JP2007285600A - Humidifier - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve humidifying efficiency in a humidifier comprising a hydrogen permeable film. <P>SOLUTION: This humidifier comprises a water vapor permeable member to which the water vapor is permeated, a first fluid supply passage, a second fluid supply passage and a filter. The first fluid supply passage is a flow channel for supplying a first fluid to a first face of the water vapor permeable member, and has a first introduction port for introducing the first fluid. The second fluid supply passage is a flow channel for supplying the second fluid to a second face of the water vapor permeable member, and has a second introduction port for introducing the second fluid. The filter is disposed on a flowing passage of the first fluid from the first introduction port to the first face in the first fluid supply passage, and the longer the flowing passage of an area is, the smaller the pressure loss in accompany with permeation of the first fluid is. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、加湿装置、特に、燃料電池システム用いられる加湿装置に関する。   The present invention relates to a humidifier, and more particularly to a humidifier used in a fuel cell system.

流体を加湿するための加湿装置の一種として、従来、水蒸気を透過させる水蒸気透過部材を備えた加湿装置が用いられてきた。この加湿装置では、被加湿流体を水蒸気透過部材の一方の面に供給し、加湿流体を水蒸気透過部材の他方の面に供給することにより、加湿流体に含まれる水分を、水蒸気透過部材を介して被加湿流体内に移動させる。   As a kind of humidifier for humidifying a fluid, conventionally, a humidifier equipped with a water vapor permeable member that allows water vapor to permeate has been used. In this humidifier, the moisture to be humidified is supplied to one surface of the water vapor permeable member, and the humidified fluid is supplied to the other surface of the water vapor permeable member, so that the moisture contained in the humidified fluid is passed through the water vapor permeable member. Move into humidified fluid.

ここで、上記加湿装置の一つとして、水蒸気透過部材を収容する収納部に水蒸気透過部材の所定方向の全長に亘る長孔を設け、その長孔に沿って、加湿流体または被加湿流体を導入するための導入路を配置する構造のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。かかる加湿装置では、導入路の一方の端から流体が導入され、導入路から上記長孔を介して収納部内の水蒸気透過部材表面に流体が供給される。   Here, as one of the humidifying devices, a long hole extending in the predetermined direction of the water vapor permeable member is provided in the storage portion for containing the water vapor permeable member, and the humidified fluid or the fluid to be humidified is introduced along the long hole. The thing of the structure which arrange | positions the introduction path for doing is known (for example, refer patent document 1). In such a humidifier, the fluid is introduced from one end of the introduction path, and the fluid is supplied from the introduction path to the surface of the water vapor permeable member in the storage portion through the long hole.

国際公開2004/107940号パンフレットInternational Publication No. 2004/107940 Pamphlet 特開2004−152726号公報JP 2004-152726 A

上述の構造を有する加湿装置においては、上記長孔から収容部内に流入する流体の量が、長孔の部位によって異なるおそれがあった。すなわち、導入路の流体導入端から遠い部位から流入する流体の量が、導入路の流体導入端に近い部位から収納部内に流入する流体の量と比較して、少なくなるおそれがあった。そうすると、水蒸気透過部材表面に供給される流体の量も部位によって異なることになり、水蒸気透過部材全体に亘って、十分な量の流体を供給することができず、加湿効率の低下が起こり得る。このような課題は、上記長孔を備える加湿装置に限らず、流体導入端から水蒸気透過部材表面に至る経路の経路長が異なる場合に共通する課題であった。   In the humidifier having the above-described structure, there is a possibility that the amount of fluid flowing into the housing portion from the long hole differs depending on the portion of the long hole. That is, there is a possibility that the amount of fluid flowing from a portion far from the fluid introduction end of the introduction path is smaller than the amount of fluid flowing into the storage portion from a portion near the fluid introduction end of the introduction path. If it does so, the quantity of the fluid supplied to the water-vapor-permeable member surface will also change with site | parts, and sufficient quantity of fluid cannot be supplied over the whole water-vapor-permeable member, and the humidification efficiency may fall. Such a problem is not limited to the humidifying device having the long hole, and is a common problem when the path length of the path from the fluid introduction end to the surface of the water vapor transmission member is different.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、水蒸気透過部材全体に亘って、十分な量の被加湿流体および/または加湿流体を供給し、加湿装置における加湿効率を向上することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and supplies a sufficient amount of humidified fluid and / or humidified fluid over the entire water vapor permeable member to improve the humidification efficiency of the humidifier. It aims to improve.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、第1の流体と第2の流体のうちの被加湿流体を加湿する加湿装置を提供する。本発明の第1の態様に係る加湿装置は、水蒸気を透過させる水蒸気透過部材と、第1の流体供給路と、第2の流体供給路と、フィルタとを備える。前記第1の流体供給路は、前記水蒸気透過部材の第1の面に前記第1の流体を供給するための流路であって、前記第1の流体が導入される第1の導入口を有する。前記第2の流体供給路は、前記水蒸気透過部材の第2の面に、前記第2の流体を供給するための流路であって、前記第2の流体が導入される第2の導入口を有する。前記フィルタは、前記第1の流体供給路において、前記第1の導入口から前記第1の面に至る前記第1の流体の流動経路上に配置され、前記流動経路の長い領域ほど前記第1の流体の透過に伴う圧力損失が小さくなる。   In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a humidifying device for humidifying a fluid to be humidified out of a first fluid and a second fluid. The humidifier according to the first aspect of the present invention includes a water vapor permeable member that allows water vapor to pass therethrough, a first fluid supply path, a second fluid supply path, and a filter. The first fluid supply path is a flow path for supplying the first fluid to the first surface of the water vapor permeable member, and has a first inlet through which the first fluid is introduced. Have. The second fluid supply path is a flow path for supplying the second fluid to the second surface of the water vapor permeable member, and is a second inlet through which the second fluid is introduced. Have The filter is disposed on a flow path of the first fluid from the first introduction port to the first surface in the first fluid supply path, and the longer the flow path, the first The pressure loss due to the permeation of the fluid becomes smaller.

本発明の第1の態様に係る加湿装置によれば、フィルタの圧力損失の違いにより、第1の流体供給路において、流動経路長の長い部分と短い部分とにおいて生じる第1の流体の流動量の差を解消または低減することができる。従って、水蒸気透過部材の第1の面に対する第1の流体の供給量の均一性が向上し、加湿装置の加湿効率を向上することができる。   According to the humidifier according to the first aspect of the present invention, the flow amount of the first fluid generated in the first fluid supply path in the long portion and the short portion due to the difference in the pressure loss of the filter. This difference can be eliminated or reduced. Therefore, the uniformity of the supply amount of the first fluid with respect to the first surface of the water vapor permeable member is improved, and the humidification efficiency of the humidifier can be improved.

本発明の第1の態様に係る加湿装置において、前記水蒸気透過部材を収容すると共に、一の内壁面と前記第1の面との間に形成され、前記第1の流体が流動する内部流路と、前記内部流路の上流側の端部に開口する開口部と、を有する前記透過部材収容部と、前記第1の導入口を有すると共に、前記開口部と連通し、前記第1の流体を、前記開口部を介して前記内部流路に導入する導入路と、を備え、前記第1の流体供給路は、前記透過部材収容部の前記内部流路と、前記第1の導入路とによって形成され、前記フィルタは、前記第1の開口部に対応する領域に配置されると共に、前記導入口からの前記第1の流体の流動経路が長い領域ほど、前記圧力損失が小さくなっても良い。こうすれば、フィルタの圧力損失の違いにより、開口部から透過部材収容部に流入する第1の流体について、導入路の上流側の部位と下流側の部位との間で生じる流入量差を解消または低減することができる。したがって、水蒸気透過部材の第1の面に対する第1の流体の供給量の均一性が向上する。   In the humidifying device according to the first aspect of the present invention, an internal flow path that accommodates the water vapor permeable member and is formed between one inner wall surface and the first surface and through which the first fluid flows. And an opening that opens to the upstream end of the internal flow path, the permeable member accommodating portion, the first inlet, and the first fluid. Is introduced into the internal flow path through the opening, and the first fluid supply path includes the internal flow path of the permeable member accommodating portion, the first introduction path, and The filter is disposed in a region corresponding to the first opening, and the longer the flow path of the first fluid from the inlet, the smaller the pressure loss. good. In this way, due to the difference in the pressure loss of the filter, the inflow amount difference that occurs between the upstream portion and the downstream portion of the introduction path for the first fluid flowing from the opening into the transmission member accommodating portion is eliminated. Or it can be reduced. Therefore, the uniformity of the supply amount of the first fluid with respect to the first surface of the water vapor permeable member is improved.

本発明の第1の態様に係る加湿装置において、前記開口部は、前記内部流路の上流側の端部に沿って開口する第1の長孔であり、前記第1の導入路は、前記第1の長孔の長手方向に沿って配置され、前記第1の流体を、前記第1の長孔の長手方向に沿った第1の方向に流動させ、前記フィルタは、前記第1の方向に向かって、前記圧力損失が小さくなっても良い。こうすれば、フィルタの圧力損失の違いにより、長孔から透過部材収容部に流入する第1の流体について、導入路の上流側の部位と下流側の部位との間で生じる流入量差を解消または低減することができる。したがって、水蒸気透過部材の第1の面に対する第1の流体の供給量の均一性が向上する。   In the humidifying device according to the first aspect of the present invention, the opening is a first long hole that opens along an upstream end of the internal flow path, and the first introduction path includes the The first fluid is disposed along a longitudinal direction of the first long hole, and the first fluid is allowed to flow in a first direction along the longitudinal direction of the first long hole, and the filter is arranged in the first direction. The pressure loss may be reduced toward. In this way, due to the difference in the pressure loss of the filter, the difference in the amount of inflow that occurs between the upstream portion and the downstream portion of the introduction path for the first fluid flowing from the elongated hole into the transmission member accommodating portion is eliminated. Or it can be reduced. Therefore, the uniformity of the supply amount of the first fluid with respect to the first surface of the water vapor permeable member is improved.

本発明の第1の態様に係る加湿装置において、前記水蒸気透過部材は、平面視において第1の辺と前記第1の辺に隣接する第2の辺と前記第2の辺に向かい合う第3の辺とを有する略矩形形状を有し、前記第1の方向は、前記水蒸気透過部材の第1の辺と略平行であり、前記第1の長孔は、前記水蒸気透過部材の前記第2の辺から前記第3の辺に至っても良い。こうすれば、略矩形形状の水蒸気透過部材の一端から他端に亘る長孔を介して、第1の流体を供給するので、水蒸気透過部材の第1の面に対する第1の流体の供給量の均一性が向上する。   In the humidifier according to the first aspect of the present invention, the water vapor permeable member includes a third side facing the first side, the second side adjacent to the first side, and the second side in plan view. And the first direction is substantially parallel to the first side of the water vapor permeable member, and the first elongated hole is the second side of the water vapor permeable member. The third side may be reached from the side. In this way, since the first fluid is supplied through the long hole extending from one end to the other end of the substantially rectangular water vapor transmission member, the amount of the first fluid supplied to the first surface of the water vapor transmission member is reduced. Uniformity is improved.

本発明の第1の態様に係る加湿装置において、前記透過部材収容部は、さらに、前記内部流路の下流側の端部に開口し、長手方向が前記第1の方向に沿った第2の長孔を有し、前記加湿装置は、さらに、前記第2の長孔の長手方向に沿って配置され、前記第2の長孔を介して前記内部流路から排出された前記第1の流体を、前記第1の方向の反対方向に流動させる排出路を備えても良い。このような流体排出系を備える加湿装置では、上述した導入路の上流側の部位と下流側の部位との間で生じる流入量差がより大きくなるおそれがあるが、本加湿装置では、フィルタの圧力損失の違いにより、かかる流入量差を解消または低減することができる。   In the humidifying device according to the first aspect of the present invention, the permeable member accommodating portion is further opened at an end portion on the downstream side of the internal flow path, and a longitudinal direction thereof is a second along the first direction. The first fluid that has a long hole and is further disposed along the longitudinal direction of the second long hole and is discharged from the internal flow path through the second long hole. May be provided with a discharge passage for causing the fluid to flow in a direction opposite to the first direction. In a humidifier equipped with such a fluid discharge system, the inflow amount difference generated between the upstream portion and the downstream portion of the introduction path described above may be larger. Due to the difference in pressure loss, this difference in inflow can be eliminated or reduced.

本発明の第1の態様に係る加湿装置において、前記フィルタは、前記第1の方向と略垂直な方向の複数の稜線を有し、互いに隣接する稜線の間隔が前記第1の方向に向かって大きくなるプリーツ形状を有しても良い。こうすれば、第1の方向に向かって、第1の流体の透過に伴う圧力損失が小さくなるフィルタを、容易に実現することができる。   In the humidifying device according to the first aspect of the present invention, the filter has a plurality of ridge lines in a direction substantially perpendicular to the first direction, and an interval between ridge lines adjacent to each other is directed toward the first direction. You may have a pleat shape which becomes large. By so doing, it is possible to easily realize a filter in which the pressure loss accompanying the permeation of the first fluid is reduced in the first direction.

本発明の第1の態様に係る加湿装置において、前記フィルタは、厚さが前記第1の方向に向かって薄くなるフィルタであっても良く、気孔率が前記第1の方向に向かって大きくなるフィルタであっても良い。   In the humidifying device according to the first aspect of the present invention, the filter may be a filter having a thickness that decreases toward the first direction, and a porosity increases toward the first direction. It may be a filter.

本発明の第1の態様に係る加湿装置において、前記第1の流体は、被加湿流体であると共に、燃料電池に供給するための反応ガスであり、前記フィルタは、前記反応ガス内に含まれる不純物を除去するためのフィルタであっても良い。こうすれば、燃料電池システムを構成する加湿装置の加湿効率を向上することができると共に、加湿装置において、反応ガス内に含まれる不純物を除去することができる。   In the humidifying device according to the first aspect of the present invention, the first fluid is a fluid to be humidified and a reaction gas to be supplied to the fuel cell, and the filter is included in the reaction gas. It may be a filter for removing impurities. If it carries out like this, while the humidification efficiency of the humidification apparatus which comprises a fuel cell system can be improved, the impurity contained in reaction gas can be removed in a humidification apparatus.

本発明の第1の態様に係る加湿装置において、前記第2の流体は、前記燃料電池から排出された排出ガスであっても良い。こうすれば、電気化学反応で生じた生成水を含有する排出ガスを用いて、反応ガスを加湿することができる。   In the humidifier according to the first aspect of the present invention, the second fluid may be exhaust gas discharged from the fuel cell. If it carries out like this, reaction gas can be humidified using the exhaust gas containing the produced water produced by the electrochemical reaction.

本発明は、上記第1の態様以外の種々の態様で実現可能であり、例えば、加湿装置を含む燃料電池システム、流体の加湿方法などの態様で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various aspects other than the first aspect, and can be realized in aspects such as a fuel cell system including a humidifier and a fluid humidification method.

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら実施例に基づいて説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

A.実施例:
・装置の全体構成:
図1は、本発明の実施例である燃料電池システム10の概略構成を表わす説明図である。燃料電池システム10は、燃料電池22と、水素タンク23と、エアコンプレッサ24と、エアクリーナ25とを備えている。燃料電池22は、酸化ガスとしての空気と、燃料ガスとしての水素との供給を受け、これらのガスを利用した電気化学反応によって電力を生成する。燃料電池22は、例えば、電解質層として、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子電解質膜を用いる固体高分子型燃料電池である。水素タンク23は、燃料ガスとしての水素を貯蔵するタンクであり、例えば、高圧水素を貯蔵する水素ボンベや、水素吸蔵合金に吸蔵させることによって水素を貯蔵するタンクである。エアコンプレッサ24は、酸化ガスとしての空気を大気中から取り込んで、燃料電池22に供給する。エアクリーナ25は、エアコンプレッサ24が取り込んだ空気から、ゴミや埃などの異物を除去する。
A. Example:
-Overall configuration of the device:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 22, a hydrogen tank 23, an air compressor 24, and an air cleaner 25. The fuel cell 22 receives supply of air as an oxidizing gas and hydrogen as a fuel gas, and generates electric power through an electrochemical reaction using these gases. The fuel cell 22 is, for example, a solid polymer fuel cell that uses a solid polymer electrolyte membrane that exhibits good proton conductivity in a wet state as an electrolyte layer. The hydrogen tank 23 is a tank that stores hydrogen as a fuel gas, for example, a hydrogen cylinder that stores high-pressure hydrogen or a tank that stores hydrogen by being stored in a hydrogen storage alloy. The air compressor 24 takes in air as an oxidizing gas from the atmosphere and supplies it to the fuel cell 22. The air cleaner 25 removes foreign matters such as dust and dust from the air taken in by the air compressor 24.

水素タンク23は、水素供給路60によって燃料電池22のアノードと接続されており、水素タンク23に貯蔵される水素が、燃料ガスとして燃料電池22のアノードに供給される。また、エアコンプレッサ24は、酸化ガス供給路67によってエアクリーナ25を介して燃料電池22のカソードに接続されており、エアコンプレッサ24によって取り込まれた空気が、酸化ガスとして燃料電池22のカソードに供給される。以下に、燃料電池システム10を構成する各部および燃料電池システム10におけるガスの流れについて、さらに説明する。   The hydrogen tank 23 is connected to the anode of the fuel cell 22 by a hydrogen supply path 60, and hydrogen stored in the hydrogen tank 23 is supplied to the anode of the fuel cell 22 as fuel gas. The air compressor 24 is connected to the cathode of the fuel cell 22 via the air cleaner 25 by the oxidizing gas supply path 67, and the air taken in by the air compressor 24 is supplied as the oxidizing gas to the cathode of the fuel cell 22. The Below, the flow of the gas in each part which comprises the fuel cell system 10, and the fuel cell system 10 is further demonstrated.

水素タンク23に貯蔵された水素ガスは、水素タンク23に接続された水素供給路60に放出された後、圧力調整弁62によって所定の圧力に調整(減圧)されて、燃料ガスとして燃料電池22を構成する各単セルのアノードに供給される。   The hydrogen gas stored in the hydrogen tank 23 is discharged to the hydrogen supply path 60 connected to the hydrogen tank 23, and then adjusted (depressurized) to a predetermined pressure by the pressure adjusting valve 62, so that the fuel cell 22 serves as a fuel gas. Is supplied to the anode of each single cell.

燃料電池22のアノードから排出されるアノード排ガスは、アノード排ガス路63を流動し、再び水素供給路60に流入する。このように、アノード排ガス中の残余の水素は、水素供給路60の一部とアノード排ガス路63と燃料電池22内の流路とから成る循環流路内を循環して、再度燃料電池22に供給される。循環流路内でアノード排ガスを循環させるために、アノード排ガス路63には水素ポンプ65が設けられている。   The anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell 22 flows through the anode exhaust gas path 63 and flows into the hydrogen supply path 60 again. In this way, the remaining hydrogen in the anode exhaust gas circulates in the circulation flow path composed of a part of the hydrogen supply path 60, the anode exhaust gas path 63, and the flow path in the fuel cell 22, and returns to the fuel cell 22 again. Supplied. In order to circulate the anode exhaust gas in the circulation channel, a hydrogen pump 65 is provided in the anode exhaust gas channel 63.

また、アノード排ガス路63には、気液分離器27が設けられている。電気化学反応によりカソードにて生じた水は、燃料電池22の電解質膜を介して、アノード排ガス内にも混入する。また、アノード排ガスには、電解質膜を介して、カソード側から窒素などの不純物も混入する。気液分離器27は、アノード排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮すると共に、排出バルブ27aを開状態とすることで、上記凝縮された水および不純物を含むアノード排ガスの一部が、外部に排出される。   The anode exhaust gas path 63 is provided with a gas-liquid separator 27. Water generated at the cathode by the electrochemical reaction is also mixed into the anode exhaust gas through the electrolyte membrane of the fuel cell 22. In addition, impurities such as nitrogen are mixed into the anode exhaust gas from the cathode side through the electrolyte membrane. The gas-liquid separator 27 condenses the water vapor contained in the anode exhaust gas and opens the discharge valve 27a, whereby a part of the anode exhaust gas containing the condensed water and impurities is discharged to the outside. The

エアコンプレッサ24は、加圧した空気を酸化ガスとして酸化ガス供給路67を介して燃料電池22のカソードに供給する。カソードから排出されるカソード排ガスは、カソード排ガス路68を介して外部に排出される。燃料電池システム10では、酸化ガス供給路67およびカソード排ガス路68は、加湿装置100を経由する。加湿装置100は、水蒸気を含有するカソード排ガスを加湿ガスとして用いて、カソードに供給する酸化ガスを被加湿ガスとして加湿する。このように、燃料電池22への供給に先立って酸化ガスを加湿することで、本実施例の燃料電池22では、電解質層である固体高分子電解質膜の湿潤状態を確保している。加湿装置100の構成については、後に詳しく説明する。   The air compressor 24 supplies pressurized air as an oxidizing gas to the cathode of the fuel cell 22 via the oxidizing gas supply path 67. The cathode exhaust gas discharged from the cathode is discharged to the outside through the cathode exhaust gas path 68. In the fuel cell system 10, the oxidizing gas supply path 67 and the cathode exhaust gas path 68 pass through the humidifier 100. The humidifier 100 uses a cathode exhaust gas containing water vapor as a humidified gas, and humidifies an oxidizing gas supplied to the cathode as a humidified gas. In this way, by humidifying the oxidizing gas prior to supply to the fuel cell 22, the fuel cell 22 of this embodiment ensures a wet state of the solid polymer electrolyte membrane that is the electrolyte layer. The configuration of the humidifier 100 will be described in detail later.

さらに、燃料電池システム10は、図示しない制御部を備えている。この制御部は、例えば、周知の計算機を用いて構成され、CPU、ROM、RAMおよび入出力ポート等を備える。制御部は、燃料電池システム10が備える各種センサの検出信号や、燃料電池22に対する負荷要求に関する情報などを取得すると共に、圧力調整弁62、エアコンプレッサ24、水素ポンプ65、あるいはバルブ27aの動作を制御し、燃料電池システム10を運転する。   Furthermore, the fuel cell system 10 includes a control unit (not shown). This control unit is configured using, for example, a well-known computer, and includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, and the like. The control unit acquires detection signals from various sensors included in the fuel cell system 10 and information on load requests for the fuel cell 22, and controls the operation of the pressure adjustment valve 62, the air compressor 24, the hydrogen pump 65, or the valve 27a. To control and operate the fuel cell system 10.

・加湿装置の構成:
図2〜図5を参照して、加湿装置100の構成について説明する。図2は、加湿装置の外観の概略構成を表わす説明図である。図3は、図2におけるA−A断面を示す断面図である。図4は、図2におけるB−B断面を示す断面図である。図5は、図2におけるC−C断面を示す断面図である。
・ Configuration of humidifier:
With reference to FIGS. 2-5, the structure of the humidification apparatus 100 is demonstrated. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the external appearance of the humidifying device. 3 is a cross-sectional view showing an AA cross section in FIG. 4 is a cross-sectional view showing a BB cross section in FIG. 2. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a CC cross section in FIG. 2.

図2に示すように、加湿装置100は、気密性を有する材料でそれぞれ形成された収容部101と、被加湿ガス導入路102と、被加湿ガス排出路103と、加湿ガス排出路104と、加湿ガス導入路105と、を備えている。図2〜図5に示すように、収容部101は略直方体の外観を有し、内部に略直方体の空間を有している。   As shown in FIG. 2, the humidifier 100 includes a housing portion 101, a humidified gas introduction path 102, a humidified gas discharge path 103, a humidified gas discharge path 104, each formed of an airtight material. A humidified gas introduction path 105. As shown in FIGS. 2 to 5, the accommodating portion 101 has a substantially rectangular parallelepiped appearance, and has a substantially rectangular parallelepiped space therein.

図3〜図5に示すように、収容部101の内部の空間には、膜体110と、ケミカルフィルタ150とが収容されている。膜体110は、水蒸気透過膜111と、補強材112、113とを備える。水蒸気透過膜111は、水蒸気を含む流体から実質的に水蒸気のみを選択的に透過させる性質を有する膜である。水蒸気透過膜111には、例えば、水蒸気透過性材料により形成された膜、あるいは、多孔性の基材に水蒸気透過性材料を積層または含浸させることにより形成された膜が用いられ得る。水蒸気透過性材料には、例えば、吸水性または含水性を有する樹脂、具体的には、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコールなどの非電解質高分子やこれらの共重合体、あるいは、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミドなどの電解質高分子やこれらの共重合体が用いられ得る。水蒸気透過膜111の厚さは、例えば、10μm〜500μm程度に設定される。   As shown in FIGS. 3 to 5, the film body 110 and the chemical filter 150 are accommodated in the space inside the accommodating portion 101. The film body 110 includes a water vapor permeable film 111 and reinforcing materials 112 and 113. The water vapor permeable membrane 111 is a film having a property of selectively selectively transmitting only water vapor from a fluid containing water vapor. As the water vapor permeable film 111, for example, a film formed of a water vapor permeable material or a film formed by laminating or impregnating a water vapor permeable material on a porous substrate can be used. Examples of the water vapor permeable material include water-absorbing or water-containing resins, specifically, non-electrolytic polymers such as polyethylene oxide and polyvinyl alcohol, and copolymers thereof, or polyacrylic acid and polyacrylamide. These electrolyte polymers and their copolymers can be used. The thickness of the water vapor permeable membrane 111 is set to, for example, about 10 μm to 500 μm.

補強材112は、水蒸気透過膜111の一方の面に、補強材113は、水蒸気透過膜111の他方の面に、それぞれ全体に亘って配置される。補強材112、113は、例えば、織布、不織布、樹脂製ネット、金属製ネットなど、ガスの透過性に優れたシート材が用いられる。補強材112、113の厚さは、例えば、100μm〜2000μm程度に設定され、補強材112、113の気孔率は、例えば、50%〜95%程度に設定される。   The reinforcing material 112 is disposed on one surface of the water vapor permeable membrane 111, and the reinforcing material 113 is disposed on the other surface of the water vapor permeable membrane 111. As the reinforcing materials 112 and 113, for example, a sheet material having excellent gas permeability such as a woven fabric, a nonwoven fabric, a resin net, and a metal net is used. The thickness of the reinforcing members 112 and 113 is set to, for example, about 100 μm to 2000 μm, and the porosity of the reinforcing members 112 and 113 is set to, for example, about 50% to 95%.

水蒸気透過膜111、補強材112、113から成る膜体110は、図3に示すように、略平行な複数の山折り線および複数の谷折り線に沿って曲げ加工されることにより、複数のヒダを有する、いわゆるプリーツ形状に成形されている。複数のヒダの稜線のうち互いに隣接する稜線間の間隔(プリーツピッチ)は、一定である。プリーツピッチは、例えば、0.5mm〜5mm程度に設定される。プリーツ高さ(図3におけるY方向の長さ)は、例えば、10mm〜100mm程度に設定される。膜体110において、補強材112、113によって、そのプリーツ形状が維持され、水蒸気透過膜111が折り線を挟んで接触することが防止される。膜体110は、図4に示すように、Y軸方向から見た形状(平面視における形状)が、収容部101内部の空間のC−C断面形状にほぼ等しい大きさの略矩形である。そして、膜体110の平面視における略矩形の外周端は、その全周が接着材120を介して、収容部101の側壁(Z軸の正および負方向の壁、X軸の正および負方向の壁)の内壁面に気密に接着されている。接着材120に代えて、熱溶着により接着しても良い。   As shown in FIG. 3, the film body 110 composed of the water vapor permeable membrane 111 and the reinforcing materials 112 and 113 is bent along a plurality of substantially parallel mountain fold lines and a plurality of valley fold lines. It is formed into a so-called pleated shape having a fold. An interval (pleat pitch) between ridge lines adjacent to each other among the ridge lines of the pleats is constant. The pleat pitch is set to, for example, about 0.5 mm to 5 mm. The pleat height (the length in the Y direction in FIG. 3) is set to about 10 mm to 100 mm, for example. In the film body 110, the pleated shape is maintained by the reinforcing materials 112 and 113, and the water vapor permeable film 111 is prevented from coming in contact with the fold line interposed therebetween. As shown in FIG. 4, the film body 110 has a substantially rectangular shape with a shape viewed in the Y-axis direction (a shape in plan view) substantially equal to the CC cross-sectional shape of the space inside the housing portion 101. Then, the outer periphery of the substantially rectangular shape in a plan view of the film body 110 has a side wall (Z-axis positive and negative walls, X-axis positive and negative directions) of the housing portion 101 with the entire periphery thereof interposed through the adhesive 120. It is hermetically bonded to the inner wall of the wall. Instead of the adhesive 120, it may be bonded by thermal welding.

この結果、収容部101内部の空間は、水蒸気透過膜111によって、2つの空間に分けられる。図3を参照して説明すると、第1の空間は、内壁面のうち、水蒸気透過膜111との接着部より上側(Y軸の正方向側)の部分と、水蒸気透過膜111の上側の面との間に形成される空間である。第2の空間は、内壁面のうち、水蒸気透過膜111との接着部より下側(Y軸の負方向側)の部分と、水蒸気透過膜111の下側の面との間に形成される空間である。第1の空間は、後述するように被加湿ガスが流動する内部流路として機能する空間であり、膜体110と内壁面との間の空間だけでなく、補強材112内部の空間を含む。第2の空間は、後述するように加湿ガスが流動する内部流路として機能する空間であり、膜体110と内壁面との間の空間だけでなく、補強材113内部の空間を含む。   As a result, the space inside the accommodating portion 101 is divided into two spaces by the water vapor permeable membrane 111. Referring to FIG. 3, the first space is a portion of the inner wall surface that is above the bonding portion with the water vapor permeable film 111 (on the positive direction side of the Y axis) and the surface above the water vapor permeable film 111. Is a space formed between the two. The second space is formed between a portion of the inner wall surface that is below the adhesion portion with the water vapor permeable film 111 (the negative direction side of the Y axis) and the lower surface of the water vapor permeable film 111. It is space. As will be described later, the first space is a space that functions as an internal flow path through which the humidified gas flows, and includes not only the space between the film body 110 and the inner wall surface, but also the space inside the reinforcing material 112. The second space is a space that functions as an internal flow path through which the humidified gas flows as described later, and includes not only the space between the film body 110 and the inner wall surface, but also the space inside the reinforcing material 113.

ケミカルフィルタ150は、図3および図5に示すように、収容部101の第1の空間における、膜体110と膜体110に対向する内壁面との間に、該内壁面全体を内部から覆うように配置されている。ケミカルフィルタ150は、例えば、ガス透過性を有する基材(基紙)に、活性炭やゼオライトなどの吸着材を担持させたもの、活性炭繊維により形成された織布または不織布が用いられる。ガス透過性を有する基材は、例えば、ガラスなどの無機繊維、ナイロンやアラミドなどの有機繊維により形成された織布または不織布が用いられる。ケミカルフィルタ150は、例えば、ケミカルフィルタ150は、図3に示すように、膜体110が有するヒダと同一の方向の複数のヒダを有するプリーツ形状を有している。複数のヒダの稜線のうち互いに隣接する稜線間の間隔(プリーツピッチ)は、図3に示すように、Z軸の正方向に向かって、次第に大きくされている。ケミカルフィルタ150のプリーツピッチは、Z軸の正方向に向かって連続的に大きくされていても良く、段階的に大きくされていても良い。例えば、図3におけるZ軸の負方向側の端部に近い部分のプリーツピッチP1と、Z軸の正方向側の端部に近い部分のプリーツピッチP3と、これらの中間の部分のプリーツピッチP2との間には、P1<P2<P3が成り立つ。ケミカルフィルタ150において、プリーツピッチがZ軸の正方向に向かって次第に大きくなる構成を有することにより、ガスがY軸方向にケミカルフィルタ150を透過する際の圧力損失が、Z軸の正方向に向かって段階的に小さくなる。ケミカルフィルタ150の厚さは、例えば、0.1mm〜数mm程度、プリーツピッチは、例えば、0.2mm〜10mm程度に設定される。   As shown in FIGS. 3 and 5, the chemical filter 150 covers the entire inner wall surface from the inside between the film body 110 and the inner wall surface facing the film body 110 in the first space of the housing portion 101. Are arranged as follows. As the chemical filter 150, for example, a base material (base paper) having gas permeability and an adsorbent such as activated carbon or zeolite supported thereon, a woven fabric or a nonwoven fabric formed of activated carbon fibers are used. As the base material having gas permeability, for example, a woven fabric or a non-woven fabric formed of inorganic fibers such as glass and organic fibers such as nylon and aramid is used. For example, as shown in FIG. 3, the chemical filter 150 has a pleated shape having a plurality of folds in the same direction as the folds of the film body 110. As shown in FIG. 3, the interval between ridge lines adjacent to each other among the ridge lines of the pleats (pleat pitch) is gradually increased toward the positive direction of the Z axis. The pleat pitch of the chemical filter 150 may be continuously increased toward the positive direction of the Z axis, or may be increased stepwise. For example, a pleat pitch P1 near the end on the negative side of the Z-axis in FIG. 3, a pleat pitch P3 near the end on the positive side of the Z-axis, and a pleat pitch P2 between these parts. P1 <P2 <P3. Since the chemical filter 150 has a configuration in which the pleat pitch gradually increases in the positive direction of the Z axis, the pressure loss when the gas passes through the chemical filter 150 in the Y axis direction is directed toward the positive direction of the Z axis. And become smaller step by step. The thickness of the chemical filter 150 is set to, for example, about 0.1 mm to several mm, and the pleat pitch is set to, for example, about 0.2 mm to 10 mm.

収容部101には、さらに、水蒸気透過膜111から見て第1の空間側の壁(Y軸の正方向側の壁)に、第1の空間にそれぞれ連通する開口部として被加湿ガス供給口106と、被加湿ガス排出口107とが形成されている。被加湿ガス供給口106および被加湿ガス排出口107は、Z軸方向を長手方向とし、X軸方向を短手方向とする長孔である。   The housing 101 further includes a humidified gas supply port as an opening that communicates with the first space-side wall (the Y-axis positive wall) as viewed from the water vapor permeable membrane 111. 106 and a humidified gas discharge port 107 are formed. The humidified gas supply port 106 and the humidified gas discharge port 107 are long holes whose longitudinal direction is the Z-axis direction and whose lateral direction is the X-axis direction.

被加湿ガス供給口106は、図4に示すように、平面視において略矩形の膜体110(水蒸気透過膜111)の一方の長辺(X軸の負方向側の長辺)に沿って、配置されている。被加湿ガス供給口106は、長辺のほぼ全長に亘って配置されている。すなわち、被加湿ガス供給口106は、一の短辺から向かい合う他の短辺に至る。   As shown in FIG. 4, the humidified gas supply port 106 is along one long side (long side on the negative direction side of the X axis) of the substantially rectangular film body 110 (water vapor permeable film 111) in a plan view. Has been placed. The humidified gas supply port 106 is disposed over almost the entire length of the long side. That is, the humidified gas supply port 106 extends from one short side to the other short side facing each other.

被加湿ガス排出口107は、図4に示すように、平面視において略矩形の膜体110(水蒸気透過膜111)の他方の長辺(X軸の正方向側の長辺)に沿って、配置されている。被加湿ガス排出口107は、被加湿ガス供給口106と同様に、長辺のほぼ全長に亘って配置されている。すなわち、被加湿ガス排出口107は、一の短辺から向かい合う他の短辺に至る。   As shown in FIG. 4, the humidified gas discharge port 107 is along the other long side (long side on the positive direction side of the X axis) of the substantially rectangular film body 110 (water vapor permeable film 111) in a plan view. Is arranged. Similar to the humidified gas supply port 106, the humidified gas discharge port 107 is disposed over almost the entire length of the long side. That is, the humidified gas discharge port 107 extends from one short side to the other short side.

収容部101には、さらに、水蒸気透過膜111から見て第2の空間側の壁(Y軸の負方向側の壁)に、第2の空間にそれぞれ連通する開口部として加湿ガス供給口109と、加湿ガス排出口108とが形成されている。加湿ガス供給口109および加湿ガス排出口108は、上述した被加湿ガス供給口106および被加湿ガス排出口107と同様に、Z軸方向を長手方向とし、X軸方向を短手方向とする長孔である。   The container 101 further has a humidified gas supply port 109 as an opening communicating with the second space (wall on the negative direction side of the Y axis) as viewed from the water vapor permeable membrane 111 and the second space. And a humidified gas outlet 108 are formed. The humidified gas supply port 109 and the humidified gas discharge port 108 are, as with the humidified gas supply port 106 and the humidified gas discharge port 107 described above, long with the Z-axis direction as the longitudinal direction and the X-axis direction as the short direction. It is a hole.

加湿ガス排出口108は、図4に示すように、平面視において略矩形の膜体110(水蒸気透過膜111)の一方の長辺(X軸の負方向側の長辺)に沿って、配置され、加湿ガス供給口109は、他方の長辺(X軸の正方向側の長辺)に沿って、配置されている。加湿ガス排出口108および加湿ガス供給口109は、長辺のほぼ全長に亘って配置されている。すなわち、加湿ガス排出口108および加湿ガス供給口109は、一の短辺から向かい合う他の短辺に至る。   As shown in FIG. 4, the humidified gas discharge port 108 is disposed along one long side (long side on the negative direction side of the X axis) of the substantially rectangular film body 110 (water vapor permeable film 111) in a plan view. The humidified gas supply port 109 is arranged along the other long side (the long side on the positive direction side of the X axis). The humidified gas discharge port 108 and the humidified gas supply port 109 are disposed over almost the entire length of the long side. That is, the humidified gas discharge port 108 and the humidified gas supply port 109 reach from one short side to the other short side facing each other.

図2および図5に示すように、被加湿ガス導入路102は、短手方向の断面がコの字型の樋状体である。被加湿ガス導入路102は、コの字型の断面の開口部が被加湿ガス供給口106を覆うように、長手方向を被加湿ガス供給口106に沿わせて、配置されている。被加湿ガス導入路102の長手方向の一方の端部(Z軸の正方向の端部)は、閉状態にされており、他方の端部(Z軸の負方向の端部)は、開口されている。被加湿ガス導入路102の開口は、図2において矢印Dinで示すように、被加湿ガス(酸化ガス)が導入される導入口である。   As shown in FIG. 2 and FIG. 5, the humidified gas introduction path 102 is a bowl-shaped body having a U-shaped cross section in the short direction. The humidified gas introduction path 102 is arranged with its longitudinal direction along the humidified gas supply port 106 so that the opening of the U-shaped cross section covers the humidified gas supply port 106. One end of the humidified gas introduction path 102 in the longitudinal direction (end in the positive direction of the Z axis) is closed, and the other end (end in the negative direction of the Z axis) is open. Has been. The opening of the humidified gas introduction path 102 is an inlet through which humidified gas (oxidizing gas) is introduced, as indicated by an arrow Din in FIG.

被加湿ガス排出路103、加湿ガス排出路104および加湿ガス導入路105は、被加湿ガス導入路102と同様の樋状体である。同様にして、被加湿ガス排出路103は被加湿ガス排出口107に沿って、加湿ガス排出路104は加湿ガス排出口108に沿って、加湿ガス導入路105は加湿ガス供給口109に沿って、それぞれ配置されている。また、被加湿ガス排出路103、加湿ガス排出路104および加湿ガス導入路105は、被加湿ガス導入路102と同様に、それぞれZ軸の正方向の端部が閉状態に、Z軸の負方向の端部が開口されている。各導入路および排出路の短手方向の断面は、コの字型に限られず、例えば、半円形状、Ω型形状であっても良い。   The humidified gas discharge path 103, the humidified gas discharge path 104, and the humidified gas introduction path 105 are bowl-like bodies similar to the humidified gas introduction path 102. Similarly, the humidified gas discharge path 103 is along the humidified gas discharge port 107, the humidified gas discharge path 104 is along the humidified gas discharge port 108, and the humidified gas introduction path 105 is along the humidified gas supply port 109. , Each is arranged. Similarly to the humidified gas introduction path 102, the humidified gas discharge path 103, the humidified gas discharge path 104, and the humidified gas introduction path 105 are closed at the end in the positive direction of the Z axis, respectively. The end of the direction is opened. The cross section in the short direction of each introduction path and discharge path is not limited to a U-shape, and may be, for example, a semicircular shape or an Ω shape.

・加湿装置100の動作:
同じく図2〜図5を参照して、各ガスの流れを中心に加湿装置100の動作について説明する。記述したように、加湿装置100は、酸化ガス供給路67の途中に接続されており、エアコンプレッサ24によって取り込まれた空気(酸化ガス)は、被加湿ガス導入路102の開口端である導入口から、被加湿ガス導入路102内部に供給される(図2:矢印Din)。被加湿ガス導入路102に供給された空気は、被加湿ガス導入路102内部をZ軸の正方向に流動し、被加湿ガス供給口106を介して収容部101の第1の空間に流入する。
-Operation of the humidifier 100:
Similarly, with reference to FIGS. 2 to 5, the operation of the humidifier 100 will be described focusing on the flow of each gas. As described, the humidifier 100 is connected in the middle of the oxidizing gas supply path 67, and the air (oxidized gas) taken in by the air compressor 24 is an inlet that is the open end of the humidified gas introduction path 102. To the humidified gas introduction path 102 (FIG. 2: arrow Din). The air supplied to the humidified gas introduction path 102 flows in the humidified gas introduction path 102 in the positive direction of the Z axis, and flows into the first space of the housing portion 101 via the humidified gas supply port 106. .

第1の空間に流入した空気は、まず、図5において実線の矢印で示すように、被加湿ガス供給口106を覆うケミカルフィルタ150を透過する。ケミカルフィルタ150を透過する際に、空気に含まれるエアクリーナ25において除去されなかった微少な不純物が、ケミカルフィルタ150によって除去される。このような微少な不純物には、例えば、燃料電池22の固体高分子膜にダメージを与える海塩、溶雪剤、硫化水素などが含まれる。ケミカルフィルタ150を透過した空気は、図4において白抜きの矢印で、図5において実線の矢印で示すように、プリーツ形状のヒダの内部(ガス透過性の高い補強材112の内部)を含む第1の空間を、ヒダの稜線に沿った方向(X軸の正方向)に流動する。その後、空気は、ケミカルフィルタ150を透過し、被加湿ガス排出口107を介して、被加湿ガス排出路103に排出される。被加湿ガス排出路103に排出された空気は、被加湿ガス排出路103内をZ軸の負方向に、すなわち、被加湿ガス導入路102における流動方向とは反対方向に流動し、被加湿ガス排出路103の開口端から排出される(図2:矢印Dout)。被加湿ガス排出路103の開口端から排出された空気は、燃料電池22のアノードに供給される。   The air that has flowed into the first space first passes through the chemical filter 150 that covers the humidified gas supply port 106 as shown by the solid line arrow in FIG. 5. When passing through the chemical filter 150, minute impurities that are not removed by the air cleaner 25 contained in the air are removed by the chemical filter 150. Such minute impurities include, for example, sea salt, snow melting agent, hydrogen sulfide and the like that damage the solid polymer film of the fuel cell 22. The air that has passed through the chemical filter 150 includes the inside of the pleated fold (the inside of the reinforcing material 112 having a high gas permeability) as indicated by the white arrow in FIG. 4 and the solid arrow in FIG. The space 1 flows in the direction along the ridgeline of the fold (the positive direction of the X axis). Thereafter, the air passes through the chemical filter 150 and is discharged to the humidified gas discharge path 103 through the humidified gas discharge port 107. The air discharged to the humidified gas discharge path 103 flows in the humidified gas discharge path 103 in the negative direction of the Z axis, that is, in the direction opposite to the flow direction in the humidified gas introduction path 102, and the humidified gas. It discharges from the opening end of the discharge path 103 (FIG. 2: arrow Dout). The air discharged from the open end of the humidified gas discharge path 103 is supplied to the anode of the fuel cell 22.

また、記述したように、加湿装置100は、カソード排ガス路68の途中に接続されており、燃料電池22から排出されたカソード排ガスは、加湿ガス導入路105の開口端から、加湿ガス導入路105内部に供給される(図2:矢印Win)。加湿ガス導入路105に供給された空気は、加湿ガス導入路105内部をZ軸の正方向に流動し、加湿ガス供給口109を介して収容部101の第2の空間に流入する。   Further, as described, the humidifier 100 is connected in the middle of the cathode exhaust gas path 68, and the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell 22 is supplied from the open end of the humidified gas inlet path 105 to the humidified gas inlet path 105. Supplied inside (FIG. 2: arrow Win). The air supplied to the humidified gas introduction path 105 flows in the humidified gas introduction path 105 in the positive direction of the Z axis, and flows into the second space of the housing portion 101 through the humidified gas supply port 109.

第2の空間に流入したカソード排ガスは、図4において黒塗りの矢印で、図5において破線の矢印で示すように、プリーツ形状のヒダの内部(ガス透過性の高い補強材113の内部)を含む第2の空間を、ヒダの稜線に沿った方向(X軸の負方向)に流動する。図から解るように、第1の空間を流れる空気と、第2の空間を流れるカソード排ガスは、水蒸気透過膜111を挟んで、対向して流れることになる。その後、カソード排ガスは、加湿ガス排出口108を介して、加湿ガス排出路104に排出される。加湿ガス排出路104に排出されたカソード排ガスは、加湿ガス排出路104内をZ軸の負方向に、すなわち、加湿ガス導入路105における流動方向とは反対方向に流動し、加湿ガス排出路104の開口端から排出される(図2:矢印Wout)。加湿ガス排出路104の開口端から排出されたカソード排ガスは、大気中に放出される。   The cathode exhaust gas that has flowed into the second space passes through the inside of the pleated fold (the inside of the reinforcing material 113 having a high gas permeability) as indicated by the black arrow in FIG. 4 and the dashed arrow in FIG. The second space including the fluid flows in the direction along the ridgeline of the fold (the negative direction of the X axis). As can be seen from the figure, the air flowing through the first space and the cathode exhaust gas flowing through the second space flow oppositely with the water vapor permeable membrane 111 interposed therebetween. Thereafter, the cathode exhaust gas is discharged to the humidified gas discharge path 104 through the humidified gas discharge port 108. The cathode exhaust gas discharged to the humidified gas discharge path 104 flows in the humidified gas discharge path 104 in the negative direction of the Z axis, that is, in the direction opposite to the flow direction in the humidified gas introduction path 105, and the humidified gas discharge path 104. (FIG. 2: arrow Wout). The cathode exhaust gas discharged from the open end of the humidified gas discharge path 104 is released into the atmosphere.

以上の説明から解るように、第1の空間は、被加湿ガス供給口106と連通する端部(X軸負方向側の端部)を上流端とし、被加湿ガス排出口107と連通する端部(X軸正方向側の端部)を下流端とし、被加湿ガスをX軸の正方向に流動させる被加湿ガス内部流路として機能する。また、第2の空間は、加湿ガス供給口109と連通する端部(X軸正方向側の端部)を上流端とし、加湿ガス排出口108と連通する端部(X軸負方向側の端部)を下流端とし、加湿ガスをX軸の負方向に流動させる加湿ガス内部流路として機能する。そして、被加湿ガス導入路102と、被加湿ガスの内部流路として機能する第1の空間とによって、被加湿ガス導入路102の開口端である被加湿ガスの導入口から水蒸気透過膜111の第1の面に至る被加湿ガスの供給流路が形成される。同様にして、加湿ガス導入路105と、加湿ガスの内部流路として機能する第2の空間とによって、加湿ガス導入路105の開口端である加湿ガスの導入口から水蒸気透過膜111の第2の面に至る加湿ガスの供給路が形成される。   As understood from the above description, the first space has an end communicating with the humidified gas supply port 106 (an end on the X-axis negative direction side) as an upstream end, and an end communicating with the humidified gas discharge port 107. The portion (the end on the X-axis positive direction side) serves as a downstream end, and functions as a humidified gas internal flow path for allowing the humidified gas to flow in the positive direction of the X-axis. The second space has an end portion (end portion on the X axis positive direction side) communicating with the humidified gas supply port 109 as an upstream end and an end portion (end portion on the X axis negative direction side) communicating with the humidified gas discharge port 108. The end portion) functions as a humidified gas internal flow path that causes the humidified gas to flow in the negative direction of the X axis. Then, the humidified gas introduction path 102 and the first space functioning as the internal flow path of the humidified gas allow the water vapor permeable membrane 111 to pass through the humidified gas introduction port, which is the open end of the humidified gas introduction path 102. A supply channel for the humidified gas reaching the first surface is formed. Similarly, the second space of the water vapor permeable membrane 111 is formed from the humidified gas introduction port, which is the open end of the humidified gas introduction channel 105, by the humidified gas introduction channel 105 and the second space functioning as an internal flow path of the humidified gas. A humidified gas supply path to the surface is formed.

第2の空間を流動するカソード排ガスは、電気化学反応で生じた生成水を多く含んでいるため極めて高い湿度となっており、例えば、略飽和蒸気圧となっている。このような高湿度のカソード排ガスが、水蒸気透過膜111を介して、第1の空間を流動する湿度がより低い空気と接することで、カソード排ガス側から空気側へと水蒸気が水蒸気透過膜111を透過する。この結果、第1の空間を通って排出される空気は、加湿されて、燃料電池22のカソードに供給された際に、固体高分子電解質膜を湿潤に保つために好適な状態にされる。   The cathode exhaust gas flowing in the second space has a very high humidity because it contains a large amount of water produced by the electrochemical reaction, and has a substantially saturated vapor pressure, for example. Such high-humidity cathode exhaust gas is in contact with air having lower humidity flowing through the first space via the water vapor permeable membrane 111, so that water vapor passes through the water vapor permeable membrane 111 from the cathode exhaust gas side to the air side. To Penetrate. As a result, when the air discharged through the first space is humidified and supplied to the cathode of the fuel cell 22, it is brought into a suitable state for keeping the solid polymer electrolyte membrane moist.

ケミカルフィルタ150が配置されていない第2の空間における加湿ガスの流れをみると、図4に示すように、Z軸の正方向側の領域、すなわち、加湿ガス導入路105の導入口としての開口端から遠い領域(開口端からの流動経路が長い領域)ほど加湿ガスの流量が少なく、Z軸の負方向側の領域、すなわち、加湿ガス導入路105の開口端に近い領域(開口端からの流動経路が長い領域)ほど加湿ガスの流量が多くなる。このように、第2の空間において、領域によって加湿ガスの分布に偏りが生じる。加湿ガス導入路105の開口端から流入した加湿ガスは、加湿ガス導入路105内部の流動に伴う圧力損失や、流入した加湿ガスの一部が加湿ガス供給口109を介して第2の空間に流入することによって、加湿ガス導入路105の開口端からの流動経路が長い下流側(Z軸の正方向側)に行くほど圧力が低くなる。この結果、長孔である加湿ガス供給口109から第2の空間への加湿ガスの流入量は、加湿ガス導入路105の開口端に近い部分ほど多くなり、開口端から遠い部分ほど少なくなるからである。   Looking at the flow of the humidified gas in the second space where the chemical filter 150 is not arranged, as shown in FIG. 4, the area on the positive side of the Z axis, that is, the opening as the inlet of the humidified gas introduction path 105 is shown. The farther from the end (region where the flow path from the opening end is longer), the smaller the flow rate of the humidified gas, the lower the Z-axis direction region, that is, the region closer to the opening end of the humidifying gas introduction path 105 (from the opening end). The longer the flow path), the higher the flow rate of the humidified gas. Thus, in the second space, the distribution of the humidified gas is biased depending on the region. The humidified gas that has flowed in from the opening end of the humidified gas introduction path 105 has a pressure loss due to the flow in the humidified gas introduction path 105, and a part of the humidified gas that has flowed into the second space via the humidified gas supply port 109. By flowing in, the pressure decreases as the flow path from the open end of the humidified gas introduction path 105 goes to the long downstream side (the positive direction side of the Z axis). As a result, the inflow amount of the humidified gas from the humidified gas supply port 109, which is a long hole, into the second space increases as the portion is closer to the opening end of the humidifying gas introduction path 105, and decreases as the portion is farther from the opening end. It is.

一方で、第1の空間においては、ケミカルフィルタ150の整流作用によって、第1の空間の全体に亘って、被加湿ガスである空気が供給される。上述した第2の空間と同様に、被加湿ガス導入路102の導入口である開口端から流入した被加湿ガスは、被加湿ガス導入路102内部の圧力損失や、被加湿ガスの一部が被加湿ガス供給口106を介して第1の空間に流入することによって、被加湿ガス導入路102の開口端からの流動経路が長い下流側(Z軸の正方向側)に行くほど圧力が低くなる。しかしながら、ケミカルフィルタ150は、Z軸の正方向に向かって圧力損失が小さく、Z軸の負方向に向かって圧力損失が大きくなるように、プリーツピッチが調整されている。この結果、長孔である被加湿ガス供給口106から第1の空間への加湿ガスの流入量は、被加湿ガス導入路102開口端に近い部分では、ケミカルフィルタ150の高い圧力損失(透過抵抗)によって抑制され、ケミカルフィルタ150の圧力損失が低い開口端から遠い部分にも比較的多くの加湿ガスが分配されるようになる。したがって、被加湿ガス供給口106から第1の空間への加湿ガスの流入量は、被加湿ガス導入路102開口端に近い部分と、開口端から遠い部分との差が解消または低減され、被加湿ガス供給口106の各部分で比較的均等になる。この結果、水蒸気透過膜111の面に対する被加湿ガスの供給量の均一性が向上し、加湿装置100の加湿効率を向上することができる。   On the other hand, in the first space, air as the humidified gas is supplied over the entire first space by the rectifying action of the chemical filter 150. Similar to the second space described above, the humidified gas that has flowed from the opening end that is the inlet of the humidified gas introduction path 102 has a pressure loss inside the humidified gas introduction path 102 or a part of the humidified gas. By flowing into the first space through the humidified gas supply port 106, the pressure decreases as the flow path from the open end of the humidified gas introduction path 102 goes to the long downstream side (the positive direction side of the Z axis). Become. However, the pleat pitch of the chemical filter 150 is adjusted so that the pressure loss is small in the positive direction of the Z axis and the pressure loss is large in the negative direction of the Z axis. As a result, the inflow amount of the humidified gas from the humidified gas supply port 106, which is a long hole, into the first space has a high pressure loss (permeation resistance) of the chemical filter 150 in the portion near the opening end of the humidified gas introduction path 102. ) And a relatively large amount of humidified gas is distributed to a portion far from the open end where the pressure loss of the chemical filter 150 is low. Therefore, the inflow amount of the humidified gas from the humidified gas supply port 106 to the first space eliminates or reduces the difference between the portion near the opening end of the humidifying gas introduction path 102 and the portion far from the opening end, The portions of the humidified gas supply port 106 are relatively uniform. As a result, the uniformity of the amount of humidified gas supplied to the surface of the water vapor permeable membrane 111 is improved, and the humidification efficiency of the humidifier 100 can be improved.

さらに、ケミカルフィルタ150は、被加湿ガスである空気中の不純物を除去することができる。従って、同様のケミカルフィルタを、燃料電池システム10の他の部分に設ける必要がなくなる。   Furthermore, the chemical filter 150 can remove impurities in the air that is a humidified gas. Therefore, it is not necessary to provide a similar chemical filter in other parts of the fuel cell system 10.

B.変形例:
・第1変形例:
図6を参照して、第1変形例について説明する。図6は、第1変形例における加湿装置の断面図である。図6には、実施例における図3に示す断面図に対応する第1変形例に係る加湿装置100aの断面図が示されている。第1変形例に係る加湿装置100aは、収容部101における第2の空間において、第1の空間と同様に、整流フィルタ155が備えられている点で、実施例に係る加湿装置100と異なる。他の構成は、実施例に係る加湿装置100と同一であるので説明を省略する。
B. Variation:
・ First modification:
A first modification will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the humidifier in the first modification. FIG. 6 shows a cross-sectional view of a humidifying device 100a according to a first modification corresponding to the cross-sectional view shown in FIG. 3 in the embodiment. The humidifier 100a according to the first modified example is different from the humidifier 100 according to the embodiment in that the rectifying filter 155 is provided in the second space in the housing portion 101, similarly to the first space. Other configurations are the same as those of the humidifying apparatus 100 according to the embodiment, and thus the description thereof is omitted.

整流フィルタ155は、第2の空間における、膜体110と膜体110に対向する内壁面との間に、該内壁面全体を内部から覆うように配置されている。整流フィルタ155は、第1の空間に配置されたケミカルフィルタ150と同様に、膜体110が有するヒダと同一の方向の複数のヒダを有するプリーツ形状を有している。複数のヒダの稜線のうち互いに隣接する稜線間の間隔(プリーツピッチ)は、ケミカルフィルタ150と同様に、Z軸の正方向に向かって、段階的に大きくされている。例えば、Z軸の負方向側の端部に近い部分のプリーツピッチP1と、Z軸の正方向側の端部に近い部分のプリーツピッチP3と、これらの中間の部分のプリーツピッチP2との間には、ケミカルフィルタ150のプリーツピッチと同様に、P1<P2<P3が成り立つ。   The rectifying filter 155 is disposed between the film body 110 and the inner wall surface facing the film body 110 in the second space so as to cover the entire inner wall surface from the inside. The rectifying filter 155 has a pleated shape having a plurality of folds in the same direction as the folds of the film body 110, like the chemical filter 150 arranged in the first space. Like the chemical filter 150, the interval (pleat pitch) between adjacent ridge lines among the plurality of ridge lines is gradually increased in the positive direction of the Z axis. For example, between the pleat pitch P1 near the end on the negative direction side of the Z-axis, the pleat pitch P3 near the end on the positive direction side of the Z-axis, and the pleat pitch P2 between these portions. As in the case of the pleat pitch of the chemical filter 150, P1 <P2 <P3 holds.

整流フィルタ155は、ケミカルフィルタ150と異なり、不純物の吸着作用を有しておらず、カソード排ガスに対する整流効果のみを有している。整流フィルタ155は、例えば、無機繊維あるいは有機繊維により形成された織布または不織布が用いられる。   Unlike the chemical filter 150, the rectifying filter 155 does not have an impurity adsorbing action and has only a rectifying effect on the cathode exhaust gas. As the rectifying filter 155, for example, a woven fabric or a non-woven fabric formed of inorganic fibers or organic fibers is used.

第1変形例に係る加湿装置100aによれば、第1の空間における被加湿ガス(空気)に加えて、第2の空間においても、整流フィルタ155の整流作用によって、第2の空間の全体に亘って、加湿ガスであるカソード排ガスが供給される。この結果、水蒸気透過膜111の面に対する加湿ガスの供給量の均一性が向上し、加湿装置100の加湿効率を、さらに向上することができる。   According to the humidifying device 100a according to the first modification, in addition to the humidified gas (air) in the first space, the rectifying action of the rectifying filter 155 also causes the entire second space in the second space. A cathode exhaust gas that is a humidified gas is supplied. As a result, the uniformity of the supply amount of the humidifying gas to the surface of the water vapor permeable membrane 111 is improved, and the humidifying efficiency of the humidifying device 100 can be further improved.

・第2変形例:
図7を参照して、第2変形例について説明する。図7は、第2変形例における加湿装置の断面図である。図7には、実施例における図3に示す断面図に対応する第2変形例に係る加湿装置100bの断面図が示されている。第2変形例に係る加湿装置100bは、ケミカルフィルタ150に代えて、ケミカルフィルタ150bが備えられている点で、実施例に係る加湿装置100と異なる。他の構成は、実施例に係る加湿装置100と同一であるので説明を省略する。
・ Second modification:
A second modification will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the humidifier in the second modification. FIG. 7 shows a cross-sectional view of a humidifying device 100b according to a second modification corresponding to the cross-sectional view shown in FIG. 3 in the embodiment. The humidifying device 100b according to the second modification is different from the humidifying device 100 according to the embodiment in that a chemical filter 150b is provided instead of the chemical filter 150. Other configurations are the same as those of the humidifying apparatus 100 according to the embodiment, and thus the description thereof is omitted.

ケミカルフィルタ150bは、平板状のフィルタであり、材質および微細構造については、実施例におけるケミカルフィルタ150と同様のものを用いることができる。ケミカルフィルタ150bは、Z軸の負方向側の領域ほど膜厚が厚く形成されており、Z軸の正方向の領域に向かうにつれて、膜厚が次第に薄くなるように形成されている。ケミカルフィルタ150bの膜厚は、例えば、0.1mm〜数mmの範囲で、Z軸の正方向の領域に向かうにつれて、連続的または段階的に薄くなるように設定される。   The chemical filter 150b is a flat plate-like filter, and the same material and fine structure as the chemical filter 150 in the embodiment can be used. The chemical filter 150b is formed such that the film thickness is thicker toward the negative side of the Z axis, and the film thickness is gradually decreased toward the positive direction of the Z axis. The film thickness of the chemical filter 150b is set, for example, in a range of 0.1 mm to several mm so that the thickness becomes thinner continuously or stepwise toward the positive region of the Z axis.

第2変形例に係る加湿装置100bによれば、ケミカルフィルタ150bは、ケミカルフィルタ150と同様に、Z軸の正方向に向かって圧力損失が小さく、Z軸の負方向に向かって圧力損失が大きくなる。この結果、ケミカルフィルタ150bは、ケミカルフィルタ150と同様に、上述した被加湿ガスとしての空気に対する整流作用を発揮する。この結果、第2変形例に係る加湿装置100bは、実施例に係る加湿装置100と同様の作用・効果を得ることができる。   According to the humidifier 100b according to the second modification, the chemical filter 150b has a small pressure loss toward the positive direction of the Z axis and a large pressure loss toward the negative direction of the Z axis, as with the chemical filter 150. Become. As a result, like the chemical filter 150, the chemical filter 150b exhibits a rectifying action on the air as the humidified gas described above. As a result, the humidifier 100b according to the second modified example can obtain the same operations and effects as the humidifier 100 according to the embodiment.

・第3変形例:
図8を参照して、第3変形例について説明する。図8は、第3変形例における加湿装置の断面図である。図8には、実施例における図3に示す断面図に対応する第3変形例に係る加湿装置100cの断面図が示されている。第3変形例に係る加湿装置100cは、ケミカルフィルタ150に代えて、ケミカルフィルタ150cが備えられている点で、実施例に係る加湿装置100と異なる。他の構成は、実施例に係る加湿装置100と同一であるので説明を省略する。
・ Third modification:
A third modification will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of a humidifier in a third modification. FIG. 8 shows a cross-sectional view of a humidifying device 100c according to a third modification corresponding to the cross-sectional view shown in FIG. 3 in the embodiment. The humidifying device 100c according to the third modification is different from the humidifying device 100 according to the embodiment in that a chemical filter 150c is provided instead of the chemical filter 150. Other configurations are the same as those of the humidifying apparatus 100 according to the embodiment, and thus the description thereof is omitted.

ケミカルフィルタ150cは、平板状のフィルタであり、材質については、実施例におけるケミカルフィルタ150と同様のものを用いることができる。ケミカルフィルタ150cは、膜厚は均一であるが、Z軸の負方向側の領域ほど気孔率が低く形成されており、Z軸の正方向の領域に向かうにつれて、気孔率が次第に高くなるように形成されている。気孔率は、単位体積辺りに占める気孔の割合である。ケミカルフィルタ150cの気孔率は、例えば、30%〜95%の範囲で、Z軸の正方向の領域に向かうにつれて、連続的または段階的に高くなるように設定される。多孔率を高くするには、例えば、単位体積辺りの孔数を多くする、および/または、平均孔径を大きくすることにより実現できる。   The chemical filter 150c is a flat plate-like filter, and the same material as the chemical filter 150 in the embodiment can be used. The chemical filter 150c has a uniform film thickness, but has a lower porosity in the negative direction region of the Z-axis, and the porosity gradually increases toward the positive region of the Z-axis. Is formed. The porosity is the ratio of pores per unit volume. The porosity of the chemical filter 150c is set, for example, in the range of 30% to 95% so as to increase continuously or stepwise toward the positive region of the Z axis. Increasing the porosity can be achieved, for example, by increasing the number of holes per unit volume and / or increasing the average pore diameter.

第3変形例に係る加湿装置100cによれば、ケミカルフィルタ150cは、ケミカルフィルタ150と同様に、Z軸の正方向に向かって圧力損失が小さく、Z軸の負方向に向かって圧力損失が大きくなる。この結果、ケミカルフィルタ150cは、ケミカルフィルタ150と同様に、上述した被加湿ガスとしての空気に対する整流作用を発揮する。この結果、第3変形例に係る加湿装置100cは、実施例に係る加湿装置100と同様の作用・効果を得ることができる。   According to the humidifying device 100c according to the third modification, the chemical filter 150c has a small pressure loss toward the positive direction of the Z axis and a large pressure loss toward the negative direction of the Z axis, like the chemical filter 150. Become. As a result, like the chemical filter 150, the chemical filter 150c exhibits a rectifying action on the air as the humidified gas described above. As a result, the humidifier 100c according to the third modified example can obtain the same operations and effects as the humidifier 100 according to the embodiment.

・第4変形例:
図9を参照して、第4変形例について説明する。図9は、第4変形例に係る加湿装置のガス流れと、実施例に係る加湿装置のガス流れとを示す説明図である。図9(a)には、上述した実施例に係る加湿装置100のガス流れが比較として示されている。図9(b)には、第4変形例に係る加湿装置100dのガス流れが示されている。図9には、図を見やすくするため、収容部101と、被加湿ガス導入路102、被加湿ガス排出路103、加湿ガス排出路104、加湿ガス導入路105と、ガス流れを示す矢印のみを図示し、他の構成については、図示を省略している。図9において、白抜きの矢印は、被加湿ガス(空気)の流れを示し、黒塗りの矢印は、加湿ガス(カソード排ガス)の流れを示す。
-Fourth modification:
A fourth modification will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a gas flow of the humidifier according to the fourth modification and a gas flow of the humidifier according to the embodiment. FIG. 9A shows the gas flow of the humidifier 100 according to the embodiment described above as a comparison. FIG. 9B shows the gas flow of the humidifier 100d according to the fourth modification. In FIG. 9, in order to make the drawing easier to see, only the housing 101, the humidified gas introduction path 102, the humidified gas discharge path 103, the humidified gas discharge path 104, the humidified gas introduction path 105, and an arrow indicating the gas flow are shown. The illustration is omitted and other configurations are omitted. In FIG. 9, white arrows indicate the flow of the humidified gas (air), and black arrows indicate the flow of the humidified gas (cathode exhaust gas).

第4実施例に係る加湿装置100dの被加湿ガス排出路103は、実施例に係る加湿装置100の被加湿ガス排出路103とは逆に、Z軸の正方向側の端部が開口端とされ、Z軸の負方向側の端部が閉状態の端部とされている。そして、第4実施例に係る加湿装置100dの加湿ガス排出路104は、実施例に係る加湿装置100の加湿ガス排出路104とは逆に、Z軸の正方向側の端部が開口端とされ、Z軸の負方向側の端部が閉状態の端部とされている。   The humidified gas discharge path 103 of the humidifying device 100d according to the fourth embodiment is opposite to the humidified gas discharge path 103 of the humidifying apparatus 100 according to the embodiment, and the end on the positive direction side of the Z axis is an open end. The end on the negative direction side of the Z-axis is the end in the closed state. And the humidification gas discharge path 104 of the humidification apparatus 100d which concerns on 4th Example is opposite to the humidification gas discharge path 104 of the humidification apparatus 100 which concerns on an Example, and the edge part by the side of the positive direction of a Z-axis is an open end. The end on the negative direction side of the Z-axis is the end in the closed state.

この結果、第4変形例に係る加湿装置100dにおいて、被加湿ガス導入路102内部を被加湿ガスが流動する方向と、被加湿ガス排出路103を被加湿ガスが流動する方向とは、実施例に係る加湿装置100と異なり、同一の方向(Z軸の正方向)となる。このような構成では、被加湿ガス排出路103における圧力損失を考慮すれば、実施例における加湿装置100と比較して、第1の空間におけるZ軸正方向側の領域にも被加湿ガスが分配されやすい。しかしながら、第1の空間における被加湿ガスの分配は、上流側の圧力分布、すなわち、被加湿ガス導入路102および被加湿ガス供給口106における圧力分布により強く依存する。この結果、第4変形例に係る加湿装置100dにおいても、ケミカルフィルタ150を配置しない場合には、第1の空間において、被加湿ガス導入路102の開口端に近い領域ほど被加湿ガスの流量が多くなる。したがって、第4変形例に係る加湿装置100dにおいても、ケミカルフィルタ150を配置することにより、実施例に係る加湿装置100と同様に、水蒸気透過膜111の面に対する被加湿ガスの供給量の均一性を向上し、加湿装置100の加湿効率を向上することができる。   As a result, in the humidifying device 100d according to the fourth modified example, the direction in which the humidified gas flows in the humidified gas introduction path 102 and the direction in which the humidified gas flows in the humidified gas discharge path 103 are the examples. Unlike the humidifying device 100 according to the above, the direction is the same (the positive direction of the Z axis). In such a configuration, if the pressure loss in the humidified gas discharge path 103 is taken into consideration, the humidified gas is distributed to the region on the positive side in the Z-axis direction in the first space as compared with the humidifier 100 in the embodiment. Easy to be. However, the distribution of the humidified gas in the first space strongly depends on the upstream pressure distribution, that is, the pressure distribution in the humidified gas introduction path 102 and the humidified gas supply port 106. As a result, also in the humidifying device 100d according to the fourth modified example, when the chemical filter 150 is not disposed, the flow rate of the humidified gas in the first space is closer to the opening end of the humidified gas introduction path 102 in the first space. Become more. Therefore, even in the humidifying device 100d according to the fourth modified example, by arranging the chemical filter 150, the supply amount of the humidified gas to the surface of the water vapor permeable membrane 111 is uniform as in the humidifying device 100 according to the example. And the humidifying efficiency of the humidifying device 100 can be improved.

また、第4変形例に係る加湿装置100dにおいて、第1変形例のように、第2の空間に整流フィルタ155を備えても良い。こうすれば、第1変形例と同様に、水蒸気透過膜111の面に対する加湿ガスの供給量の均一性を向上し、加湿装置100の加湿効率を、さらに向上することができる。   Further, in the humidifying device 100d according to the fourth modification, a rectifying filter 155 may be provided in the second space as in the first modification. If it carries out like this, the uniformity of supply_amount | feed_rate of the humidification gas with respect to the surface of the water vapor permeable film 111 can be improved like the 1st modification, and the humidification efficiency of the humidification apparatus 100 can further be improved.

・第5変形例:
図10を参照して、第5変形例について説明する。図10は、第5変形例に係る加湿装置の構成を示す説明図である。
-5th modification:
A fifth modification will be described with reference to FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration of a humidifier according to a fifth modification.

第5変形例に係る加湿装置100eは、一つの被加湿ガス導入路102および被加湿ガス供給口106に対して、2つの被加湿ガス排出路103a、103bおよび被加湿ガス排出口107a、107bを備える点で、実施例に係る加湿装置100と異なる。   The humidifying device 100e according to the fifth modification includes two humidified gas discharge paths 103a and 103b and humidified gas discharge ports 107a and 107b for one humidified gas introduction path 102 and humidified gas supply port 106. It differs from the humidifier 100 which concerns on an Example by the point provided.

第5変形例に係る加湿装置100eにおいて、被加湿ガス導入路102および被加湿ガス供給口106は、収容部101の水蒸気透過膜111からみて第1の空間側の壁のX軸方向の略中央部に設けられている。そして、被加湿ガス排出路103a、103bおよび被加湿ガス排出口107a、107bは、当該壁のX軸方向の両端部にそれぞれ設けられている。したがって、図10において白抜きの矢印に示すように、第1の空間は、X軸方向の略中央部を上流端とし、X軸方向の両端部を2つの下流端とする被加湿ガス流路として機能する。   In the humidifying device 100e according to the fifth modification, the humidified gas introduction path 102 and the humidified gas supply port 106 are substantially centered in the X-axis direction of the wall on the first space side when viewed from the water vapor permeable film 111 of the housing portion 101. Provided in the department. The humidified gas discharge paths 103a and 103b and the humidified gas discharge ports 107a and 107b are respectively provided at both ends of the wall in the X-axis direction. Therefore, as shown by the white arrow in FIG. 10, the first space has a humidified gas flow path having an approximately central portion in the X-axis direction as an upstream end and two end portions in the X-axis direction as two downstream ends. Function as.

さらに、第5変形例に係る加湿装置100eは、一つの加湿ガス排出路104および加湿ガス排出口108に対して、2つの加湿ガス導入路105a、105bおよび加湿ガス供給口109a、109bを備える点で、実施例に係る100と異なる。   Furthermore, the humidifier 100e according to the fifth modification includes two humidified gas introduction paths 105a and 105b and humidified gas supply ports 109a and 109b with respect to one humidified gas discharge path 104 and humidified gas outlet 108. Thus, it is different from 100 according to the embodiment.

第5変形例に係る加湿装置100eにおいて、加湿ガス排出路104および加湿ガス排出口108は、収容部101の水蒸気透過膜111からみて第2の空間側の壁のX軸方向の略中央部に設けられている。そして、加湿ガス導入路105a、105bおよび加湿ガス供給口109a、109bは、当該壁のX軸方向の両端部にそれぞれ設けられている。したがって、図10において黒塗りの矢印に示すように、第2の空間は、X軸方向の両端部を2つの上流端とし、X軸方向の略中央部を下流端とする加湿ガス流路として機能する。   In the humidifying device 100e according to the fifth modification, the humidified gas discharge path 104 and the humidified gas discharge port 108 are located at a substantially central portion in the X-axis direction of the wall on the second space side when viewed from the water vapor permeable film 111 of the housing unit 101. Is provided. The humidified gas introduction paths 105a and 105b and the humidified gas supply ports 109a and 109b are respectively provided at both ends of the wall in the X-axis direction. Therefore, as shown by the black arrows in FIG. 10, the second space is a humidified gas flow path having both ends in the X-axis direction as two upstream ends and a substantially central portion in the X-axis direction as a downstream end. Function.

第5変形例に係る加湿装置100eにおける他の構成は、実施例に係る加湿装置100と同様であるので、説明を省略する。   Since the other structure in the humidification apparatus 100e which concerns on a 5th modification is the same as that of the humidification apparatus 100 which concerns on an Example, description is abbreviate | omitted.

第5変形例に係る加湿装置100eにおいても、ケミカルフィルタ150を配置しない場合には、第1の空間において、被加湿ガス導入路102の開口端に近い領域ほど被加湿ガスの流量が多くなる。したがって、第5変形例に係る加湿装置100eにおいても、ケミカルフィルタ150を配置することにより、実施例に係る加湿装置100と同様に、水蒸気透過膜111の面に対する被加湿ガスの供給量の均一性を向上し、加湿装置100の加湿効率を向上することができる。   Also in the humidifier 100e according to the fifth modified example, when the chemical filter 150 is not disposed, the flow rate of the humidified gas increases in the first space in the region closer to the opening end of the humidified gas introduction path 102. Therefore, even in the humidifying device 100e according to the fifth modification, by providing the chemical filter 150, as in the humidifying device 100 according to the example, the uniformity of the supply amount of the humidified gas to the surface of the water vapor permeable membrane 111 is uniform. And the humidifying efficiency of the humidifying device 100 can be improved.

また、第5変形例に係る加湿装置100eにおいても、第1変形例のように、第2の空間に整流フィルタ155を備えても良い。こうすれば、第1変形例と同様に、水蒸気透過膜111の面に対する加湿ガスの供給量の均一性を向上し、加湿装置100の加湿効率を、さらに向上することができる。   Further, also in the humidifier 100e according to the fifth modified example, the rectifying filter 155 may be provided in the second space as in the first modified example. If it carries out like this, the uniformity of supply_amount | feed_rate of the humidification gas with respect to the surface of the water vapor permeable film 111 can be improved like the 1st modification, and the humidification efficiency of the humidification apparatus 100 can further be improved.

・第6変形例:
上記実施例において、被加湿ガス導入口106および加湿ガス導入口109は、それぞれ一つの長孔として形成されているが、被加湿ガス導入口106および加湿ガス導入口109の形状および数は、これに限られない。例えば、種々の多角形状あるいは円形状の開口部として形成され得るし、これら種々の形状を有する複数の開口部としても形成され得る。また、こうした被加湿ガス導入口106および加湿ガス導入口109の形状および数に対応して、被加湿ガス導入口106および加湿ガス導入口109と連通する被加湿ガス導入路102および加湿ガス導入路105の形状も変更される。
-6th modification:
In the above embodiment, the humidified gas inlet 106 and the humidified gas inlet 109 are each formed as one elongated hole. However, the shape and number of the humidified gas inlet 106 and the humidified gas inlet 109 are the same. Not limited to. For example, it can be formed as various polygonal or circular openings, or can be formed as a plurality of openings having these various shapes. Further, in accordance with the shape and number of the humidified gas inlet 106 and the humidified gas inlet 109, the humidified gas inlet 102 and the humidified gas inlet 102 communicated with the humidified gas inlet 106 and the humidified gas inlet 109. The shape of 105 is also changed.

かかる場合には、被加湿ガス導入路102における被加湿ガスの導入口としての開口端から被加湿ガス導入口106に至る流動経路の長さに応じて、ケミカルフィルタ150の圧力損失を変化させれば良い。すなわち、ケミカルフィルタ150において、1または複数の被加湿ガス導入口106のうち開口端からの流動経路長が長い部分に対応する領域は、圧力損失を小さく、流動経路長が短い部分に対応する領域は、圧力損失を大きく設定すれば良い。   In such a case, the pressure loss of the chemical filter 150 can be changed according to the length of the flow path from the opening end serving as the humidified gas inlet to the humidified gas inlet 106 in the humidified gas inlet 102. It ’s fine. That is, in the chemical filter 150, the region corresponding to the portion where the flow path length from the opening end is long among the one or more humidified gas inlets 106 is the region corresponding to the portion where the pressure loss is small and the flow path length is short. The pressure loss may be set large.

・その他の変形例:
実施例では、高湿度ガスとしてカソード排ガスを用い、燃料電池に供給するための酸化ガスの加湿を行なったが、異なる構成としても良い。たとえば、燃料電池から排出されたアノード排ガスを高湿度ガスとして用い、燃料電池に供給するための燃料ガスを加湿するために、本発明の加湿装置を用いても良い。この場合には、例えば、気液分離器27よりも上流側の部位における水素供給路60の途中に加湿装置100を接続すればよい。あるいは、燃料電池に供給する反応ガスに対応する排ガス以外の水蒸気含有ガスを高湿度ガスとして用いて、反応ガスの加湿を行なっても良い。また、燃料電池システム以外に本発明の加湿装置を適用し、燃料電池に供給する反応ガス以外の流体の加湿を行なっても良い。また、加湿装置100において、加湿ガスに代えて、他の水分を含む流体、例えば、水を用いて、被加湿ガスを加湿しても良い。
・ Other variations:
In the embodiment, cathode exhaust gas is used as the high-humidity gas, and the oxidizing gas for supplying to the fuel cell is humidified. However, different configurations may be used. For example, the humidification device of the present invention may be used to humidify the fuel gas to be supplied to the fuel cell using the anode exhaust gas discharged from the fuel cell as the high humidity gas. In this case, for example, the humidifier 100 may be connected in the middle of the hydrogen supply path 60 at a site upstream of the gas-liquid separator 27. Alternatively, the reaction gas may be humidified using a steam-containing gas other than the exhaust gas corresponding to the reaction gas supplied to the fuel cell as the high humidity gas. In addition to the fuel cell system, the humidifier of the present invention may be applied to humidify a fluid other than the reaction gas supplied to the fuel cell. Further, in the humidifier 100, the humidified gas may be humidified using a fluid containing other moisture, for example, water instead of the humidified gas.

以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example and the modification, Embodiment mentioned above is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and equivalents thereof are included in the present invention.

本発明の実施例である燃料電池システムの概略構成を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the schematic structure of the fuel cell system which is an Example of this invention. 加湿装置の外観の概略構成を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the schematic structure of the external appearance of a humidifier. 図2におけるA−A断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the AA cross section in FIG. 図2におけるB−B断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the BB cross section in FIG. 図2におけるC−C断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows CC cross section in FIG. 第1変形例における加湿装置の断面図である。It is sectional drawing of the humidification apparatus in a 1st modification. 第2変形例における加湿装置の断面図である。It is sectional drawing of the humidification apparatus in a 2nd modification. 第3変形例における加湿装置の断面図である。It is sectional drawing of the humidification apparatus in a 3rd modification. 第4変形例に係る加湿装置のガス流れと実施例に係る加湿装置のガス流れとを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the gas flow of the humidification apparatus which concerns on a 4th modification, and the gas flow of the humidification apparatus which concerns on an Example. 第5変形例に係る加湿装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the humidification apparatus which concerns on a 5th modification.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池システム
22…燃料電池
23…水素タンク
24…エアコンプレッサ
25…エアクリーナ
27…気液分離器
27a…排出バルブ
60…水素供給路
62…圧力調整弁
63…アノード排ガス路
65…水素ポンプ
67…酸化ガス供給路
68…カソード排ガス路
100、100a〜100e…加湿装置
101…収容部
102…被加湿ガス導入路
103、103a、103b…被加湿ガス排出路
104…加湿ガス排出路
105、105a、105b…加湿ガス導入路
106…被加湿ガス供給口
107、107a、107b…被加湿ガス排出口
108…加湿ガス排出口
109、109a、109b…加湿ガス供給口
110…膜体
111…水蒸気透過膜
112、113…補強材
120…接着材
150、150b、150c…ケミカルフィルタ
155…整流フィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 22 ... Fuel cell 23 ... Hydrogen tank 24 ... Air compressor 25 ... Air cleaner 27 ... Gas-liquid separator 27a ... Discharge valve 60 ... Hydrogen supply path 62 ... Pressure control valve 63 ... Anode exhaust gas path 65 ... Hydrogen pump 67 ... oxidizing gas supply path 68 ... cathode exhaust gas path 100, 100a to 100e ... humidifier 101 ... housing portion 102 ... humidified gas introduction path 103, 103a, 103b ... humidified gas discharge path 104 ... humidified gas discharge path 105, 105a, 105b ... Humidified gas introduction path 106 ... Humidified gas supply port 107, 107a, 107b ... Humidified gas discharge port 108 ... Humidified gas discharge port 109, 109a, 109b ... Humidified gas supply port 110 ... Film body 111 ... Water vapor permeable membrane 112 113 ... Reinforcement material 120 ... Adhesive material 150, 150b, 150c ... Mika Le filter 155 ... rectifier filter

Claims (10)

第1の流体と第2の流体のうちの被加湿流体を加湿する加湿装置であって、
水蒸気を透過させる水蒸気透過部材と、
前記水蒸気透過部材の第1の面に前記第1の流体を供給するための流路であって、前記第1の流体が導入される第1の導入口を有する第1の流体供給路と、
前記水蒸気透過部材の第2の面に、前記第2の流体を供給するための流路であって、前記第2の流体が導入される第2の導入口を有する第2の流体供給路と、
前記第1の流体供給路において、前記第1の導入口から前記第1の面に至る前記第1の流体の流動経路上に配置され、前記流動経路の長い領域ほど前記第1の流体の透過に伴う圧力損失が小さくなるフィルタと、
を備える、加湿装置。
A humidifying device for humidifying a humidified fluid of the first fluid and the second fluid,
A water vapor permeable member that transmits water vapor;
A flow path for supplying the first fluid to the first surface of the water vapor permeable member, a first fluid supply path having a first inlet into which the first fluid is introduced;
A flow path for supplying the second fluid to the second surface of the water vapor permeable member, a second fluid supply path having a second inlet into which the second fluid is introduced; ,
In the first fluid supply path, the first fluid is disposed on the flow path of the first fluid from the first inlet to the first surface, and the longer the flow path, the more the first fluid permeates. A filter that reduces pressure loss due to
A humidifier comprising:
請求項1に記載の加湿装置は、
前記水蒸気透過部材を収容すると共に、一の内壁面と前記第1の面との間に形成され、前記第1の流体が流動する内部流路と、前記内部流路の上流側の端部に開口する開口部と、を有する前記透過部材収容部と、
前記第1の導入口を有すると共に、前記開口部と連通し、前記第1の流体を、前記開口部を介して前記内部流路に導入する導入路と、
を備え、
前記第1の流体供給路は、前記透過部材収容部の前記内部流路と、前記第1の導入路とによって形成され、
前記フィルタは、前記第1の開口部に対応する領域に配置されると共に、前記導入口からの前記第1の流体の流動経路が長い領域ほど、前記圧力損失が小さくなる、加湿装置。
The humidifying device according to claim 1 is:
The water vapor permeable member is accommodated, and is formed between an inner wall surface and the first surface, and an internal channel through which the first fluid flows, and an upstream end of the internal channel An opening to be opened, and the transmission member accommodating portion,
An introduction path that has the first introduction port, communicates with the opening, and introduces the first fluid into the internal flow path through the opening;
With
The first fluid supply path is formed by the internal flow path of the transmission member accommodating portion and the first introduction path,
The said filter is a humidification apparatus arrange | positioned in the area | region corresponding to a said 1st opening part, and the said pressure loss becomes small, so that the flow path of the said 1st fluid from the said inlet is long.
請求項2に記載の加湿装置において、
前記開口部は、前記内部流路の上流側の端部に沿って開口する第1の長孔であり、
前記第1の導入路は、前記第1の長孔の長手方向に沿って配置され、前記第1の流体を、前記第1の長孔の長手方向に沿った第1の方向に流動させ、
前記フィルタは、前記第1の方向に向かって、前記圧力損失が小さくなる、加湿装置。
The humidifying device according to claim 2,
The opening is a first long hole that opens along an upstream end of the internal flow path,
The first introduction path is disposed along a longitudinal direction of the first long hole, and the first fluid is caused to flow in a first direction along the longitudinal direction of the first long hole,
The said filter is a humidification apparatus with which the said pressure loss becomes small toward the said 1st direction.
請求項3に記載の加湿装置において、
前記水蒸気透過部材は、平面視において第1の辺と前記第1の辺に隣接する第2の辺と前記第2の辺に向かい合う第3の辺とを有する略矩形形状を有し、
前記第1の方向は、前記水蒸気透過部材の第1の辺と略平行であり、
前記第1の長孔は、前記水蒸気透過部材の前記第2の辺から前記第3の辺に至る、加湿装置。
The humidifying device according to claim 3,
The water vapor permeable member has a substantially rectangular shape having a first side, a second side adjacent to the first side, and a third side facing the second side in plan view,
The first direction is substantially parallel to the first side of the water vapor permeable member,
The first elongated hole is a humidifier that extends from the second side to the third side of the water vapor permeable member.
請求項3または請求項4に記載の加湿装置において、
前記透過部材収容部は、さらに、前記内部流路の下流側の端部に開口し、長手方向が前記第1の方向に沿った第2の長孔を有し、
前記加湿装置は、さらに、前記第2の長孔の長手方向に沿って配置され、前記第2の長孔を介して前記内部流路から排出された前記第1の流体を、前記第1の方向の反対方向に流動させる排出路を備える、加湿装置。
In the humidification device according to claim 3 or 4,
The transmission member accommodating portion further has a second long hole that opens at an end portion on the downstream side of the internal flow path, and whose longitudinal direction extends along the first direction,
The humidifier is further disposed along a longitudinal direction of the second long hole, and the first fluid discharged from the internal flow path through the second long hole is supplied to the first fluid. A humidifier provided with a discharge passage for flowing in a direction opposite to the direction.
請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の加湿装置において、
前記フィルタは、前記第1の方向と略垂直な方向の複数の稜線を有し、互いに隣接する稜線の間隔が前記第1の方向に向かって大きくなるプリーツ形状を有する、加湿装置。
The humidifying device according to any one of claims 3 to 5,
The humidifier according to claim 1, wherein the filter has a plurality of ridge lines in a direction substantially perpendicular to the first direction, and has a pleated shape in which an interval between adjacent ridge lines increases toward the first direction.
請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の加湿装置において、
前記フィルタは、厚さが前記第1の方向に向かって薄くなるフィルタである、加湿装置。
The humidifying device according to any one of claims 3 to 5,
The humidifying device, wherein the filter is a filter whose thickness decreases toward the first direction.
請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の加湿装置において、
前記フィルタは、気孔率が前記第1の方向に向かって大きくなるフィルタである、加湿装置。
The humidifying device according to any one of claims 3 to 5,
The humidifying device, wherein the filter is a filter whose porosity increases toward the first direction.
請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の加湿装置において、
前記第1の流体は、被加湿流体であると共に、燃料電池に供給するための反応ガスであり、
前記フィルタは、前記反応ガス内に含まれる不純物を除去するためのフィルタである、加湿装置。
The humidifying device according to any one of claims 1 to 8,
The first fluid is a humidified fluid and a reaction gas for supplying to the fuel cell,
The humidifying device, wherein the filter is a filter for removing impurities contained in the reaction gas.
請求項9に記載の加湿装置において、
前記第2の流体は、前記燃料電池から排出された排出ガスである、加湿装置。
The humidifying device according to claim 9,
The humidifying device, wherein the second fluid is an exhaust gas discharged from the fuel cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220013798A1 (en) * 2018-12-28 2022-01-13 Kolon Industries, Inc. Membrane humidifier for fuel cell

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US20220013798A1 (en) * 2018-12-28 2022-01-13 Kolon Industries, Inc. Membrane humidifier for fuel cell

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