JP2010107126A - Humidifier - Google Patents

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JP2010107126A JP2008280533A JP2008280533A JP2010107126A JP 2010107126 A JP2010107126 A JP 2010107126A JP 2008280533 A JP2008280533 A JP 2008280533A JP 2008280533 A JP2008280533 A JP 2008280533A JP 2010107126 A JP2010107126 A JP 2010107126A
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Toshikatsu Katagiri
敏勝 片桐
Takumoto Ikada
拓素 井加田
Kenji Nagumo
健司 南雲
Yohei Hidaka
洋平 日高
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Honda Motor Co Ltd
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a humidifier capable of performing suitable humidification, regarding the humidifier for humidifying a fluid such as air supplied to a fuel cell or the like. <P>SOLUTION: The humidifier 1 includes a hollow fiber membrane bundle 11 formed by bundling a plurality of hollow fiber membranes 12, and a cylindrical case 21 holding the hollow fiber membrane bundle 11. Air flows through inside the hollow fiber membranes 12, and cathode off-gas with different humidity from air flows through inside the case 21 and outside the hollow fiber membranes 12. The cathode off-gas flows in from an off-gas inflow part 22a of the case 21 toward an upper face 14 of the hollow fiber membrane bundle 11. A clearance structure is provided for reducing a clearance G between the hollow fiber membrane bundle 11 and the case 21 when the cathode off-gas pushes the hollow fiber membrane bundle 11 to cause the pushed hollow fiber membrane bundle 11 and the case 21 to approach or abut on each other. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池等に供給される空気等の流体を加湿する加湿器に関し、詳しくは、水分透過性の中空糸膜を有する加湿器に関する。   The present invention relates to a humidifier that humidifies a fluid such as air supplied to a fuel cell or the like, and more particularly to a humidifier having a moisture-permeable hollow fiber membrane.

固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)等の燃料電池においては、燃料電池を構成する電解質膜の湿潤状態を確保するべく、水素(燃料ガス)、酸素を含む空気(酸化剤ガス)を加湿する加湿器が必要とされる。このような加湿器は、中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束と、中空糸膜束を収容するケースとを備え、例えば、燃料電池に向かう加湿すべき空気が中空糸膜内を、燃料電池のカソードから排出された多湿のカソードオフガスが中空糸膜外を、それぞれ通流する(特許文献1〜3参照)。   In fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC), hydrogen (fuel gas) and oxygen-containing air (oxidant gas) are used to ensure the wet state of the electrolyte membrane that constitutes the fuel cell. ) Is required. Such a humidifier includes a hollow fiber membrane bundle formed by bundling hollow fiber membranes and a case that accommodates the hollow fiber membrane bundle. For example, air to be humidified toward the fuel cell passes through the inside of the hollow fiber membrane. The humid cathode off gas discharged from the cathode of the battery flows through the hollow fiber membrane, respectively (see Patent Documents 1 to 3).

特開平6−132038号公報JP-A-6-132038 特開平8−273687号公報JP-A-8-273687 特開平10−197016号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-197016

しかしながら、従来の加湿器では、オフガス流入部からケース内に流入したカソードオフガスが、中空糸膜束とケースとの間に形成された隙間を通流することで、本来通流すべき中空糸膜束内をバイパスし、加湿効率が低下する可能性もあった。   However, in the conventional humidifier, the cathode offgas flowing into the case from the offgas inflow portion flows through the gap formed between the hollow fiber membrane bundle and the case, so that the hollow fiber membrane bundle to be originally passed through There was also a possibility that the humidification efficiency would be reduced by bypassing the inside.

そこで、本発明は、好適に加湿可能な加湿器を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the humidifier which can humidify suitably.

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筒状のケースと、を備え、第1流体が前記中空糸膜内を通流し、前記第1流体と異なる湿度の第2流体が前記ケース内であって前記中空糸膜外を通流し、前記第2流体が、前記ケースの第2流体流入部から前記中空糸膜束の外周面に向かって流入する加湿器であって、第2流体が中空糸膜束を押した場合において、当該押される中空糸膜束と前記ケースとが接近又は当接することで、当該中空糸膜束と前記ケースとの隙間を小さくする隙間構造を備えることを特徴とする加湿器である。   As means for solving the problems, the present invention includes a hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled, and a cylindrical case that accommodates the hollow fiber membrane bundle, and includes a first fluid. Flows through the hollow fiber membrane, a second fluid having a humidity different from that of the first fluid flows inside the case and out of the hollow fiber membrane, and the second fluid flows into the second fluid from the case. A humidifier that flows into the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane bundle from a portion, and when the second fluid pushes the hollow fiber membrane bundle, the pressed hollow fiber membrane bundle and the case approach or contact each other. A humidifier comprising a gap structure that reduces a gap between the hollow fiber membrane bundle and the case by contact.

このような加湿器によれば、第2流体が、ケースの第2流体流入部から中空糸膜束の外周面に向かって流入し、中空糸膜束を押した場合、隙間構造によって、この押される中空糸膜束とケースとが相互に接近又は当接することにより、中空糸膜束とケースとの隙間が小さくなる。
このように中空糸膜束とケースとの隙間が小さくなるので、第2流体が、中空糸膜束をバイパス(迂回)せずに、中空糸膜束内に流入し、中空糸膜束内を通流しやすくなる。これにより、中空糸膜束全体、つまり、中空糸膜全体を介して、第1流体と第2流体との間で水分交換することができ、湿度の低い第1流体又は第2流体を効率的に加湿できる。
According to such a humidifier, when the second fluid flows in from the second fluid inflow portion of the case toward the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane bundle and pushes the hollow fiber membrane bundle, the second fluid is pushed by the gap structure. When the hollow fiber membrane bundle and the case approach or contact each other, the gap between the hollow fiber membrane bundle and the case is reduced.
Since the gap between the hollow fiber membrane bundle and the case is thus reduced, the second fluid flows into the hollow fiber membrane bundle without bypassing the hollow fiber membrane bundle, and passes through the hollow fiber membrane bundle. It becomes easy to flow. Accordingly, moisture can be exchanged between the first fluid and the second fluid through the entire hollow fiber membrane bundle, that is, the entire hollow fiber membrane, and the first fluid or the second fluid having low humidity can be efficiently used. Can be humidified.

また、前記中空糸膜の輪切り断面方向において、前記ケースの内面間の幅は、前記第2流体流入部から遠ざかるにつれて徐々に狭くなっており、前記中空糸膜束の幅は、前記ケースの内面間の幅に対応して、前記第2流体流入部から遠ざかるにつれて徐々に小さくなっていることを特徴とする加湿器である。   Further, in the direction of the cross section of the hollow fiber membrane, the width between the inner surfaces of the case is gradually narrowed away from the second fluid inflow portion, and the width of the hollow fiber membrane bundle is the inner surface of the case The humidifier is characterized in that it gradually decreases with increasing distance from the second fluid inflow portion, corresponding to the width between the two.

このような加湿器によれば、中空糸膜の輪切り断面方向において、ケースの内面間の幅は、第2流体流入部から第2流体の流入方向において遠ざかるにつれて徐々に狭くなっており、中空糸膜束の幅は、ケースの内面間の幅に対応して、第2流体流入部から遠ざかるにつれて徐々に小さくなっているので、第2流体が中空糸膜束を押した場合において、中空糸膜束とケースの内面との隙間のうち、小さくなる箇所が多くなる。
これにより、第2流体が、さらに中空糸膜束をバイパスせずに、中空糸膜束内に好適に流入できる。
According to such a humidifier, the width between the inner surfaces of the case in the cross-sectional direction of the hollow fiber membrane is gradually narrowed away from the second fluid inflow portion in the second fluid inflow direction. Since the width of the membrane bundle gradually decreases with increasing distance from the second fluid inflow portion corresponding to the width between the inner surfaces of the case, when the second fluid pushes the hollow fiber membrane bundle, the hollow fiber membrane Of the gap between the bundle and the inner surface of the case, there are many smaller portions.
Thereby, the 2nd fluid can flow in into a hollow fiber membrane bundle suitably, without bypassing a hollow fiber membrane bundle further.

本発明によれば、好適に加湿可能な加湿器を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the humidifier which can be humidified suitably can be provided.

≪第1実施形態≫
以下、本発明の第1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、第1実施形態に係る加湿器1が組み込まれた燃料電池システム100について、図1を参照して説明する。燃料電池システム100は、図示しない燃料電池自動車(移動体)に搭載されており、燃料電池スタック110と、水素タンク121と、コンプレッサ131と、加湿器1とを備えている。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, a fuel cell system 100 in which the humidifier 1 according to the first embodiment is incorporated will be described with reference to FIG. The fuel cell system 100 is mounted on a fuel cell vehicle (mobile body) (not shown), and includes a fuel cell stack 110, a hydrogen tank 121, a compressor 131, and a humidifier 1.

燃料電池スタック110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、電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟持するカソード及びアノードとを備えている。各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路111及びカソード流路112が形成されている。   The fuel cell stack 110 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and a plurality of single cells formed by sandwiching MEA (Membrane Electrode Assembly) with separators (not shown) are stacked. Has been configured. The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) and a cathode and an anode that sandwich the membrane. Each separator is formed with an anode flow path 111 and a cathode flow path 112 formed of grooves and through holes.

そして、水素が、水素タンク121から、配管121a、アノード流路111を介してアノードに供給され、酸素を含む空気が、外気を吸気するコンプレッサ131から、配管131a、加湿器1、配管131b、カソード流路112を介してカソードに供給されると、アノード及びカソードに含まれる触媒(Pt等)上で電極反応が起こり、燃料電池スタック110が発電可能な状態となる。   Then, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 121 to the anode via the pipe 121a and the anode flow path 111, and oxygen-containing air is supplied from the compressor 131 that sucks outside air, and the pipe 131a, the humidifier 1, the pipe 131b, and the cathode. When supplied to the cathode via the flow path 112, an electrode reaction occurs on the catalyst (Pt or the like) contained in the anode and the cathode, and the fuel cell stack 110 is in a state capable of generating power.

このように発電可能な状態の燃料電池スタック110と、外部負荷(例えば走行用のモータ)とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック110が発電するようになっている。   The fuel cell stack 110 in a state where power can be generated in this way and an external load (for example, a motor for traveling) are electrically connected, and when the current is taken out, the fuel cell stack 110 generates power.

また、アノード流路111から排出されたアノードオフガスは、配管121bを介して、希釈器132に排出されるようになっている。一方、カソード流路112から排出されたカソードオフガスは、配管131c、加湿器1、配管132aを介して、希釈器132に排出され、希釈器132においてアノードオフガス中の未消費の水素を希釈するようになっている。そして、希釈後のガスは、配管132bを介して、車外に排出されるようになっている。
なお、カソードオフガスは、カソードにおける電極反応により生成する水蒸気(水分)により多湿である。また、生成した水蒸気の一部は電解質膜をアノード側に透過するので、アノードオフガスも多湿である。
Further, the anode off gas discharged from the anode channel 111 is discharged to the diluter 132 through the pipe 121b. On the other hand, the cathode offgas discharged from the cathode channel 112 is discharged to the diluter 132 via the pipe 131c, the humidifier 1, and the pipe 132a, and the diluter 132 dilutes unconsumed hydrogen in the anode offgas. It has become. The diluted gas is discharged out of the vehicle via the pipe 132b.
The cathode off gas is humid due to water vapor (water) generated by the electrode reaction at the cathode. Moreover, since a part of the generated water vapor passes through the electrolyte membrane to the anode side, the anode off-gas is also humid.

≪加湿器の構成≫
次に、加湿器1の構成について、図2から図4を参照して説明する。ここで、明確に説明するために、図2を基準として、前、後、左、右、上、下を設定する。
≪Configuration of humidifier≫
Next, the configuration of the humidifier 1 will be described with reference to FIGS. Here, for the sake of clarity, front, rear, left, right, upper, and lower are set with reference to FIG.

加湿器1は、コンプレッサ131からカソード流路112に向かう加湿すべき空気(第1流体)を、カソード流路112から排出された多湿のカソードオフガス(第2流体)で加湿するものであって、その外形は図2示すように略直方体を呈している。すなわち、カソード流路112に向かう空気の湿度と、カソードオフガスの湿度とは異なり、カソードオフガスの湿度が高くなっている。   The humidifier 1 humidifies the air (first fluid) to be humidified from the compressor 131 toward the cathode channel 112 with the humid cathode offgas (second fluid) discharged from the cathode channel 112. As shown in FIG. 2, the outer shape has a substantially rectangular parallelepiped shape. That is, the humidity of the cathode offgas is high, unlike the humidity of the air toward the cathode channel 112 and the humidity of the cathode offgas.

図3に示すように、加湿器1は、中空糸膜束11と、中空糸膜束11を収容する四角筒状のケース21とを備えている。なお、中空糸膜束11とケース21との軸方向(長手方向)は一致している。   As shown in FIG. 3, the humidifier 1 includes a hollow fiber membrane bundle 11 and a rectangular tubular case 21 that accommodates the hollow fiber membrane bundle 11. In addition, the axial direction (longitudinal direction) of the hollow fiber membrane bundle 11 and the case 21 coincides.

中空糸膜束11は、ポリイミド等から形成され、水分透過性を有する中空糸膜12が、複数本(例えば10〜10000本)にて束ねられたものである。なお、各中空糸膜12は、水分を含むと膨潤し、多少伸張する。   The hollow fiber membrane bundle 11 is made of polyimide or the like, and a plurality of hollow fiber membranes 12 having moisture permeability (for example, 10 to 10,000) are bundled. Each hollow fiber membrane 12 swells and expands somewhat when it contains moisture.

ケース21は、その内部に、中空糸膜束11を収容する四角筒状の容器であり、例えば、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ている。   The case 21 is a rectangular cylindrical container that accommodates the hollow fiber membrane bundle 11 therein, and is formed of a hard resin such as PC (polycarbonate) or PPO (polyphenylene oxide).

中空糸膜束11の前側及び後側は、エポキシ樹脂等から形成されるポッティング部13、13(封止部)を介して、ケース21に固定されている。そして、中空糸膜束11の外周面とケース21の内面との間には、僅かながらも隙間Gが形成されている(図4参照)。また、ケース21の前側には前キャップ31が取り付けられており、ケース21の後側には後キャップ33が取り付けられている。   The front side and the rear side of the hollow fiber membrane bundle 11 are fixed to the case 21 via potting portions 13 and 13 (sealing portions) formed of an epoxy resin or the like. A slight gap G is formed between the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane bundle 11 and the inner surface of the case 21 (see FIG. 4). A front cap 31 is attached to the front side of the case 21, and a rear cap 33 is attached to the rear side of the case 21.

そして、コンプレッサ131からの空気は、後キャップ33の空気流入部34から後キャップ33内を通って各中空糸膜12内に流入し、各中空糸膜12内を前方に向かって通流した後、前キャップ31内を通って、前キャップ31の空気流出部32から外部(配管131b、図1)に流出するようになっている。   The air from the compressor 131 flows from the air inflow portion 34 of the rear cap 33 into the hollow fiber membranes 12 through the rear caps 33 and flows forward through the hollow fiber membranes 12. Through the inside of the front cap 31, the air flows out from the air outflow portion 32 of the front cap 31 to the outside (pipe 131b, FIG. 1).

一方、カソードオフガスは、四角筒状を呈するケース21の天壁部22の前側に形成されたオフガス流入部22aから、下方に向かって、つまり、中空糸膜束11の上面14(外周面の一部)に向かって流入し、中空糸膜束11を下方に押すようになっている。このように流入したカソードオフガスは、中空糸膜12外であってケース21内を後方に向かって通流した後、ケース21の底壁部23に形成されたオフガス流出部23aから外部(配管132a、図1)に流出するようになっている。   On the other hand, the cathode offgas flows downward from the offgas inflow portion 22a formed on the front side of the top wall portion 22 of the case 21 having a square cylindrical shape, that is, the upper surface 14 (one of the outer peripheral surfaces) of the hollow fiber membrane bundle 11. The hollow fiber membrane bundle 11 is pushed downward. The cathode off gas that has flowed in this way flows rearwardly outside the hollow fiber membrane 12 and inside the case 21, and then flows from the off gas outflow portion 23a formed on the bottom wall portion 23 of the case 21 to the outside (pipe 132a). 1).

すなわち、加湿すべき燃料電池スタック110に向かう空気が中空糸膜12内を前方に向かって通流し、多湿のカソードオフガスが中空糸膜12外を後方に向かって通流するように構成されている。つまり、空気の通流方向とカソードオフガスの通流方向とは対向しており、空気が効率的に加湿されるようになっている。   That is, it is configured such that the air toward the fuel cell stack 110 to be humidified flows through the hollow fiber membrane 12 forward and the humid cathode off-gas flows through the outside of the hollow fiber membrane 12 backward. . That is, the air flow direction and the cathode off-gas flow direction are opposite to each other, so that the air is efficiently humidified.

次に、図4を参照して、中空糸膜束11(中空糸膜12)の輪切り断面方向における構造について説明する。
四角筒状を呈するケース21の左右の側壁部24、24には、その内側壁面24a、24aからケース21の中心(内側)に突出し、輪切り断面視で半円状を呈すると共に、ケース21の長手方向(前後方向)に延びる突条部24b、24bが形成されている。
その他、図6に示すように、側壁部24、24の厚さを一定にし、側壁部24、24の外面に括れ部24c、24cを形成して、突条部24d、24dを形成してもよい。
Next, referring to FIG. 4, the structure of the hollow fiber membrane bundle 11 (hollow fiber membrane 12) in the direction of the cross section is described.
The left and right side wall portions 24, 24 of the case 21 having a rectangular tube shape project from the inner wall surfaces 24a, 24a to the center (inner side) of the case 21, have a semicircular shape in a cross-sectional view, and the length of the case 21 Projection portions 24b, 24b extending in the direction (front-rear direction) are formed.
In addition, as shown in FIG. 6, the thickness of the side wall portions 24, 24 is made constant, the constricted portions 24c, 24c are formed on the outer surfaces of the side wall portions 24, 24, and the ridge portions 24d, 24d are formed. Good.

一方、中空糸膜束11の左右の側面15、15には、前記突条部24b、24bに対応し、輪切り断面視で半円状を呈すると共に、中空糸膜束11の軸方向(前後方向)に延びる半円溝15a、15aが形成されている。なお、半円溝15aは、半円溝15aが形成されるように中空糸膜12を適宜に束ねることで、構成される。   On the other hand, the left and right side surfaces 15, 15 of the hollow fiber membrane bundle 11 correspond to the protrusions 24 b, 24 b and have a semicircular shape in a cross-sectional view, and the axial direction of the hollow fiber membrane bundle 11 (front-rear direction) ) Extending in a semicircular groove 15a, 15a. The semicircular groove 15a is configured by appropriately bundling the hollow fiber membranes 12 so that the semicircular groove 15a is formed.

すなわち、ケース21から突出する各突条部24bは、中空糸膜束11の各半円溝15aに、やや嵌まり込んだ状態となっている。そして、後記するように、カソードオフガスによって中空糸膜束11が下方に押されると、突条部24bと半円溝15aとが相互に接近又は当接し、突条部24bと半円溝15aとの間の隙間が小さくなるように構成されている(図5参照)。   That is, each protrusion 24 b protruding from the case 21 is in a state of being slightly fitted in each semicircular groove 15 a of the hollow fiber membrane bundle 11. Then, as will be described later, when the hollow fiber membrane bundle 11 is pushed downward by the cathode off gas, the ridge portion 24b and the semicircular groove 15a approach or contact each other, and the ridge portion 24b and the semicircular groove 15a It is comprised so that the clearance gap between may become small (refer FIG. 5).

つまり、第1実施形態において、カソードオフガス(第2流体)が中空糸膜束11を押した場合において、この押される中空糸膜束11とケース21とが接近又は当接することで、中空糸膜束11とケース21との隙間Gを小さくする隙間構造は、突条部24bと半円溝15aとを備えて構成されている。   That is, in the first embodiment, when the cathode offgas (second fluid) pushes the hollow fiber membrane bundle 11, the hollow fiber membrane bundle 11 and the case 21 that are pushed approach or come into contact with each other. The gap structure that reduces the gap G between the bundle 11 and the case 21 includes a protruding portion 24b and a semicircular groove 15a.

≪加湿器の作用効果≫
次に、加湿器1の作用効果について、図5を参照して説明する。
オフガス流入部22aからケース21内に入り、中空糸膜束11の上面14に向かって流入するカソードオフガスは、中空糸膜束11内に流入しつつ、中空糸膜束11を下方に押す。そうすると、中空糸膜12が撓んで、中空糸膜束11が下方に移動し(矢印A1参照)、突条部24bと半円溝15aとの間の隙間Gが小さく、又は、半円溝15aが突条部24bに当接する。
≪Function and effect of humidifier≫
Next, the effect of the humidifier 1 is demonstrated with reference to FIG.
Cathode off-gas entering the case 21 from the off-gas inflow portion 22 a and flowing toward the upper surface 14 of the hollow fiber membrane bundle 11 pushes the hollow fiber membrane bundle 11 downward while flowing into the hollow fiber membrane bundle 11. Then, the hollow fiber membrane 12 bends and the hollow fiber membrane bundle 11 moves downward (see arrow A1), and the gap G between the protruding portion 24b and the semicircular groove 15a is small, or the semicircular groove 15a. Comes into contact with the protrusion 24b.

これにより、カソードオフガスが、隙間Gが小さくなった部分(当接した場合を含む)において、中空糸膜束11内に流入する(矢印A2参照)。すなわち、カソードオフガスが、本来通流すべき中空糸膜束11内をバイパス(迂回)して、加湿すべき空気と水分交換しないまま、オフガス流出部23aに向かうことは防止される。このようにして、カソードオフガスが中空糸膜束11内に流入し、中空糸膜束11内を通流するので、中空糸膜12内を通流する空気を効率的に加湿できる。   As a result, the cathode off-gas flows into the hollow fiber membrane bundle 11 at the portion where the gap G is small (including the case of contact) (see arrow A2). That is, the cathode off-gas is prevented from bypassing (detouring) the hollow fiber membrane bundle 11 that should normally flow and moving toward the off-gas outflow portion 23a without exchanging moisture with the air to be humidified. In this way, the cathode off-gas flows into the hollow fiber membrane bundle 11 and flows through the hollow fiber membrane bundle 11, so that the air flowing through the hollow fiber membrane 12 can be efficiently humidified.

≪第2実施形態≫
次に、第2実施形態に係る加湿器について、図7、図8を参照して説明する。
図7に示すように、第2実施形態に係る加湿器を構成するケース21の側壁部25、25は傾斜しており、中空糸膜束11の輪切り断面方向において、側壁部25、25の内側壁面25a、25a(内面)は傾斜面である。そして、カソードオフガスの流入方向(上下方向)に直交する方向(左右方向)における内側壁面25a、25a間の幅W1は、カソードオフガスの流入方向(上下方向)において、オフガス流入部22aから遠ざかる下方に向かうにつれて、徐々に狭くなっている。
<< Second Embodiment >>
Next, the humidifier which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated with reference to FIG. 7, FIG.
As shown in FIG. 7, the side wall portions 25, 25 of the case 21 constituting the humidifier according to the second embodiment are inclined, and the inner side of the side wall portions 25, 25 in the direction of the circular cross section of the hollow fiber membrane bundle 11. The wall surfaces 25a and 25a (inner surfaces) are inclined surfaces. The width W1 between the inner wall surfaces 25a, 25a in the direction (left-right direction) orthogonal to the cathode off-gas inflow direction (up-down direction) is lower in the cathode off-gas inflow direction (up-down direction) away from the off-gas inflow portion 22a. It gradually becomes narrower as it goes.

また、第2実施形態に係る中空糸膜束11の側面16、16は、内側壁面25a、25aに対応して傾斜している。そして、中空糸膜束11の幅W2、詳細には、カソードオフガスの流入方向(上下方向)に直交する方向(左右方向)における中空糸膜束11の幅W2は、内側壁面25a、25a間の幅W1に対応して、カソードオフガスの流入方向(上下方向)において、オフガス流入部22aから遠ざかる下方に向かうにつれて、徐々に小さくなっている。   Further, the side surfaces 16 and 16 of the hollow fiber membrane bundle 11 according to the second embodiment are inclined corresponding to the inner wall surfaces 25a and 25a. The width W2 of the hollow fiber membrane bundle 11, more specifically, the width W2 of the hollow fiber membrane bundle 11 in the direction (left-right direction) orthogonal to the inflow direction (vertical direction) of the cathode off gas is defined between the inner wall surfaces 25a, 25a. Corresponding to the width W1, in the inflow direction (vertical direction) of the cathode offgas, it gradually decreases as it goes away from the offgas inflow portion 22a.

このような加湿器によれば、図8に示すように、ケース21内に流入したカソードオフガスが、中空糸膜束11を下方に押し、中空糸膜束11が下方に移動すると(矢印A3参照)、各側面16と、各内側壁面25a全体との間に形成される隙間Gが、全体的に小さくなる。すなわち、第1実施形態に対して、隙間Gの小さくなる箇所が多くなる。
つまり、第2実施形態では、カソードオフガスが中空糸膜束11を下方に押した場合において、隙間Gを小さくする隙間構造は、傾斜するケースの内側壁面25aと、これに対応して傾斜する中空糸膜束11の側面16とを備えて構成されている。
According to such a humidifier, as shown in FIG. 8, when the cathode off gas flowing into the case 21 pushes the hollow fiber membrane bundle 11 downward and the hollow fiber membrane bundle 11 moves downward (see arrow A3). ), The gap G formed between each side surface 16 and the entire inner wall surface 25a is reduced as a whole. That is, there are many places where the gap G becomes smaller than in the first embodiment.
That is, in the second embodiment, when the cathode off gas pushes the hollow fiber membrane bundle 11 downward, the gap structure that reduces the gap G is the inner wall surface 25a of the inclined case and the hollow that is inclined correspondingly. The side surface 16 of the thread membrane bundle 11 is provided.

これにより、第1実施形態と同様に、カソードオフガスが、中空糸膜束11内に流入し(矢印A4参照)、中空糸膜束11をバイパスして通流することは防止される。したがって、第1実施形態と同様に中空糸膜12内を通流する空気を効率的に加湿できる。   As a result, as in the first embodiment, the cathode off gas is prevented from flowing into the hollow fiber membrane bundle 11 (see arrow A4) and flowing through the hollow fiber membrane bundle 11 by bypass. Therefore, the air flowing through the hollow fiber membrane 12 can be efficiently humidified as in the first embodiment.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
前記した各実施形態では、空気が中空糸膜12内を通流し、カソードオフガスが中空糸膜12外を通流する構成を例示したが、空気が中空糸膜12外を通流し、湿度の高いカソードオフガスが中空糸膜12内を通流する構成でもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, For example, it can change as follows in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
In each of the above-described embodiments, the configuration in which air flows through the hollow fiber membrane 12 and the cathode off gas flows outside the hollow fiber membrane 12 is exemplified. However, the air flows outside the hollow fiber membrane 12 and has high humidity. The cathode off gas may flow through the hollow fiber membrane 12.

また、空気及びカソードオフガスの通流方向が、逆向きである構成を例示したが、同方向でもよい。
さらに、カソードオフガスが、加湿器1の上方から流入し、加湿器1から下方に向かって流出する構成を例示したが、カソードオフガスの流入・流出方向はこれに限定されず、例えば、上方から流入し、上方に向かって流出する構成でもよいし、側方から流入・流出する構成でもよい。
さらにまた、第1流体が空気、第2流体がカソードオフガスである構成、つまり、第1流体及び第2流体がガスである構成を例示したが、例えば、第2流体が水(液体)である構成でもよい。
In addition, although the configuration in which the air and cathode off gas flow directions are opposite is illustrated, the same direction may be used.
Further, the cathode off gas flows in from the upper side of the humidifier 1 and flows out downward from the humidifier 1, but the inflow / outflow direction of the cathode off gas is not limited to this. For example, the cathode off gas flows in from the upper side. And the structure which flows out toward upper direction may be sufficient, and the structure which flows in / out from a side may be sufficient.
Furthermore, the configuration in which the first fluid is air and the second fluid is a cathode off-gas, that is, the configuration in which the first fluid and the second fluid are gases is exemplified. For example, the second fluid is water (liquid). It may be configured.

前記した各実施形態では、加湿器1が空気とカソードオフガスとの間で水分交換し、燃料電池スタック110に向かう空気を加湿する構成を例示したが、その他に例えば、水素とアノードオフガスとの間で水分交換し、燃料電池スタック110に向かう水素を加湿する構成でもよい。   In each of the above-described embodiments, the humidifier 1 exchanges moisture between the air and the cathode off gas, and illustrates the configuration in which the air toward the fuel cell stack 110 is humidified. Alternatively, the water may be exchanged to humidify the hydrogen toward the fuel cell stack 110.

前記した第1実施形態では、中空糸膜束11の側面15に形成された半円溝15aに、ケース21の突条部24bがやや嵌まり込み、カソードオフガスによって中空糸膜束11が下方に押された場合、突条部24bと半円溝15aとが接近又は当接し、隙間Gが小さくなる構成を例示したが(図4、図5参照)、例えば、図9に示すように、半円溝15aを形成せず、中空糸膜束11の側面15から側方に突出するようにゴム製の突条部17を設け、中空糸膜束11が下方に押された場合、この突条部17とケース21の突条部24bとが接近又は当接する構成としてもよい。   In the first embodiment described above, the protrusion 24b of the case 21 is slightly fitted in the semicircular groove 15a formed on the side surface 15 of the hollow fiber membrane bundle 11, and the hollow fiber membrane bundle 11 is moved downward by the cathode off gas. When pressed, the protrusion 24b and the semicircular groove 15a approach or contact each other, and the gap G is reduced (see FIGS. 4 and 5). For example, as shown in FIG. When the protruding portion 17 made of rubber is provided so as to protrude from the side surface 15 of the hollow fiber membrane bundle 11 without forming the circular groove 15a, and the hollow fiber membrane bundle 11 is pushed downward, this protruding rib It is good also as a structure which the part 17 and the protrusion part 24b of the case 21 approach or contact | abut.

第1実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る加湿器の斜視図である。It is a perspective view of the humidifier concerning a 1st embodiment. 第1実施形態に係る加湿器の側断面図(図2のX1−X1線断面図)である。It is a sectional side view (X1-X1 sectional view taken on the line of FIG. 2) of the humidifier which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る加湿器の輪切り断面図(図2のX2−X2線断面図)である。It is a ring sectional view (X2-X2 sectional view taken on the line of FIG. 2) of the humidifier according to the first embodiment. 第1実施形態に係る加湿器の輪切り断面図(図2のX2−X2線断面図)であり、カソードオフガスが中空糸膜束を下方に押した状態を示す。It is a ring sectional view (X2-X2 sectional view taken on the line of FIG. 2) of the humidifier according to the first embodiment, and shows a state in which the cathode off gas pushes the hollow fiber membrane bundle downward. 変形例に係る加湿器の輪切り断面図である。It is a cross-sectional view of a humidifier according to a modification. 第2実施形態に係る加湿器の輪切り断面図である。It is a cross-sectional view of the humidifier according to the second embodiment. 第2実施形態に係る加湿器の輪切り断面図であり、カソードオフガスが中空糸膜束を下方に押した状態を示す。FIG. 6 is a cross-sectional view of a humidifier according to a second embodiment, showing a state where the cathode off gas pushes the hollow fiber membrane bundle downward. 変形例に係る加湿器の輪切り断面図である。It is a cross-sectional view of a humidifier according to a modification.

符号の説明Explanation of symbols

1 加湿器
11 中空糸膜束
12 中空糸膜
14 上面(外周面)
15a 半円溝(隙間構造)
17 突条部(隙間構造)
21 ケース
22a オフガス流入部(第2流体流入部)
G 隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Humidifier 11 Hollow fiber membrane bundle 12 Hollow fiber membrane 14 Upper surface (outer peripheral surface)
15a Semicircular groove (gap structure)
17 Projection (gap structure)
21 Case 22a Off-gas inlet (second fluid inlet)
G gap

Claims (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筒状のケースと、を備え、
第1流体が前記中空糸膜内を通流し、前記第1流体と異なる湿度の第2流体が前記ケース内であって前記中空糸膜外を通流し、
前記第2流体が、前記ケースの第2流体流入部から前記中空糸膜束の外周面に向かって流入する加湿器であって、
第2流体が中空糸膜束を押した場合において、当該押される中空糸膜束と前記ケースとが接近又は当接することで、当該中空糸膜束と前記ケースとの隙間を小さくする隙間構造を備える
ことを特徴とする加湿器。
A hollow fiber membrane bundle formed by bundling a plurality of hollow fiber membranes;
A cylindrical case that accommodates the hollow fiber membrane bundle,
A first fluid flows through the hollow fiber membrane, and a second fluid having a humidity different from that of the first fluid flows in the case and out of the hollow fiber membrane;
The humidifier in which the second fluid flows from the second fluid inflow portion of the case toward the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane bundle,
When the second fluid pushes the hollow fiber membrane bundle, a gap structure that reduces the gap between the hollow fiber membrane bundle and the case when the pushed hollow fiber membrane bundle and the case approach or contact each other. A humidifier characterized by comprising.
前記中空糸膜の輪切り断面方向において、
前記ケースの内面間の幅は、前記第2流体流入部から遠ざかるにつれて徐々に狭くなっており、
前記中空糸膜束の幅は、前記ケースの内面間の幅に対応して、前記第2流体流入部から遠ざかるにつれて徐々に小さくなっている
ことを特徴とする請求項1に記載の加湿器。
In the circular cross-sectional direction of the hollow fiber membrane,
The width between the inner surfaces of the case is gradually narrowed away from the second fluid inflow portion,
2. The humidifier according to claim 1, wherein the width of the hollow fiber membrane bundle gradually decreases as the distance from the second fluid inflow portion increases, corresponding to the width between the inner surfaces of the case.
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