JP4027732B2

JP4027732B2 - 気体加湿装置

Info

Publication number: JP4027732B2
Application number: JP2002187910A
Authority: JP
Inventors: 孝博齋藤
Original assignee: AGC Engineering Co Ltd
Current assignee: AGC Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP2004028490A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、固体高分子型燃料電池に供給される水素や酸素を含んだ反応ガスを加湿するために使用される、水蒸気透過性高分子膜を用いた気体加湿装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は、小型軽量で高効率・高出力密度が期待できることから、電気自動車等の電源として注目されている。
上記燃料電池では、アノード（陽極）とカソード（陰極）との間に、プロトン（水素イオン）のみを透過させる電解質としてのイオン交換性高分子膜を介在させ、アノードに燃料として水素を含むガス、カソードに酸化剤として空気等の酸素を含むガスをそれぞれ供給することにより、両極においてＰｔ等の触媒作用によって次式に示すような反応が行われる。
アノード：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード：２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
すなわち、アノードにおいて、水素をプロトンと電子とにする反応が行われ、該プロトンが水和状態（Ｈ⁺・ｘＨ₂Ｏ）となって上記電解質膜を透過し、カソードにおいて、該プロトンと酸素及び電子とから水を生成する反応が行われている。そして、該カソードで生成された水を水蒸気として含むオフガスは、そのまま排気として大気に放出されている。
【０００３】
ところで、上記電解質膜は湿潤状態でのみ高いプロトン導電性を示す性質を有しているため、上記反応を連続して行わせるためには、燃料電池本体の電解質膜に対して外部から水分を補給する必要性がある。そこで、上記水素を含むガス及び酸素を含むガスを、それぞれ個別に設けられた外部加湿装置において、燃料電池本体の冷却水等の加湿流体によって予め加湿してから、燃料電池本体の上記アノード及びカソードに供給することが試みられているが、被加湿ガスしての水素を含むガス及び酸素を含むガスの供給路に、外部加湿装置を個別に配置しているため、加湿流体の流路を複数設けたり分岐させたりする必要があり、配管が複雑になるばかりでなく、加湿装置全体が大形化し、コストも嵩むという問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、被加湿ガスを低コストにて効率良く加湿することを可能とする気体加湿装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る気体加湿装置は、中空のケース本体内に、加湿ガス導入口からケース本体内に導入された水蒸気を含む加湿ガスが順次流入する相互に連通した第１加湿領域及び第２加湿領域が形成され、これら加湿領域にそれぞれ、水蒸気透過性を有する高分子膜によって形成された被加湿ガス流路が架設されて成る気体加湿装置であって、上記ケース本体が、軸方向に延びる筒状に形成されて、その端部開口にエンドキャップが装着されて成り、上記第１加湿領域及び第２加湿領域が、上記ケース本体内で互いに隣接して、共に該ケース本体内面に沿って軸方向に延びており、上記エンドキャップには、上記各加湿領域に架設された被加湿ガス流路に被加湿ガスをそれぞれ導入する被加湿ガス導入口と、該被加湿ガス流路から被加湿ガスを排出する被加湿ガス排出口とが配設されており、上記加湿ガス導入口が、上記ケース本体の軸方向に延びる外周面に開設されて上記第１加湿領域の軸方向一端部に連通され、ケース本体内から加湿ガスを排出する加湿ガス排出口が、同じく上記ケース本体の軸方向に延びる外周面に開設されて上記第１加湿領域又は第２加湿領域の軸方向他端部に連通されており、上記第１加湿領域に架設された被加湿ガス流路が有する加湿能力を、第２加湿領域に架設された被加湿ガス流路が有するそれよりも低くしたことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明に係る気体加湿装置においては、加湿ガス導入口からケース本体内に供給され、ケース体内の第１加湿領域から第２加湿領域へと順次流入する加湿ガスによって、これら加湿領域にそれぞれ架設された被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスが、上記第１加湿領域の被加湿ガス流路を流れるものから順次加湿されていく。
その際、上記加湿ガスは第１加湿流路から第２加湿流路へと順次流入していくに従って、被加湿ガスに水蒸気を奪われて徐々に湿度が低下していくが、水蒸気透過性高分子膜によって形成された被加湿ガス流路の加湿能力が、上記第１加湿領域に架設されたものの方がより低くなるように構成し、各加湿領域における被加湿ガス流路の加湿能力と加湿ガスの湿度とをバランスさせることにより、上記各被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを上記加湿ガスによって均等に加湿することが可能となる。
【０００７】
したがって、本発明に係る気体加湿装置によれば、１つのケース本体内において、２つの被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを、同時かつ均等に加湿することが可能となり、装置全体をコンパクトに形成することができるばかりでなく、上記被加湿ガスを低コストにて効率良く加湿することができる。
なお、本発明においては、上記被加湿ガス流路を、水蒸気透過性を有する高分子膜からなる中空糸の集合体によって形成することができる。
【０００８】
本発明の実施態様においては、上記第１加湿領域に架設された被加湿ガス流路を、固体高分子型燃料電池のアノードに供給される水素を含むガス（アノードガス）を流すためのアノードガス流路とし、第２加湿領域に架設された被加湿ガス流路を、該燃料電池のカソードに供給される酸素を含むガス（カソードガス）を流すためのカソードガス流路とすることができる。
その時、上記アノードガス流路を水蒸気選択透過性を有する非多孔質高分子膜によって形成すると、水素がアノードガス流路から外部へとリークする虞がなく安全性に優れ、しかも、加湿ガス中の水蒸気のみをアノードガス流路に供給することができるため、アノードガスの理想的な加湿が可能となる。
ここで、水蒸気選択透過性を有する非多孔質高分子膜とは、水蒸気を透過させるための物理的な孔が形成されておらず、溶解拡散により高分子間の間隙を通じて水蒸気のみを選択的に透過させる性質を有する高分子膜を意味している。そのような高分子膜としては、例えばフッ素系イオン交換膜等があげられる。
【０００９】
なお、酸素を含むカソードガスについては水素を含むアノードガスほど気密性を問われないため、上記カソードガス流路を、水蒸気透過性を有する多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜によって形成すると、コストを抑えることもできてより好適である。
ここで、多孔質高分子膜とは、水蒸気を透過させるための孔が物理的に形成された高分子膜を意味しており、微多孔質高分子膜とは、同じく水蒸気を透過させるために、上記多孔質高分子膜の孔よりも小さい微小孔が物理的に形成された高分子膜を意味している。
また、上記加湿ガス導入口から導入される加湿ガスとしては、上記固体高分子型燃料電池のカソードにおいて生成された水を水蒸気として含むオフガスを利用することも可能である。そうすることによって、従来はそのまま排気として大気に放出されていた、水蒸気を含むカソードオフガスを、上記水素を含むアノードガス及び酸素を含むカソードガスの加湿ガスとして利用し、これら反応ガスをより効率的に加湿することが可能となる。
【００１０】
なお、上記気体加湿装置においては、上記第１加湿領域と第２加湿領域との間を、複数の流通孔を備えて軸方向に延びる仕切り板によって仕切り、これら加湿領域が、共に該仕切り板と上記ケース本体内面との間に形成されているようにしても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、図２，図３に示す上記本発明に係る気体加湿装置２Ａ，２Ｂを用いて、固体高分子型燃料電池に供給される反応ガスを加湿する場合における、各ガスの流れを示す模式図である。図中１は、固体高分子型燃料電池本体で、アノード（陽極）１ａ及びカソード（陰極）１ｂからなる電極と、該電極間に介在させた高分子電解質膜１ｃとから構成されている。ここで、該高分子電解質膜１ｃは、フッ素系のイオン交換膜からなっており、プロトン（水素イオンＨ⁺）のみを透過させ、湿潤状態において高いプロトン導電性を示す性質を有している。
【００１２】
そこで、上記電解質膜１ｃを湿潤状態に維持するため、反応ガス、すなわち上記アノード１ａに燃料として供給される水素（Ｈ₂）を含むガス（アノードガス）、及び、カソード１ｂに酸化剤として供給される空気等の酸素（Ｏ₂）を含むガス（カソードガス）を、共に１つの気体加湿装置２Ａ（２Ｂ）を通過させて加湿している。
そして、上記アノード１ａ及びカソード１ｂに、上記気体加湿装置２Ａ（２Ｂ）で加湿されたアノードガス及びカソードガスをそれぞれ供給することにより、上記従来技術の欄で詳述したように、アノード１ａにおいて、プラチナ（Ｐｔ）等の触媒作用によって水素をプロトンと電子とに分離する反応が行われ、該プロトンが水和状態（Ｈ⁺・ｘＨ₂０）となって上記電解質膜１ｃを透過し、更に、カソード１ｂにおいて、該電解質膜１ｃを透過してきたプロトンを酸素及び電子と結合させて水を生成する反応が行われる。
【００１３】
従来においては、該カソード１ｂで生成された水を水蒸気として含むカソードオフガスは、そのまま排気として大気に排出されていたが、本実施例においては、そのカソードオフガスを加湿ガスとして利用して上記燃料電池本体１に供給されるアノードガス及びカソードガスを加湿している。すなわち、該オフガスを加湿ガスとして上記気体加湿装置２Ａ（２Ｂ）に供給することにより、同じく該気体加湿装置２Ａ（２Ｂ）に被加湿ガスとして供給される乾燥したアノードガス及びカソードガスを、上記オフガスに含まれる水蒸気で加湿し、上記燃料電池本体１に対して送り出している。
【００１４】
このように、上記カソード１ｂにおいて生成される水を利用し、１つの気体加湿装置２Ａ（２Ｂ）内において複数の反応ガスを同時に加湿できるようにしたため、各反応ガスを個別の気体加湿装置で加湿するための複雑な配管を施す必要がなくなり、気体加湿装置２Ａ（２Ｂ）をコンパクトにまとめることができ、複数の反応ガスを効率良く低コストにて加湿することが可能となる。
【００１５】
図２は、図１において採用されている本発明に係る気体加湿装置の第１実施例を示しており、気体加湿装置２Ａは、中空のケース本体３と、その内部に形成された加湿ガス流路としてのオフガス流路８ａ、及び、複数の被加湿ガス流路としてのアノードガス流路２０，カソードガス流路２５とから構成されている。
そして、該ケース本体３には、水蒸気を含むカソードオフガスを上記オフガス流路８ａに供給するためのオフガス導入口７、及び、被加湿ガスを加湿し終えた上記オフガスを、ケース本体３外へと排出するためのオフガス排出口９ａと、被加湿ガスとしてのアノードガスを上記アノードガス流路２０に供給するためのアノードガス導入口１１、及び、上記オフガスによって加湿されたアノードガスを燃料電池本体１のアノード１ａへと送り出すアノードガス排出口１３と、同じく被加湿ガスとしてのカソードガスを上記カソードガス流路２５に供給するためのカソードガス導入口１５、及び、上記オフガスによって加湿されたカソードガスを燃料電池本体１のカソード１ｂへと送り出すカソードガス排出口１７とが設けられている。
【００１６】
また、上記ケース本体３の内部空間には、上記オフガス導入口７側から順に第１加湿領域１０及び第２加湿領域１２が配置形成されており、これらの加湿領域１０，１２を互いに連通させることにより、上記オフガス流路８ａが形成されている。そして、該二つの加湿領域１０，１２にはそれぞれ、水蒸気透過性高分子膜によって形成された互いに加湿能力の異なるアノードガス流路２０及びカソードガス流路２５が、上記各導入口１１，１５と各排出口１３，１７とをそれぞれ連通させると共に、上記オフガス流路８ａを横切って架設されている。ここで、上記オフガス導入口７により近接配置された第１加湿領域１０の上記アノードガス流路２０の方が、上記第２加湿領域１２のカソードガス流路２５よりも加湿能力が低くなっている。
【００１７】
更に具体的に説明すると、上記ケース本体３は、外周面に上記オフガスの導入口７及び排出口９ａが軸ｌ方向に沿って並設開口されている両端開口の外筒５と、上記アノードガスの導入口１１及び排出口１３と上記カソードガスの導入口１５及び排出口１７とが開口され、上記外筒５の両端開口に複数のパッキン１４を介してそれぞれ装着されたエンドキャップ４，６と、上記外筒５とエンドキャップ４，６とをそれぞれ互いに気密に締結するための締結リング１８，１９とから構成されている。
【００１８】
該ケース本体３内は、その軸ｌ方向に延びる仕切り板２２によって、上記オフガスの導入口７及び排出口９ａが開口された一方の第１加湿領域１０と他方の第２加湿領域１２とに区画されており、該二つの加湿領域１０，１２は、仕切り板２２に穿設された複数の流通孔２３によって互いに連通され、上記オフガス導入口７から供給されたオフガスが、上記第１加湿領域１０から第２加湿領域１２を経て再び第１加湿領域１０へと戻り、上記オフガス排出口９ａへと至るＵ字状のオフガス流路８ａを形成している。なお、Ｕ字状のオフガス流路８ａをより確実に形成させるために、上記第１加湿領域１０におけるオフガス導入口７と排出口９ａとの中間位置に、一点鎖線で示すような、該第１加湿領域１０をオフガス導入口７側とオフガス排出口９ａ側とに区画する隔壁２４を設けても良い。
【００１９】
また、両エンドキャップ４，６における上記第１加湿領域１０に対応する部位には、上記アノードガスの導入口１１及び排出口１３が、一方、両エンドキャップ４，６における上記第２加湿領域１２に対応する部位には、上記カソードガスの導入口１５及び排出口１７が、それぞれ互いに対向するように開口されている。なお、図中においては、外筒５のオフガス排出口９ａ側開口に装着されたエンドキャップ４には、アノードガス導入口１１及びカソードガス導入口１５が、外筒５のオフガス導入口７側開口に装着されたエンドキャップ６には、アノードガス排出口１３及びカソードガス排出口１７が、それぞれ並設されている。そして、これらアノードガスの導入口１１及び排出口１３とカソードガスの導入口１５及び排出口１７は、上記両エンドキャップ４，６の内面側に凹設されたマニホールド部１１ａ，１３ａ，１５ａ，１７ａにそれぞれ連通されている。
【００２０】
更に、第１加湿領域１０には、両端がそれぞれ上記マニホールド部１１ａ，１３ａに開口され、上記アノードガス流路２０を形成する水蒸気選択透過性の非多孔質高分子膜からなる多数の中空糸２１の集合体が、第２加湿領域１２には、両端がそれぞれ上記マニホールド部１５ａ，１７ａに開口され、上記カソードガス流路２５を形成する水蒸気透過性の多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜からなる多数の中空糸２６の集合体が、それぞれ上記オフガス流路８ａを横切って架設されている。
【００２１】
ここで、非多孔質高分子膜とは、水蒸気を透過させるための物理的な孔が形成されておらず、溶解拡散により高分子間の間隙を通じて水蒸気のみを選択的に透過させる性質を有する高分子膜を意味している。そのような高分子膜としては、例えばフッ素系イオン交換膜等があげられる。また、多孔質高分子膜とは、水蒸気を透過させるための孔が物理的に形成された高分子膜を、微多孔質高分子膜とは、同じく水蒸気を透過させるために、上記多孔質高分子膜の孔よりも小さい微小孔が物理的に形成された高分子膜を、それぞれ意味しており、例えばフッ素系、ポリイミド系、ポリスルホン系、シリコン系、ポリオレフィン系等の高分子膜があげられる。
すなわち、加湿ガスとしてのカソードオフガスの導入口７が開設された第１加湿領域１０のアノードガス流路２０と比較して、上記オフガスが第１加湿領域１０においてアノードガスを加湿した後に流入する第２加湿領域１２のカソードガス流路２５の方が、全体として水蒸気透過抵抗が少なく水蒸気透過性に優れており、加湿能力が高くなっている。
【００２２】
そして、上記外筒５の両端部内面にはそれぞれ、ポッティングリング３０，３２が密に嵌合固定されており、該両ポッティングリング３０，３２内面における上記仕切り板２２を挟んだ上記第１加湿領域１０及び第２加湿領域１２にはそれぞれ、上記中空糸２１，２６の両端部が埋設支持された熱硬化性樹脂からなるポッティング材３４〜３７が充填されている。また、上記中空糸２１，２６の両端開口は、上記ポッティング材３４〜３７の外側端面において、それぞれ上記マニホールド部１１ａ，１３ａ，１５ａ，１７ａに対して開口されている。
なお、本第１実施例においては、第１加湿領域１０におけるアノードガス流路２０の下流側にオフガス導入口７を開設し、その上流側にオフガス排出口９ａを開設したが、逆に、第１加湿領域１０におけるアノードガス流路２０の上流側にオフガス導入口７を開設し、その下流側にオフガス排出口９ａを開設しても良いのはもちろんである。
【００２３】
次に、このような構造を有する気体加湿装置２Ａの作用について詳しく説明する。
上記オフガス導入口７からケース本体３内に加湿ガスとして導入された水蒸気を含むカソードオフガスは、まず第１加湿領域１０を通り、仕切り板２２の流通孔２３を経て、第２加湿領域１２へと流入する。
その一方で、アノードガス導入口１１及びカソードガス導入口１５からケース本体３内に被加湿ガスとして導入された乾燥したアノードガス及びカソードガスはそれぞれ、マニホールド部１１ａ，１５ａを介して、上記アノードガス流路２０及びカソードガス流路２５を形成する多数の中空糸２１，２６内へと導かれる。
【００２４】
その時、上記オフガスが最初に流入する第１加湿領域１０においては、そこに架設された非多孔質高分子膜からなる中空糸２１の集合体が、ケース本体３内に導入された直後のオフガスから水蒸気のみを選択的に透過させて、内部を流れるアノードガスを加湿する。また、オフガスが該第１加湿領域１０の次に流入する第２加湿領域１２においては、そこに架設された多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜からなる中空糸２６の集合体が、アノードガスを加湿し終えたオフガスから水蒸気を無数に設けられた孔を介して取り込み、内部を流れるカソードガスを加湿する。
【００２５】
そして、上記のようにして多数の中空糸２１，２６内で加湿されたアノードガス及びカソードガスはそれぞれ、マニホールド部１３ａ，１７ａにおいて一旦合流した後、アノードガス排出口１３及びカソードガス排出口１７から、上記燃料電池本体１のアノード１ａ及びカソード１ｂへと送出される。
一方、オフガス導入口７から第１加湿領域１０及び第２加湿領域１２へと順次流入して、アノードガス及びカソードガスを加湿し終えたカソードオフガスは、図２の破線矢印で示すように、Ｕ字状に折り返して再度第１加湿領域１０に流入し、該第１加湿領域１０に開設されたオフガス排出口９ａから気体加湿装置２Ａの外部へと排出される。
【００２６】
ところで、気体加湿装置２Ａ内に導入されたオフガスは、最初に流入する第１加湿領域１０に架設されたアノードガス流路２０と接触した際に、水蒸気を奪われて湿度が低下するが、次に接触する第２加湿領域１２に架設されたカソードガス流路２５の方が、上記アノードガス流路２０よりも加湿能力が高いため、アノードガス流路２０及びカソードガス流路２５の加湿能力とオフガスの湿度とがバランスして、これらの被加湿ガス流路２０，２５を流れるアノードガス及びカソードガスはそれぞれ均等に加湿される。
【００２７】
このように、上記気体加湿装置２Ａによれば、被加湿ガスとしてのアノードガス及びカソードガスを、加湿ガスとしてのカソードオフガスが流れる１つケース本体３内で、同時かつ均等に加湿することが可能となり、装置全体をコンパクトに形成することができるばかりでなく、上記両被加湿ガスを低コストにて効率良く加湿することができる。
また、水素を含むアノードガスが流れるアノードガス流路２０を、水蒸気のみを選択的に透過させる非多孔質高分子膜によって形成することにより、水素がアノードガス流路２０から外部へとリークする虞がなく安全性に優れ、しかも、オフガス中の水蒸気のみをアノードガスに供給することができるため、アノードガスの理想的な加湿が可能となる。また、酸素を含むカソードガスはアノードガス程の気密性が要求されないため、カソードガス流路２５を多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜によって形成することができ、気体加湿装置２Ａ全体としての製造コストも抑えることができる。
【００２８】
図３は、図１において採用されている本発明に係る気体加湿装置の第２実施例を示している。ここでは、上記図２に示した第１実施例との説明の重複を避けるため、第１実施例と同じ構成部分についてには同じ符号を付してその説明を省略する。
上記第１実施例に係る気体加湿装置２Ａにおいては、オフガス導入口７及びオフガス排出口９ａを共に外筒５の第１加湿領域１０側に開設することにより、オフガス流路８ａを図２の破線矢印で示すようにＵ字状に往復形成したが、本第２実施例に係る気体加湿装置２Ｂにおいては、オフガス導入口７を外筒５の第１加湿領域１０側に開設し、オフガス排出口９ｂを外筒５の第２加湿領域１２側に開設することにより、オフガス流路８ｂを図３の破線矢印で示すように片道形成している。
【００２９】
具体的には、第１加湿領域１０におけるアノードガス流路２０の下流側の外筒５にオフガス導入口７が開設され、第２加湿領域１２におけるカソードガス流路２５の上流側の外筒５にオフガス排出口９ｂが開設されている。
ただし、上記第１加湿領域１０におけるアノードガス流路２０の上流側にオフガス導入口７を開設し、上記第２加湿領域１２におけるカソードガス流路２５の下流側にオフガス排出口９ｂを開設しても良く、また、該オフガスの導入口７及び排出口９ｂをそれぞれ、各加湿領域１０，１２における外筒５の軸線ｌ方向中央に開設しても良い。
【００３０】
そうすることにより、上記オフガス導入口７から上記ケース本体３内に導入されたオフガスは、図３の破線矢印で示されるように、まず、該第１加湿領域１０に架設された上記アノードガス流路２０と接触して、該流路２０内を流れるアノードガスを加湿し、次に、上記仕切り板２２の多数の流通孔２３を介して第２加湿領域１２に流入し、該第２加湿領域１２に架設された上記カソードガス流路２５と接触して、該流路２５内を流れるカソードガスを加湿しする。そして最後に、これら各加湿領域１０，１２において各被加湿ガスを加湿し終えたオフガスは、そのまま該第２加湿領域１２に開設されたオフガス排出口９ｂから上記ケース本体３の外部へと排出される。
本第２実施例に係る気体加湿装置２Ｂにおけるその他の作用効果については、上記第１実施例に係る気体加湿装置２Ａと同じであることから、重複を避けるため、ここではその記載を省略する。
【００３１】
なお、上記第１実施例及び第２実施例においては、気体加湿装置２Ａ，２Ｂを、燃料電池本体１に供給するアノードガス及びカソードガスを加湿するのに使用する場合を例にあげて説明したが、上記気体加湿装置２Ａ，２Ｂは、複数の被加湿ガスを同時かつ均等に加湿する必要性がある他の用途にも使用できるのはもちろんである。
そして、被加湿ガス流路が架設され、上記加湿ガス導入口７から導入された加湿ガスが順次流入する加湿領域の数は、二つのみならず三つ以上であっても良く、その際、各加湿領域に互いに加湿能力の異なる被加湿ガス流路をそれぞれ架設し、加湿能力のより低い被加湿ガス流路が架設された加湿領域を、加湿ガス導入口７により近接させて配置して、加湿ガスの湿度と各被加湿ガス流路の加湿能力とをバランスさせることにより、これらの被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを、一つのケース体３内において同時かつ均等に加湿することが可能となる。
また、上記第１実施例及び第２実施例においては、各加湿領域１０，１２の間を仕切り板２２で仕切っているが、該仕切り板２２は必ずしも必要ではなく省略しても良い。
更に、上記第１実施例及び第２実施例においては、アノードガスとカソードガスを図中右側から左側へと同方向に流しているが、図中左側から右側へ或いは互いに逆方向に流しても良いのはもちろんである。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る気体加湿装置によれば、２つの被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを、同時かつ均等に加湿することが可能となり、２種類の被加湿ガスを低コストにて効率良く加湿することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気体加湿装置を用いた、固体高分子型燃料電池における反応ガスの加湿システムを示す模式図である。
【図２】本発明に係る気体加湿装置の第１実施例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る気体加湿装置の第２実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１固体高分子型燃料電池本体
２Ａ，２Ｂ気体加湿装置
３ケース本体
７オフガス導入口（加湿ガス導入口）
１０第１加湿領域
１２第２加湿領域
２０アノードガス流路（被加湿ガス流路）
２１非多孔質高分子膜からなる中空糸
２５カソードガス流路（被加湿ガス流路）
２６多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜からなる中空糸

Claims

中空のケース本体内に、加湿ガス導入口からケース本体内に導入された水蒸気を含む加湿ガスが順次流入する相互に連通した第１加湿領域及び第２加湿領域が形成され、これら加湿領域にそれぞれ、水蒸気透過性を有する高分子膜によって形成された被加湿ガス流路が架設されて成る気体加湿装置であって、
上記ケース本体が、軸方向に延びる筒状に形成されて、その端部開口にエンドキャップが装着されて成り、
上記第１加湿領域及び第２加湿領域が、上記ケース本体内で互いに隣接して、共に該ケース本体内面に沿って軸方向に延びており、
上記エンドキャップには、上記各加湿領域に架設された被加湿ガス流路に被加湿ガスをそれぞれ導入する被加湿ガス導入口と、該被加湿ガス流路から被加湿ガスを排出する被加湿ガス排出口とが配設されており、
上記加湿ガス導入口が、上記ケース本体の軸方向に延びる外周面に開設されて上記第１加湿領域の軸方向一端部に連通され、ケース本体内から加湿ガスを排出する加湿ガス排出口が、同じく上記ケース本体の軸方向に延びる外周面に開設されて上記第１加湿領域又は第２加湿領域の軸方向他端部に連通されており、
上記第１加湿領域に架設された被加湿ガス流路が有する加湿能力を、第２加湿領域に架設された被加湿ガス流路が有するそれよりも低くした、
ことを特徴とする気体加湿装置。
請求項１に記載の気体加湿装置において、上記被加湿ガス流路は、水蒸気透過性を有する高分子膜からなる中空糸の集合体であることを特徴とする気体加湿装置。
請求項１又は２に記載の気体加湿装置において、
上記第１加湿領域に架設された被加湿ガス流路が、固体高分子型燃料電池のアノードに供給される水素を含むガスを流すためのアノードガス流路であり、
上記第２加湿領域に架設された被加湿ガス流路が、該燃料電池のカソードに供給される酸素を含むガスを流すためのカソードガス流路であることを特徴とする気体加湿装置。
請求項３に記載の気体加湿装置において、上記アノードガス流路が水蒸気選択透過性を有する非多孔質高分子膜によって形成されていることを特徴とする気体加湿装置。
請求項４に記載の気体加湿装置において、上記非多孔質高分子膜がフッ素系イオン交換膜であることを特徴とする気体加湿装置。
請求項３〜５の何れかに記載の気体加湿装置において、上記カソードガス流路は、水蒸気透過性を有する多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜によって形成されていることを特徴とする気体加湿装置。
請求項３〜６の何れかに記載の気体加湿装置において、上記加湿ガス導入口から導入される加湿ガスが、上記固体高分子型燃料電池のカソードにおいて生成された水を水蒸気として含むオフガスであることを特徴とする気体加湿装置。
請求項１に記載の気体加湿装置において、上記第１加湿領域と第２加湿領域との間は、複数の流通孔を備えて軸方向に延びる仕切り板によって仕切られていて、これら加湿領域が、共に該仕切り板と上記ケース本体内面との間に形成されていることを特徴とする気体加湿装置。