JP2007285600A - Humidifier - Google Patents
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Abstract
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.
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
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
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
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
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
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
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
・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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
・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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
・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
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
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
・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
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
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
・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
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
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
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
・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
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
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
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
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
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
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
・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
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
・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
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.
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
Claims (10)
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006113238A JP2007285600A (en) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | Humidifier |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006113238A JP2007285600A (en) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | Humidifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007285600A true JP2007285600A (en) | 2007-11-01 |
Family
ID=38757549
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006113238A Pending JP2007285600A (en) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | Humidifier |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2007285600A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220013798A1 (en) * | 2018-12-28 | 2022-01-13 | Kolon Industries, Inc. | Membrane humidifier for fuel cell |
-
2006
- 2006-04-17 JP JP2006113238A patent/JP2007285600A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20220013798A1 (en) * | 2018-12-28 | 2022-01-13 | Kolon Industries, Inc. | Membrane humidifier for fuel cell |
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