JP2002066263A

JP2002066263A - 中空糸膜モジュールおよび中空糸膜モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2002066263A
Application number: JP2000258868A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Katagiri; 敏勝片桐; Yoshio Kusano; 佳夫草野; Hiroshi Shimanuki; 寛士島貫; Mikihiro Suzuki; 幹浩鈴木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2002-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】加湿装置の中空糸膜モジュールにおけるハウ
ジング内を流れる気体の流速を早め、滞留時間を長し
て、効率的に水分交換できるようにする。また、そのよ
うな中空糸膜モジュールを容易に製造できるようにす
る。【解決手段】加湿装置における中空糸膜モジュール２
１のハウジング２１内における供給空気Ａの流路を仕切
るバッフル４１ａ〜４１ｄが形成されている。この中空
糸膜モジュール２１に収納される中空糸膜束３２におけ
るバッフル４１ａ〜４１ｄは、複数の中空糸膜を平面状
に並べ、これらの中空糸膜を結束する編み糸で構成する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空糸膜モジュー
ルおよび中空糸膜モジュールの製造方法に係り、さらに
詳しくは、たとえば電気自動車における燃料電池の加湿
装置に利用される中空糸膜モジュールおよび中空糸膜モ
ジュールの製造方法に関する。

【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
体である排出空気の水分を供給空気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】このような中空糸膜を用いた加湿装置とし
て、たとえば本出願人が先の特願２０００−１０９７１
号において開示した中空糸膜モジュールを備えるものが
ある。図１２に示すように、この加湿装置の中空糸膜モ
ジュール８０においては、ハウジング８１の長手方向に
沿って配した多数、たとえば５０００本程度の水透過性
の中空糸膜よりなる中空糸膜束８２がハウジング８１内
に収納されている。ハウジング８１の側部両端近傍に
は、中空糸膜の外側を通流させる供給空気の流入口８３
および流出口８４が形成されている。また、ハウジング
８１の両端には、中空糸膜の内側を通流させる排出空気
の流入口８５および流出口８６が形成されている。そし
て、ハウジング８１における中空糸膜の内側と外側に通
流する供給空気と排出空気との間で水分交換を行い、水
分量の少ない供給空気を加湿するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる中空
糸膜モジュール８０においては、水分を効率的に交換で
きるように、ハウジング８１内を流れる気体の流速が速
く、しかもハウジング８１内での滞留時間を長くするこ
とが望まれる。ところが、前記従来の加湿装置８０にお
けるハウジング８１内を通流する供給空気は、単にハウ
ジング８１の一方の端部から他方の端部に流れるのみで
あるため、流速を早めることはできなかった。また、気
体の流路も限られているため、流路を長くしてハウジン
グ８１内での滞留時間を長くさせることもできなかっ
た。

【０００５】そこで、本発明の課題は、ハウジング内を
流れる気体の流速を速め、しかも滞留時間を長くするこ
とにより、効率的に水分交換できるようにすることにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明に係る中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜を束ね
てなる中空糸膜束をハウジング内に収納し、前記中空糸
膜の内側と外側にそれぞれ水分含量の異なる流体を通流
して前記流体間で水分交換を行い、水分含量の少ない流
体を加湿する加湿装置における中空糸膜モジュールであ
って、前記ハウジング内における前記中空糸膜の外側を
通流する流体の流路を仕切るバッフルが、前記ハウジン
グ内における前記中空糸膜の外側に形成されていること
を特徴とするものである。

【０００７】請求項１に係る発明では、ハウジング内に
おける中空糸膜の外側にバッフルが形成されているの
で、ハウジング内であって中空糸膜の外側を流れる流体
の流速を高めることができる。また、この流体の流路を
長くなるので、ハウジング内における滞留時間が長くな
り、効率的に水分交換を行うことができる。

【０００８】請求項２に係る発明は、前記バッフルが、
前記複数の中空糸膜同士を結束する結束材によって形成
されていることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜
モジュールとされている。

【０００９】ハウジング内にバッフルを形成する際、た
とえば仕切り板に複数の中空糸膜のそれぞれを通過させ
る通過孔を形成し、これらの通過孔のそれぞれに中空糸
膜を通してバッフルとすることが考えられる。しかし、
このようなバッフルを形成するには、約５０００個もの
通過孔を仕切り板に形成し、その１つ１つに中空糸膜を
通さなければならないので、とても手間の掛かるもので
ある。

【００１０】そこで、請求項２に係る発明においては、
中空糸膜の外側同士を結束する結束材によってバッフル
を形成している。このようにバッフルを形成することに
より、大きな手間を掛けることなく簡単にバッフルを形
成することができる。

【００１１】請求項３に係る発明は、前記結束材が、隣
接する中空糸膜同士を結び付ける編み糸であることを特
徴とする請求項２に記載の中空糸膜モジュールである。
請求項３に係る発明によれば、編み糸でバッフルを形成
しているので、たとえばバッフルによって完全に流体の
流れを遮断するのではなく、わずかにその流れを残した
い場合などに、その流量を容易に調整するこができる。
また、中空糸膜モジュールを製造するにあたり、中空糸
膜を編み糸で編み込めばよいので、その製造が容易なも
のとなる。

【００１２】請求項４に係る発明は、前記結束材を前記
中空糸膜の長手方向にずらしながら配置したことを特徴
とする請求項２または請求項３に記載の中空糸膜モジュ
ールである。

【００１３】バッフルを結束材で形成するにあたり、中
空糸膜の長手方向に直交する方向に結束材を設けると、
複数の中空糸膜から中空糸膜束を形成した際に、結束材
が設けられている部分が他の部分よりも太ってしまう弊
害がある。

【００１４】そこで、請求項４に係る発明においては、
結束材を中空糸膜の長手方向にずらしながら配置してい
る。このように、結束材をずらして配置することによ
り、結束材が設けられる部分が集中することがないの
で、中空糸膜束が局所的に太くなることがなくなる。

【００１５】請求項５に係る発明は、平面状に並べた前
記複数の中空糸膜における前記バッフルを形成する位置
同士を前記結束材によって結束し、前記結束材によって
結束された中空糸膜を巻き上げて前記中空糸膜束を形成
したことを特徴とする請求項２から請求項４のうちのい
ずれか１項に記載の中空糸膜モジュールである。

【００１６】請求項５に係る発明によれば、結束材を中
空糸膜に設けるのが容易であるとともに、その後に中空
糸膜束を製造するのも容易なものとなる。

【００１７】請求項６に係る発明は、複数の中空糸膜を
束ねてなる中空糸膜束をハウジング内に収納し、前記中
空糸膜の内側と外側にそれぞれ水分含量の異なる流体を
通流して前記流体間で水分交換を行い、水分含量の少な
い流体を加湿する加湿装置における中空糸膜モジュール
の製造方法であって、平面状に前記複数の中空糸膜を配
置し、互いに隣り合う前記中空糸膜のうち、バッフルを
形成する位置に対応する中空糸膜のみを結束し、結束さ
れた前記中空糸膜を巻き上げて前記バッフルが設けられ
た中空糸膜束を形成し、前記中空糸膜束をハウジングに
収納することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方
法である。

【００１８】請求項６に係る発明によれば、請求項５に
記載の発明と同様に、結束材を中空糸膜に設けるのが容
易であるとともに、その後に中空糸膜束を製造するのも
容易なものとなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら具体的に説明する。本発明に係る中空糸
膜モジュールについて説明する前に、この中空糸膜モジ
ュールを利用した加湿装置を有する燃料電池システムの
例について説明する。

【００２０】図１は本発明に係る加湿装置を備える燃料
電池システムの全体構成図であり、図２は燃料電池の構
成を模式化した説明図である。図１に示す燃料電池シス
テムＦＣＳは、燃料電池１、空気供給装置ＡＳ、水素供
給装置ＨＳなどから構成される燃料電池１を中核とした
発電システムである。

【００２１】まず、図２に示すように、燃料電池１は、
電解質膜１ｃを挟んでカソード極側（酸素極側）とアノ
ード極側（水素極側）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、カソード電極１ｂ
およびアノード電極１ｄを形成している。電解質膜１ｃ
としては固体高分子膜、例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が使われる。この電解質
膜１ｃ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。なお、カソード電極１ｂに含まれる触媒は酸素から
酸素イオンを生成する触媒であり、アノード電極１ｄに
含まれる触媒は水素からプロトンを生成する触媒であ
る。

【００２２】また、カソード電極１ｂの外側にはカソー
ド電極１ｂに酸化剤ガスとしての供給空気Ａを通流する
カソード極側ガス通路１ａが設けられ、アノード電極１
ｄの外側にはアノード電極１ｄに燃料ガスとしての供給
水素Ｈを通流するアノード極側ガス通路１ｅが設けられ
ている。カソード極側ガス通路１ａの入口および出口は
空気供給装置ＡＳに接続され、アノード極側ガス通路１
ｅの入口および出口は水素供給装置ＨＳに接続されてい
る。なお、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が、実際の
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。また、燃料電池１は、発電の際に電気
化学反応により発熱するため、燃料電池１を冷却する図
示しない冷却装置を有する。

【００２３】この燃料電池１は、カソード極側ガス通路
１ａに供給空気Ａが通流され、アノード極側ガス通路１
ｅに供給水素Ｈが供給されると、アノード電極１ｄで水
素が触媒作用でイオン化してプロトンが生成し、生成し
たプロトンは、電解質膜１ｃ中を移動してカソード電極
１ｂに到達する。そして、カソード電極１ｂに到達した
プロトンは、触媒の存在下、供給空気Ａ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
た水および未使用の酸素を含む供給空気Ａは、排出空気
Ａｅとして燃料電池１のカソード極側の出口から排出さ
れる（排出空気Ａｅは多量の水分を含む）。また、アノ
ード電極１ｄ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を経由してカソード電極１ｂに達する。

【００２４】次に、図１に示すように、空気供給装置Ａ
Ｓは、本発明に係る加湿装置である加湿器２の他に、エ
アクリーナ３、コンプレッサ４、圧力制御弁５などを有
している。空気供給装置ＡＳにおいては、燃料電池１に
おける供給空気Ａの流路であって、燃料電池１の上流側
に加湿器２が配置されており、加湿器２の上流側にコン
プレッサ４が配置されている。さらに、コンプレッサ４
の上流側にエアクリーナ３が配置されている。また、燃
料電池１から排出された排出空気Ａｅの流路であって、
燃料電池１の下流側には加湿器２が配置され、その下流
側には圧力制御弁５が配置されている。

【００２５】加湿器２は、エアクリーナ３より供給され
た空気を加湿して燃料電池１に供給するものであるが、
その詳細に付いては後に説明する。

【００２６】エアクリーナ３は、図示しないフィルター
などから構成され、燃料電池１のカソード極側に供給さ
れる空気（供給空気Ａ）をろ過して、供給空気Ａに含ま
れるごみを取り除く。

【００２７】コンプレッサ４は、図示しないスーパーチ
ャージャ（容積型の圧縮機）およびこれを駆動するモー
タなどから構成され、燃料電池１で酸化剤ガスとして使
用される供給空気Ａを送り出し、加湿器２に供給するも
のである。このコンプレッサ４の送出力により、供給空
気Ａは加湿器２を経て燃料電池１のカソード側に送り出
され、燃料電池１を経た後は、排出空気Ａｅとなって圧
力制御弁５を経て加湿器２に送出される。

【００２８】圧力制御弁５は、図示しないバタフライ弁
およびこれを駆動するステッピングモータなどから構成
され、コンプレッサ４から吐出される供給空気Ａおよび
燃料電池１から排出される排出空気Ａｅの圧力（吐出
圧）を圧力制御弁５の開度を減少・増加することにより
制御する。

【００２９】一方、図１に示すように、水素供給装置Ｈ
Ｓは、水素ガスボンベ１１、レギュレータ１２、水素循
環ポンプ１３、三方弁１４などから構成される。

【００３０】水素ガスボンベ１１は、図示しない高圧水
素容器から構成され、燃料電池１のアノード極側に導入
される供給水素Ｈを貯蔵する。貯蔵する供給水素Ｈは純
水素であり、圧力は１５〜２０ＭＰａＧ（１５０〜２０
０kg/cm²Ｇ）である。なお、水素ガスボンベ１１は、水
素吸蔵合金を内蔵し１ＭＰａＧ（１０kg/cm²Ｇ）程度の
圧力で水素を貯蔵する水素吸蔵合金タイプである場合も
ある。

【００３１】レギュレータ１２は、図示しないダイヤフ
ラムや圧力調整バネなどから構成され、高圧で貯蔵され
た供給水素Ｈを所定の圧力まで減圧させ、一定圧力で使
用できるようにする圧力制御弁である。このレギュレー
タ１２は、ダイヤフラムに入力される基準圧を大気圧に
すると、水素ガスボンベ１１に貯蔵された供給水素Ｈの
圧力を大気圧近辺にまで減圧することができる。

【００３２】水素循環ポンプ１３は、図示しないエジェ
クタなどから構成され、燃料電池１のアノード極側に向
かう供給水素Ｈの流れを利用して、燃料電池１で燃料ガ
スとして使用された後の供給水素Ｈ、つまり燃料電池１
のアノード極側から排出され三方弁１４を通流する排出
水素Ｈｅを吸引し循環させる。なお、排出水素Ｈｅを循
環使用するのは、供給水素Ｈが、水素ガスボンベ１１に
貯蔵されている純水素だからである。

【００３３】それでは、本発明の第１の実施形態に係る
中空糸膜モジュールおよびこの中空糸膜モジュールを利
用した加湿装置について説明する。図３（ａ）は、本発
明に係る中空糸膜モジュールを収納した加湿装置の斜視
図、（ｂ）はその側断面図、図４（ａ）は本発明に係る
中空糸膜モジュールの斜視図、（ｂ）はその側断面図、
図５はハウジングに収納される中空糸膜束の斜視図、図
６（ａ）は図４（ｂ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）はＹ−
Ｙ線断面図である。なお、図３，図４等においては、本
発明の「中空糸膜の内側に通流する流体」である排出空
気Ａｅの流れを白矢印で示し、「中空糸膜の外側を通流
する流体」である供給空気Ａの流れを黒矢印で示す。

【００３４】加湿器２は、図３（ａ）に示すように、略
円柱形をした中空糸膜モジュール２１を並列に２本有す
るとともに、箱型をした一端側分配器２２および他端側
分配器２３を有し、全体として直方体形状とされてい
る。２本の中空糸膜モジュール２１，２１は、一端側分
配器２２および他端側分配器２３により水平に所定の間
隔をおいて配置されて固定されている。また、各中空糸
膜モジュール２１，２１のそれぞれには、一端側分配器
２２を介して供給空気Ａの供給および湿潤した排出空気
Ａｅの排出、他端側分配器２３を介して加湿された供給
空気Ａの排出および排出空気Ａｅの供給がなされる。

【００３５】一端側分配器２２は、他端側分配器２３と
ともに２本の中空糸膜モジュール２１，２１を所定の位
置関係で固定している。この一端側分配器２２は、排出
空気出口２２ａおよび供給空気入口２２ｂを有する。排
出空気出口２２ａは、図３（ｂ）に示すように、一端側
分配器２２の内部に配した内部流路２２ａ′によって各
中空糸膜モジュール２１，２１の排出空気流出口３８と
連通している。また、供給空気入口２２ｂは、一端側分
配器２２の内部に配した内部流路２２ｂ′によって各中
空糸膜モジュール２１，２１の一端部側に形成された供
給空気流入口３３，３３…と連通している。

【００３６】一方、他端側分配器２３には、排出空気入
口２３ａおよび供給空気出口２３ｂが形成されている。
排出空気入口２３ａは、他端側分配器２３の内部に配し
た内部流路２３ａ′によって各中空糸膜モジュール２
１，２１の排出空気流入口３７と連結されている。ま
た、供給空気出口２３ｂは、他端側分配器２３の内部に
配した内部流路２３ｂ′によって、各中空糸膜モジュー
ル２１，２１の他端部側に形成された供給空気流出口３
４，３４…と連通している。

【００３７】続いて、本発明に係る中空糸膜モジュール
の構造について説明する。中空糸膜モジュール２１は、
図４（ａ）に示すように、ハウジング３１を有してい
る。このハウジング３１には、その長手方向に沿って配
した水透過性の中空糸膜３２ａを束ねて構成された中空
糸膜束３２が収納されている。図４（ｂ）において２点
鎖線で示す中空糸膜３２ａは、その内側から外側に達す
る口径数ｎｍ（ナノメートル）の微細な毛管を多数有し
ており、毛管中では、蒸気圧が低下して容易に水分の凝
縮が起こる。凝縮した水分は、水分の多い方から少ない
方に毛管現象により吸い出されて中空糸膜３２ａを透過
する。なお、中空糸膜３２ａの直径は、数ｍｍあるいは
それ以下である。

【００３８】ハウジング３１は、両端が開放された中空
円筒形状をしており、その長手方向の一端側に供給空気
をハウジング３１内に導入する８個の供給空気流入口３
３，３３…が周方向に離間して形成されている。ハウジ
ング３１における長手方向の他端側には、供給空気の流
出口となる８個の供給空気流出口３４，３４…が周方向
に離間して形成されている。

【００３９】また、ハウジング３１内には、図４（ｂ）
に示すように、その長手方向に離間して４つのバッフル
４１ａ〜４１ｄが形成されている。これらのバッフル４
１ａ〜４１ｄは、ハウジング３１内における中空糸膜３
２ａの外側に形成されている。したがって、中空糸膜３
２ａの内側を通る気体である排出空気の通流を妨げるこ
とはなく、ハウジング３１内であって中空糸膜３２ａの
外側を通流する気体である供給空気Ａの流路を仕切るも
のである。

【００４０】ハウジング３１に収納される中空糸膜束３
２は、図５に示すように、中空糸膜３２ａ，３２ａ…を
多数、たとえばおよそ５０００本束ねて形成されてい
る。また、中空糸膜束３２の一端部側および他端部側
は、ポッティングされてポッティング部３５，３６が形
成されている（図４参照）。

【００４１】さらに、バッフル４１ａ，４１ｂ…のう
ち、供給空気の流路の最上流側に形成されているバッフ
ル４１ａは、ハウジング３１内における供給空気の流路
の上側を遮断するように形成されている。その下流側の
バッフル４１ｂは、ハウジング３１内における供給空気
の流路の下側を遮断するように形成されており、さらに
その下流側のバッフル４１ｃは供給空気流路の上側を遮
断するようになっている。したがって、供給空気は、ハ
ウジング３１内を上下に蛇行しながら下流側に流れてい
く。

【００４２】ハウジング３１内における供給空気の流路
の上側を遮断するバッフル４１ａは、図６（ａ）に示す
ように、中空糸膜３２ａ，３２ａ…のうちの隣接するも
の同士を結び付ける編み糸４２によって形成されてい
る。バッフル４１ａを形成する編み糸４２は、弾性を有
する素材からなっており、ハウジング３１内における中
空糸膜３２ａ，３２ａ…の外側を遮断するようになって
いる。このため、バッフル４１ａが形成されている部分
には供給空気Ａが完全に流れないようになっている。ま
た、ハウジング３１内における供給空気Ａの流路の下側
を遮断するバッフル４１ｂも同様に、図６（ｂ）に示す
ように、中空糸膜３２ａ，３２ａ…のうちの隣接するも
の同士を結び付ける編み糸４２によって形成されてい
る。なお、図６（ａ），（ｂ）において、バッフル４１
ａ，４１ｂはそれぞれハッチングによって示している。

【００４３】かかる中空糸膜束３２は、次のようにして
製造することができる。まず、図７に示すように、中空
糸膜３２ａ，３２ａ…を平面状に並べ、バッフル４１
ａ，４１ｂ…を形成したい位置を編み糸４２，４２…に
よって編んで結び付ける。図７においては、巻き上げた
後に中央にくる部分が上側に配置されている。バッフル
４１ａ，４１ｂ…を形成した面と同一平面内におけるバ
ッフルを形成しない部分、たとえばバッフル４１ａの下
側に対応する中空糸膜３２ａ，３２ａの部分は編み糸で
結び付けない。すなわち、たとえば図５に示す中空糸膜
束３２の中心部分に配置されて、バッフル４１ａ〜４１
ｄのすべてが形成されるエリアＰにおいては、すべての
バッフル４１ａ〜４１ｄに対応する位置が編み糸４２，
４２…で結び付けられている。また、中空糸膜３２にお
いてバッフルが形成されない部分に対応するエリアＱ
は、編み糸によって結び付けられることはない。

【００４４】こうして中空糸膜３２ａ，３２ａ…を平面
状に並べて編み糸４２を結び付けたら、中空糸膜束３２
の中央にくる側の中空糸膜３２ａから順に、図７のＲ方
向に中空糸膜３２ａ，３２ａ…を巻き始める。そのま
ま、中空糸膜束３２となったときに最も外側にくる中空
糸膜３２ａまで巻き付ける。このようにして平面状に並
べられた中空糸膜３２ａ，３２ａ…をすべて巻き付け終
わると、図５に示す、バッフル４１ａ，４１ｂ…が形成
された中空糸膜束３２となる。このように、バッフルを
形成するために特別の工程を経ることなく、バッフルが
形成された中空糸膜束を容易に製造することができる。

【００４５】複数の中空糸膜束３２ａ，３２ａ…を巻き
付け終えたら、その両端をポッティングしてポッティン
グ部３５，３６を形成し、中空糸膜束３２が完成する。
完成した中空糸膜束３２は、別途製造されるハウジング
３１内に収納され、中空糸膜モジュール２１となる。

【００４６】このようにして製造された中空糸膜モジュ
ール２１内における供給空気は、図８（ａ）に示すよう
に、ハウジング３１内であって中空糸膜３２ａ，３２ａ
…の外側を矢印で示すように上下に蛇行しながら通流す
る。このため、供給空気は、ハウジング３１内を速い流
速をもって流れることができる。また、蛇行しながら流
れることから、流路が長くなり、その分中空糸膜３２
ａ，３２ａ…との接触時間が長くなるので、水分交換を
効率よく行うことができる。

【００４７】なお、別の態様として、図８（ｂ）に示す
ように、３つのバッフル４２ａ〜４２ｃを形成した中空
糸膜モジュール２１′とし、上側の供給空気流入口３３
から流入した供給空気を、上側の供給空気排出口３４に
導くようにすることもできる。もちろん、バッフルを形
成する位置はこれらの位置に限られるものではなく、排
出空気の含水量やハウジング３１内の圧力などに応じて
適宜設定することができる。

【００４８】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は前記各実施形態に限定されるもので
はない。たとえば、図９（ａ）（ｂ）に示すように、中
空糸膜束３２に形成されるバッフル４３ａ，４３ｂの形
状をそれぞれ三日月型とすることもできる。また、図４
等に示す前記実施形態のように、バッフル４１ａ〜４１
ｄによって供給空気Ａの流れを完全に遮断するのではな
く、図１０に示すように、バッフル４４ａ〜４４ｄとし
て、供給空気の流れる量を減少させたものを用いること
ができる。このように、供給空気が流れる量を少なくす
るバッフルは、たとえば結束材として目の荒い編み糸を
用いたり、あるいは編み糸を荒く編んでバッフルとする
ことができる。

【００４９】また、図示はしないが、バッフルは中空糸
膜束の側方周縁に接触する形で形成する必要はなく、側
方周縁から離れて半径方向中央部に形成されているよう
な態様とすることもできる。この場合でも、編み糸でバ
ッフルを形成する場合には、バッフルを容易に形成する
ことができる。

【００５０】さらに、図１１に示すように、バッフルを
形成するために、中空糸膜３２ａ，３２ａを編み糸４５
ａ〜４５ｄで結び付けるにあたり、編み糸で結び付ける
位置を中空糸膜の長手方向に少しずつずらしながら配置
するようにしてもよい。このように、編み糸４５の編み
位置をずらすことにより、中空糸膜３２ａ，３２ａ…を
図１１の矢印Ｒ方向に巻き上げたときに、編み糸４５を
巻き付けた部分だけが巻き太るという事態を防止するこ
とができる。このとき、中空糸膜３２ａ，３２ａ…をち
ょうど１周巻いたときに、編み糸４５の１本分の太さだ
けずれるように編み糸を配置することにより、隙間なく
バッフルを形成することができる。

【００５１】他方、前記実施形態ではバッフルを形成す
る結束材として編み糸を用いているが、編み糸に代えて
接着剤を用いることもできる。結束材として接着剤を用
いるにあたり、中空糸膜束を形成した後に接着剤を染み
込ませてバッフルとすることも考えられるが、この方法
は容易ではない。そこで、図７に示すように、中空糸膜
３２ａ，３２ａ…を平面状に並べ、編み糸４２で中空糸
膜を編んだ部分を接着剤で接着してから、中空糸膜３２
ａ，３２ａ…を巻き上げて中空糸膜束を形成することが
できる。このように中空糸膜束を形成することにより、
容易にバッフルが形成された中空糸膜束を形成すること
ができる。

【００５２】また、加湿装置は中空糸膜モジュールを２
本備えているが、１本やそれ以外の本数でもよいことは
いうまでもない。さらに、前記各実施形態では「中空糸
膜の内側を通流する流体」を排出空気とし、「中空糸膜
の外側を通流する流体」を供給空気としているが、これ
らを逆にすることもできる。また、「流体」には、気体
や流体のほか、燃料電池から排出されるオフガスのよう
に、気液混合状態のガスも含まれる。

【００５３】さらには、前記実施形態においては、「中
空糸膜の内側に通流する流体」を排出空気Ａｅとした
が、たとえば燃料電池の冷却水などの液体とすることも
できる。このとき、中空糸膜の外側に供給空気を通流さ
せ、中空糸膜の内側に燃料電池の冷却水などの液状のも
のを通流させたことで中空糸膜にかかる水圧がほぼ同等
になることから、中空糸膜での加湿性能が向上する。

【００５４】なお、中空糸膜モジュールなどのハウジン
グ内における供給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、供給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
た水を供給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。

【００５５】

【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、ハウジング内であって中空糸膜の
外側を流れる気体の流速を高めることができる。また、
ハウジング内における気体の流路を長くすることができ
るので、気体の滞留時間が長くなり、もって効率的に水
分交換を行うことができる。

【００５６】請求項２に係る発明によれば、大きな手間
を掛けることなく簡単にバッフルを形成することができ
る。

【００５７】請求項３に係る発明によれば、バッフルの
間にわずかに気体を流したいような場合でも、その流量
を容易に調整するこができる。また、中空糸膜モジュー
ルを製造するにあたり、中空糸膜を編み糸で編み込めば
よいので、その製造が容易なものとなる。

【００５８】請求項４に係る発明によれば、結束材が設
けられる部分が集中することがないので、中空糸膜束が
局所的に太くなることがなくなる。

【００５９】請求項５に係る発明によれば、結束材を中
空糸膜に設けるのが容易であるとともに、その後に中空
糸膜束を製造するのも容易なものとなる。

【００６０】請求項６に係る発明によれば、請求項５に
係る発明と同様に、結束材を中空糸膜に設けるのが容易
であるとともに、その後に中空糸膜束を製造するのも容
易なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る中空糸膜モジュールを用いた燃料
電池システムの全体構成図である。

【図２】燃料電池の構成を模式化した説明図である。

【図３】（ａ）は、本発明に係る中空糸膜モジュールを
収納した加湿装置の斜視図、（ｂ）は、その側断面図で
ある。

【図４】（ａ）は本発明に係る中空糸膜モジュールの斜
視図、（ｂ）はその側断面図である。

【図５】ハウジングに収納される中空糸膜束の斜視図で
ある。

【図６】（ａ）は図４（ｂ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）
はＹ−Ｙ線断面図である。

【図７】複数の中空糸膜を平面状に並べて編み糸で結び
付けた状態を示す平面図である。

【図８】（ａ）は供給空気が流れる状態を示す中空糸膜
モジュールの側断面図、（Ｂ）は他の形態の供給空気が
流れる状態を示す中空糸膜モジュールの側断面図であ
る。

【図９】（ａ）は他の形態のバッフルを設けた場合中空
糸膜モジュールの正断面図、（ｂ）はその中空糸膜モジ
ュールの他の部分の正断面図である。

【図１０】他の形態の中空糸膜モジュール内を供給空気
が流れる状態を示す側断面図である。

【図１１】他の形態の複数の中空糸膜を平面状に並べて
編み糸で結び付けた状態の一部を示す平面図である。

【図１２】従来の中空糸膜モジュールの側断面図であ
る。

【符号の説明】

１燃料電池２加湿器３エアクリーナ４コンプレッサ２１中空糸膜モジュール２２一端側分配器２３他端側分配器３１ハウジング３２中空糸膜束３２ａ中空糸膜３３供給空気流入口３４供給空気流出口３５，３６ポッティング部３７排出空気流入口３８排出空気流出口４１ａ〜４１ｄバッフルＦＣＳ燃料電池システムＡＳ空気供給装置ＨＳ水素供給装置Ａ供給空気Ａｅ排出空気

フロントページの続き (72)発明者島貫寛士埼玉県和光市中央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Ｆターム(参考） 4D006 GA12 HA02 JB01 JB02 JB04 MA01 MB03 PB17 PB19 PB65 PC72 PC80 5H027 AA06 BC19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束
をハウジング内に収納し、前記中空糸膜の内側と外側に
それぞれ水分含量の異なる流体を通流して前記流体間で
水分交換を行い、水分含量の少ない流体を加湿する加湿
装置における中空糸膜モジュールであって、前記ハウジング内における前記中空糸膜の外側を通流す
る流体の流路を仕切るバッフルが、前記ハウジング内に
おける前記中空糸膜の外側に形成されていることを特徴
とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】前記バッフルは、前記複数の中空糸膜同
士を結束する結束材によって形成されていることを特徴
とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】前記結束材は、隣接する中空糸膜同士を
結び付ける編み糸であることを特徴とする請求項２に記
載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】前記結束材における結束位置を前記中空
糸膜の長手方向にずらしながら配置したことを特徴とす
る請求項２または請求項３に記載の中空糸膜モジュー
ル。
【請求項５】平面状に並べた前記複数の中空糸膜にお
ける前記バッフルを形成する位置同士を前記結束材によ
って結束し、前記結束材によって結束された中空糸膜を巻き上げて前
記中空糸膜束を形成したことを特徴とする請求項２から
請求項４のうちのいずれか１項に記載の中空糸膜モジュ
ール。
【請求項６】複数の中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束
をハウジング内に収納し、前記中空糸膜の内側と外側に
それぞれ水分含量の異なる流体を通流して前記流体間で
水分交換を行い、水分含量の少ない流体を加湿する加湿
装置における中空糸膜モジュールの製造方法であって、平面状に前記複数の中空糸膜を配置し、互いに隣り合う前記中空糸膜のうち、バッフルを形成す
る位置に対応する中空糸膜のみを結束し、結束された前記中空糸膜を巻き上げて前記バッフルが設
けられた中空糸膜束を形成し、前記中空糸膜束をハウジングに収納することを特徴とす
る中空糸膜モジュールの製造方法。