JP2007187367A - Humidification device - Google Patents
Humidification device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007187367A JP2007187367A JP2006004548A JP2006004548A JP2007187367A JP 2007187367 A JP2007187367 A JP 2007187367A JP 2006004548 A JP2006004548 A JP 2006004548A JP 2006004548 A JP2006004548 A JP 2006004548A JP 2007187367 A JP2007187367 A JP 2007187367A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hollow fiber
- fluid
- fiber membrane
- flow
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Air Humidification (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えば燃料電池に供給するガスを加湿する加湿装置に係り、特に水透過性の中空糸膜を有する加湿装置に関する。 The present invention relates to a humidifier that humidifies gas supplied to a fuel cell, for example, and more particularly to a humidifier having a water-permeable hollow fiber membrane.
例えば、固体高分子型の燃料電池を備えたシステムでは、燃料電池から排出される湿潤ガスを、燃料電池に供給されるガスと水分交換させるための加湿装置が用いられている。このような加湿装置としては、以下の特許文献1に記載のものが提案されている。
しかしながら、特許文献1のような加湿装置の構造では、円筒形状のケース内に設けられた中空糸膜の外側を通る流体を流れ難くさせる領域が発生するという問題がある。すなわち、図9を参照しながら説明すると、従来の加湿装置100では、中空糸膜束101の両端の流路壁(ポッティング部)102と流路壁(ポッティング部)103との間において、中空糸膜の外側を通る流体が流れ易くなる領域(矢印参照)と、流れ難くなる領域(デッドスペース)とが生じ、中空糸膜の内側を通る流体の圧力損失を招く。その結果、加湿効率が低下してしまう。また、流路壁102,103に隣接して、加湿を行うための水分交換部とは別に、中空糸膜の内側に流体を導入するためのバッファ部や中空糸膜の内側から流体を排出させるためのバッファ部105を小さくする検討が充分になされておらず、加湿装置が大型化するという問題もある。
However, in the structure of the humidifier as in Patent Document 1, there is a problem that a region that makes it difficult for fluid to flow through the outside of the hollow fiber membrane provided in the cylindrical case occurs. That is, with reference to FIG. 9, in the
本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、加湿効率を高めるとともに装置の小型化を図ることができる加湿装置を提供することを課題とする。 This invention solves the said conventional problem, and makes it a subject to provide the humidification apparatus which can aim at size reduction of an apparatus while improving humidification efficiency.
請求項1に係る発明は、複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束を内包するケースと、前記ケースの外部から流入した第1流体を複数の中空糸膜に流入させる流入側のバッファ部と、前記流入側のバッファ部に隣接して前記中空糸膜の内側に第1流体を流入させる複数の開口部を有する第1の流路壁と、前記複数の中空糸膜の内部から流出する第1流体をまとめて前記ケースの外部に流出させる流出側のバッファ部と、前記流出側のバッファ部に隣接して前記中空糸膜の内側を通る第1流体を流出させる複数の開口部を有する第2の流路壁と、前記ケースの外部から前記中空糸膜の外側へ第2流体を流入させる流入口と、前記中空糸膜の外側から前記ケースの外部へ第2流体を流出させる流出口と、を備え、前記中空糸膜の内側と外側に水分含有量の異なる第1流体と第2流体を流して水分交換を行う水分交換部を有する加湿装置において、前記第1流路壁および前記第2流路壁の少なくとも一方において、前記バッファ部側の面と水分交換部側の面との両面が、前記中空糸膜の内側を流れる第1流体の流れ方向に対して同方向の傾斜を有して構成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 1 includes a case enclosing a bundle of hollow fiber membranes in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled, and an inflow side buffer section for allowing a first fluid flowing from the outside of the case to flow into the plurality of hollow fiber membranes. And a first flow path wall having a plurality of openings for allowing the first fluid to flow inside the hollow fiber membrane adjacent to the inflow side buffer portion, and to flow out from the inside of the plurality of hollow fiber membranes. An outflow side buffer portion that causes the first fluid to flow out to the outside of the case, and a plurality of openings that allow the first fluid that passes through the inside of the hollow fiber membrane to flow out adjacent to the outflow side buffer portion. A second flow path wall, an inflow port for allowing the second fluid to flow into the outside of the hollow fiber membrane from the outside of the case, and an outflow port for allowing the second fluid to flow out of the case from the outside of the hollow fiber membrane Including moisture inside and outside the hollow fiber membrane A humidifying device having a moisture exchange part that exchanges moisture by flowing a first fluid and a second fluid different from each other in at least one of the first channel wall and the second channel wall; Both surfaces with the surface on the moisture exchange part side are configured to have an inclination in the same direction with respect to the flow direction of the first fluid flowing inside the hollow fiber membrane.
請求項1に係る発明によれば、中空糸膜の内側を流れる第1流体に対して、第1の流路壁および第2の流路壁の少なくとも一方を所定の角度をもって斜めに構成することにより、中空糸膜の外側に導入される第2流体が通りにくくなっている箇所(デッドスペース)を低減することができ、これにより空間効率を向上できる。さらに、流路壁を斜めに構成することにより、水分交換にほとんど寄与していなかった長さ分の中空糸膜を短く形成して、流路壁とケースとで囲まれる空間をバッファ部として使用することができるため、装置の小型化を図ることが可能になる。さらに、中空糸膜の長さを短縮できるので、中空糸膜の内側を通る第1流体の圧力損失を低減できる。 According to the first aspect of the present invention, at least one of the first flow path wall and the second flow path wall is inclined with a predetermined angle with respect to the first fluid flowing inside the hollow fiber membrane. Thereby, the location (dead space) where it is difficult for the second fluid introduced to the outside of the hollow fiber membrane to pass through can be reduced, thereby improving the space efficiency. In addition, by forming the flow path wall diagonally, a hollow fiber membrane of a length that has hardly contributed to moisture exchange is formed short, and the space surrounded by the flow path wall and the case is used as a buffer part Therefore, it is possible to reduce the size of the apparatus. Furthermore, since the length of the hollow fiber membrane can be shortened, the pressure loss of the first fluid passing through the inside of the hollow fiber membrane can be reduced.
請求項2に係る発明は、前記中空糸膜の内側を流れる第1流体の流れ方向に対して前記中空糸膜の端部が斜めに形成され、前記中空糸膜の端部は、前記流路壁と同方向の角度を成して構成されていることを特徴とする。 In the invention according to claim 2, the end of the hollow fiber membrane is formed obliquely with respect to the flow direction of the first fluid flowing inside the hollow fiber membrane, and the end of the hollow fiber membrane It is characterized by being formed at an angle in the same direction as the wall.
請求項2に係る発明によれば、中空糸膜の端部の開口面積を拡大することができるので、中空糸膜の内部への第1流体の流入が容易となり、中空糸膜内の圧力損失が減少する。 According to the invention of claim 2, since the opening area of the end of the hollow fiber membrane can be enlarged, the first fluid can easily flow into the hollow fiber membrane, and the pressure loss in the hollow fiber membrane can be reduced. Decrease.
請求項3に係る発明は、前記流入口と前記流出口は、前記中空糸膜の内側を流れる第1流体の流れ方向から見て、対極となる位置に配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that the inflow port and the outflow port are arranged at positions serving as counter electrodes when viewed from the flow direction of the first fluid flowing inside the hollow fiber membrane.
請求項3に係る発明によれば、中空糸膜の内側を流れる第1流体と外側を流れる第2流体との間で水分交換を行う距離を長くすることができるので、水分交換率を向上させることができる。 According to the invention which concerns on Claim 3, since the distance which performs a water | moisture content exchange between the 1st fluid which flows inside the hollow fiber membrane and the 2nd fluid which flows outside can be lengthened, a water exchange rate is improved. be able to.
請求項4に係る発明は、前記流入側のバッファ部に設けられて第1流体が導入される導入口、および前記流出側のバッファ部に設けられて第1流体が排出される排出口は、前記流入側バッファ部および流出側バッファ部の奥行きの長い側に配置されていることを特徴とする。 In the invention according to claim 4, the inlet provided in the buffer part on the inflow side to introduce the first fluid, and the outlet provided in the buffer part on the outflow side to discharge the first fluid are: The inflow side buffer part and the outflow side buffer part are arranged on the long side.
請求項4に係る発明によれば、導入口が奥行きの長い側に配置されることにより、中空糸膜の内側に第1流体を流入させ易くなる。また、流入口と流出口とが対に配置されるものにおいて、導入口と排出口の双方が奥行きの長い側に配置されることにより、導入口側で流れ易いところが排出口側で流れ難くなり、逆に導入口側で流れ難いところが排出口側で流れ易くなるので、第1流体を各中空糸膜の全体に均一に流すことが可能になる。 According to the invention which concerns on Claim 4, it becomes easy to make a 1st fluid flow in into an inner side of a hollow fiber membrane by arrange | positioning an inlet in the side with a long depth. In addition, in the case where the inlet and outlet are arranged in pairs, both the inlet and the outlet are arranged on the long depth side, so that it is difficult for the portion that flows easily on the inlet side to flow on the outlet side. On the contrary, since it is easy to flow on the discharge port side where it is difficult to flow on the introduction port side, the first fluid can be made to flow uniformly over the entire hollow fiber membranes.
本発明によれば、加湿効率を高めるとともに装置の小型化を図ることができる加湿装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the humidification apparatus which can aim at size reduction of an apparatus while improving humidification efficiency can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら具体的に説明する。本発明の実施形態に係る加湿装置について説明する前に、図1を例に挙げて、加湿装置を適用したシステムについて説明する。図1は本実施形態の加湿装置を備えた燃料電池システムの一例を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Before describing the humidifier according to the embodiment of the present invention, a system to which the humidifier is applied will be described with reference to FIG. 1 as an example. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a fuel cell system provided with a humidifier according to this embodiment.
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などから構成されている。 The fuel cell system FCS shown in FIG. 1 includes a fuel cell 1, an air supply device AS, a hydrogen supply device HS, and the like.
前記燃料電池1は、電解質膜を挟んでカソード極(酸素極)とアノード極(水素極)とに分けられ、それぞれの極側に白金属系の触媒を含んだ電極が設けられ、カソード電極およびアノード電極を形成している。また、この燃料電池1では、カソード電極に酸化剤ガスとして空気Aが供給され、アノード電極に燃料ガスとして水素Hが供給されると、アノード電極で水素が触媒作用によりイオン化してプロトンと電子が生成され、生成されたプロトンは電解質膜中を移動してカソード電極に移動する。カソード電極に到達したプロトンは、触媒存在下、空気A中の酸素と、電子と直ちに反応して水を生成する。生成した水及び酸素を含む空気Aは、空気Aeとしてカソード極から排出される。また、アノード電極では、水素がイオン化する際に電子が生成されるが、この生成された電子は、外部負荷を経由してカソード電極に移動する。 The fuel cell 1 is divided into a cathode electrode (oxygen electrode) and an anode electrode (hydrogen electrode) with an electrolyte membrane interposed therebetween, and electrodes each containing a white metal catalyst are provided on each electrode side. An anode electrode is formed. Further, in this fuel cell 1, when air A is supplied as an oxidant gas to the cathode electrode and hydrogen H is supplied as the fuel gas to the anode electrode, hydrogen is ionized by the catalytic action to generate protons and electrons. The generated protons move through the electrolyte membrane and move to the cathode electrode. Protons that reach the cathode electrode immediately react with oxygen and electrons in the air A in the presence of a catalyst to produce water. The generated air A containing water and oxygen is discharged from the cathode as air Ae. In the anode electrode, electrons are generated when hydrogen is ionized, and the generated electrons move to the cathode electrode via an external load.
前記空気供給装置ASは、本発明の実施形態に係る加湿装置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。燃料電池1へ空気Aを供給する流路には、燃料電池1の上流側に加湿装置2が配置され、この加湿装置2の上流側にコンプレッサ4が配置され、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、燃料電池から空気Aeを排出する流路には、燃料電池1の下流側に加湿装置2が配置され、その下流側に圧力制御弁5が配置されている。 The air supply device AS includes an air cleaner 3, a compressor 4, a pressure control valve 5 and the like in addition to the humidifying device 2 according to the embodiment of the present invention. In the flow path for supplying air A to the fuel cell 1, a humidifier 2 is disposed upstream of the fuel cell 1, a compressor 4 is disposed upstream of the humidifier 2, and an air cleaner is disposed upstream of the compressor 4. 3 is arranged. Further, in the flow path for discharging the air Ae from the fuel cell, the humidifying device 2 is disposed on the downstream side of the fuel cell 1, and the pressure control valve 5 is disposed on the downstream side thereof.
前記加湿装置2は、エアクリーナ3で処理されてコンプレッサ4により供給される空気Aを加湿して燃料電池1に供給するものであるが、その詳細については後述する。 The humidifier 2 humidifies the air A processed by the air cleaner 3 and supplied by the compressor 4 and supplies the humidified air to the fuel cell 1, details of which will be described later.
前記エアクリーナ3は、図示しないフィルタなどから構成され、燃料電池1のカソード極側に供給される空気Aを濾過して、供給される空気A中に含まれるごみや油等を取り除く。 The air cleaner 3 includes a filter (not shown) and the like, filters the air A supplied to the cathode electrode side of the fuel cell 1 and removes dust, oil, and the like contained in the supplied air A.
前記コンプレッサ4は、図示しないスーパーチャージャ等の容積型の圧縮機及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空気Aを圧縮した後に送り出し、加湿装置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、供給される空気Aが、加湿装置2を経て燃料電池1のカソード極側に送り出され、燃料電池1を経た後に加湿装置2に送られる。 The compressor 4 includes a positive displacement compressor such as a supercharger (not shown) and a motor for driving the compressor 4. The compressor 4 compresses air A used as an oxidant gas in the fuel cell 1 and sends it out to the humidifier 2. To supply. Due to the output of the compressor 4, the supplied air A is sent to the cathode electrode side of the fuel cell 1 through the humidifier 2, and is sent to the humidifier 2 after passing through the fuel cell 1.
前記圧力制御弁5は、図示しないバラフライ弁及びこれを駆動するアクチュエータ(例えば、ステッピングモータ)などから構成され、燃料電池1から排出されるカソードオフガスの圧力を弁開度を減少または増加させることにより制御する。 The pressure control valve 5 is composed of a not-shown butterfly valve and an actuator (for example, a stepping motor) that drives the valve, and reduces or increases the valve opening of the cathode off-gas pressure discharged from the fuel cell 1. Control.
一方、前記水素供給装置HSは、水素ガスボンベ11、レギュレータ12、エゼクタ13、パージ弁14などから構成される。
On the other hand, the hydrogen supply device HS includes a
前記水素ガスボンベ11は、燃料電池1のアノード極側に導入される水素Hを貯蔵するものである。貯蔵する水素Hは高純度の水素であり、圧力は例えば15〜35MPaである。なお、水素ガスボンベ11は、水素吸蔵合金を内蔵し1MPa程度の圧力で水素を貯蔵する水素吸蔵合金タイプも使用することができる。
The
前記レギュレータ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。
The
前記エゼクタ13は、アノード極に供給される燃料ガスとしての水素を循環するための真空ポンプの1種であり、ノズル、ディフューザ、吸引室等から主要部が構成される。
The
前記パージ弁14は、遮断弁であり、閉弁することにより、燃料電池1から排出された未反応の水素Heを、エゼクタ13を介して再び燃料電池1に供給して燃料としての水素の利用効率を高めるようになっている。
The purge valve 14 is a shut-off valve. When the purge valve 14 is closed, unreacted hydrogen He discharged from the fuel cell 1 is supplied to the fuel cell 1 again through the
このように構成された燃料電池システムFCSでは、加湿装置2を経由して燃料電池1のカソード極を通過する空気Aは、カソード極を通過する前に、燃料電池1の電解質膜を飽和湿度に湿らせる。また、アノード電極から電解質膜中を移動したプロトンがカソード電極に到達すると、触媒の存在下でプロトンと空気A中の酸素とアノード電極で生成された電子が反応して水が生成される。生成された水は、燃料電池1から排出された空気Asとともに、燃料電池1から排出され、燃料電池1の下流側に設けられた加湿装置2に供給される。この加湿装置2では、後記する各中空糸膜の内側を空気Aeが、外側を空気Aが通過し、空気Aeから移動する水分によって空気Aが加湿される。したがって、燃料電池1の安定した出力を得るためには、加湿装置2での加湿効率を高めることが有効になる。 In the fuel cell system FCS configured as described above, the air A passing through the cathode electrode of the fuel cell 1 via the humidifier 2 causes the electrolyte membrane of the fuel cell 1 to reach saturated humidity before passing through the cathode electrode. Moisten. When protons that have moved from the anode electrode into the electrolyte membrane reach the cathode electrode, the protons, oxygen in the air A, and electrons generated at the anode electrode react to generate water in the presence of the catalyst. The generated water is discharged from the fuel cell 1 together with the air As discharged from the fuel cell 1, and is supplied to the humidifier 2 provided on the downstream side of the fuel cell 1. In this humidifying device 2, air Ae passes through the inside of each hollow fiber membrane, which will be described later, and air A passes through the outside, and the air A is humidified by moisture moving from the air Ae. Therefore, in order to obtain a stable output of the fuel cell 1, it is effective to increase the humidifying efficiency in the humidifying device 2.
以下、本発明の実施形態に係る加湿装置2について図面を参照しながら説明する。図2は本実施形態の加湿装置を示す透視斜視図、図3は図2のA矢視図、図4は図3のB−B断面図、図5(a)は本実施形態での中空糸膜の端部を示す拡大斜視図、(b)は従来の実施形態での中空糸膜の端部を示す拡大斜視図、図6および図7は本実施形態の加湿装置の作用を説明するための概略図である。 Hereinafter, the humidification apparatus 2 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated, referring drawings. 2 is a perspective view showing the humidifying device of the present embodiment, FIG. 3 is a view taken in the direction of the arrow A in FIG. 2, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. An enlarged perspective view showing the end of the yarn membrane, (b) is an enlarged perspective view showing the end of the hollow fiber membrane in the conventional embodiment, and FIGS. 6 and 7 explain the operation of the humidifying device of the present embodiment. FIG.
図2に示すように、本実施形態の加湿装置2は、ケース20、中空糸膜束30、第1流路壁40、第2流路壁50などを有している。
As shown in FIG. 2, the humidifying device 2 of the present embodiment includes a
前記ケース20は、円筒形状の筒体21と、この筒体21の両端に形成された開口を塞ぐ円板状の蓋体22、23とを備えて構成されている。また、筒体21の外周面には、第1流路壁40の内側近傍においてケース20の内部と連通する流入口21aが設けられ、第2流路壁50の内側近傍においてケース20の内側と連通する流出口21bが設けられている。また、流入口21aと流出口21bは、図3に示すように、第1流体の流通方向視において、対極となる位置に配置されている。この流入口21aから、燃料電池1のカソード極から排出された水分含有量の多い第2流体(空気Ae)が導入され、流出口21bから、加湿した後の第2流体が排出される。また、前記蓋体22には、ケース20の内部と連通する導入口22aが設けられ、蓋体23には、ケース20の内部と連通する排出口23aが設けられている。この導入口22aから、燃料電池1のカソード極に供給される前の乾燥した第1流体(空気A)が導入され、排出口23aから、加湿された後の第1流体が排出される。
The
前記中空糸膜束30は、複数の中空糸膜31を束ねて構成されたものであり、ケース20内において密になるように配置されている。各中空糸膜31には、無数の毛管部が形成されており、中空糸膜31の外側に導入される第2流体(空気Ae)に含まれる水蒸気が毛管部内で凝縮し、中空糸膜31の内側へ移動することで、水分が第1流体(空気A)へ渡されるようになっている。なお、図2および図4では、説明の便宜上、実際より中空糸膜31の本数を少なくし、中空糸膜31同士の間隔を広げて図示している。
The hollow
図4に示すように、前記第1流路壁40は、いわゆるポッティング部と称されるものであり、中空糸膜束30の一端(図中左側)に、各中空糸膜31の外周面間、中空糸膜31の外周面とケース20(筒体21)の内周面との間が、それぞれ閉塞されるように形成されている。このとき、第1流路壁40の端面(後記する流入側バッファ部R1側の面41)には、各中空糸膜31による複数の開口部31aが現れるように形成されて、導入口22aから導入された第1流体が各中空糸膜31の内側を通るようになっている。
As shown in FIG. 4, the first
前記第2流路壁50は、前記第1流路壁40と同様に、中空糸膜束30の他端(図中右側)に、各中空糸膜31の外周面間、中空糸膜31の外周面とケース20(筒体21)の内周面との間が、それぞれ閉塞されているように形成されている。このとき、第2流路壁50の端面(後記する流出側バッファ部R2側の面51)には、各中空糸膜31による複数の開口部31b(図3参照)が現れるように形成されて、各中空糸膜31の内側を通過した第1流体が排出口23aから排出されるようになっている。
Similarly to the first
なお、前記第1流路壁40と前記第2流路壁50とで挟まれる領域(図2および図3の両矢印参照)が、水分交換を行う水分交換部32として機能するようになっている。
Note that a region sandwiched between the first
また、前記第1流路壁40は、第1流体の流れ方向に対して傾斜、つまり蓋体22の内壁面に対して流入口21aから遠い側が離れるように傾斜して形成されて、第1流路壁40とケース20(筒体21の一部および蓋体22)とで囲まれる空間が流入側バッファ部R1としての役割を果たすように構成されている。さらに詳述すると、この第1流路壁40は、流入側バッファ部R1側の面41が第1流体の流れ方向に対して角度αを成して形成され、また水分交換部32側の面42が第1流体の流れ方向に対して同様に角度αを成して形成され、つまり、両面41,42が第1流体の流れ方向に対して同方向に傾斜するように構成されている。
The first
また、前記第2流路壁50は、第1流体の流れ方向に対して傾斜、つまり蓋体23の内壁面に対して流出口21bから遠い側が離れるように傾斜して形成されて、第2流路壁50とケース20(筒体21の一部および蓋体23)とで囲まれる空間が流出側バッファ部R2としての役割を果たすように構成されている。さらに、詳述すると、この第2流路壁50は、流出側バッファ部R2側の面51が第1流体の流れ方向に対して角度βを成して形成され、また水分交換部32側の面52が第1流体の流れ方向に対して同様に角度βを成して形成され、つまり、両面51,52が第1流体の流れ方向に対して同方向に傾斜するように構成されている。
In addition, the second
なお、本実施形態では、第1流路壁40の角度αと第2流路壁50の角度βは、ほぼ同じ角度となるように形成されているが、必ずしも同じ角度である必要はなく、第2流体の流れ方に応じて、すなわちデッドスペースが極力少なくなるように異なる角度にしてもよい。
In the present embodiment, the angle α of the first
これにより、導入口22aから流入側バッファ部R1に導入された水分含有量の少ない第1流体(白抜き矢印)は、第1流路壁40の各開口部31aから中空糸膜31の内側を通って水分交換部32を流れ、流入口21aから中空糸膜31の外側を通って導入された水分含有量の多い第2流体との間で水分交換が行われて加湿された後に、第2流路壁50の各開口部31bから流出し、流出側バッファ部R2を通って排出口23aから排出される。また、流入口21aから導入されて第1流体を加湿した第2流体は、流出口21bを通ってケース20から排出される。
As a result, the first fluid (white arrow) with a low water content introduced from the
以上説明したように、本実施形態の加湿装置2では、第1流路壁40および第2流路壁50を、第1流体の流れに対して所定の角度を持って構成したことにより、従来、第2流体が流れ難くなることで生じていたデッドスペースを低減できるようになり、空間効率を高めることが可能になる。
As described above, in the humidifying device 2 of the present embodiment, the first
また、本実施形態では、前記のようにケース20内において第1流路壁40および第2流路壁50を斜めに構成したことにより、第1流路壁40とケース20との間に空間を形成し、この空間を流入側バッファ部R1として使用し、また第2流路壁50とケース20との間に空間を形成し、この空間を流出側バッファ部R2として使用することにより、加湿装置2の小型化が可能になる。つまり、加湿装置2の流入側バッファ部R1から流出側バッファ部R2までの長さ寸法をL1(図6参照)とし、従来の加湿装置100の流入側バッファ部104から流出側バッファ部105までの長さ寸法をLa(図9参照)としたときに、L1<Laにできるので、加湿装置2の長手方向の寸法を短縮して小型化が可能となる。
In the present embodiment, the first
また、本実施形態では、デッドスペースを低減することで各中空糸膜31の長さを短縮できるので、中空糸膜31の内側を通る第1流体の圧力損失を低減することが可能になり、第1流体を中空糸膜31の内側に流入させ易くできる。つまり、加湿装置2における中空糸膜31の長さ寸法をL2(図6参照)とし、図9に示すように、従来の加湿装置100における中空糸膜の長さ寸法をLb(図9参照)としたときに、L2<Lbとすることができるので、中空糸膜31を短縮して第1流体に対する圧力損失を低減できる。
Further, in the present embodiment, since the length of each
また、本実施形態では、第1流路壁40において、各中空糸膜31の端部を第1流体の流れ方向に対して斜めに形成したことにより、図5(a)に示すように、本実施形態の加湿装置2では中空糸膜31の端部の開口部31aの形状が楕円形(開口面積S1)となる。また、中空糸膜31の端部は、第1流路壁40の流入側バッファ部R1側の面41と同方向の角度α(図4参照)を成して構成されている。したがって、図5(b)に示す従来の加湿装置100での中空糸膜の端部の開口部の形状が円形(開口面積S2)となる場合と比べてその開口面積を大きくできる。よって、中空糸膜31の内部への第1流体の流入が容易となる。
Moreover, in this embodiment, in the 1st flow-
また、本実施形態では、図3に示すように、流入口21aと流出口21bは、中空糸膜31の内側を流れる第1流体の流れ方向(紙面に対して垂直方向)に対して対極となる位置に、つまり、流入口21aが図3の下端に形成され、流出口21bが180度反対側の上端に配置されているので、中空糸膜31の内側を流れる第1流体と外側を流れる第2流体とが水分交換を行う距離を長く設定することができるので、水分交換率を向上できるようになる。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また、本実施形態では、図4に示すように、第1流体をケース20内に導入するための導入口22aを、流入側バッファ部R1の奥行きが長くなる側に配置することにより、第1流体を中空糸膜31の内側に流入させ易くできる。また、導入口22aを流入側バッファ部R1の奥行きが長くなる側に配置するととともに、排出口23aを流出側バッファ部R2の奥行きが長くなる側に配置することにより、図7に示すように、流入側バッファ部R1側では、奥行きの長い側で第1流体を中空糸膜31の内側に流入させ易く、奥行きの短い側で第1流体を流入させ難くなり、一方流出側バッファ部R2では、奥行きの短い側で第1流体を流出させ難く、奥行きの長い側で第1流体を流出させ易くなるので、圧力損失の配分が均等化されて、各中空糸膜31の内側を通る流路全体にわたって第1流体を均等に流すことが可能になる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
図8は本実施形態の加湿装置の変形例を示す透視斜視図である。図8に示す加湿装置2Aは、前記した加湿装置2と基本的な構造は同じであり、四角筒形状の筒体61と、この筒体61の両端の開口を塞ぐ四角板状の蓋体62,63とからなるケース60内に、複数の中空糸膜31からなる中空糸膜束30と、第1流路壁70と、第2流路壁80とを備えている。第1流路壁70と第2流路壁80は、いずれもケース60の形状に合わせて四角形状に形成され、第1流体の流れ方向(図示せず)に対して所定の角度を持つように斜めに形成されている。このような形状の加湿装置2Aであっても、前記加湿装置2と同様な効果を有する。
FIG. 8 is a perspective view showing a modification of the humidifying device of the present embodiment. The humidifying device 2A shown in FIG. 8 has the same basic structure as the humidifying device 2 described above, and has a rectangular
なお、加湿装置のケース20,60の形状は、円筒や四角筒に限定されるものではなく、その他の形状であってもよい。また、ケース20,60は、長手方向に直線状に形成されるものに限定されず、湾曲した形状であってもよい。また、流入口21aと流出口21bとを逆に配置して、第1流体と第2流体とが対向して流れるようにしてもよい。
Note that the shapes of the
また、前記した実施形態では、中空糸膜束30の両端部に第1流路壁40と第2流路壁50を設けたが、第1流路壁40と第2流路壁50のいずれか一方であっても、デッドスペースを低減して空間効率を高めて水分交換率を向上できるようになる。
Further, in the above-described embodiment, the first
2 加湿装置
20 ケース
21a 流入口
21b 流出口
22a 導入口
23a 排出口
30 中空糸膜束
31 中空糸膜
31a 開口部
32 水分交換部
40 第1流路壁(第1の流路壁)
50 第2流路壁(第2の流路壁)
41,51 バッファ部側の面
42,52 水分交換部側の面
R1 流入側バッファ部(流入側のバッファ部)
R2 流出側バッファ部(流出側のバッファ部)
2
50 Second channel wall (second channel wall)
41, 51
R2 Outflow side buffer (outflow side buffer)
Claims (4)
前記ケースの外部から流入した第1流体を複数の中空糸膜に流入させる流入側のバッファ部と、
前記流入側のバッファ部に隣接して前記中空糸膜の内側に第1流体を流入させる複数の開口部を有する第1の流路壁と、
前記複数の中空糸膜の内部から流出する第1流体をまとめて前記ケースの外部に流出させる流出側のバッファ部と、
前記流出側のバッファ部に隣接して前記中空糸膜の内側を通る第1流体を流出させる複数の開口部を有する第2の流路壁と、
前記ケースの外部から前記中空糸膜の外側へ第2流体を流入させる流入口と、
前記中空糸膜の外側から前記ケースの外部へ第2流体を流出させる流出口と、を備え、
前記中空糸膜の内側と外側に水分含有量の異なる第1流体と第2流体を流して水分交換を行う水分交換部を有する加湿装置において、
前記第1流路壁および前記第2流路壁の少なくとも一方において、前記バッファ部側の面と水分交換部側の面との両面が、前記中空糸膜の内側を流れる第1流体の流れ方向に対して同方向の傾斜を有して構成されていることを特徴とする加湿装置。 A case containing a hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled;
A buffer part on the inflow side for allowing the first fluid flowing from the outside of the case to flow into the plurality of hollow fiber membranes;
A first flow path wall having a plurality of openings that allow the first fluid to flow inside the hollow fiber membrane adjacent to the inflow side buffer section;
A buffer portion on the outflow side for collecting the first fluid flowing out from the inside of the plurality of hollow fiber membranes and outflowing the outside of the case;
A second flow path wall having a plurality of openings for allowing the first fluid passing through the inside of the hollow fiber membrane to flow out adjacent to the buffer portion on the outflow side;
An inlet for allowing the second fluid to flow from the outside of the case to the outside of the hollow fiber membrane;
An outlet for allowing the second fluid to flow out from the outside of the hollow fiber membrane to the outside of the case, and
In a humidifying device having a moisture exchange part that exchanges moisture by flowing a first fluid and a second fluid having different moisture contents inside and outside the hollow fiber membrane,
In at least one of the first flow path wall and the second flow path wall, the flow direction of the first fluid in which both surfaces of the buffer portion side surface and the moisture exchange portion side surface flow inside the hollow fiber membrane The humidifying device is characterized by having an inclination in the same direction with respect to.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006004548A JP2007187367A (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Humidification device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006004548A JP2007187367A (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Humidification device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007187367A true JP2007187367A (en) | 2007-07-26 |
Family
ID=38342654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006004548A Pending JP2007187367A (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Humidification device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007187367A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015102377A1 (en) * | 2013-12-31 | 2015-07-09 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Fluid exchange membrane module |
KR20220091205A (en) * | 2020-12-23 | 2022-06-30 | 엔브이에이치코리아(주) | Membrane Humidifier for Fuel Cell |
WO2022164140A1 (en) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising same |
-
2006
- 2006-01-12 JP JP2006004548A patent/JP2007187367A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015102377A1 (en) * | 2013-12-31 | 2015-07-09 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Fluid exchange membrane module |
KR20220091205A (en) * | 2020-12-23 | 2022-06-30 | 엔브이에이치코리아(주) | Membrane Humidifier for Fuel Cell |
KR102538321B1 (en) | 2020-12-23 | 2023-06-01 | 엔브이에이치코리아(주) | Membrane Humidifier for Fuel Cell |
WO2022164140A1 (en) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7325163B2 (en) | fuel cell membrane humidifier | |
KR102002386B1 (en) | Hollow fiber membrane module | |
KR101461874B1 (en) | Full cell system and its humidifying and cooling method | |
KR102170523B1 (en) | Fuel cell membrane humidifier | |
JP4644136B2 (en) | Humidifier | |
KR20180001227A (en) | Hollow Fiber Membrane Humidifier Module | |
JP2008103115A (en) | Humidifier for fuel cell | |
TWI686006B (en) | Fuel cell membrane humidifier capable of controlling flow direction of fluid | |
JP4720458B2 (en) | Humidifier | |
JP2008309371A (en) | Humidifier and fuel cell system | |
JP2007187367A (en) | Humidification device | |
JP2008108473A (en) | Humidifying system for fuel cell | |
JP2007051797A (en) | Humidifier | |
JP2001216986A (en) | Humidifying system for fuel cell | |
JP2010117094A (en) | Humidifier | |
JP2002358988A (en) | Hollow fiber module | |
KR20130029301A (en) | Humidification device for fuel cell | |
US20220376281A1 (en) | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system having same | |
JP2010071618A (en) | Humidifying device | |
KR20190035002A (en) | Hollow fiber membrane module with hollow fiber membrane of different material and fuel cell membrane humidifier comprising thereof | |
JP2005339943A (en) | Fuel cell | |
JP5286888B2 (en) | Hydrogen flow path and fuel cell having hydrogen flow path | |
JP4468485B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2005056823A (en) | Humidifying/dehumidifying device | |
JP2007212018A (en) | Humidifying device and fuel cell system |