JP2010112613A - Humidifying unit - Google Patents

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JP2010112613A JP2008284946A JP2008284946A JP2010112613A JP 2010112613 A JP2010112613 A JP 2010112613A JP 2008284946 A JP2008284946 A JP 2008284946A JP 2008284946 A JP2008284946 A JP 2008284946A JP 2010112613 A JP2010112613 A JP 2010112613A
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humidifier
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humidifiers
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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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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a humidifying unit, in which humidifiers can be arranged in a compact manner while simplifying a joint. <P>SOLUTION: Humidifiers 10A-10C are vertically stacked in such a manner that the humidifier 10B is shifted forward relative to the humidifier 10A, and the humidifier 10C is shifted forward relative to the humidifier 10B. An air outlet port 21c1 communicating with the inside of a hollow fiber membrane 12 of the humidifier 10A is connected to an air inlet port 21a3 communicating with the outside of a hollow fiber membrane 12 of the humidifier 10B through a joint 30. An offgas outlet port 21a2 communicating with the outside of the hollow fiber membrane 12 of the humidifier 10A is connected to an offgas inlet port 21b2 communicating with the inside of the hollow fiber membrane 12 of the humidifier 10B through a joint 40. The joints 30 and 40 are disposed in spaces Q1 and Q3 formed by shifting the humidifier 10A and the humidifier 10B. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の加湿器を組み合わせてなる加湿ユニットに関する。   The present invention relates to a humidifying unit formed by combining a plurality of humidifiers.

例えば、中空糸膜を備えた加湿器を複数組み合わせて構成した角型の加湿ユニットが提案されている(特許文献1参照)。しかし、特許文献1に記載の加湿ユニットでは、加湿性能の向上が困難であるため、ケース内に中空糸膜を収容して中空糸膜の両端部に仕切りを設けた加湿器が種々提案されている(例えば、特許文献2参照)。この種の加湿器では、中空糸膜の内側にガス(または水)を流し、仕切りと仕切りとの間の中空糸膜の外側に水(またはガス)を流すように構成されている。
特開平10−197016号公報(図2) 特開平8−273687号公報(図3、図4)
For example, a square humidification unit configured by combining a plurality of humidifiers provided with hollow fiber membranes has been proposed (see Patent Document 1). However, in the humidification unit described in Patent Document 1, since it is difficult to improve the humidification performance, various humidifiers in which a hollow fiber membrane is accommodated in a case and partitions are provided at both ends of the hollow fiber membrane have been proposed. (For example, refer to Patent Document 2). This type of humidifier is configured so that gas (or water) flows inside the hollow fiber membrane and water (or gas) flows outside the hollow fiber membrane between the partitions.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-197016 (FIG. 2) JP-A-8-273687 (FIGS. 3 and 4)

しかしながら、特許文献2に記載の加湿器を複数積層して構成した場合、中空糸膜の外側を通る流体が排出される加湿器の出口と、前記加湿器に隣接する中空糸膜の外側を通る流体が導入される加湿器の入口とを、ジョイントを介して接続する必要があるため、中空糸膜の内側同士を接続するジョイントと中空糸膜の外側同士を接続するジョイントの双方が、それぞれ加湿器本体から外側に大きく突出してしまい、加湿ユニットが大型化するという問題があった。   However, when a plurality of humidifiers described in Patent Document 2 are laminated, the outlet of the humidifier through which the fluid passing through the outside of the hollow fiber membrane is discharged and the outside of the hollow fiber membrane adjacent to the humidifier are passed. Since the inlet of the humidifier to which the fluid is introduced needs to be connected via a joint, both the joint connecting the insides of the hollow fiber membranes and the joint connecting the outsides of the hollow fiber membranes are humidified respectively. There is a problem that the humidification unit is increased in size due to a large protrusion from the main body.

また、それぞれの加湿器の上下に中空糸膜の外側に連通する出入口を設けて、隣接する加湿器の出口と入口とをジョイントで接続すると、加湿器と加湿器とが対向する面間にジョイントを介して接続するためのスペースが必要となり、加湿ユニットの上下方向の寸法が大きくなり、加湿ユニットが大型化するという問題があった。さらに、中空糸膜の内側同士を接続するジョイントと、中空糸膜の外側同士を接続するジョイントとが、それぞれ異なる形状のジョイントになるため、ジョイントの部品点数が増加するという問題もある。   In addition, by providing an inlet / outlet communicating with the outside of the hollow fiber membrane above and below each humidifier, and connecting the outlet and inlet of the adjacent humidifier with a joint, a joint is formed between the faces where the humidifier and the humidifier face each other. There is a problem in that a space for connection via the air-conditioner is required, the vertical dimension of the humidifying unit increases, and the humidifying unit increases in size. Furthermore, since the joint that connects the insides of the hollow fiber membranes and the joint that connects the outsides of the hollow fiber membranes have different shapes, there is a problem that the number of parts of the joint increases.

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、加湿器同士をコンパクトに配置でき、しかもジョイントを簡素化することができる加湿ユニットを提供することを目的とする。   This invention solves the said conventional subject, and aims at providing the humidification unit which can arrange humidifiers compactly and can simplify a joint.

本発明は、中空糸膜を収容した加湿器を複数重ねて配置した加湿ユニットにおいて、一の前記加湿器では、第1流体が前記中空糸膜の外側を流れ、第2流体が前記中空糸膜の内側を流れ、前記一の加湿器に隣接する他の前記加湿器では、前記第2流体が前記中空糸膜の外側を流れ、前記第1流体が前記中空糸膜の内側を流れるように構成され、隣接する前記加湿器同士は、前記中空糸膜の内側のガス流れ方向に直交する平面をどちらも貫通するように配置され、かつ、前記中空糸膜の内側のガス流れ方向に位置をずらして配置され、この位置をずらすことによって形成された空間に、前記中空糸膜の内側に連通する開口と前記中空糸膜の外側に連通する開口とを接続するジョイントを設けたことを特徴とする。   The present invention relates to a humidification unit in which a plurality of humidifiers containing hollow fiber membranes are stacked, and in one of the humidifiers, a first fluid flows outside the hollow fiber membrane, and a second fluid is the hollow fiber membrane. In the other humidifier adjacent to the one humidifier, the second fluid flows outside the hollow fiber membrane, and the first fluid flows inside the hollow fiber membrane. The adjacent humidifiers are arranged so as to penetrate both planes orthogonal to the gas flow direction inside the hollow fiber membrane, and are displaced in the gas flow direction inside the hollow fiber membrane. The space formed by shifting the position is provided with a joint that connects the opening communicating with the inside of the hollow fiber membrane and the opening communicating with the outside of the hollow fiber membrane. .

これによれば、加湿器同士を中空糸膜の内側のガス流れ方向に位置をずらして配置し、さらに第1流体と第2流体とを中空糸膜の内側と外側を互いに入れ替えて流通させることにより、加湿器をずらすことによって形成された空間にジョイントを配置することが可能になる。よって、ジョイントが加湿器から突出することがなくなり、加湿ユニットをコンパクトに構成できる。さらに、出口と入口とを近くにできるので、ジョイントを小型化することが可能になり、ジョイントの形状を共通化することができるので、ジョイントの部品点数を減らすことが可能になり、ジョイントの簡素化を図ることができる。   According to this, the humidifiers are arranged with their positions shifted in the gas flow direction inside the hollow fiber membrane, and the first fluid and the second fluid are circulated with the inside and outside of the hollow fiber membrane being exchanged with each other. This makes it possible to place the joint in the space formed by shifting the humidifier. Therefore, the joint does not protrude from the humidifier, and the humidification unit can be configured compactly. Furthermore, since the outlet and the inlet can be close, the joint can be miniaturized and the joint shape can be made common, so the number of joint parts can be reduced and the joint can be simplified. Can be achieved.

また、前記複数の加湿器を階段状に隣接させたことを特徴とする。これによれば、各加湿器の幅を揃えた状態にできるので、よりコンパクトに構成できる。   Further, the plurality of humidifiers are adjacent to each other in a step shape. According to this, since it can be made into the state which arranged the width | variety of each humidifier, it can comprise more compactly.

また、前記加湿器の端面からの流れを隣接する前記加湿器の下面または上面へと接続させ、前記加湿器の上面または下面からの流れを隣接する前記加湿器の端面へと接続させたことを特徴とする。これによれば、中空糸膜の外側に連通する出口(入口)と、中空糸膜の内側に連通する入口(出口)とを接続するジョイントの長さを最短にできる。   Further, the flow from the end surface of the humidifier is connected to the lower surface or the upper surface of the adjacent humidifier, and the flow from the upper surface or the lower surface of the humidifier is connected to the end surface of the adjacent humidifier. Features. According to this, the length of the joint connecting the outlet (inlet) communicating with the outside of the hollow fiber membrane and the inlet (outlet) communicating with the inside of the hollow fiber membrane can be minimized.

また、前記ジョイントは、前記複数の加湿器の同じ側の端面に締結されて複数の加湿器を連結させたことを特徴とする。これによれば、部品点数の削減および製造工程の簡略化を図ることが可能になる。   The joint may be fastened to the same end face of the plurality of humidifiers to connect the plurality of humidifiers. This makes it possible to reduce the number of components and simplify the manufacturing process.

本発明によれば、加湿器同士をコンパクトに配置でき、しかもジョイントを簡素化することができる。   According to the present invention, humidifiers can be arranged compactly, and the joint can be simplified.

図1は本実施形態の加湿ユニットを燃料電池システムに適用した場合の一例を示すブロック図、図2は本実施形態の加湿ユニットを示す外観斜視図、図3は図2のA−A線断面図である。   FIG. 1 is a block diagram showing an example in which the humidification unit of this embodiment is applied to a fuel cell system, FIG. 2 is an external perspective view showing the humidification unit of this embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG.

図1に示すように、本実施形態の加湿ユニット1が組み込まれた燃料電池システム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、水素タンク121、エアコンプレッサ131、加湿ユニット1などを備えている。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 100 in which the humidifying unit 1 of this embodiment is incorporated is mounted on a fuel cell vehicle (mobile body) (not shown), and includes a fuel cell stack 110, a hydrogen tank 121, an air compressor. 131, the humidification unit 1 etc. are provided.

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.

また、燃料電池スタック110では、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、外気を吸気するエアコンプレッサ131から、配管131a、加湿ユニット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。   Further, in the fuel cell stack 110, 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 takes in the outside air from the air compressor 131, and the pipe 131a and the humidification unit. 1. When supplied to the cathode via the pipe 131b and the cathode 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、加湿ユニット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介して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 humidification unit 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. In addition, since a part of the generated water vapor passes through the electrolyte membrane to the anode side, the anode off gas is also humid.

図2に示すように、加湿ユニット1は、エアコンプレッサ131(図1参照)からカソード流路112(図1参照)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、加湿器10A,10B,10Cが組み合わされて構成されている。   As shown in FIG. 2, the humidifying unit 1 discharges air (first fluid) to be humidified from the air compressor 131 (see FIG. 1) toward the cathode channel 112 (see FIG. 1) from the cathode channel 112. The humidifier 10A, 10B, and 10C are combined to humidify with a highly humid cathode off gas (second fluid).

加湿器10A,10B,10Cは、それぞれ略直方体の形状を呈し、加湿器10Aが下段に配置され、加湿器10Bが加湿器10Aの上面に、前方に位置をずらし、かつ、幅方向(左右方向)の位置を合わせて積層され、加湿器10Cが加湿器10Bの上面に、前方に位置をずらし、かつ、幅方向(左右方向)の位置を合わせて積層されている。つまり、加湿器10Bは、加湿器10Aに対して前方にのみずらして配置され、加湿器10Cは、加湿器10Bに対して、前記と同じ前方にのみずらして配置され、加湿器10A〜10Cによって階段状に配置されている。   Each of the humidifiers 10A, 10B, and 10C has a substantially rectangular parallelepiped shape, the humidifier 10A is disposed in the lower stage, the humidifier 10B is shifted forward from the upper surface of the humidifier 10A, and the width direction (left-right direction) ), And the humidifier 10C is stacked on the upper surface of the humidifier 10B while shifting the position forward and aligning the position in the width direction (left-right direction). That is, the humidifier 10B is disposed so as to be shifted forward only with respect to the humidifier 10A, and the humidifier 10C is disposed so as to be shifted only forward in the same manner as described above with respect to the humidifier 10B. It is arranged in steps.

また、加湿器10A〜10Cは、いずれも同じ形状であり、四角筒状を呈するケース21aと、ケース21aの長手方向(前後方向)の両端部を覆うキャップ21b,21cとを有している。   Each of the humidifiers 10A to 10C has the same shape, and includes a case 21a that has a rectangular tube shape and caps 21b and 21c that cover both ends in the longitudinal direction (front-rear direction) of the case 21a.

加湿器10Aのケース21aは、その内部に後記する中空糸膜束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、またはアルミニウムなどの金属から形成されている。また、ケース21aの下面には、前端側に燃料電池スタック110からのカソードオフガス(第2流体)が導入されるオフガス導入口21a1が形成されている。また、ケース21aの上面には、後端側に前記カソードオフガスが排出されるオフガス導出口21a2が形成されている。また、キャップ21bは、ケース21aと同様に硬質樹脂や金属により形成され、エアコンプレッサ131からの乾燥した空気(加湿前の空気、第1流体)が導入される管状の空気導入口21b1が形成されている。また、キャップ21cには、前記空気(第1流体)が排出される空気導出口21c1が形成されている。   The case 21a of the humidifier 10A is a rectangular tube-like container that accommodates a hollow fiber membrane bundle 11 to be described later, for example, a hard resin such as PC (polycarbonate) or PPO (polyphenylene oxide), or aluminum. It is made of metal. Further, an off-gas inlet 21a1 into which the cathode off-gas (second fluid) from the fuel cell stack 110 is introduced is formed on the lower surface of the case 21a on the front end side. Further, an off-gas outlet 21a2 through which the cathode off-gas is discharged is formed on the upper surface of the case 21a on the rear end side. Further, the cap 21b is formed of a hard resin or metal similarly to the case 21a, and is formed with a tubular air inlet 21b1 into which dried air (air before humidification, first fluid) from the air compressor 131 is introduced. ing. The cap 21c is formed with an air outlet 21c1 through which the air (first fluid) is discharged.

また、他の加湿器10B,10Cは、それぞれ、加湿器10Aと同様な材質および形状で形成されたケース21aおよびキャップ21b,21cを有している。加湿器10Bのケース21aには、下面に空気導入口21a3が形成され、上面に空気導出口21a4が形成されている。また、加湿器10Bのキャップ21bには、オフガス導入口21b2が形成され、キャップ21cには、オフガス導出口21c2が形成されている。また、加湿器10Cのケース21aには、下面にオフガス導入口21a5が形成され、上面にオフガス導出口21a6が形成されている。また、加湿器10Cのキャップ21bには、空気導入口21b3が形成され、キャップ21cには、燃料電池スタック110に向けて排出される加湿された空気が排出される空気導出口21c3が形成されている。   The other humidifiers 10B and 10C each have a case 21a and caps 21b and 21c formed of the same material and shape as the humidifier 10A. The case 21a of the humidifier 10B has an air inlet 21a3 formed on the lower surface and an air outlet 21a4 formed on the upper surface. Further, the cap 21b of the humidifier 10B has an off-gas inlet 21b2, and the cap 21c has an off-gas outlet 21c2. Further, in the case 21a of the humidifier 10C, an off-gas inlet 21a5 is formed on the lower surface, and an off-gas outlet 21a6 is formed on the upper surface. The cap 21b of the humidifier 10C is formed with an air introduction port 21b3, and the cap 21c is formed with an air outlet port 21c3 through which humidified air discharged toward the fuel cell stack 110 is discharged. Yes.

なお、本実施形態では、空気導出口21c1、オフガス導入口21b2、オフガス導出口21c2および空気導入口21b3の各端部が、中空糸膜12の内側に連通する開口に相当し、オフガス導出口21a2、空気導入口21a3、オフガス導入口21a5および空気導出口21a4の各端部が、中空糸膜12の外側に連通する開口に相当する。   In the present embodiment, each end of the air outlet port 21c1, the off gas inlet port 21b2, the off gas outlet port 21c2, and the air inlet port 21b3 corresponds to an opening communicating with the inside of the hollow fiber membrane 12, and the off gas outlet port 21a2. Each end of the air inlet 21a3, the off-gas inlet 21a5, and the air outlet 21a4 corresponds to an opening communicating with the outside of the hollow fiber membrane 12.

また、隣接する加湿器10A,10Bは、例えば、矢印Z(図3参照)の位置における中空糸膜12の内側のガス流れ方向に直交する平面に対して、加湿器10Aと加湿器10Bのどちらも貫通する状態で配置されている。つまり、加湿器10Aと加湿器10Bとは、一部において上下に重なるように配置されていることを意味している。なお、隣接する加湿器10Bと加湿器10Cについても同様にして、中空糸膜12の内側のガス流れ方向に直交する平面に対して、加湿器10Bと加湿器10Cのどちらも貫通するように配置されている。   Further, the adjacent humidifiers 10A and 10B are, for example, which of the humidifier 10A and the humidifier 10B with respect to a plane orthogonal to the gas flow direction inside the hollow fiber membrane 12 at the position of the arrow Z (see FIG. 3). Are also arranged in a penetrating manner. That is, the humidifier 10 </ b> A and the humidifier 10 </ b> B are disposed so as to partially overlap each other. The adjacent humidifier 10B and the humidifier 10C are similarly arranged so that both the humidifier 10B and the humidifier 10C penetrate the plane perpendicular to the gas flow direction inside the hollow fiber membrane 12. Has been.

また、加湿器10Aの空気導出口21c1と、加湿器10Bの空気導入口21a3とは、管状のジョイント30を介して接続されている。また、加湿器10Bの空気導出口21a4と、加湿器10Cの空気導入口21b3とは、ジョイント31を介して接続されている。   Further, the air outlet 21 c 1 of the humidifier 10 A and the air inlet 21 a 3 of the humidifier 10 B are connected via a tubular joint 30. The air outlet 21a4 of the humidifier 10B and the air inlet 21b3 of the humidifier 10C are connected via a joint 31.

また、加湿器10Aのオフガス導出口21a2と、加湿器10Bのオフガス導入口21b2とは、ジョイント40を介して接続されている。また、加湿器10Bのオフガス導出口21c2と、加湿器10Cのオフガス導入口21a5とは、ジョイント41を介して接続されている。なお、ジョイント30,31,40,41は、いずれも硬質樹脂などでL字状に形成され、シール部材(図示せず)を介して、空気導入口21a3,21b3、空気導出口21c1,21a4、オフガス導入口21b2,21a5、オフガス導出口21a2,21c2と接続されている。   Further, the off-gas outlet 21a2 of the humidifier 10A and the off-gas inlet 21b2 of the humidifier 10B are connected via a joint 40. Further, the off-gas outlet 21c2 of the humidifier 10B and the off-gas inlet 21a5 of the humidifier 10C are connected via a joint 41. The joints 30, 31, 40, and 41 are all formed in an L shape with a hard resin or the like, and are connected to air inlets 21a3 and 21b3, air outlets 21c1, 21a4, and the like through seal members (not shown). The off gas inlets 21b2 and 21a5 and the off gas outlets 21a2 and 21c2 are connected.

なお、本実施形態では、空気導入口21b1,21a3,21b3、空気導出口21c1,21a4,21c3、オフガス導入口21a1,21b2,21a5、オフガス導出口21a2,21c2,21a6は、いずれも円管状に形成されているが、このような形状に限定されるものではなく、角型の開口であってもよく、適宜変更することができる。   In the present embodiment, the air inlets 21b1, 21a3, 21b3, the air outlets 21c1, 21a4, 21c3, the offgas inlets 21a1, 21b2, 21a5, and the offgas outlets 21a2, 21c2, 21a6 are all formed in a circular tube shape. However, it is not limited to such a shape, and may be a square opening and can be appropriately changed.

図3に示すように、加湿器10A,10B,10Cは、ケース21a内に中空糸膜束11が収容されている。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, in the humidifiers 10A, 10B, and 10C, the hollow fiber membrane bundle 11 is accommodated in the case 21a. 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ストロー状の中空糸膜12が、複数本(例えば数千本以上)束ねられたものである。また、中空糸膜束11の前後の両端部は、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21aの内壁に固着されている。これにより、各中空糸膜12の外周面間、中空糸膜2の外周面とケース21aの内壁面との間が、それぞれ閉塞されるようになっている。   The hollow fiber membrane bundle 11 is made of polyimide or the like, and a plurality of (for example, several thousand or more) straw-like hollow fiber membranes 12 having moisture permeability are bundled. Further, both front and rear end portions of the hollow fiber membrane bundle 11 are fixed to the inner wall of the case 21a via potting portions 13 and 13 (sealing portions) formed of an epoxy resin or the like. Thereby, between the outer peripheral surface of each hollow fiber membrane 12, and the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane 2, and the inner wall surface of case 21a are each obstruct | occluded.

このように構成された加湿ユニット1では、図3に示すように、エアコンプレッサ131(図1参照)からの空気は、加湿器10Aのキャップ21bの空気導入口21b1からキャップ21b内を通って各中空糸膜12の内側を通り、各中空糸膜12内を前方に向かって通流した後、キャップ21c内を通って、キャップ21cの空気導出口21c1から流出する。   In the humidification unit 1 configured in this way, as shown in FIG. 3, air from the air compressor 131 (see FIG. 1) passes through the cap 21b from the air inlet 21b1 of the cap 21b of the humidifier 10A. After passing through the inside of the hollow fiber membrane 12 and flowing through each hollow fiber membrane 12 forward, it passes through the cap 21c and flows out from the air outlet port 21c1 of the cap 21c.

加湿器10Aから流出した空気は、ジョイント30を介して加湿器10Bのケース21aの空気導入口21a3から導入され、前記とは逆に各中空糸膜12の外側を通り、各中空糸膜12外を後方に向かって通流した後、ケース21aの空気導出口21a4から流出する。   The air that flows out of the humidifier 10A is introduced from the air inlet 21a3 of the case 21a of the humidifier 10B through the joint 30, and conversely, passes through the outside of each hollow fiber membrane 12 and out of each hollow fiber membrane 12. And then flows out from the air outlet 21a4 of the case 21a.

加湿器10Bから流出した空気は、ジョイント31を介して加湿器10Cのキャップ21bの空気導入口21b3からキャップ21b内を通って各中空糸膜12の内側を通り、各中空糸膜12内を前方に向かって通流した後、キャップ21c内を通って、キャップ21cの空気導出口21c3から流出する。空気導出口21c3から流出した加湿空気は、配管131bを通って、燃料電池スタック110のカソードに供給される。   The air flowing out from the humidifier 10B passes through the inside of the cap 21b from the air inlet 21b3 of the cap 21b of the humidifier 10C through the joint 31 and passes through the inside of each hollow fiber membrane 12 and moves forward in each hollow fiber membrane 12. And then flows out from the air outlet 21c3 of the cap 21c through the cap 21c. The humidified air that flows out from the air outlet 21c3 is supplied to the cathode of the fuel cell stack 110 through the pipe 131b.

一方、燃料電池スタック110に接続された配管131cからのカソードオフガスは、加湿器10Aのケース21aのオフガス導入口21a1から各中空糸膜12の外側を通り、各中空糸膜12外を後方に向かって前記空気と対向しながら通流した後、ケース21aのオフガス導出口21a2から流出する。   On the other hand, the cathode offgas from the pipe 131c connected to the fuel cell stack 110 passes through the outside of each hollow fiber membrane 12 from the offgas inlet 21a1 of the case 21a of the humidifier 10A, and travels outward from each hollow fiber membrane 12 to the rear. Then, the air flows while facing the air, and then flows out from the off-gas outlet 21a2 of the case 21a.

加湿器10Aから流出したカソードオフガスは、ジョイント40を介して加湿器10Bのキャップ21bのオフガス導入口21b2からキャップ21b内を通って各中空糸膜12の内側を通り、各中空糸膜12内を前方に向かって通流した後、キャップ21c内を通って、キャップ21cのオフガス導出口21c2から流出する。   The cathode off-gas flowing out of the humidifier 10A passes through the inside of each hollow fiber membrane 12 through the inside of the cap 21b from the off-gas inlet 21b2 of the cap 21b of the humidifier 10B through the joint 40, and passes through the inside of each hollow fiber membrane 12. After flowing forward, the gas flows through the cap 21c and flows out from the off-gas outlet 21c2 of the cap 21c.

加湿器10Bから流出したカソードオフガスは、ジョイント41を介して加湿器10Cのケース21aのオフガス導入口21a5から各中空糸膜12の外側を通り、各中空糸膜12外を後方に向かって前記空気と対向しながら通流した後、ケース21aのオフガス導出口21a6から流出する。オフガス導出口21a6から流出したカソードオフガスは、配管132aを通って、希釈器132に排出される。   The cathode off-gas flowing out of the humidifier 10B passes through the outside of each hollow fiber membrane 12 from the off-gas inlet 21a5 of the case 21a of the humidifier 10C via the joint 41, and passes outside the hollow fiber membrane 12 to the rear. Then, the gas flows out from the off-gas outlet 21a6 of the case 21a. The cathode offgas flowing out from the offgas outlet 21a6 is discharged to the diluter 132 through the pipe 132a.

なお、各中空糸膜2には無数の毛管部が形成されているため、加湿器10A,10Cにおいて中空糸膜2の外側に導入されたカソードオフガス(第2流体)に含まれる水蒸気は、毛管部内で凝縮し、中空糸膜2の内側へと移動することで、乾燥した空気(第1流体)に水分が渡されるようになっている。また、加湿器10Bにおいて中空糸膜2の内側にカソードオフガス(第2流体)が通り、中空糸膜2の外側に空気(第1流体)が通る場合についても、前記と同様な仕組みによって、カソードオフガスに含まれる水分が空気へ渡されるようになっている。このような仕組みによって、加湿ユニット1において、カソードオフガス中の水分が空気に供給され、空気が加湿ガス(加湿空気)となる。   Since each of the hollow fiber membranes 2 has an infinite number of capillaries, the water vapor contained in the cathode offgas (second fluid) introduced outside the hollow fiber membrane 2 in the humidifiers 10A and 10C By condensing in the section and moving to the inside of the hollow fiber membrane 2, moisture is passed to the dried air (first fluid). Further, in the humidifier 10B, the cathode offgas (second fluid) passes inside the hollow fiber membrane 2 and the air (first fluid) passes outside the hollow fiber membrane 2 by the same mechanism as described above. Moisture contained in the off-gas is passed to the air. With such a mechanism, the moisture in the cathode off-gas is supplied to the air in the humidifying unit 1, and the air becomes the humidified gas (humidified air).

以上説明したように、本実施形態の加湿ユニット1によれば、複数の加湿器10A〜10Cを中空糸膜12の内部のガス流れ方向(前後方向)に向けて階段状に位置をずらして積み重ねるとともに、加湿器10Aにおいて中空糸膜12の内側に流した空気(第1流体)が、加湿器10Aに隣接する加湿器10Bでは中空糸膜12の外側に流れるように、さらに加湿器10Bに隣接する加湿器10Cでは中空糸膜12の内側を流れるように、そして、加湿器10Aにおいて中空糸膜12の外側に流したカソードオフガス(第2流体)が、加湿器10Aに隣接する加湿器10Bでは中空糸膜12の内側に流れるように、加湿器10Bに隣接する加湿器10Cでは中空糸膜12の外側を流れるようにして、空気とカソードオフガスの流れる位置をそれぞれ中空糸膜12の内側と外側とで交互に入れ替えわるように流すことにより、各加湿器10A〜10Cをお互いに上面と下面とを密着させて積み重ねることができる。しかも、加湿器10A〜10Cを前後方向にのみ位置をずらして配置しているので、加湿器10A〜10Cの左右側面から突出することもない。したがって、加湿ユニット1の上下方向の寸法(高さ)および左右方向の寸法(幅)をそれぞれ小さくすることが可能になり、加湿ユニット1をコンパクトに形成することが可能になる。   As described above, according to the humidification unit 1 of the present embodiment, the plurality of humidifiers 10A to 10C are stacked in a staircase manner with the positions shifted toward the gas flow direction (front-rear direction) inside the hollow fiber membrane 12. At the same time, the air (first fluid) that has flowed inside the hollow fiber membrane 12 in the humidifier 10A flows further to the outside of the hollow fiber membrane 12 in the humidifier 10B adjacent to the humidifier 10A, and further adjacent to the humidifier 10B. The cathode off-gas (second fluid) that flows inside the hollow fiber membrane 12 in the humidifier 10C that flows to the outside of the hollow fiber membrane 12 in the humidifier 10A is generated in the humidifier 10B adjacent to the humidifier 10A. The humidifier 10C adjacent to the humidifier 10B flows outside the hollow fiber membrane 12 so that it flows inside the hollow fiber membrane 12, so that the position where the air and the cathode off-gas flow can be adjusted. Each by flowing between the inside and the outside of the hollow fiber membranes 12 as Waru alternated, each humidifier 10A~10C can be stacked in close contact with the upper and lower surfaces to each other. In addition, since the humidifiers 10A to 10C are arranged with their positions shifted in the front-rear direction, they do not protrude from the left and right side surfaces of the humidifiers 10A to 10C. Therefore, the vertical dimension (height) and the horizontal dimension (width) of the humidifying unit 1 can be reduced, and the humidifying unit 1 can be formed compactly.

さらに、本実施形態の加湿ユニット1によれば、図3に示すように、加湿器10Aの端面からの流れを隣接する加湿器10Bの下面へと接続することにより、空気導出口21c1と空気導入口21a3とを互いに接近させて配置でき、また加湿器10Bの上面からの流れを隣接する加湿器10Cの端面へと接続することにより、空気導出口21a4と空気導入口21b3とを互いに接近させて配置することができる。また、同様にして、オフガス導出口21a2とオフガス導入口21b2とを互いに接近させて配置でき、またオフガス導出口21c2とオフガス導入口21a5とを接近させて配置することができる。これにより、加湿器10Aのキャップ21cの前方に向けられる面m1と、加湿器10Bのケース21aの下面m2とで形成された断面三角形状の空間Q1内にジョイント30を配置でき、また加湿器10Bのケース21aの上面m3と、加湿器10Cのキャップ21bの後方に向けられる面m4とで形成された断面三角形状の空気Q2内にジョイント31を配置できる。同様にして、加湿器10Aのケース21aの上面m5と、加湿器10Bのキャップ21bの後方に向けられる面m6とで形成された断面三角形状の空間Q3内にジョイント40を配置でき、加湿器10Bのキャップ21cの前方に向けられる面m7と、加湿器10Cのケース21aの下面m8とで形成された断面三角形状の空間Q4内のジョイント41を配置できる。   Furthermore, according to the humidification unit 1 of this embodiment, as shown in FIG. 3, the air outlet 21c1 and the air introduction are connected by connecting the flow from the end face of the humidifier 10A to the lower surface of the adjacent humidifier 10B. The air outlet 21a4 and the air inlet 21b3 can be brought close to each other by connecting the flow from the upper surface of the humidifier 10B to the end surface of the adjacent humidifier 10C. Can be arranged. Similarly, the off-gas outlet 21a2 and the off-gas inlet 21b2 can be arranged close to each other, and the off-gas outlet 21c2 and the off-gas inlet 21a5 can be arranged close to each other. Thereby, the joint 30 can be arranged in the space Q1 having a triangular cross section formed by the surface m1 facing the front of the cap 21c of the humidifier 10A and the lower surface m2 of the case 21a of the humidifier 10B, and the humidifier 10B. The joint 31 can be disposed in the air Q2 having a triangular cross section formed by the upper surface m3 of the case 21a and the surface m4 directed to the rear of the cap 21b of the humidifier 10C. Similarly, the joint 40 can be arranged in a space Q3 having a triangular cross section formed by the upper surface m5 of the case 21a of the humidifier 10A and the surface m6 directed toward the rear of the cap 21b of the humidifier 10B. The joint 41 in the space Q4 having a triangular cross section formed by the surface m7 directed to the front of the cap 21c and the lower surface m8 of the case 21a of the humidifier 10C can be disposed.

したがって、ジョイント30,31,40,41を、短い配管で形成できるので配管を小型化することが可能になる。さらに、いずれの空間Q1〜Q4においても、キャップ21b,21cに形成された出口(入口)とケース21aに形成された入口(出口)とを接続するので、ジョイント30,31,40,41の形状を共通化することができ、部品点数の削減が可能になる。よって、本実施形態によれば、ジョイント30,31,40,41の小型化および共通化による簡素化を図ることが可能になる。   Therefore, since the joints 30, 31, 40, and 41 can be formed with short pipes, the pipes can be reduced in size. Furthermore, in any of the spaces Q1 to Q4, the outlet (inlet) formed in the caps 21b and 21c and the inlet (outlet) formed in the case 21a are connected, so the shapes of the joints 30, 31, 40, and 41 Can be shared, and the number of parts can be reduced. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to simplify the joints 30, 31, 40, 41 by downsizing and sharing.

また、本実施形態の加湿ユニット1を燃料電池システム100に適用した場合には、燃料電池システム100を小型化することが可能になる。なお、本実施形態では、燃料電池スタック110の後方に各加湿器10A〜10Cを水平に重ねて配置した場合を例に挙げて説明したが、ジョイント30,41の位置が下側で、ジョイント31,40の位置が上側となるように、またはその逆となるように、加湿器10A〜10Cの軸方向を傾斜させた状態で配置してもよい。   Moreover, when the humidification unit 1 of this embodiment is applied to the fuel cell system 100, the fuel cell system 100 can be reduced in size. In the present embodiment, the case where the humidifiers 10A to 10C are horizontally stacked behind the fuel cell stack 110 has been described as an example, but the positions of the joints 30 and 41 are on the lower side, and the joint 31 , 40 may be arranged in a state where the axial directions of the humidifiers 10A to 10C are inclined so that the position of 40 is on the upper side or vice versa.

次に、別の実施形態の加湿ユニット50について、図4および図5を参照して説明する。図4は、別の実施形態の加湿ユニットを示す外観斜視図、図5は図4のB−B線一部省略断面図である。なお、図2および図3に示す実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。   Next, the humidification unit 50 of another embodiment is demonstrated with reference to FIG. 4 and FIG. 4 is an external perspective view showing a humidifying unit according to another embodiment, and FIG. 5 is a partially omitted sectional view taken along line BB of FIG. In addition, about the structure similar to embodiment shown in FIG. 2 and FIG. 3, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図4に示すように、加湿ユニット50は、いずれも同じ形状で四角筒状を呈するケース21aを有する加湿器10A〜10Cが階段状に隣接して積層され、長手方向の両端部にジョイント51,52が連結されて構成されている。ジョイント51には、上下左右にそれぞれ締結片51aが形成され、各締結片51が、加湿器10Aのケース21aの下部に形成された取付片21s、加湿器10Bのケース21aの左右に形成された取付片21s、加湿器10Cのケース21aの上部に形成された取付片21sと、ボルト23およびナット24(図5参照)を介して締結されている。なお、もう一方のジョイント52についても同様にして、各締結片51a、取付片21s、ボルト23およびナット24によって、加湿器10A〜10Cにジョイント52が締結されている。なお、締結箇所は4箇所に限定されるものでない。   As shown in FIG. 4, each of the humidifying units 50 has humidifiers 10 </ b> A to 10 </ b> C having the same shape and a case 21 a having a rectangular tube shape, which are stacked adjacent to each other in a staircase shape. 52 are connected. Fastening pieces 51a are formed on the joint 51 on the top, bottom, left and right, respectively, and the fastening pieces 51 are formed on the left and right of the attachment piece 21s formed on the lower portion of the case 21a of the humidifier 10A and the case 21a of the humidifier 10B. The mounting piece 21s is fastened to the mounting piece 21s formed on the upper portion of the case 21a of the humidifier 10C via a bolt 23 and a nut 24 (see FIG. 5). Similarly, the joint 52 is fastened to the humidifiers 10 </ b> A to 10 </ b> C by the fastening pieces 51 a, the attachment pieces 21 s, the bolts 23, and the nuts 24 for the other joint 52. In addition, a fastening location is not limited to 4 locations.

図5に示すように、ジョイント51は、例えば鋳物によって形成され、空気導入口21b1と連通するとともに加湿器10Aの端面s1に形成された各中空糸膜12の内側と連通する空間R1、加湿器10Aのオフガス導出口21a2と加湿器10Bの端面s2に形成された各中空糸膜12の内側と連通する空間R2、加湿器10Bの空気導出口21a4と加湿器10Cの端面s3に形成された各中空糸膜12の内側と連通する空間R3とを有している。なお、図示していないが、空気導入口21b1からの空気が加湿器10Aの端面s1に開口する中空糸膜12の内側以外に流れることがないように、またオフガス導出口21a2からのオフガスが加湿器10Bの端面s2に開口する中空糸膜12の内側以外に流れることがないように、また空気導出口21a4からの空気が加湿器10Cの端面s3に開口する中空糸膜12の内側以外に流れることがないように、適宜シール部材によってシールされている。なお、ジョイント52についても、同様に形成されている。   As shown in FIG. 5, the joint 51 is formed of, for example, a casting, communicates with the air introduction port 21 b 1 and communicates with the inside of each hollow fiber membrane 12 formed on the end surface s 1 of the humidifier 10 A, the humidifier. A space R2 communicating with the inside of each hollow fiber membrane 12 formed in the off-gas outlet 21a2 of 10A and the end face s2 of the humidifier 10B, and each of the air outlet 21a4 of the humidifier 10B and the end face s3 of the humidifier 10C. A space R3 communicating with the inside of the hollow fiber membrane 12 is provided. Although not shown, the air from the air inlet 21b1 does not flow outside the hollow fiber membrane 12 that opens to the end surface s1 of the humidifier 10A, and the offgas from the offgas outlet 21a2 is humidified. The air from the air outlet 21a4 flows to other than the inside of the hollow fiber membrane 12 that opens to the end surface s3 of the humidifier 10C so that it does not flow outside the inside of the hollow fiber membrane 12 that opens to the end surface s2 of the vessel 10B. In order to prevent this, it is appropriately sealed with a sealing member. The joint 52 is similarly formed.

このように、図4および図5に示す実施形態によれば、ジョイント51,52にそれぞれの加湿器10A〜10Cの各端面s1〜s3に取り付ける前記キャップ(21b,21c)や、配管同士を接続する前記ジョイント(30,31,40,41)の役割を持たせることが可能になり、部品点数の削減および製造工程の簡略化を図ることが可能になる。   Thus, according to embodiment shown in FIG.4 and FIG.5, the said caps (21b, 21c) attached to each end surface s1-s3 of each humidifier 10A-10C to the joints 51, 52, and piping are connected. Thus, the role of the joints (30, 31, 40, 41) can be given, and the number of parts can be reduced and the manufacturing process can be simplified.

なお、本実施形態では、加湿器10A〜10Cを上下方向に積層した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、水平方向(左右前後方向で形成される面)に階段状に積層するようにしてもよい。これにより、薄型でコンパクトな加湿ユニットを構成することが可能になる。また、本実施形態では、加湿器10B,10Cを前方に位置をずらした場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、10B,10Cを後方に位置をずらしてもよく、あるいは左方向、右方向に位置をずらすようにしてもよい。   In addition, in this embodiment, although the case where the humidifiers 10A to 10C were stacked in the vertical direction was described as an example, the present invention is not limited to this, and the horizontal direction (surface formed in the left-right front-rear direction) is described. You may make it laminate in steps. Thereby, it becomes possible to constitute a thin and compact humidification unit. Further, in the present embodiment, the case where the humidifiers 10B and 10C are shifted forward has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the positions of 10B and 10C may be shifted backward. Alternatively, the position may be shifted leftward or rightward.

また、本実施形態では、加湿器10A〜10Cによって3段に重ねた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、2段であってもよく、4段以上であってもよい。   In the present embodiment, the case where the humidifiers 10A to 10C are stacked in three stages has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be two stages or four stages or more. May be.

本実施形態では、複数の中空糸膜12からなる中空糸膜束11を例に挙げて説明したが、シート状の交換膜を渦巻き状にしたものを適用することもできる。   In the present embodiment, the hollow fiber membrane bundle 11 composed of a plurality of hollow fiber membranes 12 has been described as an example. However, a sheet-like exchange membrane formed into a spiral shape can also be applied.

本実施形態の加湿ユニットを燃料電池システムに適用した場合の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example at the time of applying the humidification unit of this embodiment to a fuel cell system. 本実施形態の加湿ユニットを示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the humidification unit of this embodiment. 図2のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 別の実施形態の加湿ユニットを示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the humidification unit of another embodiment. 図4のB−B線一部省略断面図である。FIG. 5 is a partially omitted cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4.

符号の説明Explanation of symbols

1,50 加湿ユニット
10A〜10C 加湿器
11 中空糸膜
12 中空糸膜束
13 ポッティング部
21a ケース
21b,21c キャップ
21a1,21b2,21a5 オフガス導入口
21a2,21c2,21a6 オフガス導出口
21b1,21a3,21b3 空気導入口
21c1,21a4,21a3 空気導出口
30,31,40,41,51,52 ジョイント
Q1〜Q4 空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,50 Humidification unit 10A-10C Humidifier 11 Hollow fiber membrane 12 Hollow fiber membrane bundle 13 Potting part 21a Case 21b, 21c Cap 21a1, 21b2, 21a5 Off-gas inlet 21a2, 21c2, 21a6 Off-gas outlet 21b1, 21a3, 21b3 Air Inlet 21c1, 21a4, 21a3 Air outlet 30, 31, 40, 41, 51, 52 Joint Q1-Q4 space

Claims (4)

中空糸膜を収容した加湿器を複数重ねて配置した加湿ユニットにおいて、
一の前記加湿器では、第1流体が前記中空糸膜の外側を流れ、第2流体が前記中空糸膜の内側を流れ、
前記一の加湿器に隣接する他の前記加湿器では、前記第2流体が前記中空糸膜の外側を流れ、前記第1流体が前記中空糸膜の内側を流れるように構成され、
隣接する前記加湿器同士は、前記中空糸膜の内側のガス流れ方向に直交する平面をどちらも貫通するように配置され、かつ、前記中空糸膜の内側のガス流れ方向に位置をずらして配置され、
この位置をずらすことによって形成された空間に、前記中空糸膜の内側に連通する開口と前記中空糸膜の外側に連通する開口とを接続するジョイントを設けたことを特徴とする加湿ユニット。
In a humidifying unit in which a plurality of humidifiers that contain hollow fiber membranes are stacked,
In the one humidifier, the first fluid flows outside the hollow fiber membrane, the second fluid flows inside the hollow fiber membrane,
In the other humidifier adjacent to the one humidifier, the second fluid flows outside the hollow fiber membrane, and the first fluid flows inside the hollow fiber membrane,
Adjacent humidifiers are arranged so as to penetrate both planes perpendicular to the gas flow direction inside the hollow fiber membrane, and are arranged in a shifted position in the gas flow direction inside the hollow fiber membrane. And
A humidifying unit characterized in that a joint that connects an opening communicating with the inside of the hollow fiber membrane and an opening communicating with the outside of the hollow fiber membrane is provided in a space formed by shifting the position.
前記複数の加湿器を階段状に隣接させたことを特徴とする請求項1に記載の加湿ユニット。   The humidifying unit according to claim 1, wherein the plurality of humidifiers are adjacent to each other in a stepped manner. 前記加湿器の端面からの流れを隣接する前記加湿器の下面または上面へと接続させ、前記加湿器の上面または下面からの流れを隣接する前記加湿器の端面へと接続させたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の加湿ユニット。   The flow from the end surface of the humidifier is connected to the lower surface or the upper surface of the adjacent humidifier, and the flow from the upper surface or the lower surface of the humidifier is connected to the end surface of the adjacent humidifier. The humidifying unit according to claim 1 or 2. 前記ジョイントは、前記複数の加湿器の同じ側の端面に締結されて複数の加湿器を連結させたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の加湿ユニット。   The humidifying unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the joint is fastened to an end face on the same side of the plurality of humidifiers to connect the plurality of humidifiers.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111193049A (en) * 2018-11-14 2020-05-22 现代自动车株式会社 Humidifier for fuel cell

Cited By (1)

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CN111193049A (en) * 2018-11-14 2020-05-22 现代自动车株式会社 Humidifier for fuel cell

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