JP2007128835A - 燃料電池システム用加湿装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷寒地でも効果的に使用できるようにした燃料電池システムの加湿装置を提供する。
【解決手段】乾空気と含湿空気を通過させて前記乾空気と前記含湿空気間の水分交換をさせる中空糸膜２と、前記中空糸膜２の内部にほかの乾空気を供給する乾空気誘導管７とを備え、前記中空糸膜２の内部に流入する前記乾空気と前記含湿空気を加熱する加熱手段をさらに備えたことを特徴とし、前記乾空気誘導管７は、一部が互いに重なる複数の円形状に前記中空糸膜２の長手方向に沿って配置されるように形成され、前記乾空気が噴出する複数の流出孔がその長手方向に沿って多数部位に形成され、前記乾空気誘導管は内側管と外側管を備えた二重管の内側管と外側管の間に加熱手段を備えた構造でなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システムに係り、特に熱線を内蔵した螺旋状の乾空気誘導管を使用して加湿効率を向上させるようにする燃料電池システム用加湿装置に関するものである。
電気自動車の動力源として使用されている燃料電池システムにおいては、円滑な化学反応のために含湿空気が必要であり、燃料電池から排出されるじめじめしたガスであるオフガスの水分を乾空気と水分交換させる加湿装置が使用されている。
加湿装置は電力消費量が少なくて、その装着スペースが小さなものが望ましい。燃料電池システムでは、中空糸膜を用いた加湿装置が通常使用されている。
特開２００１−２６６９１６号公報
本発明の目的は、乾空気と含湿空気間の水分交換が広い部位にわたって迅速になされて加湿効率を向上させるだけでなく、寒い気候でも乾空気と含湿空気を適切に加熱して含湿空気の水分が凍らないようにすることで、冷寒地でも効果的に使用できるようにした燃料電池システムの加湿装置を提供することにある。
本発明は、乾空気と含湿空気を通過させて前記乾空気と前記含湿空気間の水分交換をさせる中空糸膜と、前記中空糸膜の内部にほかの乾空気を供給する乾空気誘導管とを備え、前記中空糸膜の内部に流入する前記乾空気と前記含湿空気を加熱する加熱手段をさらに備えたことを特徴とする。
前記乾空気誘導管は、一部が互いに重なる複数の円形状に前記中空糸膜の長手方向に沿って配置されるように形成され、前記乾空気が噴出する複数の流出孔がその長手方向に沿って多数部位に形成され、前記乾空気誘導管は内側管と外側管を備えた二重管構造でなり、前記加熱手段は前記内側管と前記外側管との間に埋め込んだ熱線を含み、また、前記中空糸膜はハウジング内に収納され、前記ハウジングは第１および第２乾空気流入口と、第１および第２乾空気流出口と、前記第１および第２乾空気流入口および前記第１および第２乾空気流出口に垂直な方向に配置された含湿空気流入口と、含湿空気流出口とを含むことを特徴とする。
本発明による燃料電池システム用加湿装置によれば、乾空気を中空糸膜の内部に設置された乾空気誘導管を通じて噴出させることによって、ハウジングの内部で全体的に均等に中空糸膜の外部に乾空気を噴射させることができるので、乾空気の加湿効率が向上し、また乾空気の噴射速度も向上して乾空気と含湿空気間の水分交換速度を向上させることができる。
また、気候の寒い場合には、乾空気誘導管に埋め込んだ熱線により乾空気と含湿空気を加熱して含湿空気の水分が凍らないようにすることで、乾空気の加湿効率を向上させることができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明による燃料電池システム用加湿装置を示す断面図である。同図に示すように、ハウジング１の内部には多数の中空糸膜２が収納されている。ハウジング１には、内部に乾空気が流入できるようにする第１流入口３と、外部へ乾空気が流出口きるようにする第１流出口４がそれぞれ形成されている。
また、第１流入口３及び第１流出口４に垂直であるとともに中空糸膜２に平行な方向に、ハウジングの内部に含湿空気が流入できるようにする含湿空気流入口５と、ハウジングの外部へ含湿空気が流出できるようにする含湿空気流出口６がそれぞれ形成されている。
含湿空気流入口５を通じて含湿空気をハウジング１の内部に供給すれば、含湿空気は中空糸膜２を通過し、含湿空気流出口６を通じてハウジング１の外部へ流出する。含湿空気に含まれた水分は中空糸膜２の毛細管作用によって分離され、分離された水分は中空糸膜２の毛細管内を通過しながら凝縮して中空糸膜２の外側に移動する。
第１流入口３を通じて乾空気を供給すれば、乾空気は中空糸膜２の外側に移動しながら、含湿空気から分離された水分によって加湿された後、第１流出口４を通じてハウジングの外部へ流出する。
ハウジング１の内部に収納された中空糸膜２の内部には、乾空気誘導管７が設けられている。乾空気誘導管７は複数の円形をなしており、各円形の一部は互いに重畳するように形成される。乾空気誘導管７の流入口は、ハウジング１に第１流入口３と対向するように形成された第２乾空気流入口８と連結され、乾空気誘導管７の流出口は、ハウジング１に第１流出口４と対向するように形成された第２乾空気流出口９側に向かうように配置される。
乾空気誘導管７は、図２に詳細に示すように、内側管７ａと外側管７ｂを備えた二重管構造になっている。内側管７ａと外側管７ｂとの間には、電源が供給されれば発熱して乾空気誘導管７を加熱する熱線１０が埋め込んでいる。乾空気誘導管７の長手方向に沿って多数の部位には複数の流出孔７ｃが形成されている。
第２乾空気流入口８を通じて乾空気誘導管７に乾空気が供給されれば、乾空気は乾空気誘導管７に沿って流動して複数の流出孔７ｃを通じて乾空気誘導管７の外部へ噴出する。複数の流出孔７ｃを通じて噴出した乾空気はハウジング１内で全体的に均等に中空糸膜２の外部に噴射されて加湿されることにより、乾空気の加湿効率が向上する。
複数の流出孔７ｃを通じて乾空気が早く中空糸膜の外部に噴射されることによって、水分交換速度も向上して加湿効率が向上する。乾空気誘導管７を通じて供給された乾空気の大部分は第２流出口を通じてハウジングの外部へ流出し、残りの一部は第１流入口を通じて流入する乾空気と混合して第１流出口を通じてハウジングの外部へ流出する。
また、気候が寒い場合、熱線１０に電源を供給すれば、熱線１０によって乾空気誘導管７が加熱されることにより、中空糸膜の外部に移動する水分が凍らないで乾空気の加湿効率が向上する。
以上で、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
本発明は、乾空気と含湿空気間の水分交換を広い部位にわたって迅速になし加湿効率を向上させることができ、寒い気候でも乾空気と含湿空気を適切に加熱させて含湿空気の水分が凍らないようにすることで、冷寒地でも効果的に使用できるようにした燃料電池システムの加湿装置に適用可能である。
本発明による燃料電池システム用加湿装置の断面図である。 本発明による乾空気誘導管の一部切断斜視図である。
符号の説明
１ ハウジング
２ 中空糸膜
３ 第１流入口
４ 第１流出口
５ 含湿空気流入口
６ 含湿空気流出口
７ 乾空気誘導管
８ 第２乾空気流入口
９ 第２乾空気流出口
１０ 熱線

Claims (5)

  1. 乾空気と含湿空気を通過させて前記乾空気と前記含湿空気間の水分交換をさせる中空糸膜と、前記中空糸膜の内部にほかの乾空気を供給する乾空気誘導管とを備えたことを特徴とする燃料電池システム用加湿装置。
  2. 前記中空糸膜の内部に流入する前記乾空気と前記含湿空気を加熱する加熱手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム用加湿装置。
  3. 前記乾空気誘導管は、一部が互いに重なる複数の円形状に前記中空糸膜の長手方向に沿って配置されるように形成され、前記乾空気が噴出する複数の流出孔がその長手方向に沿って多数部位に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム用加湿装置。
  4. 前記乾空気誘導管は内側管と外側管を備えた二重管構造でなり、前記加熱手段は前記内側管と前記外側管との間に埋め込んだ熱線を含むことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム用加湿装置。
  5. 前記中空糸膜はハウジング内に収納され、前記ハウジングは第１および第２乾空気流入口と、第１および第２乾空気流出口と、前記第１および第２乾空気流入口および前記第１および第２乾空気流出口に垂直な方向に配置された含湿空気流入口と、含湿空気流出口とを含むことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム用加湿装置。
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