JP2006231205A - 積層型ガス流路形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の酸化剤ガスの加湿装置等に用いることのできる、圧力損失の増加、塵埃等のつまりの抑制されたガス流路形成装置の提供。
【解決手段】積層型ガス流路形成装置は、シート状をなす膜部材２と、膜部材２の一方の表面に対面する第１ガス流路３１を形成する第１流路形成部３と、膜部材２の他方の表面に対面する第２ガス流路４１を形成する第２流路形成部４とを備えるシート１を有している。膜部材２が渦巻き状またはつづら折り状に延設されるように、シート１を渦巻き状またはつづら折り状に曲成させて積層されている。
【選択図】図３

Description

本発明は膜部材及び流路形成部を厚み方向に積層させた構造をもつシートを渦巻き状またはつづら折り状に曲成させて形成されている積層型ガス流路形成装置に関する。

積層型ガス流路形成装置に係る従来技術について、燃料電池に用いられている加湿装置を例にとって説明する。燃料電池に設けられている電解質は過剰に乾燥していると、発電性能を目標どおり発揮できない。そこで、燃料電池に供給される酸化剤ガスを加湿するための加湿装置（特許文献１，２）が知られている。また、中空部を有する多数の中空糸を有する中空糸膜束を渦巻き状またはつづら折り状に曲成させた構造のものが知られている（特許文献３）。このものによれば、高湿度ガスが中空糸の中空部内を流れ、低湿度ガスが中空糸を構成する壁の外側を流れる。これにより低湿度ガスの加湿を行う。
特開平１０−１７２５９２号公報 特開２００４−２０７０２２号公報 特開２００２−２８９２２９号公報

上記した特許文献３によれば、各中空糸の中空部の集合体がガス流路を形成する。そして高湿度ガスは、各中空糸の中空部で形成されたガス流路を流れる。ここで、中空糸の径は微小であり、中空糸の中空部の径も微小であるため、ガスが流れるときの圧力損失が大きい。更に、ガスに含まれている塵埃等を除去する除去手段を併用しないと、塵埃等が中空糸の中空部内に詰まるおそれがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、圧力損失の増加、塵埃等の詰まりを抑制するのに有利なガス流路形成装置を提供することを課題とする。

本発明に係る積層型ガス流路形成装置は、膜部材と、膜部材の一方の表面に対面する第１ガス流路を形成する第１流路形成部と、膜部材の他方の表面に対面する第２ガス流路を形成する第２流路形成部とを備えるシートを有しており、膜部材が渦巻き状またはつづら折り状に延設されるように、シートを渦巻き状またはつづら折り状に曲成して構成されていることを特徴とするものである。

本発明に係る積層型ガス流路形成装置によれば、第１ガス流路及び第２ガス流路は、膜部材により仕切られている。このため膜部材で仕切られる第１ガス流路及び第２ガス流路の容積が確保され易い。従って第１ガス流路及び第２ガス流路における圧力損失の増加、塵埃等の詰まりが抑制される。

本発明によれば、膜部材で仕切られる第１ガス流路及び第２ガス流路の容積が確保され易い。従って、第１ガス流路及び第２ガス流路における圧力損失の増加、塵埃等の詰まりを抑制するのに有利となる。

膜部材は第１ガス流路及び第２ガス流路を仕切るものであり、水分を選択的に透過する膜、あるいは、水分を保持可能な膜、あるいは、イオン伝導可能な膜を例示できる。水分を選択的に透過する膜としては、水分を保持可能な膜でも、水分を保持することなく透過する膜でも良い。水分を保持可能な膜は、その一方面に流れる高湿度ガスの水分を吸収し、他方面を流れる低湿度ガスにより水分を放出することによって、一方面側から他方面側に水分を選択的に透過する。

第１流路形成部は膜部材と共に第１ガス流路を形成するものである。第２流路形成部は膜部材と共に第２ガス流路を形成するものである。第１流路形成部及び第２流路形成部としては２つのガスを区画するセパレータを例示することができる。

渦巻き状またはつづら折り状に積層されたシート間には、空気流通路が形成されている形態を例示することができる。この場合、空気流通路に存在する空気とシートとの熱交換性が確保される。よって放熱性または受熱性が確保される。

ガスは、第１ガス流路及び第２ガス流路のうちの少なくとも一方において、渦巻き状の中心線に沿った方向に流れる形態を例示することができる。この場合、ガスの流れ方向は渦巻き方向ではなく、渦巻き状の中心線に沿った方向に流れるため、ガスの流れ方向の直進性を高めることができ、ガスの通過抵抗を低減させるのに有利である。

本発明によれば、ガスは、第１ガス流路及び第２ガス流路のうちの少なくとも一方において、つづら折り状に曲成させた膜部材を切断する仮想平面上に形成されるつづら折り曲線の長さが最小となる仮想平面に直交する方向に沿った方向に流れる形態を採用することができる。この場合には、ガスの曲走が抑制され、ガス流れ方向の直進性を高めることができ、ガスの通過抵抗を低減させるのに有利である。

また、本発明によれば、第１ガス流路及び第２ガス流路のうちの少なくとも一方において、つづら折り状に曲成させた片側の第１曲成部を繋ぐ第１仮想線と、つづら折り状に曲成させた他の片側の第２曲成部を繋ぐ第２仮想線との間において、膜部材の表面に沿ってガスが流れる形態を採用することができる。この場合には、ガスの曲走が抑制され、ガス流れ方向の直進性を高めることができ、ガスの通過抵抗を低減させるのに有利である。

本発明によれば、一のガス及び他のガスのうちのいずれか一方が第１ガス流路を流れ、一のガス及び他のガスのうちのいずれか他方が第２ガス流路を流れる形態を採用することができる。

本発明によれば、膜部材としては、水分を選択的に透過する膜、または、水分を保持可能な膜である形態を例示することができる。この場合、高湿度ガス及び低湿度ガスのいずれか一方が第１ガス流路を流れ、高湿度ガス及び低湿度ガスのいずれか他方が第２ガス流路を流れる加湿装置に適用されている形態を例示することができる。高湿度ガス及び低湿度ガスの湿度は相対的なものであり、湿度の絶対値の大きさを問うものではない。高湿度ガスは低湿度ガスよりも湿度が相対的に高いガスを意味する。低湿度ガスは高湿度ガスよりも湿度が相対的に低いガスを意味する。

本発明によれば、第１ガス流路は複数の第１分割室に分割されており、第１ガス流路にガスを供給する第１入口配管が設けられており、第１入口配管は、複数の第１分割室に個別に連通する複数の第１分岐通路を有している形態を採用することができる。この場合、流路長が相対的に長い分岐通路に連通する第１分割室における圧力損失は、流路長が相対的に短い第１分岐通路に連通する第１分割室の圧力損失よりも相対的に小さくなるように設定されている形態を採用することができる。圧力損失の均一化を図り、ガス流れの偏りを抑制するのに有利である。

また本発明によれば、第２ガス流路は複数の第２分割室に分割されており、第２ガス流路にガスを供給する第２入口配管が設けられており、第２入口配管は、複数の第２分割室に個別に連通する複数の第２分岐通路を有している形態を採用することができる。この場合、流路長が相対的に長い分岐通路に連通する第２分割室における圧力損失は、流路長が相対的に短い第２分岐通路に連通する第２分割室の圧力損失よりも相対的に小さくなるように設定されている形態を採用することができる。圧力損失の均一化を図り、ガス流れの偏りを抑制するのに有利である。

以下、本発明の実施例１について図１〜図４を参照しつつ具体的に説明する。
本実施例は燃料電池発電システムに用いられる加湿装置に適用したものである。可撓性を有するシート１を用いる。シート１は層部材として機能するものであり、シート状をなす膜部材２と、膜部材２の一方の表面に対面する第１ガス流路３１を形成する第１セパレータ３（流路形成部）と、膜部材２の他方の表面２ｃに対面する第２ガス流路４１を形成する第２セパレータ４（流路形成部）とを備えている。つまり、シート１は、膜部材２と第１セパレータ３と第２セパレータ４とを厚み方向に積層して形成されている。

図１に示すように、第１ガス流路３１及び第２ガス流路４１は、膜部材２を介して背中合わせとされている。第１ガス流路３１には高湿度ガスが流れる。第２ガス流路４１には、高湿度ガスよりも相対的に湿度が低い低湿度ガスが流れる。

高湿度ガスは膜部材２に接触するので、膜部材２に水分を与える。低湿度ガスは膜部材２に接触するので、膜部材２から水分を与えられ、膜部材２により加湿される。膜部材２は、水分を透過または保持可能な材料（樹脂材料）を基材として形成されている。ここで、膜部材２については、高湿度ガスが膜部材２に接触する面積と、低湿度ガスが膜部材２に接触する面積とは、基本的には同程度とされている。燃料電池の酸化剤極では発電反応により水が生成される。故に、前記した高湿度ガスは、燃料電池の酸化剤極から吐出される空気オフガスである。前記した低湿度ガスは、燃料電池の酸化剤極に供給される酸素含有ガスとしての空気である。

第１セパレータ３は第１ガス流路３１の流路断面積を確保する複数の第１突起３ａを有する。第１突起３ａは第２セパレータ４に向けて突出している。複数の第１突起３ａは、ガスの流れの支障とならないように分散して形成されていると共に、第１ガス流路３１の通路幅を形成する機能を有する。第２セパレータ４は第２ガス流路４１の流路断面積を確保する複数の第２突起４ａを有する。第２突起４ａは第１セパレータ３に向けて突出している。複数の第２突起４ａは、ガスの流れの支障とならないように分散して形成されていると共に、第２ガス流路４１の通路幅を形成する機能を有する。第１突起３ａ及び第２突起４ａが設けられているため、シート１を渦巻き状に曲成しつつ巻回したとしても、第１ガス流路３１の通路幅、第２ガス流路４１の通路幅を良好に維持することができる。

第１セパレータ３及び第２セパレータ４は、渦巻き状に変形できるように可撓性を有する。従って、第１セパレータ３及び第２セパレータ４は、軟質または比較的軟質な樹脂材料を基材として形成されている。

膜部材２は、互いに対向する２つの表面２ａ，２ｃを有する。２つの表面２ａ，２ｃはシート状をなしており、互いに実質的に平行とされている。従って膜部材２の肉厚ｔは膜部材２の長さ方向に沿って実質的に均一とされている。膜部材２は、渦巻き状に変形できるように、可撓性を有する。第１セパレータ３と第２セパレータ４との間には、シール材料で形成されたシール部材５０が介在している。シール部材５０は第１ガス流路３１及び第２ガス流路４１を気密的にシールしている。

そして、図３に示すように、１つのシート１を渦巻き状に曲成しつつ巻回することにより、渦巻き状の本体１０は構成されている。図３に示すように、シート１の主要素である膜部材２は、渦巻き状に延設されている。同様に、シート１の主要素である第１セパレータ３及び第２セパレータ４も渦巻き状に延設されている。図３において、渦巻き状の中心線はＭＡ（図３の紙面垂直方向にのびる）として表示されている。シート１は渦巻き状に巻回されて積層されているため、加湿総面積の確保に有利であり、加湿量の増加に貢献できる。ここで、図３において、渦巻き状の内周端はＭｉとして示される。渦巻き状の外周端はＭｏとして示される。本体１０はケーシング１５の収容室１６に収容されているが、ケーシング１５を廃止しても良い。

図３に示すように、渦巻き状に積層されたシート１間には、空気流通路５２が形成されている。空気流通路５２は渦巻き状とされている。空気流通路５２の流路幅ＫＡを確保するために、シート１間には、スペーサ部材５４が適宜介在されている。この場合、本体１０の表出面積が増加し、空気流通路５２に存在する空気とシート１との熱交換性が確保される。

本実施例によれば、高湿度ガスは、第１ガス流路３１において渦巻き状の中心線ＭＡに沿った方向に流れる。低湿度ガスは、第２ガス流路４１において渦巻き状の中心線ＭＡに沿った方向に流れる。つまり、高湿度ガス及び低湿度ガスは、第１ガス流路３１及び第２ガス流路４１において、図３の紙面の垂直方向に沿って流れる。このようにガスの流れ方向は渦巻き方向ではなく、渦巻き状の中心線ＭＡに沿った方向であるため、ガスの流れ方向の直進性を高めることができ、ガスの通過抵抗、ひいては圧力損失を低減させるのに有利である。

ここで、高湿度ガスは、第１ガス流路３１において下向き（図３の紙面の上側から下側に向けて）に流れる。低湿度ガスは、第２ガス流路４１において上向き（図３の紙面の下側から上側に向けて）に流れる。従って高湿度ガス及び低湿度ガスが互いに逆方向に流れる対向流方式が採用されている。対向流方式は、高湿度ガス及び低湿度ガスが互いに同方向に流れる平行流方式に比較して、加湿効率を高めることができると言われている。ここで、対向流方式が採用されている部分は、第１ガス流路３１及び第２ガス流路４１の流路面積において１００％を占める。

図４に示すように、本体１０の第１ガス流路３１に高湿度ガスを下向き（矢印Ｙ１方向）に流す第１配管６が本体１０に取り付けられている。第１配管６は、第１ガス流路３１の入口側に配置された第１入口配管６１０と、第１ガス流路３１の出口側に配置された第１出口配管６２０とを有する。第１入口配管６１０は図示しないアタッチメントを介して第１ガス流路３１の入口側に連結されている。第１出口配管６２０は図示しないアタッチメントを介して第１ガス流路３１の出口側に連結されている。

また図４に示すように、本体１０の第２ガス流路４１に低湿度ガスを上向き（矢印Ｙ２方向）流す第２配管７が本体１０に取り付けられている。第２配管７は、第２ガス流路４１の入口側に配置された第２入口配管７１０と、第２ガス流路４１の出口側に配置された第２出口配管７２０とを有する。第２入口配管７１０は図示しないアタッチメントを介して第２ガス流路４１の入口側に連結されている。第２出口配管７２０は図示しないアタッチメントを介して第２ガス流路４１の出口側に連結されている。

本実施例によれば、前述したように、高湿度ガスは、膜部材２の一方の表面２ａに接触しつつ、第１ガス流路３１において渦巻き状の中心線ＭＡに沿った方向に下向き（矢印Ｙ１方向）に流れる。低湿度ガスは、膜部材２の他方の表面２ｃに接触しつつ、第２ガス流路４１において渦巻き状の中心線ＭＡに沿った方向に上向き（矢印Ｙ２方向）流れる。

以上説明したように本実施例によれば、図１及び図２に示すように、膜部材２は、各中空糸の中空部の集合体がガス流路を形成する方式ではない。このため中空糸の中空部の集合体を用いる形態に比較して、第１ガス流路３１の容積及び第２ガス流路４１の容積が確保され易い。この結果、第１ガス流路３１及び第２ガス流路４１における圧力損失の増加を抑制するのに有利となる。このためガスを搬送させるガス搬送源の駆動力を小さくするのに有利である。更に、第１ガス流路３１及び第２ガス流路４１における塵埃等の詰まりを抑制するのに有利となる。従って塵埃除去用のフィル部材を用いるときであっても、フィルタ部材のフィルタ能力を過剰にせずともよく、あるいは、フィルタ部材を廃止したりすることもできる。

殊に膜部材２はシート状をなしており、互いに対向する２つの表面２ａ，２ｃを有するため、第１ガス流路３１の容積及び第２ガス流路４１の容積を確保し易い。更に本実施例によれば、膜部材２は、平滑なシート状をなす互いに対向する２つの表面２ａ，２ｃを有するため、中空糸の中空部の集合体を用いる形態に比較して、第１ガス流路３１の容積と第２ガス流路４１の容積とを同じ程度の大きさに設定するのに有利となる。このため、第１ガス流路３１と第２ガス流路４１との間における差圧が膜部材２に過剰に作用することを抑制するのに有利である。この場合、膜部材２の変形を抑制するのに有利である。

更にまた本実施例によれば、第１ガス流路３１の容積と第２ガス流路４１の容積とを同じ大きさに設定するのに有利であるため、高湿度ガス及び低湿度ガスの単位時間当たりの流量が変動するときにおいても、加湿効率の過剰変動を抑制するのに貢献できる。

なお本実施例によれば、本体１０は、１つのシート１を渦巻き状に曲成して構成されているため、本体１０を締結する締結部材は使用されていない。この点において平板状の膜部材、平板状の第１セパレータ、平板状の第２セパレータをこれらの厚み方向に積層させて形成する加湿装置とは異なり、締結に起因するストレスが膜部材２、第１セパレータ３、第２セパレータ４に作用しにくい利点が得られる。

図５〜図７は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同一の構成、作用効果を有する。従って本実施例は図１〜図３を準用する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。

図５は、本体１０の第１ガス流路３１に高湿度ガスが流れる第１配管６を取り付けた状態を模式的に示す。高湿度ガスが流れる第１配管６は、第１ガス流路３１の入口側に配置された第１集合入口配管６１と、第１ガス流路３１の出口側に配置された第１集合出口配管６２と、第１集合入口配管６１と第１ガス流路３１の入口側とを連通させる複数の第１入口側分岐通路６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄと、第１集合出口配管６２と第１ガス流路３１の出口側とを連通させる複数の第１出口側分岐通路６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄとを備えている。

また図５は、本体１０の第２ガス流路４１に低湿度ガスが流れる第２配管７を取り付けた状態を併せて示す。低湿度ガスが流れる第２配管７は、第２ガス流路４１の入口側に配置された第２集合入口配管７１と、第２ガス流路４１の出口側に配置された第２集合出口配管７２と、第２集合入口配管７１と第２ガス流路４１の入口側とを連通させる複数の第２入口側分岐通路７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄと、第２集合出口配管７２と第２ガス流路４１の出口側とを連通させる複数の第２出口側分岐通路７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄとを備えている。

図６は、第１配管６及び第１配管６に連通する第１ガス流路３１の展開図を示す。図６に示すように、渦巻き状の内周端Ｍｉ側に位置する第１入口側分岐通路６３ａの流路長をＬａとし、第１入口側分岐通路６３ｂの流路長をＬｂとし、第１入口側分岐通路６３ｃの流路長をＬｃとし、渦巻き状の外周端Ｍｏ側に位置する第１入口側分岐通路６３ｄの流路長をＬｄとすると、流路長の長さの関係としては、図６から理解できるように、Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃ＜Ｌｄに設定されている。

従って、渦巻き状の内周端Ｍｉ側に位置する第１入口側分岐通路６３ａの圧力損失をＰａとし、第１入口側分岐通路６３ｂの圧力損失をＰｂとし、第１入口側分岐通路６３ｃの圧力損失をＰｃとし、渦巻き状の外周端Ｍｏ側に位置する第１入口側分岐通路６３ｄの圧力損失をＰｄとすると、圧力損失は流路長に影響されるため、圧力損失の関係としては、Ｐａ＜Ｐｂ＜Ｐｃ＜Ｐｄに設定されている。このように高湿度ガスの入口となる第１入口側分岐通路６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄには、流路長の差に応じた圧力損失の差が発生する。同様に、高湿度ガスの出口となる第１出口側分岐通路６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄについても、流路長の差に応じた圧力損失の差が発生する。

そこで本実施例によれば、上記した圧力損失の差を相殺するために、次の方策が採用されている。即ち、第１ガス流路３１について、第１入口側分岐通路６３ａに連通する第１分割室３３ａの流路幅をＤａとし、第１入口側分岐通路６３ｂに連通する第１分割室３３ｂの流路幅をＤｂとし、第１入口側分岐通路６３ｃに連通する第１分割室３３ｃの流路幅をＤｃとし、渦巻き状の外周端Ｍｏ側に位置する第１入口側分岐通路６３ｄに連通する第１分割室３３ｄの流路幅をＤｄとすると、流路幅の関係としては、Ｄａ＜Ｄｂ＜Ｄｃ＜Ｄｄに設定されている。

換言すると、流路長が相対的に長い分岐通路に連通する第１分割室における圧力損失は、流路長が相対的に短い第１分岐通路に連通する第１分割室の圧力損失よりも相対的に小さくなるように設定されている。これにより流路長の差に応じた圧力損失の差が低減される。なお図６に示すように第１分割室３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは仕切壁１００により互いに独立して仕切られている。

図７は、低湿度ガスが流れる第２配管７及び第２配管７に連通する第２ガス流路４１の展開図を示す。

図７に示すように、渦巻き状の内周端Ｍｉ側に位置する第２入口側分岐通路７３ａの流路長をＬａ’とし、第２入口側分岐通路７３ｂの流路長をＬｂ’とし、第２入口側分岐通路７３ｃの流路長をＬｃ’とし、渦巻き状の外周端Ｍｏ側に位置する第２入口側分岐通路７３ｄの流路長をＬｄ’とすると、流路長の長さの関係としては、Ｌａ’＜Ｌｂ’＜Ｌｃ’＜Ｌｄ’に設定されている。従って渦巻き状の内周端Ｍｉ側に位置する第２入口側分岐通路７３ａの圧力損失をＰａ’とし、第２入口側分岐通路７３ｂの圧力損失をＰｂ’とし、第２入口側分岐通路７３ｃの圧力損失をＰｃ’とし、渦巻き状の外周端Ｍｏ側に位置する第２入口側分岐通路７３ｄの圧力損失をＰｄ’とすると、流路長の圧力損失の関係としては、Ｐａ’＜Ｐｂ’＜Ｐｃ’＜Ｐｄ’に設定されている。低湿度ガスの出口側となる第２出口側分岐通路７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄについても、同様に、流路長の差に基づく圧力損失の差が発生する。

上記した低湿度ガスが流れる第２入口側分岐通路７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄにおける圧力損失の差、第２出口側分岐通路７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄにおける圧力損失の差を相殺するために、次の方策が採用されている。即ち、第２入口側分岐通路７３ａに連通する第２分割室４３ａの流路幅をＤａ’とし、第２入口側分岐通路７３ｂに連通する第２分割室４３ｂの流路幅をＤｂ’とし、第２入口側分岐通路７３ｃに連通する第２分割室４３ｃの流路幅をＤｃ’とし、渦巻き状の外周端Ｍｏ側に位置する第２入口側分岐通路７３ｄに連通する第２分割室４３ｄの流路幅をＤｄ’とすると、流路幅の関係としては、Ｄａ’＜Ｄｂ’＜Ｄｃ’＜Ｄｄ’に設定されている。なお図７に示すように第２分割室４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは仕切壁１１０により仕切られている。

換言すると、本実施例によれば、流路長が相対的に長い分岐通路に連通する第２分割室における圧力損失は、流路長が相対的に短い第２分岐通路に連通する第２分割室の圧力損失よりも相対的に小さくなるように設定されている。

上記したように本実施例によれば、圧力損失の差が相殺される構造とされており、高湿度ガスを第１ガス流路３１においてむらなく流すのに貢献できる。即ち、高湿度ガスを流れる流路における圧力損失の差の低減を図り、ガス流れの偏りを抑制するのに有利である。

同様に、低湿度ガスを第２ガス流路４１においてむらなく流すのに貢献できる。即ち、低湿度ガスを流れる流路における圧力損失の差の低減を図り、ガス流れの偏りを抑制するのに有利である。

本実施例によれば、図６に示すように、シート１が展開されている状態では、シート１は長辺１ａ，１ｂと短辺１ｃ，１ｄとを有する。ここで、ガスの通過方向は短辺１ｃ，１ｄが延設されている方向とほぼ平行な方向である。

なお本実施例によれば、前述したように、高湿度ガスを第１ガス流路３１に流し、低湿度ガスを第２ガス流路４１に流すことにしているが、これに限らず、高湿度ガスを第２ガス流路４１に流し、低湿度ガスを第１ガス流路３１に流すことにしても良い。本実施例によれば、高湿度ガスが流れる配管の色と、低湿度ガスが流れる配管の色とが異なるように設定されており、両者の識別性が高められている形態を採用することができる。

図８は実施例３を示す。本実施例は実施例１，実施例２と基本的には同一の構成、作用効果を有する。従って本実施例は図１〜図３を準用する。以下、実施例１，実施例２と異なる部分を中心として説明する。シートを渦巻き状に巻回するアシスト機能を有する芯棒部材２００が渦巻きの内周端Ｍｉに設けられている。実施例１と異なり、シート１間にはスペーサ部材５４が介在していない。故に渦巻き状の形態の内周と外周とは接触または接近している。故に加湿装置のコンパクト化に有利である。

図９は実施例４を示す。本実施例は実施例１，実施例２と基本的には同一の構成、作用効果を有する。従って本実施例は図１〜図３を準用する。以下、実施例１，実施例２と異なる部分を中心として説明する。

図９に示すように、１つのシート１をつづら折り状に曲成することにより、つづら折り状の本体１０Ｂは構成されている。本体１０Ｂはケーシング１５の収容室１６に収容されている。

この場合、図９に示すように、シート１の主要素である膜部材２は、第１曲成部１ｘ及び第２曲成部１ｙを形成しつつ、つづら折り状に曲成されている。同様に、シート１の主要素である第１セパレータ３及び第２セパレータ４もつづら折り状に曲成されている。つづら折りとは、Ｓの字形状または逆Ｓの字形状が連続するように曲成して折り畳む折り込み形態をいう。本体１０Ｂは、１つのシート１をつづら折り状に積層されて構成されているため、本体１０Ｂを締結する締結部材は使用されていない。

図９に示すように、つづら折り状に積層されたシート１間には、空気流通路５２が形成されている。空気流通路５２の流路幅ＫＡを確保するために、シート１間にはスペーサ部材５４が適宜介在されている。この場合、本体１０の表出面積が増加し、空気流通路５２に存在する空気とシート１との熱交換性が確保される。

ガスは、第１ガス流路３１及び第２ガス流路４１のうちの少なくとも一方において、つづら折り状に曲成させた膜部材２を切断する仮想平面上に形成されるつづら折り曲線の長さが最小となる仮想平面に直交する方向に沿って流れる。

即ち、図９に示すように、つづら折り状に曲成させた片側の複数の第１曲成部１ｘを繋ぐ仮想線をＳＡとし、つづら折り状に曲成させた他の片側の複数の第２曲成部１ｙを繋ぐ仮想線をＳＢとする。高湿度ガスは、第１ガス流路３１において仮想線ＳＡと仮想線ＳＢとの間において下向き（即ち、図９の紙面の上方から下方に向けて）に流れる。また低湿度ガスは、第２ガス流路４１において仮想線ＳＡと仮想線ＳＢとの間において上向き（即ち、図９の紙面の下方から上方に向けて）に流れる。このように本実施例によれば、高湿度ガス及び低湿度ガスは、互いに逆方向に流れる対向流方式が採用されている。ここで対向流方式が採用されている部分は、第１ガス流路３１及び第２ガス流路４１の流路面積において１００％を占める。

このように高湿度ガス及び低湿度ガスの流れ方向はつづら折り方向ではなく、仮想線ＳＡと仮想線ＳＢとの間を、膜部材２の表面２ａ，２ｃの面方向に沿って流れるため、高湿度ガス及び低湿度ガスの流れ方向の直進性を高めることができ、ガスの通過抵抗ひいては圧力損失を低減させるのに有利である。本実施例においても実施例２の配管構造の特徴を併用しても良い。なお、つづら折り状に曲成されたシート１間に空気流通路５２が形成されているが、空気流通路５２は形成されていなくても良い。

（他の例）その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。

本発明はガス流路形成装置に利用することができる。殊に、燃料電池発電システム等に使用される加湿装置に利用することができる。燃料電池としては、車両用、定置用、携帯用、電気機器用、電子機器用等が挙げられる。

シートの断面図である。 シール部材を有する第１セパレータの側面図である。 加湿装置を水平方向に沿って切断した断面図である。 加湿装置の側面図である。 実施例２に係り、加湿装置の側面図である。 実施例２に係り、第１ガス流路の展開図である。 実施例２に係り、第２ガス流路の展開図である。 実施例３に係り、加湿装置を水平方向に沿って切断した断面図である。 実施例４に係り、加湿装置を水平方向に沿って切断した断面図である。

符号の説明

１はシート、２は膜部材、３は第１セパレータ（流路形成部）、３１は第１ガス流路、４は第２セパレータ（流路形成部）、４１は第２ガス流路、５０はシール部材、５２は空気流通路、５４はスペーサ部材を示す。

Claims (7)

1. 膜部材と、前記膜部材の一方の表面に対面する第１ガス流路を形成する第１流路形成部と、前記膜部材の他方の表面に対面する第２ガス流路を形成する第２流路形成部とを備えるシートを有しており、
   前記膜部材が渦巻き状またはつづら折り状に延設されるように、前記シートを渦巻き状またはつづら折り状に曲成して構成されていることを特徴とする積層型ガス流路形成装置。
2. 請求項１において、渦巻き状またはつづら折り状に曲成された前記シート間には、空気流通路が形成されていることを特徴とする積層型ガス流路形成装置。
3. 請求項１または２において、ガスは、前記第１ガス流路及び前記第２ガス流路のうちの少なくとも一方において、渦巻き状の中心線に沿った方向に流れることを特徴とする積層型ガス流路形成装置。
4. 請求項１または２において、ガスは、前記第１ガス流路及び前記第２ガス流路のうちの少なくとも一方において、つづら折り状に曲成させた前記膜部材を切断する仮想平面上に形成されるつづら折り曲線の長さが最小となる仮想平面に直交する方向に沿った方向に流れることを特徴とする積層型ガス流路形成装置。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記膜部材は水分を選択的に透過する膜であり、高湿度ガス及び低湿度ガスのいずれか一方が前記第１ガス流路を流れ、高湿度ガス及び低湿度ガスのいずれか他方が前記第２ガス流路を流れる加湿装置に適用されていることを特徴とする積層型ガス流路形成装置。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記第１ガス流路は複数の第１分割室に分割されており、
   前記第１ガス流路にガスを供給する第１入口配管が設けられており、前記第１入口配管は、複数の前記第１分割室に個別に連通する複数の第１分岐通路を有しており、且つ、
   流路長が相対的に長い第１分岐通路に連通する第１分割室における圧力損失は、流路長が相対的に短い第１分岐通路に連通する第１分割室の圧力損失よりも相対的に小さくなるように設定されていることを特徴とする積層型ガス流路形成装置。
7. 請求項１〜６のうちのいずれか一項において、前記第２ガス流路は複数の第２分割室に分割されており、
   前記第２ガス流路にガスを供給する第２入口配管が設けられており、前記第２入口配管は、複数の第２分割室に個別に連通する複数の第２分岐通路を有しており、且つ、
   流路長が相対的に長い第１分岐通路に連通する第２分割室における圧力損失は、流路長が相対的に短い第２分岐通路に連通する第２分割室の圧力損失よりも相対的に小さくなるように設定されていることを特徴とする積層型ガス流路形成装置。

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