JP2008256225A - 加湿装置 - Google Patents

加湿装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2008256225A
JP2008256225A JP2007095476A JP2007095476A JP2008256225A JP 2008256225 A JP2008256225 A JP 2008256225A JP 2007095476 A JP2007095476 A JP 2007095476A JP 2007095476 A JP2007095476 A JP 2007095476A JP 2008256225 A JP2008256225 A JP 2008256225A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hollow fiber
gas
fiber membrane
gas outlet
membrane bundle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007095476A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4939280B2 (ja
Inventor
Kenji Nagumo
健司 南雲
Toshikatsu Katagiri
敏勝 片桐
Yohei Hidaka
洋平 日高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2007095476A priority Critical patent/JP4939280B2/ja
Priority to US12/059,686 priority patent/US8100385B2/en
Publication of JP2008256225A publication Critical patent/JP2008256225A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4939280B2 publication Critical patent/JP4939280B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126Humidifying
    • H01M8/04149Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02Hollow fibre modules
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126Humidifying
    • H01M8/04141Humidifying by water containing exhaust gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2313/00Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/10Specific supply elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2313/00Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/12Specific discharge elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2313/00Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/18Specific valves
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Air Humidification (AREA)

Abstract

【課題】ガスの流通性を確保しつつ、効率的に水分交換して加湿可能な加湿装置を提供する。
【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

本発明は、燃料電池等の機器に供給する気体を加湿する加湿装置に関し、詳しくは、水透過性の中空糸膜を有する加湿装置に関する。
固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)等の燃料電池では、水素等の燃料ガス、酸素等の酸化剤ガスを加湿する加湿装置が必要である。例えば、水透過性を有する中空糸膜をケースに内蔵し、この中空糸膜を介して、燃料電池から排出された多湿(含水量の高い)オフガスと、燃料電池に供給する空気(酸化剤ガス)との間で水分交換し、空気を加湿する加湿装置が知られている(特許文献1参照)。
特開2004−6099号公報(図11)
しかしながら、特許文献1に記載の加湿装置では、中空糸膜の外側を流れるガスが、ケースのガス流出口を通って外部に流出する際に、このガスの流れによって、中空糸膜がガス流出口を塞ぐように、ケースの内周面に張り付いてしまう場合があった。そして、このようにして、ガス流出口の一部が塞がれてしまうと、前記した中空糸膜の外側を流れるガスの加湿装置からの排出性が悪くなった。これにより、加湿装置及び燃料電池を経由するガスの流量が低下し、その結果として、燃料電池システムが良好に作動しない場合があった。
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。
そこで、本発明は、ガスの流通性を確保しつつ、効率的に水分交換して加湿可能な加湿装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、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である。
ここで、環状のメッシュが中空糸膜束の第2ガス流出口近傍部分を外被して絞るとは、メッシュが、中空糸膜束の少なくとも第2ガス流出口近傍部分の外周面に被さり、第2ガス流出口近傍部分において中空糸膜同士間の距離が小さくなり、中空糸膜束の輪切り断面方向において、中空糸膜の密度が高くなっていることを意味する。
このような加湿装置によれば、環状のメッシュが、中空糸膜束の少なくとも第2ガス流出口近傍部分を外被して絞り、中空糸膜束の少なくとも第2ガス流出口近傍部分と第2ガス流出口とが離間しているので、中空糸膜束を構成する中空糸膜が、第2ガス流出口を塞ぎにくくなる。これにより、ケース内であって中空糸膜の外側を流れる第2ガスは第2ガス流出口から外部に好適に流出することができ、第2ガスの流通性は確保される。その結果、ケース内において、第2ガスが受ける圧力損失が乱れにくくなり、第1ガスと第2ガスとの間で、効率的に水分交換し、加湿することができる。
また、メッシュは通気性を有するので、メッシュが中空糸膜束の外周面に被さっても、中空糸膜束内外における第2ガスの流通性が低下することはない。
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。
また、本発明は、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である。
このような加湿装置によれば、中空糸膜束の第2ガス流出口近傍部分が絞られ、第2ガス流出口近傍部分と第2ガス流出口とが離間するように、中空糸膜束が固定部を介してケースに固定されているので、中空糸膜束を構成する中空糸膜が第2ガス流出口を塞ぎにくくなる。これにより、第2ガスが第2ガス流出口から外部に好適に流出することができ、第2ガスの流通性は確保される。その結果、ケース内において、第2ガスが受ける圧力損失が乱れにくくなり、第1ガスと第2ガスとの間で、効率的に水分交換し、加湿することができる。
また、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加湿装置であることが好ましい。
このような加湿装置によれば、ケースの軸方向において複数段で配置された第2ガス流出口の面積が、第2ガスが流通する方向に進むにつれて大きいので、第2ガスが第2ガス流通口から受ける圧力損失は、第2ガスが流通する方向に進むにつれて小さくなる。
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。
本発明によれば、ガスの流通性を確保しつつ、効率的に水分交換して加湿可能な加湿装置を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について、図1から図4を参照して説明する。
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。
燃料電池スタック40は、固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)であり、MEA(Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体)をセパレータ(図示しない)で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。MEAは、固体高分子膜41と、これを挟持するカソード42及びアノード43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。
そして、水素及び加湿空気が供給されると、カソード42及びアノード43に含まれる触媒上で電気化学反応が起こり、燃料電池スタック40が発電するようになっている。燃料電池スタック40の出力端子には、燃料電池自動車の走行用の電動モータ(図示しない)が接続されており、この電動モータは燃料電池スタック40の発電電力によって駆動するようになっている。
燃料電池スタック40のカソード42の下流側は、配管を介して加湿装置1に接続されており、発電に伴う電気化学反応によってカソード42で生成した水分(水蒸気)を含む空気(以下、オフガスという)が加湿装置1に供給されるようになっている。そして、加湿装置1における中空糸膜32を介しての水分交換によって、オフガスの水分量は低下し、この水分量が低下したオフガスは、背圧弁52を介して、大気中に排出されるようになっている。
一方、燃料電池スタック40のアノード43の下流側は、パージ弁62を介して大気に開放されており、アノード43から排出される未反応の水素を含むアノードオフガスが、大気中に排出されるようになっている。なお、アノード43とパージ弁62との間の配管は、循環配管63によって、アノード43と水素タンク61との間の配管に接続されており、アノードオフガス中の不純物の濃度が低い場合、言い換えると、アノードオフガス中の水素濃度が高い場合、パージ弁62は閉じられ、アノードオフガスが水素供給側に戻されるようになっている。
≪加湿装置の構成≫
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。
図2及び図3に示すように、加湿装置1は、円筒状のケース10と、ケース10の中心軸線上に配置された芯部材21と、ケース10に内包(収容)されると共に、ケース10と芯部材21との間に充填(装填)された中空糸膜束31と、中空糸膜束31に外被する環状のメッシュ35と、中空糸膜束31及びメッシュ35をケース10に固定するポッティング部33、34(固定部、封止部)とを備えている。すなわち、芯部材21は、断面視が環状の中空糸膜束31の内側であって、ケース10及び中空糸膜束31の中心軸線上に配置されている。
<ケース、芯部材>
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。
外ケース11は、PC(ポリカーボネート)やPPO(ポリフェニレンオキサイド)等の硬質樹脂から形成される円筒体であって、その前側の周壁に水分交換後のオフガスが流出するオフガス流出口11a(第2ガス流出口)を複数有している。複数のオフガス流出口11aは、外ケース11の周方向に配置されると共に、軸方向(オフガスの流通方向)において複数段(本実施形態では4段)で配置されている。
なお、軸方向において複数段で配置されたオフガス流出口11aの面積は、ポッティング部33に近いほど、つまり、オフガスの流通方向に進むにつれて、大きいことが好ましい。このように、ポッティング部33に近くなるほどオフガス流出口11aが大きいと、オフガスが受ける圧力損失が小さくなるため、オフガスがポッティング部33側のオフガス流出口11aからも排出されやすくなる。これにより、オフガスがポッティング部33に近い中空糸膜束31内にも流れ込みやすくなり、ポッティング部33に近い中空糸膜束31の中空糸膜32を介しても水分交換可能となる。
また、外ケース11のオフガス流出口11aの近傍の内周面には、この内周面から径方向内側に突出するようにリング状の爪11b(凸条部)が形成されている(図4参照)。そして、爪11bは、中空糸膜束31の外周面を外被したメッシュ35を径方向内側に押している。
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。
フロントキャップ12は、外ケース11の前側開口に蓋をするように、外ケース11に取り付けられている。そして、フロントキャップ12内にコンプレッサ51から空気が導入され、次いで、この空気が各中空糸膜32内に導入されるようになっている。
フロントマニホールド13は、複数のオフガス流出口11aから外部に流出したオフガスを集合させるためのカバーである。フロントマニホールド13は、その内部にリング状の中空部を有しており、周方向かつ多段で形成されたオフガス流出口11aを覆うように外ケース11に取り付けられている。そして、水分交換後のオフガスは、オフガス流出口11aから、前記リング状の中空部を介して、外部に排出されるようになっている。
リアキャップ14は、外ケース11の後側開口に蓋をするように、外ケース11に取り付けられている。そして、中空糸膜32から流出した加湿空気は、リアキャップ14内を介して、外部に流出するようになっている。
<芯部材>
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>
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。
また、中空糸膜32の前側開口(第1ガス流入口)は、フロントキャップ12内と連通しており、フロントキャップ12内から中空糸膜32内に、空気が流入するようになっている。一方、中空糸膜32の後側開口(第1ガス流出口)は、リアキャップ14内と連通しており、中空糸膜32内からリアキャップ14内に加湿空気が流出するようになっている。
中空糸膜32は、外径が3mm以下(好ましくは0.2〜1mm)の極細の円筒状であり、その周壁に複数の数nmの微細孔を有しており、水(水蒸気)の透過性を有している。そして、含水量の低い空気(第1ガス)が中空糸膜32の内部を、含水量が高いオフガス(第2ガス)が中空糸膜32の外部を、それぞれ流通することで、含水量の高いオフガスから水分が吸い出され、この水分が毛細管現象により中空糸膜32の周壁を透過し、含水量の低い空気に供給(添加)されることで、空気が加湿され、加湿空気となる。このように板状の平膜等でなく、中空糸膜32を使用したことで、単位体積当たりの有効膜面積は飛躍的に大きくなる。
また、中空糸膜32は細く、さらに、コンプレッサ51での圧縮により、オフガスよりも高圧の空気が中空糸膜32内を通るので、中空糸膜束31がメッシュ35によって絞られたとしても、中空糸膜32自体が潰れないようになっている。
<ポッティング部>
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>
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。
メッシュ35の前側部分であって、オフガス流出口11aの近傍部分は、前記したように縮径しており、中空糸膜束31のオフガス流出口11aの近傍部分を、径方向内側に絞っている。これにより、中空糸膜束31を構成する中空糸膜32がオフガス流出口11aを塞がず、中空糸膜32が外ケース11の内周面に張り付きにくくなっている。よって、中空糸膜32の外側を流れるオフガスの受ける圧力損失は乱れにくく、オフガスは、その流れを乱すことなく、良好に流通可能となっている。
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。
また、中空糸膜束31のオフガス流出口11aの近傍部分が絞られることで、中空糸膜束31の輪切り断面方向において、中空糸膜32同士の距離が小さくなり、中空糸膜束31内における中空糸膜32の密度は高くなっている。すなわち、オフガス流出口11aの近傍部分における中空糸膜32は、その密度が疎である他の部分に対して、密となっている。
さらに、中空糸膜束31における中空糸膜32の密度(充填率)は、径方向外側で高くなっており、内側で低くなっている(図4参照)。すなわち、加湿装置1の輪切り断面において、その中心側では中空糸膜束31の中空糸膜32間の隙間が大きく、外側では隙間が小さくなっている。これにより、軸方向において、メッシュ35によって絞られている部分のオフガスの流路断面積は、それ以外の部分よりも小さくなっている。
したがって、メッシュ35で絞られるオフガス流出口11aの近傍部分では、オフガスが隙間の大きい中心側を主に流れることになり、つまり、オフガスが径方向内側に向かって流れやすくなる。これにより、中空糸膜32がオフガス流出口11aをさらに塞ぎにくくなる。
また、このように絞られる部分では流路断面積が小さいので、オフガスが同一流量とすれば、オフガスの流速は絞られる部分において高くなる。これにより、オフガスは、外ケース11内を前側のポッティング部33の近傍まで流れやすくなり、その結果として、前側の中空糸膜32を介しても水分交換しやすくなっている。
さらに、このようにメッシュ35で中空糸膜束31が被われることで、中空糸膜束31を構成する中空糸膜32がばらばらになることが防止されると共に、中空糸膜束31の外周面を保護することもできる。さらにまた、加湿装置1を組み付ける際に、中空糸膜束31をメッシュ35で外被することによって、中空糸膜束31の取り扱いが容易となる。
≪加湿装置の効果≫
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。
また、中空糸膜32の充填密度が径方向内側で低くなっているため、オフガスが径方向内側に向かって流れると共に、その流速が高くなるため、中空糸膜束31の前側部分の中空糸膜32でも水分交換することができる。これにより、空気を効率的に加湿することができる。
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更をすることができる。
例えば、図5及び図6に示すように、メッシュ35を備えず、中空糸膜束31のオフガス流出口11aの近傍部分が絞られ、この近傍部分と第2ガス流出口とが離間するように、中空糸膜束31がポッティング部33、34(固定部)を介して外ケース11に固定された加湿装置2であってもよい。
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。
前記した実施形態では、中空糸膜束31が外ケース11と芯部材21との間に充填された加湿装置1に本発明を適用したが、これに限定されず、図7に示すように、芯部材21を備えず、外ケース11の後側にオフガス流入口11d(第2ガス流入口)、前側にオフガス流出口11e(第2ガス流出口)を有する加湿装置3に適用してもよい。
前記した実施形態では、軸方向において、メッシュ35の長さと中空糸膜束31の長さとが略同一であり、メッシュ35が中空糸膜束31の全外周面に被さる構成を例示したが、軸方向におけるメッシュ35の長さは、複数段で形成されたオフガス流出口11aよりも長ければよく、中空糸膜束31のオフガス流出口11aの近傍部分に被さり、この部分を絞る構成であればよい。
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。
前記した実施形態では、中空糸膜32内を通る第1ガス(空気)が第2ガス(オフガス)よりも含水量が低い場合を例示したが、第1ガスの含水量が第2ガスよりも高い場合であってもよい。すなわち、コンプレッサ51からの空気が中空糸膜32外を通る構成であってもよい。
前記した実施形態では、中空糸膜32外のオフガス(第2ガス)の向きと、中空糸膜内の空気(第1ガス)の向きとが、逆である場合について説明したが、これに限定されず、同じ向きであってもよい。
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の構成を示す図である。 本実施形態に係る加湿装置の斜視図である。 本実施形態に係る加湿装置の側断面図である。 本実施形態に係る加湿装置の要部拡大図である。 変形例に係る加湿装置の側断面図である。 変形例に係る加湿装置の要部拡大図である。 変形例に係る加湿装置の側断面図である。
符号の説明
1 加湿装置
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
JP2007095476A 2007-03-30 2007-03-30 加湿装置 Expired - Fee Related JP4939280B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007095476A JP4939280B2 (ja) 2007-03-30 2007-03-30 加湿装置
US12/059,686 US8100385B2 (en) 2007-03-30 2008-03-31 Humidifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007095476A JP4939280B2 (ja) 2007-03-30 2007-03-30 加湿装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008256225A true JP2008256225A (ja) 2008-10-23
JP4939280B2 JP4939280B2 (ja) 2012-05-23

Family

ID=39792867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007095476A Expired - Fee Related JP4939280B2 (ja) 2007-03-30 2007-03-30 加湿装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8100385B2 (ja)
JP (1) JP4939280B2 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010107098A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Honda Motor Co Ltd 加湿器
JP2011075242A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Honda Motor Co Ltd 加湿用モジュール
JP2011085309A (ja) * 2009-10-15 2011-04-28 Honda Motor Co Ltd 加湿用モジュール
JP2011143347A (ja) * 2010-01-14 2011-07-28 Honda Motor Co Ltd 水分交換用中空糸膜モジュール
JP2017523556A (ja) * 2014-05-20 2017-08-17 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフトDaimler AG 燃料電池スタックの排ガスを処理するための処理装置、燃料電池システム、及び燃料電池システムを有する車両
CN110931827A (zh) * 2019-10-12 2020-03-27 深圳伊腾迪新能源有限公司 燃料电池增湿器的膜管结构及其制备方法及增湿器

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104519938B (zh) * 2012-07-03 2018-01-12 皇家飞利浦有限公司 紧凑型加湿器
DE102015004953A1 (de) * 2014-05-20 2015-11-26 Daimler Ag Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellensystem und Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem
KR101673667B1 (ko) * 2014-07-31 2016-11-07 현대자동차주식회사 연료전지용 막 가습기의 중공사막 밀집도 분배 장치
CN107249664B (zh) * 2015-02-24 2020-11-10 泰尔茂株式会社 中空纤维型血液处理装置的制造方法及中空纤维型血液处理装置
US10654006B1 (en) * 2017-07-11 2020-05-19 Biotherm Hydronic, Inc. Devices and methods for infusing gas into a liquid
US20190030459A1 (en) * 2017-07-25 2019-01-31 Hamilton Sundstrand Corporation Fluid degassing systems
KR102265021B1 (ko) 2018-06-05 2021-06-14 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기
JP7137988B2 (ja) * 2018-07-24 2022-09-15 本田技研工業株式会社 加湿器
DE102021133474A1 (de) 2021-12-16 2023-06-22 Joma-Polytec Gmbh Befeuchter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004006100A (ja) * 2002-05-31 2004-01-08 Nok Corp 燃料電池の加湿装置
JP2004006099A (ja) * 2002-05-31 2004-01-08 Nok Corp 燃料電池の加湿装置
JP2005034715A (ja) * 2003-07-17 2005-02-10 Nok Corp 中空糸膜モジュール及び燃料電池の加湿装置
JP2009218197A (ja) * 2008-03-06 2009-09-24 Hyundai Motor Co Ltd 燃料電池の加湿装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3339341A (en) * 1965-12-22 1967-09-05 Du Pont Fluid separation process and apparatus
US4666469A (en) * 1985-05-29 1987-05-19 The Dow Chemical Company Hollow fiber membrane device with inner wrap
US5149340A (en) * 1991-03-12 1992-09-22 Marathon Oil Company Process and apparatus for separating impurities from hydrocarbons
JP3927344B2 (ja) * 2000-01-19 2007-06-06 本田技研工業株式会社 加湿装置
JP3765531B2 (ja) * 2001-03-30 2006-04-12 本田技研工業株式会社 加湿モジュール
DE60313818T2 (de) * 2002-03-14 2007-10-31 Nipro Corp., Osaka Dialysator und Verfahren zu dessen Herstellung
JP3963368B2 (ja) * 2002-11-14 2007-08-22 本田技研工業株式会社 燃料電池用加湿器およびその加温方法
JP4686362B2 (ja) * 2003-10-03 2011-05-25 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及び燃料電池自動車
JP4109667B2 (ja) * 2004-11-24 2008-07-02 本田技研工業株式会社 加湿装置
US8415060B2 (en) * 2005-09-21 2013-04-09 Honda Motor Co., Ltd. In-vehicle fuel cell system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004006100A (ja) * 2002-05-31 2004-01-08 Nok Corp 燃料電池の加湿装置
JP2004006099A (ja) * 2002-05-31 2004-01-08 Nok Corp 燃料電池の加湿装置
JP2005034715A (ja) * 2003-07-17 2005-02-10 Nok Corp 中空糸膜モジュール及び燃料電池の加湿装置
JP2009218197A (ja) * 2008-03-06 2009-09-24 Hyundai Motor Co Ltd 燃料電池の加湿装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010107098A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Honda Motor Co Ltd 加湿器
JP2011075242A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Honda Motor Co Ltd 加湿用モジュール
JP2011085309A (ja) * 2009-10-15 2011-04-28 Honda Motor Co Ltd 加湿用モジュール
JP2011143347A (ja) * 2010-01-14 2011-07-28 Honda Motor Co Ltd 水分交換用中空糸膜モジュール
JP2017523556A (ja) * 2014-05-20 2017-08-17 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフトDaimler AG 燃料電池スタックの排ガスを処理するための処理装置、燃料電池システム、及び燃料電池システムを有する車両
CN110931827A (zh) * 2019-10-12 2020-03-27 深圳伊腾迪新能源有限公司 燃料电池增湿器的膜管结构及其制备方法及增湿器

Also Published As

Publication number Publication date
JP4939280B2 (ja) 2012-05-23
US20080237902A1 (en) 2008-10-02
US8100385B2 (en) 2012-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4939280B2 (ja) 加湿装置
CN106532084B (zh) 用于燃料电池的膜加湿器
CN107004872B (zh) 中空纤维膜盒式加湿组件及其制造方法
CN112236890A (zh) 燃料电池膜加湿器
JP4111086B2 (ja) 中空糸膜モジュール及び燃料電池の加湿装置
KR102170523B1 (ko) 연료전지 막가습기
KR20140125098A (ko) 중공사막 모듈
KR20140038223A (ko) 연료 전지용 가습장치
JP4644136B2 (ja) 加湿装置
JP2008103115A (ja) 燃料電池用加湿装置
JP2010107069A (ja) 加湿器
JP2008307432A (ja) 加湿装置
JP5787028B2 (ja) 加湿器
EP3734730B1 (en) Fuel cell membrane humidifier capable of controlling flow direction of fluid
JP5211855B2 (ja) 燃料電池の加湿装置
KR20190085716A (ko) 유체의 흐름 방향 제어가 가능한 중공사막 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 막가습기
JP2010117094A (ja) 加湿器
JP2007051797A (ja) 加湿装置
JP5350966B2 (ja) 加湿用モジュール
JP2007324031A (ja) 燃料電池システム
JP5350971B2 (ja) 加湿用モジュール
JP2007207607A (ja) 燃料電池の加湿装置
KR20190035002A (ko) 이종 재질의 중공사막을 구비한 중공사막 모듈 및 이를 포함하는 연료전지 막가습기
JP2010107098A (ja) 加湿器
JP4644134B2 (ja) 加湿装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110630

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110809

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110929

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120221

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120224

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4939280

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees