JP2003314983A - 湿度交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストが低く、小型軽量にして十分な機
械的な強度を備え、高効率で湿度交換でき、しかも、温
湿度交換器としても利用できる湿度交換器の提供。 【解決手段】 湿潤したガスと乾燥したガスとの間に水
蒸気を透過する透湿膜を介在させて前記乾燥ガスを湿潤
化させる湿度交換器において、ガスの流入口と流出口と
を有する周枠に囲まれた上下方向開放の内部空間を備え
た枠体と前記透湿膜とを前記枠体の上下方向に交互に気
密に重ねて外部に対して気密な積層体を形成し、前記積
層体の各透湿膜を介して湿度交換が行われるよう各透湿
膜に接する一方の内部空間に湿潤したガスを、他方の内
部空間に乾燥したガスを通すことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、湿潤したガスと乾
燥したガスとの間に水蒸気を透過する透湿膜を介在させ
て前記乾燥ガスを湿潤化させる湿度交換器に関し、詳し
くは、例えば、加湿されたガスの高い到達露点を要求さ
れる燃料電池において、既反応ガス（加湿されたガス）
の水分及び熱を回収して乾燥した未反応ガスに移動する
温湿度交換器としても利用できる湿度交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の第１例として、（株）オーム
社が８０年２月に発行した「空調標準テキスト」の１５
７頁に記載された、空調用の固定式全熱交換器を図９に
基づいて説明する。図９は積層体の一部を示す断面斜視
図である。

【０００３】図９において、この積層体は、熱通過と透
湿性のある特殊アスベスト紙製の仕切板５１と特殊クラ
フト紙製の間隔板５２とが交互に重ねられて形成されて
おり、この仕切板５１と間隔板５２とによって、室内空
気と室外空気の給排気が互いにこれらの間を分離し、通
過するように構成されたものであり、汚れた室内空気
（高温湿潤）中の熱と水分とが、前記仕切板５１を介し
て新鮮な外気（低温乾燥）に回収移動されて、室内と室
外との温湿度が交換される。

【０００４】次に、従来技術の第２例として、燃料電池
に用いられる温湿度交換器について説明する。一般に、
燃料電池は、電解質を介して一対の電極を接触させ、こ
の一方の電極に燃料を、他方の電極に酸化剤を供給し
て、燃料の酸化を電池内で電気化学的に反応させること
により、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換す
る装置である。このような燃料電池としては電解質に応
じて幾つかの型があるが、近来、比較的高性能な燃料電
池として、電解質体に固体高分子を用いたものが注目さ
れている。

【０００５】例えば、電解質体にプロトン導電性の固体
高分子を用いた燃料電池においては、燃料電極に水素ガ
スを、酸化剤電極に酸素ガスを供給して、外部回路より
電流を取り出すとき、次のような反応が生じる。 陰極反応： Ｈ_２→２Ｈ^＋+２ｅ⁻ （１） 陽極反応： ２Ｈ^＋+２ｅ⁻+１／２Ｏ_２→Ｈ_２０ （２）

【０００６】このとき、アノード電極上で水素はプロト
ンとなり、水を伴って電解質体中をカソード電極上まで
移動し、カソード電極上で酸素と反応して水を生ずる。
又、このとき、水素イオンを伝導する電解質膜の伝導度
は水分を含むことにより発現するので、上記の反応を円
滑に生じさせるためには、電解質膜を湿潤に保つ必要が
あり、このため供給ガスを湿潤化させる必要がある。

【０００７】供給ガス即ち未反応ガスを湿潤化させるに
は水分の確保と熱の供給が必要である。燃料電池では、
既反応ガス（湿潤ガス）中の水分を温湿度交換器によっ
て回収して未反応ガス（乾燥ガス）に移動する方法が用
いられている。これを、例えば、ＷＯ００／１４８１９
号に記載されている温湿度交換器を例にして、図１０に
基づいて説明する。図１０は温湿度交換器の分解斜視図
である。

【０００８】図１０において、この温湿度交換器では、
熱と湿度とを透過する透湿膜６１がガスケット６２を介
して、ガス流路溝を備えたセパレータ板６３に狭持され
て構成されており、燃料電池の給排気が互いにこれらの
間を分離して通過する際に、高温湿潤の既反応ガス中の
熱と水分とが、透湿膜６１を介して、低温乾燥の未反応
ガスに回収移動される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】高分子電解質型の燃料
電池では、例えば、７０℃から８０℃の比較的高温で運
転されることが多く、従って、供給ガス（未反応ガス）
の露点も７０℃前後の高露点にまで加湿する必要があ
る。空気利用率を５０％程度で運転し、供給ガスを７０
℃の露点で加湿したときの空気排ガスの露点は８０℃弱
程度となり、温湿度交換による露点差は１０℃程度しか
許容されない。

【００１０】しかし、例えば、先に説明した第１の従来
例のように、ガス流路とスペーサとを兼ねるクラフト紙
製の間隔板５２の構成では、ガスは直交流で流すことに
なるため、供給ガス（未反応ガス）の露点を排ガス（既
反応ガス）の露点に近づけるには、数段に分割した温湿
度交換器が必要となる。又、クラフト紙製の間隔板５２
は、高温多湿の条件下では、加水分解により強度が低下
して数日で崩れてしまうという難点がある。

【００１１】他方、第２の従来例のように、セパレータ
板６３でしっかりとした流路を形成した場合には、流路
空間当りの温湿度交換効率も高く、到達露点も高くする
ことができるが、マニホールド形成のための膜やガスケ
ットの形成といった工程や、発電部に必要な面圧（例え
ば、数気圧から２０気圧）に耐える剛性等を必要とする
ため、製造コストが嵩むという問題がある。

【００１２】本発明は、上記のような問題を解消し、製
造コストが低く、小型軽量にして十分な機械的な強度を
備え、高効率で湿度交換でき、しかも、温湿度交換器と
しても利用できる湿度交換器の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、湿潤したガス
と乾燥したガスとの間に水蒸気を透過する透湿膜を介在
させて前記乾燥ガスを湿潤化させる湿度交換器におい
て、ガスの流入口と流出口とを有する周枠に囲まれた上
下方向開放の内部空間を備えた枠体と前記透湿膜とを前
記枠体の上下方向に交互に気密に重ねて外部に対して気
密な積層体を形成し、前記積層体の各透湿膜を介して湿
度交換が行われるよう各透湿膜に接する一方の内部空間
に湿潤したガスを、他方の内部空間に乾燥したガスを通
すことを内容とする。

【００１４】又、本発明は、積層体は、透湿膜を間にお
いて上下に重ねられる一方の枠体側に嵌合凸部を、他方
の枠体側に勘合凹部を設け、前記嵌合凸部と嵌合凹部と
を嵌め合わせて形成されたことを内容とする。

【００１５】又、本発明は、積層体は、重ねられた際に
透湿膜の縁部を上下方向から挟む、上方に位置する枠体
の周枠の下方側縁部と下方に位置する枠体の周枠の上方
側縁部との上下の相対面を、当該周枠の厚さ方向断面に
屈曲線となる噛み合い形状に形成されたことを内容とす
る。

【００１６】又、本発明は、積層体は、重ねられた際に
接する枠体の縁部と透湿膜の縁部とを接着して形成され
たことを内容とする。

【００１７】又、本発明は、積層体は、各枠体のガスの
流入口或いは流出口として周壁に開設される開口部に、
当該開口部を横切る桟を設けて当該開口部の剛性が高め
られたことを内容とする。

【００１８】又、本発明は、積層体は、各枠体の内部空
間を仕切る流路壁によって当該枠体の流入口から流出口
までのガス流路が複数設けられた枠体によって形成され
たことを内容とする。

【００１９】又、本発明は、積層体は、複数の枠体が互
いの出入口が連通されるよう横並びに隣接されて１つの
層を成す拡大枠体が、透湿膜を介して積層されて形成さ
れたことを内容とする。

【００２０】又、本発明は、積層体は、透湿膜を間にお
いて上下に重ねられる一方の枠体又は拡大枠体のガス流
路と他方の枠体又は拡大枠体のガス流路とが、少なくと
もガス流路の一部にて、ガス流が交差又は対向する方向
に流れるよう設けられたことを内容とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．実施の形態１にお
いて、燃料電池の温湿度交換器として用いられる湿度交
換器を例に、図１乃至図３に基づいて説明する。図１は
湿度交換器の構成を示す分解斜視図、図２はその部分拡
大説明図、図３は給排用マニホールドを設けた状態を示
す斜視図である。

【００２２】図１において、１Ａ、１Ｂは枠体である。
枠体１Ａ、１Ｂは、上下方向開放の内部空間２を形成す
るよう周枠３が巡らされた枠型形状であり、各枠体１
Ａ、１Ｂの周枠３には、各々当該枠体１Ａ、１Ｂ内の内
部空間２にガスが出入りする出入口としての流入口４と
流出口５とが形成されている。

【００２３】図示の枠体１Ａ、１Ｂは、例えば、ポリフ
ェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂製で、肉厚が
ほぼ１ｍｍ、高さ４ｍｍの１０ｃｍ四方の角形をした成
形品である。枠体１Ａ、１Ｂの四隅の角には、幅５ｍ
ｍ、高さ５ｍｍの出っ張り部６が柱状に設けられてい
る。又、流入口４と流出口５とは、四角枠の相対する周
枠３の一方側と他方側とに設けてあり、流入口４から内
部空間２に流入したガスは直線的に流れて流出口５から
流出する。

【００２４】２０は透湿膜である。この透湿膜２０は、
湿潤したガスと乾燥したガスとの間に介在して水蒸気、
従って湿気と温度とを透過させる膜である。この形態１
では、厚み５０μｍ、空隙率５０％のＰＴＦＥ多孔質膜
を用いている。この透湿膜２０を間において、上記枠体
１Ａ、１Ｂが上下に位置する。即ち、上記枠体１Ａと枠
体１Ｂとの間に透湿膜２０を介在させ、流入口４及び流
出口５を除き、内部空間２の上下が気密に塞がれるよ
う、枠体１Ａと透湿膜２０と枠体１Ｂの順に、順次積み
重ねられ、外部に対して気密な積層体１０が形成され
る。

【００２５】尚、上記枠体１Ａと枠体１Ｂとは、内部空
間２にガス流路が複数形成された場合における流路設定
の違い（詳しくは後述する）に止まる外には相違がな
く、機能的には同様の枠体である。従って、以下、枠体
１Ａと枠体１Ｂとを区別せずに、単に枠体１ともいう。
この意味で、上記積層体１０は枠体１（枠体１Ａ、枠体
１Ｂ）の上下方向に、当該枠体１と上記透湿膜２０とが
交互に気密に積み重ねられたものである。

【００２６】図１及び図２において、枠体１と透湿膜２
０とによって交互に重ねられる積層体１０は、透湿膜２
０を介して上下に位置する枠体１の一部に設けられた嵌
合部を互いに嵌合させて積層されている。即ち、積層体
１０の最上層に位置する枠体１（図示せず）の上面側
と、最下層に位置する枠体１（図示せず）の下面側とを
除いて、各枠体１の出っ張り部６の上面部に上面側嵌合
部を設けると共に、下面部に下面側嵌合部とを設けてい
る。この実施の形態１では、図２に示すように、上面側
嵌合部として嵌合凸部６１を、下面側嵌合部として嵌合
凹部６２を設けてある。嵌合凸部６１は、この例では直
径２ｍｍ高さ２ｍｍで、胴回りが膨らんだ円柱状突起と
されており、嵌合凹部６２は直径２ｍｍで開口部分を少
し狭くした嵌合穴としてある。

【００２７】上下の枠体１Ａと枠体１Ｂとの間に挟まれ
る透湿膜２０は、当該透湿膜２０の四隅が、上下に位置
する枠体１Ａ、１Ｂの嵌合凹部６２と嵌合凸部６１とに
挟み込まれた状態に重ねられる。この場合、予め透湿膜
２０は、嵌合凹部６２と嵌合凸部６１とに挟み込まれた
膜の４隅が、出っ張り部６を越えて外にはみ出さないサ
イズとしてある。

【００２８】このように構成された枠体１と透湿膜２０
とを、例えば、１０個の枠体１と９枚の透湿膜２０と
で、枠体１と透湿膜２０とを交互に積み重ねて積層体１
０を構成する場合（図示せず）、奇数番目の枠体１と偶
数番目の枠体１との、内部空間２を通るガス流路が交差
するように、即ち、流入口４から流出口５へ向かう軸が
交差するように配置すると、透湿膜２０を介しての水蒸
気の交換を効率よく行わせることができる。

【００２９】又、積層体２０の４つの側面のうち、一方
の側面側を、例えば湿潤したガスの流入口４側とし、他
方の側面側をその流出口５側とし、更に、別の一方の側
面側を乾燥したガスの流入口４側とし、他方の側面側を
その流出口５側とすることができるので、積層体２０の
４つの側面側に、各々相応する給排ガスの給排用マニホ
ールを配置することができ、ガス流路を効率よく設定す
ることができる。

【００３０】図３において、４０Ａは湿潤ガスの積層体
２０への供給用マニホールドであり、各枠体１Ａの流入
口４０が開口する積層体２０の側面側に取り付けてあ
る。又、５０Ａは湿潤ガスの排気用マニホールドであ
る。同様に、４０Ｂは乾燥ガスの積層体２０への供給用
マニホールドであり、各枠体１Ｂの流入口４０が開口す
る積層体２０の側面側に取り付けてある。又、５０Ｂは
湿潤ガスの排気用マニホールドである。

【００３１】尚、図中の符号１１は、積層体２０の最上
部に位置する枠体１の上方開放側を気密に覆う端板であ
る。積層体２０の最下部に位置する枠体１の下方開放側
にも、同様に、気密に覆う端板が設けてある（図示せ
ず）。これら上下の端板１１は、例えばＰＰＳ製であ
り、当該端板１１の一部に、対応する枠体１の上面側或
いは下面側の嵌合部と嵌合する嵌合部を設けて、嵌め込
みにて組み付けてある（図示せず）。

【００３２】この実施の形態１によれば、積層体１０
は、上下の枠体１が嵌合部による嵌合によって積層され
ているので、十分な機械的な強度を備え、剛性の高いも
のとなる。又、透湿膜２０が上下の枠体１によって、よ
り確実に挟持されるので、枠体１の内部空間２の気密性
を高めることができる、高効率で湿度交換を行うことが
できる。

【００３３】実施の形態２．実施の形態２は、上記実施
の形態１において、各枠体１の四隅の各出っ張り部６の
上下面側に設けられた上面側嵌合部６１や下面側嵌合部
６２を特に設けずに、枠体１の周枠３と透湿膜２０の周
囲の縁部とが積層の際に上下に重なって接する部分に、
例えば、シリコン系の接着剤等を塗布して積層体を維持
させるように構成したものである（図示せず）。

【００３４】この実施の形態２によれば、出っ張り部６
の上下面側に上面側嵌合部６１や下面側嵌合部６２を設
けず、適当な接着剤を用いて組み付けて積層体２０を構
成することにより、重ね合わせ面のシール性能が高めら
れると共に、積層体２０を堅牢な構成とすることができ
る。又、出っ張り部６の上下側の面に上面側嵌合部６１
や下面側嵌合部６２を設けて、接着剤を用いると共に当
該嵌合部を嵌合させることによって、更に積層体２０の
組み付けが確実となり、シール性や剛性が高められる。
この場合、上記実施の形態１と同様の作用効果も発揮さ
れる。

【００３５】実施の形態３．実施の形態３は、上記実施
の形態１及び２において、更に、シール性を高めるた
め、積層体２０を構成する枠体１について、透湿膜２０
の上方に位置する枠体１の周枠３の下方側縁部３２と、
当該透湿膜２０の下方に位置する枠体１の周枠３の上方
側縁部３１との上下の相対面を、当該周枠３、３の厚さ
方向断面において屈曲線となって噛み合う形状の噛合部
３０に形成した構成としたものである。以下、これを図
４及び図５に基づいて説明する。図４は枠体の斜視図、
図５は上下に重ねられた枠体の拡大断面図である。尚、
上記実施の形態１、２で説明した符号と同じ符号は同じ
内容である。

【００３６】図４及び図５において、透湿膜２０の下方
に位置する枠体１Ａの四角な周枠３の上方側縁部の端面
と、当該透湿膜２０の上方に位置する枠体１Ｂの四角な
周枠３の下方側縁部の端面とは、透湿膜２０を介して上
下に相対する面（相対面）となるが、この相対面を単な
る平面で合致させず、凹凸面にて合致させるように形成
してある。図５に示す例では、内部空間２から周枠３の
外側に向けて(図の)左側から右側）、即ち、周枠３の厚
さ方向断面において、相対面３０（３１と３２）が波状
となって噛合（合致）するよう、当該相対面３０（３１
と３２）に噛合部３０を設けている。

【００３７】この実施の形態３によれば、枠体１と透湿
膜２０とを順次積層する際に、上下の枠体１Ｂ、１Ａの
噛合部３０に挟まれた透湿膜２０の縁部に集中荷重がか
かるため、枠体１の内部空間２が、流入口４及び流出口
５を除いて、より確実に密閉された空間となる。例え
ば、内部空間２に２００ｍｍＡｑ程度の正圧がかかった
場合でも、内部空間２内のガス（湿潤ガス又は乾燥ガ
ス）が、枠体１の外や枠体１の上下において当該透湿膜
２０を介して隔てられて隣接する他のガス側（湿潤ガス
側或いは乾燥ガス側）へ漏洩することなく、温湿度交換
を行わせることができる。

【００３８】実施の形態４．実施の形態４は、上記実施
の形態１乃至３において、枠体１の周枠３に形成される
流入口４や流出口５の開口部における剛性を高めるた
め、当該開口部（流入口４や流出口５）を横切る桟を適
宜設けて、剛性を高めた構成としたものである。これを
図６に基づいて説明する。図６は枠体の斜視図である。
尚、上記実施の形態１乃至３で説明した符号と同じ符号
は同じ内容である。

【００３９】図６において、四角形状に形成された枠体
１の周枠３の４辺のうち、相対する二辺の側には、一方
に流入口４、他方に流出口５が、当該辺の長方形をした
側部の輪郭に相応して縮小された相似形態にて、比較的
大きく形成されている。図示の例では、枠体１の高さが
４ｍｍの場合、周枠３の上下０．８ｍｍを残した２．４
ｍｍを上下方向の開口幅とし、左右方向の開口幅は９ｃ
ｍとしてある。このように、広い開口部をそのままにし
ておくと、積層体２０の荷重を受けて、枠体１が歪んで
開口部が変形し、シール性が低下して内部空間２のガス
が漏れる恐れがある。

【００４０】この実施の形態４では、このような開口部
に、例えば、底辺８ｍｍ、高さ４ｍｍの２等辺三角形を
形成する幅０．５ｍｍの補強桟４５を設けた。勿論、こ
のような補強桟４５は必ずしも図示の形態に限定される
必要はなく、少なくとも、開口部の一部を横切るよう適
宜配置された形態であってよい。

【００４１】この実施の形態４によれば、積層体２０の
荷重がかかっても、枠体１の変形を阻止することがで
き、従って、高い剛性を備えた積層体、従って、温湿度
交換器を提供することができる。又、開口部が形成され
た辺の周枠３の上下の縁部において、透湿膜２０の上下
の枠体１Ａ、１Ｂが、当該透湿膜２０の縁部を締め付け
る力が安定するので、実施の形態１乃至３の各々におけ
るシール性を更に一段と高めることができる。例えば、
３００ｍｍＡｑ程度の正圧が内部空間２にかかった場合
でも、当該内部空間２内に流したガスが外部や隣接する
ガス側に漏洩することなく、温湿度交換を効率よく行わ
せることができる。

【００４２】実施の形態５．実施の形態５は、上記実施
の形態１乃至４において、枠体１の内部空間２に複数の
ガス流路を設けた構成としたものである。これを図１、
図７に基づいて説明する。図７は、図１と異なる設定の
ガス流路を設けた枠体１を示す斜視図である。尚、上記
実施の形態１乃至３で説明した符号と同じ符号は同じ内
容である。

【００４３】図１に示す実施の形態１の枠体１の内部空
間２に形成されたガス流路は、四角形状の周枠３の相対
する側面の一方に流入口４を、他方に流出口５を設け
て、当該内部空間２内に一方方向のガス流路を設け、当
該ガス流路を２枚の流路壁３３、３３によって、３筋の
ガス流路として形成した構成のものである。この形態１
の場合、透湿膜２０の上下に位置する枠体１Ａ、１Ｂ
は、実質的には同形であり、枠体１の積み重ねにおける
方向を９０度違えて、枠体１Ａと枠体１Ｂの両ガス流路
が、上下方向において立体的に交差するよう積層されて
いる。尚、この２枚の流路壁３３、３３は、成形された
枠体１に後付けしてもよいし、当該枠体１と共に一体成
形してもよい。

【００４４】他方、図７に示す実施の形態５では、透湿
膜２０の上下に位置する２つの枠体１のガス流路の設定
を実質的に異にさせている。図７において、上方に位置
する枠体１Ｂは上記実施の形態１の枠体１ＡおよびＢと
実質的に同じであるが、説明の都合上、以下、枠体１Ｂ
とする。この枠体１Ｂの下方に透湿膜２０を介して位置
する枠体１（１Ｃ）のガス流路は次のように構成されて
いる。即ち、この枠体１Ｃは、枠体１Ａ、１Ｂと同様の
基本構成のものであるが、四角形状の枠体１Ｃの一辺の
周枠３の側面に、ガスの流入口４と流出口５とを並設し
たもので、内部に設けられた流路壁３４によって、流入
口４から供給されたガスが、当該内部空間２をコ字形に
巡って流出口５から流出するようにガス流路が形成され
ている。

【００４５】コ字形に巡るガス流路は、３枚の流路壁３
４のうち、中央の流路壁３４によって、流入路側と流出
路側とに大別され、更に、各流入路及び流出路とが各々
１枚の流路壁３４によって２筋のガス流路に分けられて
いる。これら３枚の各流路壁３４の奥側（開口側とは反
対側）には、ガスを通過させる通気口３５が設けられて
いる。このような通気口３５を備えた３枚の流路壁３４
は、上記実施の形態１の枠体１Ａ、１Ｂと同様に、成形
された枠体１Ｃに後付けしてもよいし、枠体１Ｃと共に
一体成形してもよい。

【００４６】この実施の形態５では、上記の枠体１Ｃと
枠体１Ｂとを、透湿膜２０を介して交互に重ねて積層体
２０を構成する場合（図示せず）、例えば、下から偶数
番目の枠１、この例では枠体１Ｂのガスの流れ方向と、
奇数番目の枠体１Ｃのガスの流れ方向とが交差するよう
に重ねる。この積層体２０の組み立て及び給排マニホー
ルド４０Ａ、５０Ａ、４０Ｂ、５０Ｂの取り付けは、上
記実施の形態１乃至３の何れかの方法とすればよい。

【００４７】こうして形成された積層体２０の各枠体１
Ｃの流入口４から乾燥ガスを、各枠体１Ｂの流入口４か
ら湿潤ガスを各々供給すると、枠体１Ｃの流出口５付近
では、温度と湿度が最も高い湿潤ガスの流入口４側にお
いて、透湿膜２０を介して乾燥ガスが接するので、湿潤
ガスの露点８０℃に近い７５℃の露点にまで上昇させ
て、効率的に温湿度交換を行わせることができ、温湿度
交換率の高い高性能の温湿度交換器を提唱できる。尚、
これと同条件で、枠体１Ａと枠体１Ｂとを用いて温湿度
交換した場合、例えば、上記実施の形態１乃至４の場合
における乾燥ガスの到達露点は６８℃であった。

【００４８】実施の形態６．実施の形態６は、上記実施
の形態１乃至５で説明したような枠体１を水平方向に横
並びに所要数隣接させたと同様に一体成形して、積層体
２０を構成する一つの拡大された枠体としたものであ
る。以下、この拡大された枠体を拡大枠体１００とい
う。これを図８に基づいて説明する。図８は透湿膜２０
を省略して上下の拡大枠体１００を拡大枠体１００Ａ及
び拡大枠体１００Ｂとして示した説明図である。尚、上
記実施の形態１乃至５で説明した符号と同じ符号は同じ
内容である。

【００４９】図８において、図示の拡大枠体１００Ａと
拡大枠体１００Ｂとは、各々、上記実施の形態１乃至５
で説明したような枠体１を４つ合わせた規模に相応する
もので、枠体１の内部空間２の４つ分に相応する拡大さ
れた内部空間（以下、これを拡大内部空間という）を持
ち、拡大枠体１００Ａと拡大枠体１００Ｂとにおける当
該拡大内部空間のガス流路を、少なくとも当該ガス流路
の一部において、対向流となるように構成したものであ
る。

【００５０】この拡大枠体１００Ａは、上記実施の形態
１乃至５で説明した枠体１Ａと同一の形態ではないが実
質的に同様の枠体を４つ集めて「田」の字型に隣接させ
た形態に一体成形したものである。以下、この拡大枠体
１００Ａを構成する４つの枠体部分を枠体１Ａという。
拡大枠体１００Ａのガス流路は、ガス流路の上流側に位
置する２つの枠体１Ａ、１Ａの各々の流出口５、５と、
各々の下流側に位置する２つの枠体１Ａ、１Ａとの流入
口４、４とが一体化された連通口４５０を通って、ガス
が、拡大内部空間内を、一方側から他方側に直線的に通
り抜けるよう設定されている。尚、この拡大枠体１００
Ａに限らず、拡大枠体は、例えば、上記実施の形態１乃
至５で説明したような枠体１Ａを４つ集めて「田」の字
型に隣接させて、接着剤等の適宜手段を用いて気密に接
合して形成してもよい（図示せず）。この場合でも、拡
大枠体１００の間に挟まれる透湿膜（図示せず）は、当
該拡大枠体の面積に応じた形状とするのが好ましい。

【００５１】他方の拡大枠体１００Ｂも又、上記実施の
形態１乃至５で説明した枠体１と同一の形態ではないが
実質的に同様の枠体を４つ集めて「田」の字型に隣接さ
せた形態に一体成形したものである。図８に示すよう
に、この拡大枠体１００Ｂは、上記の拡大枠体１００Ａ
を構成する枠体部分の一つと同じ枠体１Ａ２つと、この
２つの枠体１Ａに対して、ガス流路の設定が異なる２つ
の枠体１Ｄ、１Ｅとで、上記拡大枠体１００Ａと同様に
一体成形されている。３つの直線的なガス流路を備えた
２つの枠体１Ａ、１Ａは、互いのガス流路が平行となる
ように配置されている。他方の枠体１Ｄと１Ｅは、各枠
体１Ｄ、１Ｅにおいて、周枠３の隣り合う側部の一方に
流入口４が、他方に流出口５が設けられ、当該流入口４
から流出口５に向かうガス流路が形成されるように、当
該各内部空間２においてＬ字状に折れ曲がるように、大
小２つの流路壁３３０、３３０を用いて、枠体１Ａの３
つのガス流路に応じた３つのガス流路を備えた枠体の形
態とされている。

【００５２】この枠体１Ｄと枠体１Ｅとは、実質的には
同じ形態であり、一方を９０度回転させて、枠体１Ｄの
流出口５と枠体１Ｅの流入口４とが合致するように組み
合わされ、更に、このように組み合わされた状態で、図
８おいて右側の枠体１Ｄの流入口４と同図において右側
の枠体１Ａの流出口５とが、又、枠体１Ｅの流出口５と
同図おいて左側の枠体１Ａの流入口４とが合致するよう
に組み合わされたと同様の形態となるよう、一体成形さ
れて拡大枠体１００Ｂが形成されている。以下、拡大枠
体１００Ｂとしての流入口を符号４Ｌ、流出口を符号５
Ｌで示す。又、この拡大枠体１００Ｂを構成する４つの
枠体部分を、以下、引き続いて、各々枠体１Ａ、１Ａ、
１Ｄ、１Ｅという。尚、この拡大枠体１００Ｂも、上記
拡大枠体１００Ａと同様に、４つの枠体（部分）１Ａ、
１Ａ、１Ｄ、１Ｅを、予め独立した枠体として成形して
おき、必要に応じて、適宜隣り合わせ組み合わせて、気
密に接合して形成してもよい。

【００５３】この拡大枠体１００Ｂの流入口４Ｌ、４
Ｌ、４Ｌから流入したガスは、枠体１Ｄ、枠体１Ｅの各
３つのガス流路を経て、流出口５Ｌ、５Ｌ、５Ｌから流
出する。こうして、ガスは拡大枠体１００Ｂの拡大内部
空間内をコ字形に巡る。この拡大枠体１００Ｂの拡大内
部空間を巡るガスのコ字形の流れは、上記実施の形態５
の枠体１Ｃにおけるガスの折り返しの流れと実質的に同
様であり、先の拡大枠体１００Ａの拡大内部空間を巡る
ガスの直線的な流れもまた、上記実施の形態５の枠体１
Ａにおけるガスの直線的な流れと実質的に同様である。

【００５４】しかし、図示していない透湿膜２０を間に
介して、上下に位置する拡大枠体１００Ａと拡大枠体１
００Ｂとは、拡大枠体１００Ａに供給されるガスの流れ
方向と、拡大枠体１００Ｂに供給されるガスの流れ方向
とが、少なくとも、両方のガス流路の一部、特に、湿潤
ガスの枠体１００への流入側において、乾燥ガスの流れ
が対向流となるように、重ね合わせられるとよい。

【００５５】この実施の形態６では、湿潤ガスを拡大枠
体１００Ａに通し、湿潤化される乾燥ガスを拡大枠体１
００Ｂに通して、枠体１００Ｂの流出口５Ｌ側におい
て、当該流出口５Ｌに向かう乾燥ガスの流れ方向と、枠
体１００Ａを構成する、図８において左側の枠体１Ａの
流入口４から当該枠体１Ａに流入する湿潤ガスの流れと
が、対向流れとなるように重ねている。

【００５６】この実施の形態６によれば、拡大枠体１０
０Ｂの流入口４Ｌから供給された乾燥ガスが、流出口５
Ｌ側において、温度と湿度とが最も高い状態で拡大枠体
１００Ａの流入口４に供給される湿潤ガスと、透湿膜２
０（図示せず）を介して、対向流となって接するので、
温湿度交換効率を著しく高めることができる。例えば、
当該対向流の流路領域において、湿潤ガスの露点８０℃
に近い７５℃の露点にまで乾燥ガスを上昇させることが
できる。

【００５７】又、前記実施の形態５では、１つの枠体で
構成されているので、ガスの処理流量は５０リットル／
minであったが、この実施の形態６では、拡大枠体が４
つの枠体で構成されているので、同じ露点にまで処理で
きる流量が４倍の２００リットル／minまで増大するこ
とができる。即ち、この実施の形態６によれば、上記実
施の形態１乃至５における枠体１や、その設計思想に基
づいて、温湿度の交換面積の大きい積層体２０を、比較
的容易に設計したり、製造したりすることができるの
で、需要に応じて、所要の温湿度交換器或いは湿度交換
器を低価格にて提供することができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、需要に応じて、所要の
交換能力を備えた、温湿度交換器としても用いることが
できる湿度交換器を、枠体と透湿膜とを順次積層するだ
けで比較的容易かつ迅速に製造できるので、低価格で高
性能の湿度交換器を迅速に提供することができる。

【００５９】又、本発明によれば、透湿膜を介して、湿
潤ガスと乾燥ガスとの互いの流れが、少なくとも、ガス
流路の一部において、交差若しくは対向流となるように
構成されているので、温度及び湿度の交換効率を著しく
高めることができ、高性能の温湿度及び湿度交換器を提
供することができる。

【００６０】又、本発明によれば、透湿膜を介して上下
の枠体が嵌合して組み合わされているので、積層体の気
密性及び剛性を高めることができる。

【００６１】又、本発明によれば、ガスの流出口として
の開口部に、補強桟を設けることによって、開口部の剛
性を高め、枠体の変形を阻止しているので、積層体の気
密性及び剛性を高めることができる。

【００６２】又、本発明によれば、各枠体の内部空間を
流路壁で仕切ることによって、湿潤ガスと乾燥ガスとの
流路を、透湿膜を介して、理想的な対向流若しくは交差
した流れに設定できるので、乾燥ガスの露点を湿潤ガス
の露点近くまで引き上げるかおとができ、従来に比べ
て、温度及び湿度の交換効率がより高い、高性能の温湿
度及び湿度交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の湿度交換器の構成を示す分解
斜視図である。

【図２】 実施の形態１の湿度交換器の部分拡大説明図
である。

【図３】 実施の形態１の積層体に給排用マニホールド
を設けた状態を示す斜視図である。

【図４】 実施の形態３の枠体の斜視図である。

【図５】 実施の形態３の上下に重ねられた枠体の拡大
断面図である。

【図６】 実施の形態４の枠体の斜視図である。

【図７】 実施の形態５の枠体を示す斜視図である。

【図８】 実施の形態５の拡大枠体１００を示す説明図
である。

【図９】 従来の全熱交換器の積層体の一部を示す断面
斜視図である

【図１０】 従来の燃料電池用の温湿度交換器の分解斜
視図である

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 枠体、２ 内部空
間、３ 周枠、４、４０ 流入口（開口部）、５、５０
流出口（開口部）、４Ｌ 流入口（拡大枠体）、５Ｌ
流出口（拡大枠体）、１０ 積層体、２０ 透湿膜、
３０ 噛合部、３３ 流路壁、３３０ 流路壁（拡大枠
体）、６１ 嵌合凸部（嵌合部）、６２嵌合凹部(嵌合
部)、１００、１００Ａ、１００Ｂ 拡大枠体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 晃久 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 市村 英男 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CX05 5H027 AA06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湿潤したガスと乾燥したガスとの間に水
   蒸気を透過する透湿膜を介在させて前記乾燥ガスを湿潤
   化させる湿度交換器において、 ガスの流入口と流出口とを有する周枠に囲まれた上下方
   向開放の内部空間を備えた枠体と前記透湿膜とを前記枠
   体の上下方向に交互に気密に重ねて外部に対して気密な
   積層体を形成し、前記積層体の各透湿膜を介して湿度交
   換が行われるよう各透湿膜に接する一方の内部空間に湿
   潤したガスを、他方の内部空間に乾燥したガスを通すこ
   とを特徴とする湿度交換器。
2. 【請求項２】 積層体は、透湿膜を間において上下に重
   ねられる一方の枠体側に嵌合凸部を、他方の枠体側に勘
   合凹部を設け、前記嵌合凸部と嵌合凹部とを嵌め合わせ
   て形成されたことを特徴とする請求項１に記載の湿度交
   換器。
3. 【請求項３】 積層体は、重ねられた際に透湿膜の縁部
   を上下方向から挟む、上方に位置する枠体の周枠の下方
   側縁部と下方に位置する枠体の周枠の上方側縁部との上
   下の相対面を、当該周枠の厚さ方向断面に屈曲線となる
   噛み合い形状に形成されたことを特徴とする請求項１又
   は請求項２に記載の湿度交換器。
4. 【請求項４】 積層体は、重ねられた際に接する枠体の
   縁部と透湿膜の縁部とを接着して形成されたことを特徴
   とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の湿度交換
   器。
5. 【請求項５】 積層体は、各枠体のガスの流入口或いは
   流出口として周壁に開設される開口部に、当該開口部を
   横切る桟を設けて当該開口部の剛性が高められたことを
   特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の湿度
   交換器。
6. 【請求項６】 積層体は、各枠体の内部空間を仕切る流
   路壁によって当該枠体の流入口から流出口までのガス流
   路が複数設けられた枠体によって形成されたことを特徴
   とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の湿度交換
   器。
7. 【請求項７】 積層体は、複数の枠体が互いの出入口が
   連通されるよう横並びに隣接されて１つの層を成す拡大
   枠体が、透湿膜を介して積層されて形成されたことを特
   徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の湿度交
   換器。
8. 【請求項８】 積層体は、透湿膜を間において上下に重
   ねられる一方の枠体又は拡大枠体のガス流路と他方の枠
   体又は拡大枠体のガス流路とが、少なくともガス流路の
   一部にて、ガス流が交差又は対向する方向に流れるよう
   設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何
   れかに記載の湿度交換器。