JP2003178781A - Humidifier for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用の加湿
装置に関し、さらに詳しくは、寒冷地等でも好適に使用
することができる水透過性の中空糸膜を利用した燃料電
池用の加湿装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池には固体高分子型のものがある
が、近年、電気自動車の動力源などとして注目されてい
る燃料電池においては、燃料電池から排出された湿潤ガ
スであるオフガスの水分を乾燥エア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７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。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１０５，１０５′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１
０６が形成されており、固定部１０５′の外側には、中
空糸膜束１０４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１０８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。
【０００４】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。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１
０４を構成する中空糸膜の外側を通過する。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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
中空糸膜を用いた加湿装置１００は、寒冷地等で中空糸
膜モジュール内の水透過性の中空糸膜束が凍結した場
合、中空糸膜束の解凍は外気温が上昇して自然に解凍さ
れるのを待つしかなく、加湿装置１００が使用できなく
なるという問題を生じていた。
【０００６】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであって、寒冷地等で中空糸膜内の水分が凍結
しないように、燃料電池の冷却水の保有熱を中空糸膜の
加熱に有効に利用することができる加熱手段を備えた燃
料電池用の加湿装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
になされた請求項１に記載された燃料電池用の加湿装置
は、ハウジングの長手方向に沿って配した多数の水透過
性の中空糸膜を前記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有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、水分含有量の少な
い乾燥気体を加湿する燃料電池用の加湿装置において、
前記中空糸膜を束ねた中空糸膜束に熱量を供給すること
ができる加熱手段を備え、該加熱手段の加熱源として燃
料電池本体を冷却した後の冷却水を使用することを特徴
とするものである。
【０００８】請求項１に記載された発明によると、ハウ
ジングの長手方向に沿って配した多数の水透過性の中空
糸膜を前記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有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、水分含有量の少ない乾燥気
体を加湿する燃料電池用の加湿装置において、前記中空
糸膜を束ねた中空糸膜束に熱量を供給することができる
加熱手段を備え、該加熱手段の加熱源として燃料電池本
体を冷却した後の冷却水を使用することにより、前記冷
却水の保有熱を有効に利用することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃料電池用の
加湿装置の一実施の形態を、図１から図６を参照して詳
細に説明する。尚、図１は、本発明に係る燃料電池用の
加湿装置が適用される燃料電池システムの全体構成図で
ある。図２は、本発明に係る燃料電池用の加湿装置によ
り加湿される燃料電池の構成を模式化した説明図であ
る。図３（ａ）は、本発明に係る燃料電池用の加湿装置
の構成を示す斜視図、図３（ｂ）は、中空糸膜モジュー
ルの斜視図、図３（ｃ）は、中空糸膜の拡大図である。
図４（ａ）は、本発明に係る燃料電池用の加湿装置内に
おける気体の流れを示す断面図、図４（ｂ）は、図４
（ａ）のＸ−Ｘ断面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＹ
−Ｙ断面図である。また、図５（ａ）は、本発明に係る
燃料電池用の加湿装置に備えられた中空糸膜モジュール
のハウジング内に収納された水透過性の中空糸膜束に熱
量を供給できる加熱手段の第一実施の形態を示す断面
図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のヒータの拡大斜視図で
ある。図６（ａ）は、本発明に係る燃料電池用の加湿装
置に備えられた中空糸膜モジュールのハウジング内に収
納された水透過性の中空糸膜に熱量を供給できる加熱手
段の第二実施の形態を示す断面図、図６（ｂ）は、図６
（ａ）のヒータの拡大図である。
【００１０】まず、図１を参照して、本発明の燃料電池
用の加湿装置が適用される燃料電池システムの全体構成
及び作用について説明する。燃料電池システムＦＣＳ
は、燃料電池１、燃料電池用の加湿装置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及び水・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。尚、燃
料電池１は、固体高分子型の燃料電池１である。
【００１１】燃料電池１は、酸化剤ガスとしての加湿空
気が酸素極側１ａに供給されると共に、燃料ガスとして
の水素リッチガスが水素極側１ｂに供給され、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、発電を行う。加湿空気は、乾燥気体たる外気
（空気）を圧縮及び加湿することにより発生する。ここ
で、空気（乾燥空気）の圧縮は空気圧縮機４で行い、加
湿はハウジング内の中空糸膜束に熱量を供給できる加熱
手段を備えた燃料電池用の加湿装置２で行う。ちなみ
に、燃料電池用の加湿装置２での乾燥空気の加湿は、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乾燥空気と
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。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、改質及び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。ちなみに、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（改質用の空気
が混合されたもの）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。尚、改質器７
では触媒の存在下、メタノールの水蒸気改質及び部分酸
化が行われる。また、ＣＯ除去器８では触媒の存在下、
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．１
ＣＯ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、空気圧縮機４から選択酸
化用の空気が供給される。
【００１２】尚、燃料電池１からは、未利用の水素を含
む水素極側１ｂのオフガス及び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、前記の通り燃料電池用の加
湿装置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（混合オフガ
ス）は、燃焼器５で燃焼されて燃料蒸発器６の熱源とし
て使用される。尚、燃焼器５には、補助燃料（メタノー
ル等）及び空気が供給され、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。
【００１３】次に、図２を参照して、燃料電池システム
ＦＣＳの中核をなす燃料電池の構成及び作用について説
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）。図２に示すように、燃料電池１は、電
解質膜１３を挟んで水素極側１ｂと酸素極側１ａ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、水素極１４及び酸素極１２を形成してい
る。そして、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、酸素極側ガス通
路１１には酸化剤ガスとして燃料電池用の加湿装置２で
加湿された加湿空気が通流される。電解質膜１３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
２０Ωｃｍ以下の低い比抵抗を示し、プロトン導電性電
解質として機能する。従って、触媒の存在下、水素極１
４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、加湿空気と共に湿潤
気体た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。尚、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
モータ等の外部負荷Ｍを経由して酸素極１２に達する。
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電性が低くなって発電効率が
低下するからである。従って、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。ちなみに、燃料ガス側の加湿
は、原燃料である水とメタノール混合液に燃料ガスの加
湿に必要な水分量が最初から添加されているので不要で
あるが、原燃料中に加湿に必要な水分量が添加されてい
ない場合には本発明の燃料電池用の加湿装置２が適用で
きる。
【００１４】続いて、図３及び図４を参照して本発明の
一実施の形態である燃料電池用の加湿装置２の構成及び
作用を説明する。燃料電池用の加湿装置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本有すると共に、箱型をした一端側分
配器２２及び他端側分配器２３を有し、全体として直方
体形状に構成されている。２本の中空糸膜モジュール２
１，２１は、一端側分配器２２及び他端側分配器２３に
より水平に所定の間隔を置いて配置され固定されてい
る。また、２本の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を介して乾燥空気の供給及
びオフガスの排出が、他端側分配器２３を介して加湿さ
れてなる加湿空気の排出及びオフガスの供給がなされる
ようになっている。
【００１５】中空糸膜モジュール２１は、図３（ｂ）に
示すように、ハウジング２１ａ、及びこのハウジング２
１ａに収容される中空糸膜束２１ｂを含んで構成され
る。ハウジング２１ａは、両端が開放された中空円筒形
状をしている。このハウジング２１ａには、その両端部
近傍に開口部がそれぞれ複数個（円周方向に８個程度ず
つ）設けてある。一方、ハウジング２１ａに収容される
中空糸膜束２１ｂは、図３（ｃ）に示す中空通路を有す
る中空糸膜ＨＦを数千本束ねたものであり、ハウジング
２１ａの両端面（開口部よりも端側）に中空糸膜ＨＦの
中空通路を確保しつつお互いが散らばらないように接着
剤で固定してある。この中空糸膜束２１ｂをハウジング
２１ａに接着してある部分をポッティング部２１ｇ，２
１ｈというが、このポッティング部２１ｇ，２１ｈによ
り中空糸膜ＨＦの内側である中空通路を通流するオフガ
スと中空糸膜ＨＦの外側を通流する乾燥空気（加湿空
気）が混合しないようになっている。尚、この中空糸膜
モジュール２１は、ハウジング２１ａの一端側の端面が
オフガス流出口２１ｄoutとして使用され、他端側の端
面がオフガス流入口２１ｄinとして使用される。また、
ハウジング２１ａの一端側の円周方向の開口部が乾燥空
気流入口２１ｃinとして使用され、他端側の円周方向の
開口部が加湿空気流出口２１ｃoutとして使用される。
ちなみに、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ＨＦ・ＨＦ・・の束を
挿通し、両端面近傍を接着剤で充分接着固定した後、ハ
ウジング２１ａの両端に沿って中空糸膜ＨＦ・ＨＦ・・
の束を切断除去することにより作成される。尚、中空糸
膜モジュール２１のハウジング２１ａ内に収納される中
空糸膜束に熱量を供給できる加熱手段の詳細については
後述する。
【００１６】一端側分配器２２は、前記したように他端
側分配器２３と共に、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するが、この一端側分配器
２２は、オフガス出口２２ａ及び乾燥空気入口２２ｂを
有する。オフガス出口２２ａと各中空糸膜モジュール２
１のオフガス流出口２１ｄoutは、一端側分配器２２の
内部に配した内部流路２２ａ’により連結されている
（図４(a),(b)参照）。同様に、乾燥空気入口２２ｂと
各中空糸膜モジュール２１の乾燥空気流入口２１ｃin
は、一端側分配器２２の内部に配した内部流路２２ｂ’
により連結されている（図４(a),(c)参照）。
【００１７】一方、他端側分配器２３も、オフガス入口
２３ａ及び加湿空気出口２３ｂを有する。オフガス入口
２３ａと各中空糸膜モジュール２１のオフガス流入口２
１ｄinは、他端側分配器２３の内部に配した内部流路２
３ａ’により連結されている（図４(a)参照）。同様
に、加湿空気出口２３ｂと各中空糸膜モジュール２１の
加湿空気流出口２１ｃoutは、他端側分配器２３の内部
に配した内部流路２３ｂ’により連結されている（図４
(a)参照）。
【００１８】前記中空糸膜モジュールに使用される中空
糸膜ＨＦは、図３（ｃ）に示すように内径が３００マイ
クロメートルから７００マイクロメートル程度の細い円
筒形の中空糸である。中空糸膜ＨＦが細いために中空糸
膜モジュール当りの膜充填密度が大きくかつ高圧に耐え
るという特徴がある。この中空糸膜ＨＦによる水分の分
離原理は、湿潤気体であるオフガスを中空糸膜ＨＦの内
側に通流すると中空糸膜ＨＦの毛管中で蒸気圧が低下す
るので毛管中に水蒸気の凝縮が起こり凝縮水となる。こ
の凝縮水が毛管現象により吸い出されて中空糸膜ＨＦの
外側の乾燥気体側に透過するという中空糸膜ＨＦの毛管
作用を利用したものである。
【００１９】次に、図３及び図４を参照して燃料電池用
の加湿装置２の作用を説明する。湿潤気体たるオフガス
は、他端側分配器２３のオフガス入口２３ａから加湿装
置２に入り、内部流路２３ａ’を経由して中空糸膜モジ
ュール２１のオフガス流入口２１ｄinに達する。オフガ
スは、ここから分岐して中空糸膜束２１ｂを構成する各
中空糸膜ＨＦ・ＨＦ・・の内側を通流する。この際オフ
ガスは、含有する水分を中空糸膜ＨＦの外側を通流する
乾燥空気に与える。中空糸膜ＨＦの内側を通流したオフ
ガスは、オフガス流出口２１ｄoutから中空糸膜ＨＦを
抜け出る。各中空糸膜ＨＦ・ＨＦ・・を抜け出たオフガ
スは、図４（ｂ）に示すように、合流して内部流路２２
ａ’を通ってオフガス出口２２ａに達し、後段の気液分
離装置３に向かう。尚、前記の通り他端側分配器２３の
内部流路２３ａ’は、２本ある中空糸膜モジュール２
１，２１のそれぞれに連結されているので、オフガス
は、各中空糸膜モジュール２１に分配される。この点、
一端側分配器２２の内部流路２２ａ’と同じであるの
で、説明を省略する。
【００２０】一方、乾燥気体たる乾燥空気は、一端側分
配器２２の乾燥空気入口２２ｂから燃料電池用の加湿装
置２に入り、内部流路２２ｂ’を経由して中空糸膜モジ
ュール２１の乾燥空気流入口２１ｃinに達する。乾燥空
気は、ここからハウジング２１ａの内側全体に行き渡っ
て中空糸膜ＨＦの外側を通流する。この際乾燥空気は、
オフガスから水分の供給を受けて加湿され加湿空気にな
る。加湿空気は、加湿空気流出口２１ｃoutからハウジ
ング２１ａを抜け出し、内部流路２３ｂ’を通って加湿
空気出口２３ｂに達し、後段の燃料電池１に向かう。
尚、前記の通り一端側分配器２２の内部流路２２ｂ’
は、図４（ｃ）に示すように、２本ある中空糸膜モジュ
ール２１のそれぞれに連結されているので、乾燥空気
は、各中空糸膜モジュール２１に分配される。この点、
他端側分配器２３の内部流路２３ｂ’も同じであるの
で、説明を省略する。
【００２１】このように中空糸膜モジュール２１をパッ
ケージングすることにより、取り扱いの容易さを確保し
つつ省スペース化を図ることができる。
【００２２】次に、車両に搭載された本発明の燃料電池
用の加湿装置に使用される水透過性の中空糸膜束に熱量
を供給することができる加熱手段の実施の形態について
図面を参照して説明する。燃料電池用の加湿装置２の中
空糸膜モジュール２１のハウジング２１ａ内に収納され
た多数の水透過性の中空糸膜からなる中空糸膜束に熱量
を供給することができる加熱手段の第一実施の形態は、
図５（ａ）に示すように、中空糸膜モジュール２１のハ
ウジング３１内に収納された中空糸膜束３６の中に埋め
込んだフィン３７ｂ付きのヒータ３７と温度を測定する
ための３本の熱電対ＴＣとから構成され、熱電対ＴＣの
温度を見ながら中空糸膜束３６全体に熱量を供給できる
ようにしたものである。
【００２３】ヒータ本体３７ａの形状は、図５（ｂ）に
示すように棒状をしており、ヒータ本体３７ａから外側
に向かって放射状に４枚のフィン３７ｂが突出して固設
されている。フィン３７ｂの形状は台形であり、外側に
台形の上底がくるように固設されている。フィン３７ｂ
を設けることによりヒータ本体３７ａから中空糸膜束３
６全体に効率よく熱量を供給できる。また、ヒータ本体
３７ａの端部には２本の温水供給・排出配管３７ｃ，３
７ｄが設けられている。温水供給・排出配管３７ｃ，３
７ｄを設けることにより、ヒータ３７加熱源として温水
を使用することもできる。
【００２４】この場合、前記ヒータ本体３７ａはフィン
付きの熱交換器であり、温水供給・排出配管３７ｃ，３
７ｄにより温水が供給される。本実施形態では、温水と
して燃料電池本体を冷却した後の冷却水（温度８０℃）
が使用される。このように燃料電池用の加湿装置におい
て、中空糸膜を束ねた中空糸膜束３６に熱量を供給する
ことができるヒータ３７を備え、該ヒータ３７の加熱源
として燃料電池本体を冷却した後の冷却水を使用するこ
とにより、冷却水の保有熱を有効に利用することができ
る。
【００２５】熱電対ＴＣは、ハウジング３１内の長手方
向上部に適宜間隔で３本設けられている。各熱電対ＴＣ
は、中空糸膜モジュール２１の中心部の温度を測定する
ため、温度測定センサ部が中空糸膜モジュール２１の中
心部の所定の位置となるように設けられている。温度測
定精度を上げるために熱電対ＴＣは４本以上設けてもよ
い。このように３本の熱電対ＴＣを設けることにより、
測定温度の値から中空糸膜モジュール２１の中心部で中
空糸膜束３６が凍結していないことを判断できる。
【００２６】以上のように構成することにより、熱電対
ＴＣの測定温度をみながらヒータ３７により熱量を供給
できるようになるので、燃料電池用の加湿装置２の中空
糸膜束３６を凍結しないようにすることができる。ま
た、何らかの理由で乾燥空気中の加湿水量が低下した場
合でも、水透過性の中空糸膜に熱量を供給することによ
り加湿水量を増やすことができるので、燃料電池に安定
した加湿水量を供給できる。
【００２７】次に燃料電池用の加湿装置２の中空糸膜モ
ジュール２１のハウジング２１ａ内に収納された水透過
性の中空糸膜束に熱量を供給することができる加熱手段
の第二実施の形態について説明する。第二実施の形態の
発熱手段は、図６（ａ）に示すように、中空糸膜モジュ
ール２１のハウジング４１内に収納された中空糸膜束の
温度を測定するための３本の熱電対ＴＣとハウジング４
１の外側を囲繞するヒータ４７とから構成され、熱電対
ＴＣの温度を見ながらヒータ４７によりハウジング４１
の外側から中空糸膜束４６全体に熱量を供給できるよう
にしたものである。
【００２８】ヒータ本体４７ａはフレキシブルヒータで
あり、ハウジング４１の外側全体を螺旋状に囲繞するよ
うに巻き廻されて設けられている。ヒータ本体４７ａの
形状は螺旋状であり、両側端子には温水を供給するため
の温水供給・排出配管４７ｃ，４７ｄが設けられてい
る。図６（ｂ）はヒータを示しているが加熱源としては
温水を使用している。
【００２９】この場合、前記ヒータ本体４７ａは蛇管コ
イルタイプの熱交換器であり、温水供給・排出配管４７
ｃ，４７ｄにより温水がヒータ４７に供給される。本実
施形態では、温水として燃料電池本体を冷却した後の冷
却水(温度８０℃)を使用している。このように燃料電池
用の加湿装置２において、中空糸膜を束ねた中空糸膜束
４６に熱量を供給することができるヒータ４７を備え、
該ヒータ４７の加熱源として燃料電池本体を冷却した後
の冷却水を使用することにより、冷却水の保有熱を有効
に利用することができる。
【００３０】ハウジング４１の長手方向上部には、図６
（ａ）に示すように、３本の熱電対ＴＣが適宜間隔で設
けられている。各熱電対ＴＣは、中空糸膜モジュール２
１の中心部の温度を測定するため、温度測定センサ部が
中空糸膜モジュール２１の中心部の所定の位置となるよ
うに設けられる。熱電対ＴＣは４本以上設けてもよい。
このように熱電対ＴＣを設けることにより、測定温度の
値から中空糸膜モジュール２１の中心部が凍結していな
いことを判断できる。
【００３１】以上のように構成することにより、熱電対
ＴＣの測定温度を見ながらヒータ４７により熱量を供給
できるようになるので、燃料電池用の加湿装置２の中空
糸膜束３６を凍結しないようにすることができる。ま
た、何らかの理由で乾燥空気中の加湿水量が低下した場
合でも、水透過性の中空糸膜に熱量を供給することによ
り加湿水量を増やすことができるので、燃料電池に安定
した加湿水量を供給できる。
【００３２】以上、本発明は、上記説明した実施の形態
に限定されることなく幅広く変更実施することができ
る。例えば、中空糸膜の外側に湿潤気体であるオフガス
を通流し、その内側に乾燥気体である乾燥空気（加湿空
気）を通流してもよい。さらに実施の形態ではオフガス
と乾燥空気は向流に流してあるが並流に流しても良い。
【００３３】
【発明の効果】以上の構成と作用から明らかなように、
１．請求項１に記載の発明によれば、ハウジングの長手
方向に沿って配した多数の水透過性の中空糸膜を前記ハ
ウジング内に収納し、前記中空糸膜の内側と外側にそれ
ぞれ水分含有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、水分含有量の少ない乾燥気体を加湿する
燃料電池用の加湿装置において、前記中空糸膜を束ねた
中空糸膜束に熱量を供給することができる加熱手段を備
え、該加熱手段の加熱源として燃料電池本体を冷却した
後の冷却水を使用することにより、前記冷却水の保有熱
を有効に利用して中空糸膜内の水分の凍結を防止するこ
とができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a humidifying device for a fuel cell, and more particularly, to a water-permeable hollow fiber which can be suitably used even in a cold region. The present invention relates to a humidifier for a fuel cell using a membrane. 2. Description of the Related Art There is a solid polymer type fuel cell. In recent years, a fuel cell, which has attracted attention as a power source of an electric vehicle, is a wet gas discharged from the fuel cell. A humidifier that exchanges the moisture of the off-gas into dry air is used. As a humidifier used for such a fuel cell, a humidifier that consumes less power is suitable. In addition, a small mounting space, that is, compactness is required. Therefore, although there are various types of humidifiers such as ultrasonic humidification, steam humidification, vaporization humidification, and nozzle injection, those using a hollow fiber membrane are suitably used as humidification devices used for fuel cells. . [0003] As a humidifier using a conventional hollow fiber membrane,
For example, there is one disclosed in JP-A-7-71795. The humidifier will be described with reference to FIG. 7. The humidifier 100 has a housing 101. The housing 101 has a first inlet 102 for introducing dry air and a first outlet 1 for discharging dry air.
A hollow fiber membrane bundle 104 composed of a large number, for example, 5,000 hollow fiber membranes, is housed inside the housing 101. At both ends of the housing 101, fixing portions 105 and 105 'for fixing both ends of the hollow fiber membrane bundle 104 in an open state are provided. Outside the fixing portion 105, a second inlet 1 for introducing wet air is provided.
06 is formed, and a second outlet 107 for discharging the moist air from which water is separated and removed by the hollow fiber membrane bundle 104 is formed outside the fixing portion 105 ′. Further, the fixing portions 105 and 105 'are covered by a second head cover 108 and a second head cover 109, respectively. The second inlet 106 is formed in the first head cover 108 and the second outlet 107
Are formed on the second head cover 109. In the humidifier 100 using the hollow fiber membrane configured as described above, when the humid air is supplied from the second inlet 106 to pass through the hollow fiber membranes constituting the hollow fiber membrane bundle 104. The moisture in the humid air is separated by the capillary action of the hollow fiber membrane and penetrates through the capillary of the hollow fiber membrane,
Move to the outside of the hollow fiber membrane. The wet air from which the water has been separated is discharged from the second outlet 107. On the other hand, dry air is supplied from the first inlet 102. The dry air supplied from the first inlet 102 is the hollow fiber membrane bundle 1
It passes outside the hollow fiber membrane that constitutes 04. Moisture separated from the humid air moves to the outside of the hollow fiber membrane, and the humidifies the dry air. Then, the humidified air is discharged from the first outlet 103. [0005] However, the conventional humidifying device 100 using a hollow fiber membrane has a problem in that when a water-permeable hollow fiber membrane bundle in a hollow fiber membrane module freezes in a cold region or the like, The thawing of the hollow fiber membrane bundle has to wait until the outside air temperature rises and the humidifier 100 is naturally thawed, causing a problem that the humidifier 100 cannot be used. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the heat of the cooling water of the fuel cell is retained by the hollow fiber membrane so that the moisture in the hollow fiber membrane does not freeze in a cold region or the like. It is an object of the present invention to provide a humidifier for a fuel cell including a heating unit that can be effectively used for heating. A humidifying device for a fuel cell according to claim 1 has been made to solve the above-mentioned problems, and comprises a plurality of water-permeable members arranged along a longitudinal direction of a housing. The hollow fiber membrane is housed in the housing, and a gas having a different moisture content flows through the inside and the outside of the hollow fiber membrane to exchange moisture between the gases, thereby humidifying a dry gas having a small moisture content. Humidifier for a fuel cell,
A heating means capable of supplying heat to the hollow fiber membrane bundle obtained by bundling the hollow fiber membranes, wherein cooling water after cooling the fuel cell body is used as a heating source of the heating means. It is. According to the first aspect of the present invention, a plurality of water-permeable hollow fiber membranes arranged along the longitudinal direction of the housing are housed in the housing, and are respectively provided inside and outside the hollow fiber membrane. In a humidifier for a fuel cell, which humidifies a dry gas having a low moisture content by performing a moisture exchange between the gases by flowing gases having different moisture contents, a calorific value is applied to a hollow fiber membrane bundle in which the hollow fiber membranes are bundled. By providing a heating means capable of supplying the cooling water, and using the cooling water after cooling the fuel cell main body as a heating source of the heating means, the heat possessed by the cooling water can be effectively used. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a humidifying device for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system to which a humidifier for a fuel cell according to the present invention is applied. FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating a configuration of a fuel cell humidified by the humidifying device for a fuel cell according to the present invention. FIG. 3A is a perspective view showing a configuration of a humidifier for a fuel cell according to the present invention, FIG. 3B is a perspective view of a hollow fiber membrane module, and FIG. It is an enlarged view.
FIG. 4A is a cross-sectional view showing a gas flow in the humidifier for a fuel cell according to the present invention, and FIG.
FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line XX, and FIG.
It is -Y sectional drawing. FIG. 5A shows a heating means for supplying heat to a water-permeable hollow fiber membrane bundle housed in a housing of a hollow fiber membrane module provided in a humidifier for a fuel cell according to the present invention. FIG. 5B is a sectional view showing the first embodiment, and FIG. 5B is an enlarged perspective view of the heater shown in FIG. FIG. 6A shows a second embodiment of the heating means capable of supplying heat to the water-permeable hollow fiber membrane housed in the housing of the hollow fiber membrane module provided in the humidifier for a fuel cell according to the present invention. FIG. 6B is a sectional view showing the configuration of FIG.
It is an enlarged view of the heater of (a). First, the overall structure and operation of a fuel cell system to which a humidifier for a fuel cell according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. Fuel cell system FCS
Is a fuel cell 1, a humidifier 2 for a fuel cell, a gas-liquid separator 3, an air compressor 4, a combustor 5, a fuel evaporator 6, a reformer 7, a CO remover 8, and a water / methanol mixed liquid storage. A tank (hereinafter, referred to as “tank”) T and the like. The fuel cell 1 is a polymer electrolyte fuel cell 1. In the fuel cell 1, humidified air as an oxidizing gas is supplied to an oxygen electrode side 1a, and a hydrogen-rich gas as a fuel gas is supplied to a hydrogen electrode side 1b to cause a chemical reaction between hydrogen and oxygen. Electric energy is extracted from chemical energy to generate electricity. The humidified air is generated by compressing and humidifying the outside air (air) as a dry gas. Here, the compression of the air (dry air) is performed by the air compressor 4, and the humidification is performed by the humidifier 2 for the fuel cell provided with a heating means capable of supplying heat to the hollow fiber membrane bundle in the housing. Incidentally, the humidification of the dry air in the humidifier 2 for the fuel cell is performed between the off-gas discharged from the oxygen electrode side 1a of the fuel cell 1 and containing a large amount of moisture and the dry air containing a relatively small amount of moisture. This is done by exchanging water, which will be described in detail later. On the other hand, fuel gas is generated by evaporating, reforming, and removing CO from a mixture of water and methanol, which are raw fuels. Here, the evaporation of the raw fuel is performed by the fuel evaporator 6, the reforming is performed by the reformer 7, and the CO removal is performed by the CO remover 8. Incidentally, the raw fuel stored in the tank T is supplied to the fuel evaporator 6 through the pump P,
Is supplied with a raw fuel gas (a mixture of reforming air) evaporated by a fuel evaporator 6, and a fuel gas reformed by a reformer 7 is supplied to a CO remover 8. In addition, the reformer 7
In, steam reforming and partial oxidation of methanol are performed in the presence of a catalyst. In the CO remover 8, in the presence of a catalyst,
CO selective oxidation is performed is converted to CO 2. The CO remover 8 reduces the CO concentration as much as possible. 1
CO remover and No. It consists of two 2CO removers. Air for selective oxidation is supplied to the CO remover 8 from the air compressor 4. The fuel cell 1 simultaneously generates off-gas on the hydrogen electrode side 1b containing unused hydrogen and off-gas on the oxygen electrode side 1a containing a large amount of water as a reaction product.
The off-gas on the oxygen electrode side 1a is used for humidifying the air in the humidifier 2 for the fuel cell as described above,
, And water is removed by the gas-liquid separator 3. The off-gas from which water has been removed (mixed off-gas) is burned in the combustor 5 and used as a heat source of the fuel evaporator 6. The combustor 5 is supplied with auxiliary fuel (methanol or the like) and air to compensate for the lack of heat in the fuel evaporator 6 or to warm up the fuel cell system FCS when starting up. Next, with reference to FIG. 2, the configuration and operation of the fuel cell which is the core of the fuel cell system FCS will be described. The configuration of the fuel cell 1 in FIG. 2 is schematically represented as one single cell (actually, the fuel cell 1 is configured as a stacked body in which about 200 single cells are stacked). As shown in FIG. 2, the fuel cell 1 is divided into a hydrogen electrode side 1b and an oxygen electrode side 1a with an electrolyte membrane 13 interposed therebetween, and each side is provided with an electrode containing a platinum-based catalyst, A hydrogen electrode 14 and an oxygen electrode 12 are formed. The hydrogen-rich fuel gas generated from the raw fuel flows through the hydrogen-electrode-side gas passage 15, and the humidified air humidified by the humidifier 2 for the fuel cell as an oxidant gas flows through the oxygen-electrode-side gas passage 11 Is passed through. As the electrolyte membrane 13, a solid polymer membrane, for example, a membrane using a perfluorocarbon sulfonic acid membrane as a proton exchange membrane as an electrolyte is known. The electrolyte membrane 13 has a large number of proton exchange groups in the solid polymer, exhibits a low specific resistance of 20 Ωcm or less at room temperature by containing saturated water, and functions as a proton conductive electrolyte. Therefore, in the presence of the catalyst, the hydrogen electrode 1
Protons generated by ionization of hydrogen in 4 easily move in the electrolyte membrane 13 and reach the oxygen electrode 12. Then, the protons that have reached the oxygen electrode 12 are
Immediately reacts with oxygen ions generated from oxygen in the humidified air to produce water. The generated water is discharged from the outlet on the oxygen electrode side 1a of the fuel cell 1 together with the humidified air as an off-gas as a humid gas. At the hydrogen electrode 14, electrons e − are generated when hydrogen is ionized, and the generated electrons e − reach the oxygen electrode 12 via an external load M such as a motor.
The humidified air thus humidified is supplied to the fuel cell 1 as an oxidant gas because, when the electrolyte membrane 13 is dried, the proton conductivity of the electrolyte membrane 13 is reduced and the power generation efficiency is reduced. Therefore, in the fuel cell system FCS using the polymer electrolyte fuel cell 1, humidification is important. By the way, the humidification on the fuel gas side is unnecessary because the amount of water necessary for humidification of the fuel gas is added to the mixture of water and methanol as raw fuel from the beginning. If the amount is not added, the humidifier 2 for a fuel cell of the present invention can be applied. Next, the structure and operation of the humidifier 2 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The humidifying device 2 for a fuel cell is shown in FIG.
As shown in FIG. 1A, the two hollow fiber membrane modules 21 each having a substantially cylindrical shape are arranged in parallel, and the box-shaped one-side distributor 22 and the other-side distributor 23 are provided. Is configured. Two hollow fiber membrane modules 2
Reference numerals 1 and 21 are horizontally arranged at a predetermined interval and fixed by the one end distributor 22 and the other end distributor 23. In addition, the supply of dry air and the discharge of off-gas through one end side distributor 22 and the humidified air formed by humidification through the other end side distributor 23 are provided to each of the two hollow fiber membrane modules 21 and 21. Is discharged and off-gas is supplied. As shown in FIG. 3B, the hollow fiber membrane module 21 includes a housing 21a and a housing 2a.
1a includes the hollow fiber membrane bundle 21b. The housing 21a has a hollow cylindrical shape with both ends open. The housing 21a is provided with a plurality of openings (approximately eight in the circumferential direction) near both ends thereof. On the other hand, the hollow fiber membrane bundle 21b housed in the housing 21a is formed by bundling thousands of hollow fiber membranes HF having hollow passages as shown in FIG. At the end), the hollow fiber membrane HF is secured with an adhesive so that the hollow fiber membrane HF is not scattered while securing a hollow passage. The part where the hollow fiber membrane bundle 21b is adhered to the housing 21a is connected to the potting parts 21g and 2g.
The potting portions 21g and 21h prevent the off gas flowing through the hollow passage inside the hollow fiber membrane HF and the dry air (humidified air) flowing outside the hollow fiber membrane HF from being mixed. I have. In the hollow fiber membrane module 21, one end of the housing 21a is used as an off-gas outlet 21dout, and the other end is used as an off-gas inlet 21din. Also,
A circumferential opening at one end of the housing 21a is used as a dry air inlet 21cin, and a circumferential opening at the other end is used as a humidified air outlet 21cout.
Incidentally, in such a hollow fiber membrane module 21, after a predetermined number of hollow fiber membranes HF, HF,... Are inserted into the housing 21 a and both end surfaces are sufficiently adhered and fixed with an adhesive, both ends of the housing 21 a Along the hollow fiber membrane HF, HF
Is created by cutting and removing the bundle. The details of the heating means that can supply heat to the hollow fiber membrane bundle housed in the housing 21a of the hollow fiber membrane module 21 will be described later. As described above, the one end distributor 22 includes two hollow fiber membrane modules 21 together with the other end distributor 23.
The one end distributor 22 has an off-gas outlet 22a and a dry air inlet 22b. Off gas outlet 22a and each hollow fiber membrane module 2
The one off-gas outlet 21dout is connected by an internal flow passage 22a 'disposed inside the one end distributor 22 (see FIGS. 4A and 4B). Similarly, the dry air inlet 22 b and the dry air inlet 21 cin of each hollow fiber membrane module 21 are provided.
Is an internal flow path 22 b ′ disposed inside the one end side distributor 22.
(See FIGS. 4A and 4C). On the other hand, the other end distributor 23 also has an off gas inlet 23a and a humidified air outlet 23b. Off gas inlet 23a and off gas inlet 2 of each hollow fiber membrane module 21
1din is an internal flow path 2 disposed inside the other end distributor 23.
3a '(see FIG. 4 (a)). Similarly, the humidified air outlet 23b and the humidified air outlet 21cout of each hollow fiber membrane module 21 are connected by an internal flow passage 23b 'disposed inside the other end distributor 23 (FIG. 4).
(a)). The hollow fiber membrane HF used in the hollow fiber membrane module is a thin cylindrical hollow fiber having an inner diameter of about 300 to 700 micrometers as shown in FIG. Since the hollow fiber membrane HF is thin, the membrane packing density per hollow fiber membrane module is large, and the hollow fiber membrane can withstand high pressure. The principle of the separation of water by the hollow fiber membrane HF is that, when an off-gas, which is a wetting gas, flows through the inside of the hollow fiber membrane HF, the vapor pressure drops in the capillary of the hollow fiber membrane HF, so that water vapor condenses in the capillary. It becomes condensed water. This utilizes the capillary action of the hollow fiber membrane HF in which the condensed water is sucked out by capillary action and permeates to the dry gas side outside the hollow fiber membrane HF. Next, the operation of the humidifier 2 for a fuel cell will be described with reference to FIGS. The off-gas, which is a wet gas, enters the humidifier 2 from the off-gas inlet 23a of the other end distributor 23, and reaches the off-gas inlet 21din of the hollow fiber membrane module 21 via the internal flow path 23a '. The off-gas branches from here and flows inside the hollow fiber membranes HF, HF,... Constituting the hollow fiber membrane bundle 21b. At this time, the off-gas gives contained moisture to dry air flowing outside the hollow fiber membrane HF. The off-gas flowing inside the hollow fiber membrane HF exits the hollow fiber membrane HF from the off-gas outlet 21dout. As shown in FIG. 4B, the off-gases that have escaped from the hollow fiber membranes HF, HF,...
The gas reaches the off-gas outlet 22a through a ′ and goes to the gas-liquid separation device 3 at the subsequent stage. As described above, the internal flow path 23a 'of the other end-side distributor 23 has two hollow fiber membrane modules 2
The off-gas is distributed to each hollow fiber membrane module 21 because it is connected to each of the hollow fibers 1 and 21. In this regard,
Since it is the same as the internal flow path 22a 'of the one end side distributor 22, the description is omitted. On the other hand, the dry air, which is a dry gas, enters the humidifier 2 for the fuel cell from the dry air inlet 22b of the one end distributor 22 and passes through the internal flow path 22b 'to the dry air of the hollow fiber membrane module 21. It reaches the inlet 21cin. From here, the dry air flows all over the inside of the housing 21a and flows outside the hollow fiber membrane HF. At this time, the dry air
The humidified air is supplied with water from the off-gas and humidified. The humidified air exits the housing 21a from the humidified air outlet 21cout, reaches the humidified air outlet 23b through the internal flow path 23b ', and travels to the fuel cell 1 at the subsequent stage.
As described above, the internal flow path 22b 'of the one end side distributor 22 is provided.
Is connected to each of the two hollow fiber membrane modules 21 as shown in FIG. 4C, so that the dry air is distributed to each hollow fiber membrane module 21. In this regard,
The same applies to the internal flow path 23b 'of the other end distributor 23, and therefore the description is omitted. By packaging the hollow fiber membrane module 21 in this manner, it is possible to save space while ensuring easy handling. Next, an embodiment of a heating means capable of supplying heat to a water-permeable hollow fiber membrane bundle used in a humidifying device for a fuel cell of the present invention mounted on a vehicle will be described with reference to the drawings. Will be explained. First embodiment of a heating means capable of supplying heat to a hollow fiber membrane bundle composed of a large number of water-permeable hollow fiber membranes housed in a housing 21a of a hollow fiber membrane module 21 of a humidifier 2 for a fuel cell. The form is
As shown in FIG. 5A, a heater 37 with fins 37b embedded in a hollow fiber membrane bundle 36 housed in a housing 31 of the hollow fiber membrane module 21 and three thermoelectrics for measuring the temperature are provided. This is configured to be able to supply heat to the entire hollow fiber membrane bundle 36 while monitoring the temperature of the thermocouple TC. As shown in FIG. 5B, the shape of the heater main body 37a is rod-shaped, and four fins 37b are fixed radially outward from the heater main body 37a. The shape of the fins 37b is trapezoidal, and is fixed so that the trapezoidal upper bottom comes to the outside. Fin 37b
Is provided, the hollow fiber membrane bundle 3 is removed from the heater main body 37a.
6 can be efficiently supplied with heat. Further, two hot water supply / discharge pipes 37c, 3c are provided at the end of the heater body 37a.
7d is provided. Hot water supply / discharge piping 37c, 3
By providing 7d, warm water can be used as a heating source of the heater 37. In this case, the heater main body 37a is a heat exchanger having fins, and hot water supply / discharge pipes 37c, 3c are provided.
Hot water is supplied by 7d. In the present embodiment, cooling water (temperature: 80 ° C.) after cooling the fuel cell body as warm water
Is used. As described above, the humidifying device for a fuel cell includes the heater 37 that can supply the calorific value to the hollow fiber membrane bundle 36 in which the hollow fiber membranes are bundled. By using the cooling water, the heat possessed by the cooling water can be effectively used. The three thermocouples TC are provided at appropriate intervals in the upper part in the longitudinal direction in the housing 31. Each thermocouple TC
In order to measure the temperature at the center of the hollow fiber membrane module 21, the temperature measurement sensor is provided at a predetermined position in the center of the hollow fiber membrane module 21. Four or more thermocouples TC may be provided to increase the temperature measurement accuracy. By providing three thermocouples TC in this way,
From the value of the measured temperature, it can be determined that the hollow fiber membrane bundle 36 is not frozen at the center of the hollow fiber membrane module 21. With the above construction, the amount of heat can be supplied by the heater 37 while observing the measured temperature of the thermocouple TC, so that the hollow fiber membrane bundle 36 of the humidifier 2 for a fuel cell is not frozen. Can be Further, even if the amount of humidified water in the dry air decreases for some reason, the amount of humidified water can be increased by supplying heat to the water-permeable hollow fiber membrane, so that a stable amount of humidified water can be supplied to the fuel cell. . Next, a second embodiment of the heating means capable of supplying heat to the water-permeable hollow fiber membrane bundle housed in the housing 21a of the hollow fiber membrane module 21 of the humidifier 2 for a fuel cell. Will be described. As shown in FIG. 6A, the heat generating means of the second embodiment includes three thermocouples TC for measuring the temperature of the hollow fiber membrane bundle housed in the housing 41 of the hollow fiber membrane module 21. And housing 4
1 and a heater 47 surrounding the outside of the housing 41 while monitoring the temperature of the thermocouple TC.
Can supply heat to the entire hollow fiber membrane bundle 46 from outside. The heater main body 47a is a flexible heater, and is provided to be wound so as to spirally surround the entire outside of the housing 41. The shape of the heater main body 47a is helical, and hot water supply / discharge pipes 47c and 47d for supplying hot water are provided at both terminals. FIG. 6B shows a heater, but uses hot water as a heating source. In this case, the heater main body 47a is a coiled-type heat exchanger, and a hot water supply / discharge pipe 47 is provided.
Hot water is supplied to the heater 47 by c and 47d. In the present embodiment, cooling water (temperature of 80 ° C.) after cooling the fuel cell body is used as hot water. As described above, the humidifier 2 for a fuel cell includes the heater 47 that can supply heat to the hollow fiber membrane bundle 46 in which the hollow fiber membranes are bundled,
By using the cooling water after cooling the fuel cell body as a heating source of the heater 47, the heat retained by the cooling water can be effectively used. At the top of the housing 41 in the longitudinal direction, FIG.
As shown in (a), three thermocouples TC are provided at appropriate intervals. Each thermocouple TC is a hollow fiber membrane module 2
In order to measure the temperature at the center of the hollow fiber membrane module 1, the temperature measurement sensor is provided at a predetermined position at the center of the hollow fiber membrane module 21. Four or more thermocouples TC may be provided.
By providing the thermocouple TC in this manner, it can be determined from the value of the measured temperature that the center of the hollow fiber membrane module 21 is not frozen. With the above configuration, the amount of heat can be supplied by the heater 47 while observing the measured temperature of the thermocouple TC, so that the hollow fiber membrane bundle 36 of the humidifier 2 for a fuel cell is not frozen. Can be Further, even if the amount of humidified water in the dry air decreases for some reason, the amount of humidified water can be increased by supplying heat to the water-permeable hollow fiber membrane, so that a stable amount of humidified water can be supplied to the fuel cell. . As described above, the present invention can be widely modified without being limited to the above-described embodiment. For example, an off-gas, which is a wet gas, may flow outside the hollow fiber membrane, and a dry air (humidified air), which is a dry gas, may flow inside. Further, in the embodiment, the off-gas and the dry air are caused to flow in countercurrent, but they may flow in parallel. As is clear from the above configuration and operation, the following are obtained. According to the invention as set forth in claim 1, a large number of water-permeable hollow fiber membranes arranged along the longitudinal direction of the housing are housed in the housing, and the water content inside and outside the hollow fiber membranes is respectively set. In a humidifier for a fuel cell, which humidifies a dry gas having a low moisture content by performing moisture exchange between the gases by flowing different gases, supplying heat to a hollow fiber membrane bundle in which the hollow fiber membranes are bundled. A heating means that can cool the fuel cell body as a heating source of the heating means, thereby effectively utilizing the heat retained in the cooling water to reduce the water content in the hollow fiber membrane. Freezing can be prevented.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池用の加湿装置が適用され
る燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池用の加湿装置により加湿
される燃料電池の構成を模式化した説明図である。
【図３】（ａ）本発明に係る燃料電池用の加湿装置の構
成を示す斜視図である。
（ｂ）中空糸膜モジュールの斜視図である。
（ｃ）中空糸膜の拡大図である。
【図４】（ａ）本発明に係る燃料電池用の加湿装置内に
おける気体の流れを示す断面図である。
（ｂ）図４（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
（ｃ）図４（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
【図５】（ａ）本発明に係る燃料電池用の加湿装置に備
えられた中空糸膜モジュールのハウジング内に収納され
た水透過性の中空糸膜束に熱量を供給できる加熱手段の
第一実施の形態を示す断面図である。
（ｂ）図５（ａ）のヒータの拡大斜視図である。
【図６】（ａ）本発明に係る燃料電池用の加湿装置に備
えられた中空糸膜モジュールのハウジング内に収納され
た水透過性の中空糸膜に熱量を供給できる加熱手段の第
二実施の形態を示す断面図である。
（ｂ）図６（ａ）のヒータの拡大図である。
【図７】従来の燃料電池用の加湿装置を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ 燃料電池用の加湿装置
２１ 中空糸膜モジュール
３１，４１ ハウジング
３６，４６ 中空糸膜束
３７，４７ ヒータ(加熱手段)
３７ｃ，３７ｄ 温水供給・排出配管
４７ｃ，４７ｄ 温水供給・排出配管
ＴＣ 熱電対BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system to which a humidifier for a fuel cell according to the present invention is applied. FIG. 2 is an explanatory view schematically illustrating a configuration of a fuel cell humidified by a humidifying device for a fuel cell according to the present invention. FIG. 3A is a perspective view showing a configuration of a humidifying device for a fuel cell according to the present invention. (B) It is a perspective view of a hollow fiber membrane module. (C) It is an enlarged view of a hollow fiber membrane. FIG. 4A is a cross-sectional view showing a gas flow in a humidifier for a fuel cell according to the present invention. (B) It is XX sectional drawing of FIG.4 (a). (C) It is YY sectional drawing of FIG.4 (a). FIG. 5 (a) is a first heating means capable of supplying heat to a water-permeable hollow fiber membrane bundle housed in a housing of a hollow fiber membrane module provided in a humidifier for a fuel cell according to the present invention. It is sectional drawing which shows embodiment. FIG. 5 (b) is an enlarged perspective view of the heater of FIG. 5 (a). FIG. 6 (a) A second embodiment of a heating means capable of supplying heat to a water-permeable hollow fiber membrane housed in a housing of a hollow fiber membrane module provided in a humidifier for a fuel cell according to the present invention. It is sectional drawing which shows a form. FIG. 7B is an enlarged view of the heater of FIG. FIG. 7 is a sectional view showing a conventional humidifier for a fuel cell. [Description of Signs] 1 Fuel cell 2 Humidifier 21 for fuel cell Hollow fiber membrane modules 31, 41 Housings 36, 46 Hollow fiber membrane bundles 37, 47 Heaters (heating means) 37c, 37d Hot water supply / discharge piping 47c, 47d Hot water supply / discharge pipe TC thermocouple
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 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 (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 CA06 4D006 GA41 HA02 JA26 JB04 MA01 MB16 PB17 PB19 PB65 PC80 5H026 AA06 CX02 CX04 5H027 AA06 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H01M 8/10 H01M 8/10 (72) Inventor Mikihiro Suzuki 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Yoshio Kusano Inventor (72) Inventor Yoshio Kusano 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama F-term in Honda R & D Co., Ltd. (Reference) 3L055 AA10 BA01 CA06 4D006 GA41 HA02 JA26 JB04 MA01 MB16 PB17 PB19 PB65 PC80 5H026 AA06 CX02 CX04 5H027 AA06
Claims (1)
数の水透過性の中空糸膜を前記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有量の異な
る気体を通流して前記気体間で水分交換を行い、水分含
有量の少ない乾燥気体を加湿する燃料電池用の加湿装置
において、 前記中空糸膜を束ねた中空糸膜束に熱量を供給すること
ができる加熱手段を備え、該加熱手段の加熱源として燃
料電池本体を冷却した後の冷却水を使用することを特徴
とする燃料電池用の加湿装置。Claims: 1. A plurality of water-permeable hollow fiber membranes arranged along a longitudinal direction of a housing are housed in the housing,
A humidifying device for a fuel cell, wherein a gas having a different moisture content flows through the inside and the outside of the hollow fiber membrane to exchange moisture between the gases, and humidifies a dry gas having a small moisture content. A heating means capable of supplying heat to the hollow fiber membrane bundle obtained by bundling the membranes, wherein the cooling water after cooling the fuel cell body is used as a heating source of the heating means. Humidifier.
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