JP2008256225A - 加湿装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の中空糸膜32が束ねられてなる中空糸膜束31と、中空糸膜束31を収容するケース10と、を備え、空気が中空糸膜32内を流通し、空気と含水量の異なるオフガスが、中空糸膜32の外側を流通し、ケース10に形成されたオフガス流出口11aを通って外部に流出すると共に、中空糸膜32を介して水分交換し空気を加湿する加湿装置1であって、中空糸膜束31のオフガス流出口11a近傍部分を外被して絞り、オフガス流出口11a近傍部分とオフガス流出口11aとを離間させる環状のメッシュ35を備えた。
【選択図】図3
Description
また、ガス流出口が塞がれてしまうと、ケース内において、中空糸膜の外側を流れるガスが受ける圧力損失が乱れてしまい、その結果として、効率的に水分交換できず、好適に加湿されない場合があった。
さらに、環状のメッシュで中空糸膜束を外被することで、中空糸膜束を構成する中空糸膜がばらばらになることを防止すると共に、中空糸膜束の外周面を保護することもできる。さらにまた、加湿装置を組み付ける際、中空糸膜束をメッシュで外被することによって、中空糸膜束の取り扱いが容易となり、ケースに適切に配置しやすくなる。
これにより、第2ガスが流通する方向において、下流位置に配置された第2ガス流通口からも第2ガスが排出されやすくなる。したがって、第2ガスが流通する方向において、下流位置に配置された中空糸膜を介しても、水分交換することができる。
まず、本実施形態に係る加湿装置が組み込まれた燃料電池システムについて、図1を参照して説明する。図1に示す燃料電池システム100は、図示しない燃料電池自動車に搭載されている。燃料電池システム100は、燃料電池スタック40と、これに酸素を含む空気(酸化剤ガス)を供給するコンプレッサ51と、燃料電池スタック40に供給される空気を適宜に加湿するための中空糸膜32を内蔵する加湿装置1と、燃料電池スタック40に水素(燃料ガス)を供給する水素タンク61(水素供給機器)と、を備えている。
カソード42には加湿空気が供給されるようになっている。因みに、加湿空気はコンプレッサ51からの空気が、加湿装置1によって加湿されたものである。アノード43には、水素タンク61から水素が供給されるようになっている。
次に、加湿装置1の具体的に構成について、図2から図4を参照して説明する。
図2に示すように、加湿装置1は、外形が略円柱体を呈している。そして、コンプレッサ51からの空気(第1ガス)は、加湿装置1の軸方向における前側からその内部に導入され、加湿空気となって、その後側から排出されるようになっている。カソード42からの水分量の高いオフガス(第2ガス)は、加湿装置1の後側からその内部に導入され、水分交換によって含水量が低下した後、外ケース11の前側の周面から排出されるようになっている。
ケース10は、外ケース11と、フロントキャップ12と、フロントマニホールド13と、リアキャップ14とを備えている。
なお、リング状の爪11bは、例えば、外ケース11を成形する際に、外ケース11の中空部を形成する中子を、リング状の爪11bに対応した部分で分割すると共に、この分割した中子に爪11bに対応する外面を形成し、この2つの中子を外ケース11から前方又は後方に引き抜くことで形成することができる。
芯部材21は、その後側にオフガスが導入される円柱状の中空部21aを有している。そして、芯部材21には、中空部21aに導入されたオフガスが、その外部の中空糸膜束31(詳しくは、中空糸膜32の間)に流出するように、複数のオフガス流入口21b(第2ガス流入口)が形成されている。
中空糸膜束31は、ポリイミド等から形成された中空糸膜32が、所定本数(例えば10〜10000本)にて束ねられたものである。そして、中空糸膜束31は、外ケース11の軸方向に沿って、外ケース11と芯部材21との間に装填されると共に、前側のポッティング部33及び後側のポッティング部34(固定部)を介して、外ケース11及び芯部材21に固定されている。すなわち、加湿装置1は、その軸方向において、ポッティング部33、34の間に水分交換を行う水分交換部を有している。
ポッティング部33、34は、中空糸膜束31及びこれを被うメッシュ35を外ケース11に固定すると共に、中空糸膜束31を外ケース11内に封止する部分である。このようなポッティング部33、34は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から形成される。
メッシュ35は、中空糸膜束31の外周面に密着して被さり、中空糸膜束31の少なくともオフガス流出口11a近傍部分を径方向内側に絞り、中空糸膜束31のオフガス流出口11a近傍部分とオフガス流出口11aとを離間させるため、オフガス流出口11a側が縮径した略円筒状のカバーである。メッシュ35は、適度な目開きを有しており、メッシュ35内外において、オフガスが圧力損失を受けることなく流通するようになっている。
このようなメッシュ35は、例えばフッ素樹脂、PP(ポリプロピレン)系等の伸長しにくい材料から形成されている。また、本実施形態では、メッシュ35の前端部及び後端部は、中空糸膜束31と共に、ポッティング部33、34を介して外ケース11に固定されており、メッシュ35が軸方向にずれないようになっている。
なお、メッシュ35の縮径の程度は、中空糸膜束31とオフガス流出口11aとを離間させる程度に関係し、事前試験等によって求められる。そして、当該結果に基づいてメッシュ35が成形される。
このような加湿装置1によれば、主として次の効果を得ることができる。
メッシュ35によって、中空糸膜束31のオフガス流出口11aの近傍部分が絞られており、中空糸膜束31の外周面とオフガス流出口11aとが、径方向(輪切り断面方向)において離間しているので、中空糸膜32が外ケース11の内周面に張り付きにくくなり、オフガス流出口11aが塞がれにくくなる。
これにより、水分交換後のオフガスが、オフガス流出口11aを通って、外部に良好に排出される。つまり、燃料電池スタック40からのオフガスは、その流量が低下することなく、加湿装置1を経由して、外部に排出される。その結果として、燃料電池システム100は、良好に作動することができる。
このようにポッティング部33、34によって中空糸膜束31が絞られた構成とするには、例えば、中空糸膜束31が所定に絞られるように治具やバンドで仮止めした後、この仮止めされ絞られた中空糸膜束31を外ケース11内の所定位置に配置した状態で、ポッティング部33、34を形成することで構成できる。
さらに、前記した実施形態では、略円筒状のメッシュ35で中空糸膜束31を絞る構成としたが、その他に例えば、バンドで中空糸膜束31を絞る構成としてもよい。
10 ケース
11 外ケース
11a オフガス流出口(第2ガス流出口)
21 芯部材
21a 中空部
21b オフガス流入口(第2ガス流入口)
31 中空糸膜束
32 中空糸膜
33、34 ポッティング部(固定部)
35 メッシュ
Claims (3)
- 複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束と、
前記中空糸膜束を収容するケースと、
を備え、
第1ガスが前記中空糸膜内を流通し、
前記第1ガスと含水量の異なる第2ガスが、前記中空糸膜の外側を流通し、前記ケースに形成された第2ガス流出口を通って外部に流出すると共に、
前記中空糸膜を介して水分交換し、第1ガス及び第2ガスのうち含水量の低いガスを加湿する加湿装置であって、
前記中空糸膜束の前記第2ガス流出口近傍部分を外被して絞り、前記第2ガス流出口近傍部分と前記第2ガス流出口とを離間させる環状のメッシュを備えたことを特徴とする加湿装置。 - 複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束と、
前記中空糸膜束を収容するケースと、
前記中空糸膜束を前記ケースに固定する固定部と、
を備え、
第1ガスが前記中空糸膜内を流通し、
前記第1ガスと含水量の異なる第2ガスが、前記中空糸膜の外側を流通し、前記ケースに形成された第2ガス流出口を通って外部に流出すると共に、
前記中空糸膜を介して水分交換し、第1ガス及び第2ガスのうち含水量の低いガスを加湿する加湿装置であって、
前記中空糸膜束は、その第2ガス流出口近傍部分が絞られ、当該第2ガス流出口近傍部分と前記第2ガス流出口とが離間するように、前記固定部を介して前記ケースに固定されていることを特徴とする加湿装置。 - 前記第2ガス流出口は軸方向において複数段で配置されると共に、
当該第2ガス流出口の面積は、第2ガスが流通する方向に進むにつれて大きいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の加湿装置。
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