JP2007220611A - Humidifier of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の加湿装置に関し、詳細には加湿効率の向上を図る技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell humidifier, and more particularly to a technique for improving humidification efficiency.
例えば、燃料電池自動車では、その特有の問題としてレイアウト要件が厳しく、酸化剤ガスを加湿して燃料電池へと供給するための加湿装置も例外ではない。特に、加湿装置においては、中空糸膜束が占める容積当たりの加湿性能の向上が重要であり、これまでに加湿性能の向上を目的とした種々の手段が講じられている。ここでいう加湿性能は水蒸気の移動量として定義される。 For example, in a fuel cell vehicle, layout requirements are strict as a particular problem, and a humidifier for humidifying an oxidant gas and supplying it to a fuel cell is no exception. In particular, in the humidifier, it is important to improve the humidifying performance per volume occupied by the hollow fiber membrane bundle, and various means have been taken so far for the purpose of improving the humidifying performance. The humidification performance here is defined as the amount of water vapor transferred.
例えば、加湿性能向上手段の一例としては、中空糸膜の材質、大きさ、モジュール内の充填率などを変えたり、或いは、モジュールケースのガス導入部形状を、導入部に近い開口部を小さく遠い開口部を大きくしてガス流の均一化を図る方法(例えば、特許文献1など参照)などが挙げられる。
しかしながら、これまでの手段では、何れも中空糸膜束が占める容積当たりの加湿性能が充分ではなく、それ以上の加湿性能の向上が求められている。 However, none of the conventional means has sufficient humidification performance per volume occupied by the hollow fiber membrane bundle, and further improvement in humidification performance is required.
そこで本発明は、上記した実状に鑑みて提案されたものであり、中空糸膜束が占める容積当たりの加湿性能のより一層の向上が実現できる燃料電池の加湿装置を提供することを目的とする。 Then, this invention is proposed in view of the above-mentioned actual condition, and it aims at providing the humidification apparatus of the fuel cell which can implement | achieve the further improvement of the humidification performance per volume which a hollow fiber membrane bundle occupies. .
本願出願人は、加湿装置における収容ケース内に収容した中空糸膜束を流れるガスの流速には大きな偏りが在り、水蒸気交換の寄与率(加湿性能)が他の部位に比べて相対的に小さいガスの流速が遅い部位が、中空糸膜モジュールの端部であることを鋭意検討した結果見出した。 The applicant of the present application has a large deviation in the flow velocity of the gas flowing through the hollow fiber membrane bundle housed in the housing case in the humidifying device, and the contribution rate (humidification performance) of water vapor exchange is relatively small compared to other parts. As a result of intensive investigation, it was found that the part where the gas flow rate is slow is the end of the hollow fiber membrane module.
そこで本発明では、ガスの流速が遅くなる中空糸膜モジュールの端部の中空糸膜束を削って、その中空糸膜モジュールの端部の形状を当該ガスの流速分布に応じた形状、具体的には、中心部をへこんだ形状とする。 Therefore, in the present invention, the hollow fiber membrane bundle at the end of the hollow fiber membrane module where the gas flow rate is slowed down, and the shape of the end of the hollow fiber membrane module is shaped according to the flow rate distribution of the gas, specifically In this case, the central part is recessed.
本発明の加湿装置によれば、中空糸膜モジュールの端部の形状を、収容ケース内に収容された中空糸膜束を流れるガスの流速分布に応じた形状とすることで、水蒸気交換の寄与率の低い部位を無くし、中空糸膜束が占める容積当たりの加湿性能を高めることができる。 According to the humidifier of the present invention, the end portion of the hollow fiber membrane module is shaped according to the flow velocity distribution of the gas flowing through the hollow fiber membrane bundle housed in the housing case, thereby contributing to water vapor exchange. It is possible to improve the humidification performance per volume occupied by the hollow fiber membrane bundle by eliminating the low rate part.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
「第1実施形態」
図1は第1実施形態における燃料電池の加湿装置の一例を示す構成図、図2は図1のハウジング部分を破断して内部の収容ケースを示した加湿装置の縦断面図、図3は中空糸膜束が配置される部分まで破断して示す加湿装置の縦断面図、図4(A)は収容ケース内に収容された中空糸膜束の端部形状を示す要部拡大斜視図、図4(B)は図3中A部分における中空糸膜端部の要部拡大斜視図、図4(C)は図3中B部分における中空糸膜端部の要部拡大斜視図、図5は比較例の加湿装置の縦断面図、図6は従来構造の加湿装置におけるガスの流速分布図である。
“First Embodiment”
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a fuel cell humidifier in the first embodiment, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the humidifier shown in FIG. FIG. 4 (A) is an enlarged perspective view of a main part showing an end shape of a hollow fiber membrane bundle housed in a housing case, FIG. 4 (B) is an enlarged perspective view of the main part of the end portion of the hollow fiber membrane in part A in FIG. 3, FIG. 4 (C) is an enlarged perspective view of the main part of the end part of the hollow fiber membrane in part B of FIG. FIG. 6 is a gas flow velocity distribution diagram of a humidifier having a conventional structure.
本実施形態の加湿装置1に接続される燃料電池2は、水素ガスが供給されるアノードと酸素を含有する空気(酸化剤ガス)が供給されるカソードとが電解質・電極触媒複合体(膜電極接合体(MEA:membrane electrode assembly))を挟んで重ね合わせた発電セルを、多段積層したスタック構造をなし、電気化学反応により化学エネルギを電気エネルギへと変換する。
In the fuel cell 2 connected to the
アノードでは、供給される水素が、水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、カソードにそれぞれ移動する。カソードでは、供給された空気中の酸素と上記水素イオンおよび上記電子が反応して水が生成されて外部に排出される。 At the anode, the supplied hydrogen dissociates into hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions pass through the electrolyte, the electrons pass through an external circuit to generate electric power, and move to the cathode. At the cathode, oxygen in the supplied air reacts with the hydrogen ions and the electrons to generate water, which is discharged to the outside.
燃料電池2の電解質には、高エネルギ密度化、低コスト化、軽量化などを考慮して、例えば固体高分子電解質を用いる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜など、イオン伝導性の高分子膜からなり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能することから、この燃料電池においては水を供給して供給ガス(酸化剤ガス)を加湿することが必要となる。 For example, a solid polymer electrolyte is used as the electrolyte of the fuel cell 2 in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte is composed of an ion conductive polymer membrane such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water. Therefore, in this fuel cell, water is supplied. It is necessary to humidify the supply gas (oxidant gas).
加湿装置1は、図1に示すように、一般的に燃料電池2のカソードから排出された水蒸気を豊富に含む排出ガス(膨潤空気)と、空気導入部であるコンプレッサ3で加圧・昇温された供給ガス(乾燥した酸化剤ガス)との間で水蒸気を交換するためのものであり、本発明で使用する水透過型の加湿装置は、水透過膜として中空糸膜を用いた中空糸膜モジュール(中空糸膜束とそれを収容するケースのこと)を備えている。
As shown in FIG. 1, the
以上のような構成の水透過膜型の加湿装置1では、例えば水分を含んだ湿潤空気が中空糸膜内に供給されると、中空糸膜内に形成された細孔(毛細管)内に水分が凝縮(毛細管凝縮)及び分離し、中空糸膜の外側に供給される乾燥ガス(乾燥した酸化剤ガス)との水蒸気分圧差により、水分が当該中空糸膜の内側から外側へと透過する。この透過した水分は、中空糸膜束の外側に供給された乾燥ガスと接触し気化することで加湿される。
In the water
水分の透過としては、湿潤空気を中空糸膜の内部に流し、乾燥ガスを中空糸膜の外側に流す場合と、その逆の場合どちらでも、水交換が行われる。 In terms of moisture permeation, water exchange is performed both in the case where wet air is allowed to flow inside the hollow fiber membrane and the dry gas is allowed to flow outside the hollow fiber membrane and vice versa.
加湿装置1は、図1から図4に示すように、中空糸膜束4と、この中空糸膜束4を内部に収容する収容ケース5とからなる中空糸膜モジュール6と、この中空糸膜モジュール6を内部に収容するハウジング7とから構成される。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
中空糸膜束4は、長手方向に亘って貫通する流通路となる第1流路8を内部に形成した断面円形状の細長いストロー形状をなす中空糸膜9からなり、それら中空糸膜9の複数本を束ねて円柱形状とされたものである。この中空糸膜9の内部に形成された第1流路8には、前記したコンプレッサ3で加圧・昇温された乾燥した酸化剤ガスが導入される。
The hollow fiber membrane bundle 4 is composed of a
中空糸膜モジュール6は、ほぼ円柱状とされた中空糸膜束4を内部に収容する両端を開放した円筒体として形成されている。中空糸膜束4と収容ケース5は、その長手方向の両端部にポッティング剤10(接着剤)が塗布されることにより固定されている。ポッティング剤10は、中空糸膜9と収容ケース5との接合だけでなく、束ねられた中空糸膜9同士を接合させてポッティング部を形成する。
The hollow
中空糸膜モジュール6の一端の側面(一方の端面近くの側面)には、排出ガスを供給するためのガス導入孔11Aが全周にわたり複数形成されている。ガス導入孔11Aは、例えば円形孔として所定間隔を置いて周方向に複数形成されている。同様に、中空糸膜モジュール6の他端の側面(他方の端面近くの側面)には、ガス排出孔11Bが全周にわたり複数形成され、ガス排出孔11Bも同じく円形孔として所定間隔を置いて周方向に複数形成されている。
A plurality of gas introduction holes 11 </ b> A for supplying exhaust gas are formed on the side surface at one end of the hollow fiber membrane module 6 (side surface near one end surface) over the entire circumference. For example, a plurality of
また、収容ケース5のケース側面5aには、ハウジング7と該収容ケース5との間をシールする円環状のシール部材12が設けられている。シール部材12は、ガス導入孔11A及びガス排出孔11Bの外側の位置と、これらガス導入孔11Aとガス排出孔11Bとの間にそれぞれ設けられ、後述するハウジング7の内壁7aに密着するように設けられている。
An
ハウジング7は、中空糸膜モジュール6を内部に収容するに足る大きさの円柱体として形成されている。このハウジング7には、コンプレッサ3で加圧・昇温された乾燥した酸化剤ガスを内部に導入する第2ガス導入管13と、中空糸膜モジュール6内で加湿された酸化剤ガスを燃料電池2へと供給する第2ガス導出管14と、燃料電池2から排出された水分を含む排出ガス(湿潤ガス)をガス導入孔11Aを介して中空糸膜モジュール6内に導入させる第1ガス導入管15と、中空糸膜モジュール6内に供給された排出ガスをガス排出孔11Bを介してケース外へと排出させる第1ガス導出管16とが設けられている。
The housing 7 is formed as a cylindrical body large enough to accommodate the hollow
そして、中空糸膜モジュール6においては、前記ガス導入孔11Aからその収容ケース5の内部に収容された中空糸膜9の膜外を通ってガス排出孔11Bからケース外へと流通するガス流路としての第2流路が形成されている。
In the hollow
このように構成された加湿装置1では、コンプレッサ3で加圧・昇温された乾燥した酸化剤ガスは、ハウジング7に設けられた第2ガス導入管13からその内部に導入された後、中空糸膜モジュール6の各中空糸膜9に形成された第1流路8をそれぞれ流れる。この一方、燃料電池2のカソードから排出された水分を含む排出ガスは、ハウジング7に設けられた第1ガス導入管15からその内部に導入された後、収容ケース5の側面5aに形成された各ガス導入孔11Aから中空糸膜束4へと供給される。
In the
中空糸膜束4に供給された排出ガスは、当該中空糸膜束4の外側からその内部へと流れた後、同じくケース側面5aに形成された各ガス排出孔11Bから排出され、最終的にハウジング7に設けられた第1ガス導出管16よりケース外へと排出される。この水分を含む排出ガスが中空糸膜束4の内部を流れると、乾燥した酸化剤ガスとの水蒸気分圧差により、当該水分が中空糸膜9の外側から内側へ透過する。同時に透過する水分が各中空糸膜9内に形成された毛管(第1流路8)内に凝縮(毛細管凝縮)し、水蒸気以外の透過を防ぐ働きをし、結果として水蒸気だけが移動する。この透過した水分が乾燥した酸化剤ガスと接触、気化することで、各中空糸膜9の内部を流れる酸化剤ガスが加湿される。加湿された酸化剤ガスは、中空糸膜モジュール6の排出側より燃料電池2に供給される。
The exhaust gas supplied to the hollow fiber membrane bundle 4 flows from the outside of the hollow fiber membrane bundle 4 to the inside thereof, and then is exhausted from each
中空糸膜モジュール6内を流れる排出ガスは、図5の比較例の場合(中空糸膜モジュール6の端面が乾燥した酸化剤ガスの流れ方向と垂直なフラット面である場合)、中空糸膜モジュール6の軸を通る断面における流速分布は図6に示すようになる。図6中、排出ガスの流速を小、中、大、極大と表記し、その順序で流速が早いものとする。また、ガス導入孔11Aおよびガス排出孔11Bの断面への投影形状を破線にて示す。この流速分布から中空糸膜モジュール6の長手方向両端におけるポッティング部の略中心部分が、水分を含んだ排出ガスの流速が遅い部分であることが判る。この流速が遅い部分では、排出ガスの流速が低く水蒸気交換の寄与率が相対的に非常に小さい。
The exhaust gas flowing through the hollow
そこで、本実施形態では、中空糸膜モジュール6の端面を中空糸膜束4の他方の端部に向けて湾入するような凹部形状とし、凹部形状の中空糸膜モジュール6の端面からの深さを、ガス導入孔11Aより流入するガスの中空糸膜モジュール6内における流速分布に応じて異ならせる。つまり流速が小い部分での中空糸膜束4の凹部を深くすることで水蒸気交換の寄与率が少ない領域を無くし、中空糸膜束4が占める容積当たりの加湿性能(水交換性能)のより一層の向上を図る。具体的には、図3に示すように、中空糸膜モジュール6の端面の形状を、中心部がすり鉢状にへこんだ形状とする。本実施形態では、すり鉢凹部17を形成することで、水蒸気交換の寄与率が少ない領域がなくなる為、中空糸膜束4が占める容積当たりの加湿性能を高めることができる。
Therefore, in the present embodiment, the hollow
また、中空糸膜モジュール6の端面をすり鉢形状とすることで、その中心部における中空糸膜9以外の中空糸膜9の先端開口形状が斜めになり(図4(B)参照)、第1流路8の開口面積が増大する。これにより、中空糸膜束4のガス流入出端部における圧力損失が低減する。
Moreover, by making the end surface of the hollow
また、第2ガス導入管13から収容ケース5内に導入された乾燥した酸化剤ガスは、中空糸膜束4のガス流入出端部前方に形成された空気層18で一度拡大した後、それぞれの中空糸膜9の第1流路8内に流入する経路をとる。この空気層18の体積(厚さ)が大きい程、圧力損失が低減でき、及び乾燥した酸化剤ガスを各中空糸膜9へ均等に供給でき水交換性能向上につながる。
Further, the dried oxidant gas introduced into the
したがって、本実施形態のように、中空糸膜モジュールの端部に凹部17を形成すれば、空気層18の体積拡大も同時に達成でき、さらなる圧力損失低減効果を得ることができる。
Therefore, if the recessed
なお、上記した第1実施形態では、中空糸膜9の内部(第1流路8)に乾燥した酸化剤ガスを流し、中空糸膜9の外側に水分を含んだ排出ガスを流したが、これとは逆に、中空糸膜9の内部に燃料電池2から排出された水分を含んだ排出ガスを流し、中空糸膜9の外側に乾燥した酸化剤ガスを流すようにしてもよい。
In the first embodiment described above, a dry oxidant gas is allowed to flow inside the hollow fiber membrane 9 (first flow path 8), and an exhaust gas containing moisture is allowed to flow outside the
さらに、凹部17は、図5で示した比較例のフラットな中空糸膜モジュール6の端面を機械加工で削り取ることで簡単に製造することができるものである。
Furthermore, the recessed
「第2実施形態」
図7は第2実施形態の加湿装置の縦断面図である。第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみ説明するものとし、第1実施形態と同一の部分についての説明は省略する。
“Second Embodiment”
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the humidifying device of the second embodiment. In the second embodiment, only parts different from the first embodiment will be described, and the description of the same parts as the first embodiment will be omitted.
第1実施形態では、中空糸膜束4のガス流入出端面形状を球形状にへこませたすり鉢形状としたが、第2実施形態では、図7に示すように、中空糸膜束4両側のポッティング部をそれぞれ内側に円錐形状にへこませた形状とする。この円錐形状にへこませた凹部19を形成することで、中空糸膜束4が占める容積当たりの加湿性能を高めることができる。
In the first embodiment, the gas inflow / outflow end face shape of the hollow fiber membrane bundle 4 is a mortar shape that is dented into a spherical shape. However, in the second embodiment, as shown in FIG. Each of the potting portions has a conical shape recessed inside. By forming the
「第3実施形態」
図8は第3実施形態の加湿装置の縦断面図、図9は図8に示す加湿装置における排出ガスの中空糸膜モジュール6の軸、第1ガス導入管15および第1ガス導出管16の軸を通る断面における流速分布図である。図9において、ガス導入孔11Aおよびガス排出孔11Bの断面への投影形状を破線にて示す。第3実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみ説明するものとし、第1実施形態と同一の部分についての説明は省略する。
“Third Embodiment”
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the humidifier of the third embodiment, and FIG. 9 is a diagram of the shaft of the hollow
第3実施形態では、第1実施形態に対して、ガス導入孔11Aおよびガス排出孔11Bの配置と中空糸膜モジュール6の端面の形状が異なる。
In the third embodiment, the arrangement of the gas introduction holes 11A and the gas discharge holes 11B and the shape of the end face of the hollow
つまり、中空糸膜モジュール6の一端の側面(一方の端部近くの側面)に形成されるガス導入孔11Aは、中空糸膜モジュール6の軸心を挟んで第1ガス導入管15に対向する面に複数形成されている。ガス導入孔11Aは、例えば円形孔として所定間隔を置いて上記面に複数形成されている。同様に、中空糸膜モジュール6の他端の側面(他方の端部近くの側面)に形成されるガス排出孔11Bは、中空糸膜モジュール6の軸心を挟んで第1ガス導出管16に対向する面に複数形成される。ガス排出孔11Bも同じく円形孔として所定間隔を置いて上記面に複数形成されている。
That is, the gas introduction hole 11 </ b> A formed on the side surface at one end of the hollow fiber membrane module 6 (side surface near one end) faces the first
従って、第3実施形態における排出ガスの流速分布は図9の様になり、流速が遅く水蒸気交換の寄与率の少ない領域をなくすよう、図8に示すような中空糸膜モジュール6の端面形状とする。第1ガス導入管15側にある中空糸膜モジュール6の端面20Aは、中空糸膜モジュール6の軸に対し斜めとなる面であり、中空糸膜モジュール6外側に向く法線方向は、第1ガス導入管15を流れるガス流通方向に対して鈍角をなす。同様に、第1ガス導出管16側にある中空糸膜モジュール6の他方の端面20Bは、中空糸膜モジュール6の軸に対し斜めとなる面であり、中空糸膜モジュール6外側に向く法線方向は、第1ガス導出管16を流れるガス流通方向に対して鋭角をなす。したがって、第3実施形態では、流速が遅く水蒸気交換の寄与率の少ない領域をなくす為、中空糸膜束4が占める容積当たりの加湿性能を高めることができる。
Accordingly, the flow rate distribution of the exhaust gas in the third embodiment is as shown in FIG. 9, and the end face shape of the hollow
さらに、中空糸膜9の先端開口形状が斜めになり、第1流路8の開口面積が増大する。これにより、中空糸膜束4のガス流入出端部における圧力損失が低減する。
Furthermore, the opening shape of the tip end of the
また、第3実施形態では、第1及び第2実施形態の凹部17、19のようにへこんだ形状に削り取るよりも少ない工数で傾斜面20A,20Bを形成することができ、加湿装置1の製造コストの低減も実現できる。
Further, in the third embodiment, the
以上、本発明を適用した具体的な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されることなく種々の変更が可能である。 Although specific embodiments to which the present invention is applied have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
中空糸膜モジュール6の端面の傾斜面20A,20Bに対して、第2ガス導入管13と第2ガス導出管14を垂直に設けてもよい。
The second
このように、中空糸膜9の斜めに開口した先端開口部に対して垂直に酸化剤ガスを導入すれば、より大きな圧力損失低減効果を得ることができる。
Thus, if the oxidant gas is introduced perpendicularly to the tip opening portion of the
1…加湿装置
2…燃料電池
3…コンプレッサ
4…中空糸膜束
5…収容ケース
5a…ケース側面
5b…ケース内壁
6…中空糸膜モジュール
7…収容ケース
8…第1流路
9…中空糸膜
11A…ガス導入孔
11B…ガス排出孔
13…第2ガス導入管
14…第2ガス導出管
15…第1ガス導入管
16…第1ガス導出管
17、19…凹部
18…空気層
20…傾斜面
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記中空糸膜の内部を通る第1流路に、乾燥した酸化剤ガスまたは燃料電池から排出される水分を含む排出ガスのいずれかを流通し、
前記中空糸膜モジュールの側面に形成されたガス導入孔から前記中空糸膜の膜外を通って前記中空糸膜モジュールの側面に形成されたガス排出孔から前記中空糸膜モジュール外へと流通する第2流路に、前記第1流路を流れるガスとは異なるガスを流通し、
前記酸化剤ガスを前記排出ガスで加湿する燃料電池の加湿装置であって、
前記中空糸膜モジュールは、一方の端面近くの側面全周にわたり複数の前記ガス導入孔を備え、他方の端面近くの側面全周にわたり複数の前記ガス排出孔とを備える場合、
前記中空糸膜束の端面の少なくとも一方の形状を、前記中空糸膜束の他方の端部に向けて湾入するような凹部形状とし、該凹部形状の前記中空糸膜モジュールの端面からの深さを、前記ガス導入孔より流入するガスの前記中空糸膜モジュール内における流速分布に応じて異ならせる
ことを特徴とする燃料電池の加湿装置。 A hollow fiber membrane module containing a hollow fiber membrane bundle formed by bundling a plurality of hollow fiber membranes in a cylindrical case,
In the first flow path passing through the inside of the hollow fiber membrane, either a dry oxidant gas or an exhaust gas containing moisture discharged from the fuel cell is circulated,
From the gas introduction hole formed on the side surface of the hollow fiber membrane module, passes outside the membrane of the hollow fiber membrane, and flows from the gas discharge hole formed on the side surface of the hollow fiber membrane module to the outside of the hollow fiber membrane module. A gas different from the gas flowing through the first channel is circulated through the second channel,
A fuel cell humidifier for humidifying the oxidant gas with the exhaust gas,
When the hollow fiber membrane module includes a plurality of the gas introduction holes over the entire side surface near one end surface, and a plurality of the gas discharge holes over the entire side surface near the other end surface,
At least one of the end surfaces of the hollow fiber membrane bundle has a concave shape so as to enter the other end of the hollow fiber membrane bundle, and the depth of the concave shape from the end surface of the hollow fiber membrane module. The fuel cell humidifying device is characterized in that the gas flowing in from the gas introduction hole is made different according to a flow velocity distribution in the hollow fiber membrane module.
前記凹部形状は、すり鉢形状である
ことを特徴とする燃料電池の加湿装置。 A fuel cell humidifier according to claim 1,
The humidifying device for a fuel cell, wherein the concave shape is a mortar shape.
前記凹部形状は、円錐形状である
ことを特徴とする燃料電池の加湿装置。 A fuel cell humidifier according to claim 1,
The humidifying device for a fuel cell, wherein the concave shape is a conical shape.
前記中空糸膜の内部を通る第1流路に、乾燥した酸化剤ガスまたは燃料電池から排出される水分を含む排出ガスのいずれかを流通し、
前記中空糸膜モジュールの側面に形成されたガス導入孔から前記中空糸膜の膜外を通って前記中空糸膜モジュールの側面に形成されたガス排出孔から前記中空糸膜モジュール外へと流通する第2流路に、前記第1流路を流れるガスとは異なるガスを流通し、
前記酸化剤ガスを前記排出ガスで加湿する燃料電池の加湿装置であって、
前記中空糸膜モジュールを覆うハウジングの側面には、前記第2流路にガスを供給する第1ガス導入管と、前記第2流路から排出されるガスを前記ハウジングから外部に排出する第1ガス導出管とが設けられ、
前記ガス導入孔は、その中心が前記中空糸膜モジュールにおける一方の端部近くの側面であって、前記中空糸膜モジュールの軸心を挟んで前記第1ガス導入管に対向する位置となるよう複数設けられ、前記ガス排出孔は、その中心が他方の端部近くの側面であって、前記中空糸膜モジュールの軸心を挟んで前記第1ガス導出管に対向する位置となるよう複数設けられる場合、
前記第1ガス導出管側にある前記中空糸モジュールの端面の前記中空糸モジュール外側に向く法線方向が、前記第1ガス導出管のガス流通方向に対して鋭角となること、または、前記第1ガス導入管側にある前記中空糸モジュールの端面の前記中空糸モジュール外側に向く法線方向が、前記第1ガス導入管のガス流通方向に対して鈍角となる
ことを特徴とする燃料電池の加湿装置。 A hollow fiber membrane module containing a hollow fiber membrane bundle formed by bundling a plurality of hollow fiber membranes in a cylindrical case,
In the first flow path passing through the inside of the hollow fiber membrane, either a dry oxidant gas or an exhaust gas containing moisture discharged from the fuel cell is circulated,
From the gas introduction hole formed on the side surface of the hollow fiber membrane module, passes outside the membrane of the hollow fiber membrane, and flows from the gas discharge hole formed on the side surface of the hollow fiber membrane module to the outside of the hollow fiber membrane module. A gas different from the gas flowing through the first channel is circulated through the second channel,
A fuel cell humidifier for humidifying the oxidant gas with the exhaust gas,
A side surface of the housing that covers the hollow fiber membrane module includes a first gas introduction pipe that supplies gas to the second flow path, and a first gas that discharges gas discharged from the second flow path to the outside from the housing. A gas outlet pipe is provided,
The center of the gas introduction hole is a side surface near one end of the hollow fiber membrane module so as to face the first gas introduction pipe across the axis of the hollow fiber membrane module. A plurality of the gas discharge holes are provided such that the center is a side surface near the other end, and is located at a position facing the first gas outlet pipe across the axis of the hollow fiber membrane module. If
The normal direction of the end surface of the hollow fiber module on the first gas outlet pipe side toward the outside of the hollow fiber module is an acute angle with respect to the gas flow direction of the first gas outlet pipe, or A normal direction of the end face of the hollow fiber module on the side of one gas introduction pipe toward the outside of the hollow fiber module is an obtuse angle with respect to the gas flow direction of the first gas introduction pipe. Humidifier.
前記ハウジングの一方の端面は、前記第1流路にガスを供給する第2ガス導入管を備え、前記ハウジングの他方の端面は、前記第1流路から排出されるガスを前記ハウジングから外部に排出する第2ガス導出管とを備え、
前記第2ガス導入管は、前記第1ガス導出管側にある前記中空糸モジュールの端面に対し垂直となるよう、または、前記第2ガス導出管は、前記第1ガス導入管側にある前記中空糸モジュールの端面に対し垂直となるように配置される
ことを特徴とする燃料電池の加湿装置。 A humidifying device for a fuel cell according to claim 4,
One end surface of the housing includes a second gas introduction pipe that supplies gas to the first flow path, and the other end surface of the housing allows gas discharged from the first flow path to the outside from the housing. A second gas outlet pipe for discharging,
The second gas introduction pipe is perpendicular to an end surface of the hollow fiber module on the first gas outlet pipe side, or the second gas outlet pipe is on the first gas inlet pipe side. A humidifier for a fuel cell, wherein the humidifier is arranged so as to be perpendicular to an end face of the hollow fiber module.
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- 2006-02-20 JP JP2006042638A patent/JP2007220611A/en active Pending
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