部材４１Ａを
通流した乾燥空気は、乾燥空気折り返し路４２ｇに到達
する。この乾燥空気折り返し路４２ｇにおいて、乾燥空
気が通流する方向が反転する。

【００７４】また、ケース４２における左半分部分にお
いては、乾燥空気折り返し路４２ｇが中空糸膜束部材４
１Ａに連通している。そして、乾燥空気が中空糸膜束部
材４１Ａの短手方向に通流して、隣の中空糸膜束部材４
１Ｂに到達する。続いて、同様にして中空糸膜束部材４
１Ｂ，４１Ｃの短手方向に乾燥空気が通流して、乾燥空
気入口４２ｃに一番近い位置に配設された中空糸膜束部
材４１Ｃに到達する。乾燥空気入口４２ｃに一番近い位
置に配設された中空糸膜部材４１Ｃは、ケース４２に形
成された加湿空気４２ｄに連通している。そして、中空
糸膜束部材４１Ｃを通流した乾燥空気は、中空糸膜束部
材４１Ｃ，４１Ｂ，４１Ａを通流することによって加湿
されて加湿空気となってケース４２における加湿空気出
口４２ｄから排出される。

【００７５】かかる構成を有する第３の実施形態におい
て、図６に示すように、白矢印で示すオフガスは、ケー
ス４２のオフガス入口４２ａから加湿装置４０に流入す
る。ケース４２に流入したオフガスは、ケース４２に流
入したオフガスは、オフガス入口通路４２ｅを経由して
中空糸膜部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃのオフガス入口４
１ｉ，４１ｉ，４１ｉに到達する。このオフガス入口４
１ｉ，４１ｉ，４１ｉを介して中空糸膜束部材４１Ａ，
４１Ｂ，４１Ｃ内に流入したオフガスは、中空糸膜束４
１ｂ，４１ｂ，４１ｂにおける各中空糸膜に向けて分岐
し、その内側を通流する。

【００７６】中空糸膜の内側を通流したオフガスは、各
中空糸膜を抜け出てオフガス出口４１ｊ，４１ｊ，４１
ｊに到達してオフガス出口４１ｊ，４１ｊ，４１ｊから
排出される。オフガス出口４１ｊ，４１ｊ，４１ｊから
排出されたオフガスは、ケース４２のオフガス出口通路
４２ｆを通流してオフガス入口４２ｂに到達する。その
後、オフガスは、オフガス入口４２ｂから排出されて図
１に示す後段の気液分離装置３に向かう。

【００７７】一方、黒矢印で示す乾燥空気は、ケース４
２の乾燥空気入口４２ｃから加湿装置４０に入り、乾燥
空気入口４２ｃの一番近傍に配置された中空糸膜束部材
４１Ｃの右半分側を通流して真ん中の中空糸膜束部材４
１Ｂに到達する。乾燥空気が中空糸膜束部材４１Ｃを通
過する際、乾燥空気は、ケース４２およびポッティング
部４１ｆ，４１ｇに囲まれた部分であって、中空糸膜に
外側を通する。このとき、本実施形態においてもオフガ
スと乾燥空気との間で水分交換が行われるが、その原理
は前記第１の実施形態と同様である。また、中空糸膜束
部材４１Ｃ内は、右半分と左半分がポッティング部４１
ｆによって気密状態とされているので、乾燥空気が中空
糸膜束部材４１Ｃにおいて右側から左側に直接移動する
ことはない。

【００７８】このとき、本実施形態においても、乾燥空
気が中空糸膜束部材４１Ｃの短手方向に通流するのに対
して、オフガスは中空糸膜束部材４１Ｃの長手方向に通
流しており、前記第１の実施形態と同様、乾燥気体とオ
フガスは直交しながら通流している。このため、乾燥気
体はオフガスとの間で充分に水分交換を行うことができ
る。したがって、水回収率の向上に寄与するものであ
る。

【００７９】続いて、本発明の第４の実施形態について
説明する。図７（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係
る加湿装置の斜視図、（ｂ）は、その縦断面図である。
図７に示すように、本実施形態に係る加湿装置５０は、
中空糸膜束部材５１と、この中空糸膜束部材５１をが収
納されたケース５２を有している。

【００８０】中空糸膜束部材５１は、図示しないポッテ
ィング部によって数千本の中空糸膜を束ね、両端をポッ
ティングして形成されている。また、ケース５２の一端
部側の上方位置には、オフガスをケース５２内に導入す
るオフガス入口５２ａが設けられており、ケース５２の
他端部側の下方位置には、オフガスをケース５２から排
出するオフガス出口５２ｂが形成されている。さらに、
ケース５２の他端部側におけるオフガス出口５２ｂが設
けられている位置の上方には、乾燥空気をケース５２内
に流入する乾燥空気入口５２ｃが設けられており、ケー
ス５２の一端部側におけるオフガス入口５２ａの下方に
は、乾燥空気が加湿されてなる加湿空気を排出する加湿
空気出口５２ｄが設けられている。中空糸膜束部材５１
は、乾燥空気入口５２ｃおよび加湿空気出口５２ｄに挟
まれる形で配設されている。したがって、中空糸膜束部
材５１は、ケース５２内において、左上（一端部側上
方）から右下（他端部側下方）に向けて、ケース５２を
斜めに横切るようにして配設されている。

【００８１】また、中空糸膜束部材５１における一端部
側のポッティング部は、ケース５２におけるオフガス入
口５２ａに密着するように形成されており、中空糸膜束
部材５１における他端部側におけるポッティング部は、
ケース５２におけるオフガス出口５２ｄに密着するよう
に形成されている。さらに、中空糸膜部材５１における
一端部側には、図示しないオフガス流入口が形成されて
おり、他端部側にはやはり図示しないオフガス流出口が
形成されている。

【００８２】他方、ケース５２内に配設されている中空
糸膜束部材５１の側方には、中空糸膜束部材５１の長手
方向に沿って隔壁部材５２ｅが配設されている。この隔
壁部材５２ｅは、ケース５２内の上下部分がそれぞれ気
密状態を維持するようにしながらケース５２内を仕切っ
ている。そして、ケース５２の上方に導入された乾燥空
気は、中空糸膜束部材５１を通流することなくケース５
２内の上方から下方へ移動することができないようにな
っている。

【００８３】本実施形態においては、白矢印で示すオフ
ガスは、ケース５２におけるオフガス入口５２ａからケ
ース５２内に導入される。ケース５２内に導入されたオ
フガスは、中空糸膜束部材５１の一端部側における図示
しないオフガス流入口を介して中空糸膜束部材５１内に
導入される。

【００８４】中空糸膜束部材５１内に導入されたオフガ
スは、中空糸膜束部材５１における中空糸膜束の内側に
分配され、中空糸膜内を通流して中空糸膜束部材５１の
他端部側における図示しないオフガス流出口に到達す
る。中空糸膜束部材５１の他端部側におけるオフガス流
出口に到達したオフガスは、ケース５２におけるオフガ
ス出口５２ｂに通流し、オフガス出口５２ｂから排出さ
れて図１に示す後段の気液分離装置３に向かう。

【００８５】一方、黒矢印で示す乾燥空気は、ケース５
２における乾燥空気流入口５２ｃからケース５２内に導
入される。乾燥空気流入口５２ｃは、ケース５２におけ
る上方に設けられているので、乾燥空気はケース５２内
の上方に導入される。ケース５２内の上方に導入された
乾燥空気は、中空糸膜束部材５１における中空糸の外側
を通流して、ケース５２内の下方位置に移動する。乾燥
空気が中空糸膜束部材５１を通過する際、中空糸膜の外
側を通流する乾燥空気は、中空糸膜の内側を通流するオ
フガスとの間で水分交換が行われて、加湿されて加湿空
気となる。乾燥空気が加湿される原理は、前記第１の実
施形態と同様である。

【００８６】このとき、中空糸膜の外側を通流する乾燥
空気が通流する方向は、中空糸膜内を通流するオフガス
が通流する方向と交差する方向とされている。本実施形
態では、中空糸膜束部材５１が水平角度となす角度を規
定しても、オフガスが通流する方向と乾燥気体が通流す
る方向のなす角度が明確に規定されるわけではない。し
かし、乾燥気体が通流する方向は、少なくともオフガス
が通流する方向と平行ではないので、オフガスが通流す
る方向と乾燥気体が通流する方向は、本発明にいう「交
差する方向」に該当するものである。

【００８７】このようにして乾燥空気がケース５２内に
おける中空糸膜束部材５１を通流することによってオフ
ガスとの間で水分交換が行われ、乾燥空気が加湿空気と
なる。この過程において、乾燥空気とオフガスとは交差
する方向に移動しながら水分交換が行われている。この
ため、中空糸膜の全体にわたってほぼ均等に乾燥気体が
接触することができる。したがって、中空糸膜全体から
効率よく水分を回収することができるので、水回収率を
向上させることができる。

【００８８】次に、本発明の第５の実施形態について説
明する。図８（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る
加湿装置の斜視図、（ｂ）は、その縦断面図である。図
８に示すように、本実施形態に係る加湿装置６０は、中
空糸膜束部材６１と、この中空糸膜束部材６１が収納さ
れたケース６２を有している。また、ケース６２の内部
であって、中空糸膜束部材６１が配置されている位置の
上方には、多数の空気孔が形成されたパンチングプレー
ト６３が配設されている。

【００８９】中空糸膜束部材６１は、図示しないポッテ
ィング部によって数千本の中空糸膜を束ね、両端をポッ
ティングして形成されている。また、ケース６２の一端
部側の高さ方向中央位置には、オフガスをケース６２内
に導入するオフガス入口６２ａが設けられており、ケー
ス６２の他端部側の高さ方向中央位置には、オフガスを
ケース６２から排出するオフガス出口６２ｂが形成され
ている。さらに、ケース６２の他端部側におけるオフガ
ス出口６２ｂが設けられている位置の上方には、乾燥空
気をケース６２内に流入する乾燥空気入口６２ｃが設け
られており、ケース６２の一端部側におけるオフガス入
口６２ａの下方には、乾燥空気が加湿されてなる加湿空
気を排出する加湿空気出口６２ｄが設けられている。中
空糸膜束部材６１は、これらの乾燥空気入口６２ｃおよ
び加湿空気出口６２ｄに挟まれる形で配設されている。
したがって、中空糸膜束部材６１は、長手方向がほぼ水
平となるようにして配設されている。

【００９０】また、中空糸膜束部材６１における一端部
側のポッティング部は、ケース６２におけるオフガス入
口６２ａに密着するように形成されており、中空糸膜束
部材６１における他端部側におけるポッティング部は、
ケース６２におけるオフガス出口６２ｂに密着するよう
に形成されている。さらに、中空糸膜部材６１における
一端部側には、図示しないオフガス流入口が形成されて
おり、他端部側にはやはり図示しないオフガス流出口が
形成されている。

【００９１】他方、ケース６２内に配設されている中空
糸膜束部材６１の側方には、中空糸膜束部材６１の長手
方向に沿って隔壁部材６２ｅが配設されている。この隔
壁部材６２ｅは、ケース６２内の上下部分がそれぞれ気
密状態を維持するようにしながらケース６２内を仕切っ
ている。そして、ケース６２の上方に導入された乾燥空
気は、中空糸膜束部材６１を通流することなくケース６
２内の上方から下方へ移動することができないようにな
っている。

【００９２】また、ケース６２内に配設されている中空
糸膜束部材６１の上方には、パンチングプレート６３が
配設されている。このパンチングプレート６３には、多
数の空気孔６３ａ，６３ａ…が形成されている。これら
の空気孔６３ａ，６３ａ…は、中空糸膜束部材６１の長
手方向に離間して形成されている。また、これらの空気
孔のうち、最端部に形成されているものは、ケース６２
における側壁近傍に形成されている。このパンチングプ
レート６３によって、ケース６２の上方に導入された乾
燥空気が下降する際に、中空糸膜束部材６１の長手方向
にほぼ均一となるように乾燥空気が分散される。

【００９３】本実施形態においては、白矢印で示すオフ
ガスは、ケース６２におけるオフガス入口６２ａからケ
ース６２内に導入される。ケース６２内に導入されたオ
フガスは、中空糸膜束部材６１の一端部側における図示
しないオフガス流入口を介して中空糸膜束部材６１内に
導入される。

【００９４】中空糸膜束部材６１内に導入されたオフガ
スは、中空糸膜束部材６１における中空糸膜束の内側に
分配され、中空糸膜の内側を通流して中空糸膜束部材６
１の他端部側における図示しないオフガス流出口に到達
する。中空糸膜束部材６１の他端部側におけるオフガス
流出口に到達したオフガスは、ケース６２におけるオフ
ガス出口６２ｂに通流し、オフガス出口６２ｂから排出
されて図１に示す後段の気液分離装置３に向かう。

【００９５】一方、黒矢印で示す乾燥空気は、ケース６
２における乾燥空気流入口６２ｃからケース６２内に導
入される。乾燥空気流入口６２ｃは、ケース６２におけ
る上方に設けられているので、乾燥空気はケース６２内
の上方に導入される。ケース６２内の上方に導入された
乾燥空気は、パンチングプレート６３に沿って水平方向
に移動するとともに、パンチングプレート６３に形成さ
れた空気孔６３ａ，６３ａ…を通って順次下降する。こ
のパンチングプレート６３によって、乾燥空気は、水平
方向に均一に拡散される。

【００９６】パンチングプレート６３における空気孔６
３ａ，６３ａ…を介して通流した乾燥空気は、そのまま
下降して中空糸膜束部材６１に導入され、中空糸膜束部
材６１中空糸の外側を通流して、ケース６２内の下方位
置に移動する。乾燥空気が中空糸膜束部材６１を通過す
る際、中空糸膜の外側を通流する乾燥空気は、中空糸膜
の内側を通流するオフガスとの間で水分交換が行われ
て、加湿されて加湿空気となる。乾燥空気が加湿される
原理は、前記第１の実施形態と同様である。

【００９７】このとき、中空糸膜の外側を通流する乾燥
空気が通流する方向は、中空糸膜内を通流するオフガス
が通流する方向と直交する方向とされている。

【００９８】このようにして乾燥空気がケース６２内に
おける中空糸膜束部材６１を通流することによってオフ
ガスとの間で水分交換が行われ、乾燥空気が加湿空気と
なる。この過程において、乾燥空気とオフガスとは交差
する方向に移動しながら水分交換が行われている。しか
も、パンチングプレート６３の作用によって、乾燥空気
が水平方向にほぼ均一に拡散する。このため、中空糸膜
の全体にわたってほぼ均等に乾燥気体が接触することが
できる。したがって、中空糸膜全体から効率よく水分を
回収することができるので、水回収率を向上させること
ができる。

【００９９】さらに、本発明の第６の実施形態について
説明する。図９（ａ）は、本発明の第６の実施形態に係
る加湿装置の斜視図、（ｂ）は、その縦断面図である。
図９に示すように、本実施形態に係る加湿装置７０は、
４本の中空糸膜束部材７１，７１…と、これらの中空糸
膜束部材７１，７１…が収納されたケース７２を有して
いる。

【０１００】４本の中空糸膜束部材７１は、同一の構造
を有しており、図示しないポッティング部によって数千
本の中空糸膜を束ね、両端をポッティングして形成され
ている。また、ケース７２の一端部側の高さ方向中央位
置には、オフガスをケース７２内に導入する４つのオフ
ガス入口７２ａ，７２ａ…が設けられている。一方、ケ
ース７２の他端部側の高さ方向中央位置には、オフガス
をケース７２から排出する４つのオフガス出口７２ｂ，
７２ｂ…が形成されている。さらに、ケース７２の他端
部側におけるオフガス出口７２ｂ，７２ｂ…が設けられ
ている位置の上方には、乾燥空気をケース７２内に流入
する乾燥空気入口７２ｃ，７２ｃ…が設けられており、
ケース７２の一端部側におけるオフガス入口７２ａ，７
２ａ…の下方には、乾燥空気が加湿されてなる加湿空気
を排出する加湿空気出口７２ｄ，７２ｄ…が設けられて
いる。中空糸膜束部材７１，７１…は、これらの乾燥空
気入口７２ｃ，７２ｃ…および加湿空気出口７２ｄ，７
２ｄ…に挟まれる形で配設されている。したがって、中
空糸膜束部材７１，７１…は、長手方向がほぼ水平とな
るようにして配設されている。

【０１０１】また、中空糸膜束部材７１，７１…におけ
る一端部側のポッティング部は、ケース７２におけるオ
フガス入口７２ａ，７２ａ…にそれぞれ密着するように
形成されている。一方、中空糸膜束部材７１，７１…に
おける他端部側におけるポッティング部は、ケース７２
におけるオフガス出口７２ｂ，７２ｂ…に密着するよう
に形成されている。さらに、中空糸膜部材７１，７１…
における一端部側には、図示しないオフガス流入口が形
成されており、他端部側にはやはり図示しないオフガス
流出口が形成されている。

【０１０２】他方、ケース７２内において中空糸膜束部
材７１，７１…は、水平方向に並列に配設されており、
これらの中空糸膜束部材７１，７１…の間および両端ｂ
に配設された中空糸膜部材７１，７１…とケース７２の
間には、隔壁部材７２ｅが配設されている。この隔壁部
材７２ｅは、ケース７２内の上下部分がそれぞれ気密状
態を維持するようにしながらケース７２内を仕切ってい
る。そして、ケース７２の上方に導入された乾燥空気
は、中空糸膜束部材７１，７１…を通流することなくケ
ース７２内の上方から下方へ移動することができないよ
うになっている。

【０１０３】本実施形態においては、白矢印で示すオフ
ガスは、ケース７２におけるオフガス入口７２ａからケ
ース７２内に導入される。ケース７２内に導入されたオ
フガスは、中空糸膜束部材７１，７１…の一端部側にお
ける図示しないオフガス流入口を介して中空糸膜束部材
７１，７１…内に導入される。

【０１０４】中空糸膜束部材７１、７１…内に導入され
たオフガスは、中空糸膜束部材７１，７１…における中
空糸膜束の内側に分配され、中空糸膜の内側を通流して
中空糸膜束部材７１，７１…の他端部側における図示し
ないオフガス流出口に到達する。中空糸膜束部材７１，
７１…の他端部側におけるオフガス流出口に到達したオ
フガスは、ケース７２におけるオフガス出口７２ｂ，７
２ｂ…に通流し、オフガス出口７２ｂ，７２…から排出
される。その後、図示しない管路によって集められ、図
１に示す後段の気液分離装置３に向かう。

【０１０５】一方、黒矢印で示す乾燥空気は、ケース７
２における乾燥空気流入口７２ｃ、７２ｃ…からケース
７２内に導入される。乾燥空気流入口７２ｃ，７２ｃ…
は、ケース７２における上方に設けられているので、乾
燥空気はケース７２内の上方に導入される。ケース７２
内の上方に導入された乾燥空気は、中空糸膜束部材７
１，７１…における中空糸の外側を通流して、ケース７
２内の下方位置に移動する。乾燥空気が中空糸膜束部材
７１，７１…を通過する際、中空糸膜の外側を通流する
乾燥空気は、中空糸膜の内側を通流するオフガスとの間
で水分交換が行われて、加湿されて加湿空気となる。乾
燥空気が加湿される原理は、前記第１の実施形態と同様
である。

【０１０６】このとき、中空糸膜の外側を通流する乾燥
空気が通流する方向は、中空糸膜内を通流するオフガス
が通流する方向と交差する方向とされている。なお、こ
の「中空糸膜内を通流するオフガスが通流する方向と交
差する方向」は、前記第４の実施形態と同様の意義を有
する。

【０１０７】このようにして乾燥空気がケース７２内に
おける中空糸膜束部材７１，７１…を通流することによ
ってオフガスとの間で水分交換が行われ、乾燥空気が加
湿空気となる。この過程において、乾燥空気とオフガス
とは交差する方向に移動しながら水分交換が行われてい
る。このため、中空糸膜の全体にわたってほぼ均等に乾
燥気体が接触することができる。したがって、中空糸膜
全体から効率よく水分を回収することができるので、水
回収率を向上させることができる。

【０１０８】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は前記の各実施形態に限定されるもの
ではない。たとえば、ハウジング内においてオフガスと
乾燥空気を向流となるように通流させているが、並流と
なるように通流させる態様とすることもできる。

【０１０９】このとき、乾燥空気とオフガスを向流とす
るメリットとしては、中空糸膜内の湿度濃度差を均一化
することができるので、水透過効率が向上することが挙
げられる。また、気体の入口と出口が対向することにな
るので、ガス配管のレイアウト性が向上する。さらに
は、中空糸膜による熱交換効率が良くなるので、ガスの
冷却性能が向上する。しかも、熱交換率が高いので、乾
燥空気の出口の温度をオフガスの出口の温度に合わせや
すいため、温度調節が容易となる。したがって、燃料電
池へ供給する空気の湿度を管理しやすくなる。

【０１１０】ここで、加湿装置が有する温度調節機能に
ついて補足する。例えば、スーパーチャージャなどの空
気圧縮機で圧縮された乾燥空気は、おおよそ３０℃（燃
料電池のアイドリング時）〜１２０℃（燃料電池の最高
出力時）の間で温度が変化する。一方、燃料電池は温度
調節下約８０℃で運転され、８０℃＋α程度のオフガス
が排出される。このオフガスと空気圧縮機で圧縮された
乾燥空気を加湿装置に通流すれば、中空糸膜において水
分移動とともに熱移動も起こり、乾燥空気はオフガスに
近い温度（つまり燃料電池の運転温度に近い安定した温
度）の加湿空気になって燃料電池に供給される。即ち、
乾燥空気は、燃料電池のアイドリング時などの低出力時
には加湿装置により加湿および加温されて燃料電池に供
給され、燃料電池の最高出力時などの高出力時には加湿
装置により加湿および冷却され、安定した温度範囲の加
湿空気として燃料電池に供給される。したがって、加湿
装置が有する温度調節機能により燃料電池を好適な温度
条件で運転することができ、燃料電池の発電効率が高く
なる。

【０１１１】また、空気圧縮機の吐出側にインタークー
ラが取り付けられる場合は、空気圧縮機で圧縮された乾
燥空気は冷却（又は加温）され、おおよそ５０℃（燃料
電池のアイドリング時）〜６０℃（燃料電池の最高出力
時）の間で温度が変化する。このインタークーラを通過
した乾燥空気をオフガス（８０℃＋α）が通流する加湿
装置に通流すれば、乾燥空気は、中空糸膜において加湿
および温度調節（加温）されオフガスに近い温度、つま
り燃料電池の運転温度に近い安定した温度範囲の加湿空
気になって燃料電池に供給される。したがって、インタ
ークーラが取り付けられた場合も、加湿装置が有する温
度調節機能により燃料電池を好適な温度条件で運転する
ことができ、燃料電池の発電効率が高くなる。

【０１１２】一方、乾燥空気とオフガスを並流とするメ
リットとしては、乾燥空気とオフガスが入口部分で湿度
濃度差が高いので、加湿効率が向上するため、中空糸膜
自体の全長を短縮できるので、装置の小型化に寄与する
ことが挙げられる。また、装置を小型化できるので、中
空糸を整列させて束ねることが容易となり、これらのこ
とにより、コストの低減に寄与する。さらには、乾燥空
気の熱交換率が低くなるので、高出力時に燃料電池に供
給するガス温度を高めに設定することができる。したが
って、燃料電池の効率を向上させることができる。

【０１１３】また、前記第３から第６の実施形態におい
ては、中空糸膜束部材をそのままケースに配設している
が、中空糸膜束部材をハウジングに収納し、ハウジング
の側面に複数の乾燥空気流入口および乾燥空気排出口を
設け、このハウジングをケースの中に配設する態様とす
ることもできる。

【０１１４】さらに、中空糸膜モジュールなどのハウジ
ング内における乾燥空気（加湿空気）が通流する部分に
水分が凝縮して水溜りを生じると、中空糸膜の外側の表
面積を有効に活用することができなくなるおそれがあ
る。したがって、ハウジング内に水溜りが生じないよう
に、中空糸膜モジュールなどの下方からも、加湿空気を
抜き出せるようにしておくのが好ましい。このようにす
ることで、凝縮した水を加湿空気とともに容易にハウジ
ング内から抜き出すことができ、水溜りの発生を防止す
る。なお、抜き出した水は、キャッチタンクなどにより
捕集し、他の系に廻すなどして再利用するのが好まし
い。

【０１１５】

【発明の効果】以上のとおり、本発明のうちの請求項１
に係る発明によれば、ハウジングの端部から中央部にわ
たって全体的に均等に湿潤気体と乾燥気体との間で水分
交換を行うことができる。したがって、中空糸膜全体か
ら効率よく水分を回収することができるので、水回収率
を向上させることができる。

【０１１６】請求項２に係る発明によれば、湿潤気体と
乾燥気体が直交する方向を向いて通流している。このよ
うに、湿潤気体と乾燥気体が直交する方向を向いて通流
しているため、中空糸膜の長手方向の端部から中央部に
わたって全体的にさらに均等に湿潤気体と乾燥気体との
間で水分交換を行うことができる。したがって、全体と
しての水回収率をさらに向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池システムの全体構成図である。

【図２】燃料電池の構成を摸式化した説明図である。

【図３】（ａ）は、本発明に係る加湿装置を示す斜視
図、（ｂ）は、その平面断面図である。

【図４】本発明に係る加湿装置における中空糸膜モジュ
ールの斜視図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る加湿装置の側断
面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は、
（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【図６】（ａ）は、第３の実施形態に係る加湿装置の斜
視図、（ｂ）は、その平断面図である。

【図７】（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る加湿
装置の斜視図、（ｂ）は、その縦断面図である。

【図８】（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る加湿
装置の斜視図、（ｂ）は、その縦断面図である。

【図９】（ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る加湿
装置の斜視図、（ｂ）は、その縦断面図である。

【図１０】従来の加湿装置の側断面図である。

【符号の説明】

１燃料電池２加湿装置２１ａハウジング２１ｂ中空糸膜束２１ｃ１，２１ｃ２乾燥空気流入口２１ｄ１，１２ｄ２乾燥空気流出口２１ｉオフガス流入口２１ｊオフガス流出口

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｋ (72)発明者鈴木幹浩埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者草野佳夫埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 3L055 AA10 BA01 DA01 DA05 4D006 GA41 HA02 HA19 JA14A JA18A JA25A JA29A JA33A KA17 KA67 KE16Q MA01 PA10 PB17 PB18 PB19 PB65 PC80 5H027 AA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の水透過性の中空糸膜の内側と外側
にそれぞれ水分含量の異なる気体を通流して前記気体間
で水分交換を行い、水分含量の少ない乾燥気体を加湿す
る加湿装置において、水分含量の多い気体が通流する方向と水分含量が少ない
気体が通流する方向とが交差する方向であるように構成
されていることを特徴とする加湿装置。
【請求項２】前記交差する方向が直交する方向である
ことを特徴とする請求項１に記載の加湿装置。