JP4441387B2 - Humidifier - Google Patents
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Description
本発明は、加湿装置に関し、さらに詳しくは、中空糸膜を利用した加湿装置に関する。 The present invention relates to a humidifier, and more particularly, to a humidifier using a hollow fiber membrane.
近年、電気自動車の動力源などとして燃料電池が注目されている。この燃料電池には、いわゆる固体高分子型燃料電池のものがある。この固体高分子型の燃料電池においては、燃料電池から排出された湿潤気体であるオフガスの水分を乾燥気体に水分交換する加湿装置が用いられている。このような燃料電池に用いられる加湿装置としては、電力消費量が少ないものが好適である。また、取り付けスペースが小さい、いわばコンパクト性が求められる。そのため、加湿装置としては超音波加湿、スチーム加湿、気化式加湿、ノズル噴射などの種類があるものの、燃料電池に用いられる加湿装置としては、中空糸膜を用いたものが好適に利用されている。 In recent years, fuel cells have attracted attention as power sources for electric vehicles. This fuel cell includes a so-called solid polymer fuel cell. In this polymer electrolyte fuel cell, a humidifier is used that exchanges moisture of off-gas, which is a wet gas discharged from the fuel cell, with a dry gas. As a humidifier used in such a fuel cell, a device with low power consumption is preferable. In addition, a small mounting space, that is, compactness is required. Therefore, although there are various types of humidifiers such as ultrasonic humidification, steam humidification, vaporization type humidification, and nozzle injection, those using a hollow fiber membrane are suitably used as the humidifier used in the fuel cell. .
従来の中空糸膜を用いた加湿装置について図14を用いて説明すると、加湿装置100は、ハウジング101を有している。ハウジング101には、乾燥エアを導入する第一の流入口102および乾燥エアを排出する第一の流出口103が形成されており、ハウジング101の内部に多数、たとえば5000本の中空糸膜からなる中空糸膜束104が収納されている(例えば、特許文献1参照)。
A conventional humidifier using a hollow fiber membrane will be described with reference to FIG. 14. The
また、ハウジング101の両端部には、中空糸膜束104の両端部を開口状態で固定する固定部105,105′が設けられている。固定部105の外側には、湿潤エアを導入する第二の流入口106が形成されており、固定部105′の外側には、中空糸膜束104によって水分を分離・除去された湿潤エアを排出する第二の流出口107が形成されている。さらに、固定部105,105′はそれぞれ第一のヘッドカバー108および第二のヘッドカバー109によって覆われている。また、第二の流入口106は第一のヘッドカバー108に形成されており、第二の流出口107は第二のヘッドカバー109に形成されている。
Further, at both ends of the
このように構成された中空糸膜を用いた加湿装置100において、第二の流入口106から湿潤エアを供給して中空糸膜束104を構成する各中空糸膜内を通過させると、湿潤エア中の水分は、中空糸膜の毛管作用によって分離され、中空糸膜の毛管内を透過して、中空糸膜の外側に移動する。水分を分離させられた湿潤エアは、第二の流出口107から排出される。
In the
一方、第一の流入口102からは乾燥エアが供給される。第一の流入口102から供給された乾燥エアは、中空糸膜束104を構成する中空糸膜の外側を通流する。中空糸膜の外側には、湿潤エアから分離させられた水分が移動してきており、この水分によって乾燥エアが加湿される。そして、加湿された乾燥エアは第一の流出口103から排出されるというものである。
しかし、図14に示す従来の加湿装置100においては、乾燥エアを導入する第一の流入口102は、ハウジング101の長手方向における中央に寄った位置に形成されている。このため、ハウジング101に収納された中空糸膜束104における中空糸膜の外側を通る乾燥エアは、ハウジング101内で黒矢印により示すように、そのほとんどがハウジング101内の長手方向中央部を流れている。したがって、中空糸膜束104における端部に寄ったエリアS,Sでは充分な水分交換が行われていなかったので、中空糸膜内の透過水量に対して、水回収率が低くなってしまうという問題があった。
However, in the
そこで、本発明の課題は、ハウジングに収納された中空糸膜束における端部でも水分交換を充分行うことができるようにすることによって、水回収率の向上を図ることにある。 Then, the subject of this invention is aiming at the improvement of a water recovery rate by enabling sufficient water exchange to be performed also in the edge part in the hollow fiber membrane bundle accommodated in the housing.
前記課題を解決した本発明のうちの請求項1に係る発明は、ハウジングの長手方向に沿って配した多数の水透過性の中空糸膜を前記ハウジング内に収納し、前記中空糸膜の内側と外側にそれぞれ水分含量の異なる気体を通流して前記気体間で水分交換を行い、水分含量の少ない乾燥気体を加湿する加湿装置において、前記ハウジングの短手方向の略中央部に、前記中空糸膜の外側を通流する気体を通過させるバイパス通路が前記ハウジングの長手方向に沿って形成されており、前記バイパス通路は前記中空糸膜よりも大径であり、前記バイパス通路に前記中空糸膜の外側を通流する気体を導入する導入口と前記中空糸膜の外側を通流する気体を排出する排出口が形成され、前記ハウジングの一端に、前記ハウジング内に前記中空糸膜の外側を通流する気体を導入する流入口と、前記ハウジングの他端に、前記ハウジングから前記中空糸膜の外側を通流する気体を排出する流出口が前記ハウジングに形成されていることを特徴とする加湿装置である。
The invention according to
請求項1に係る発明においては、ハウジングの長手方向に沿って、中空糸膜の外側を通流する気体が通過するバイパス通路が形成されている。このバイパス通路は、中空糸膜よりも大径とされているので、ハウジング内に導入された中空糸膜の外側を通流する気体は、バイパス通路まで導入される。このバイパス通路を通過することによって、中空糸膜の外側を通流する気体をハウジング内に送ることができる。したがって、ハウジング内における中空糸膜束の全域にわたって気体を供給することができるので、ハウジング内の端部における中空糸膜でも有効に水分交換を行うことができ、もって水回収率の向上に寄与することができる。
なお、本発明にいう「ハウジングの短手方向略中央部」とは、ハウジングの短手方向中央部(軸中心)に完全に一致することを意味するのではなく、中央部から若干ずれた位置をも含める意味である。さらに言えば、バイパス通路の周面が中空糸膜に囲まれている状態であればよい。
In the invention which concerns on
The “substantially central portion in the short side direction of the housing” referred to in the present invention does not mean that it completely coincides with the central portion (axial center) in the short side direction of the housing, but is slightly shifted from the central portion. Is also included. Furthermore, what is necessary is just the state where the surrounding surface of a bypass channel is surrounded by the hollow fiber membrane.
請求項2に係る発明は、前記導入口及び前記排出口の少なくとも一方が前記バイパス通路の端部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の加湿装置である。
The invention according to
請求項3に係る発明は、前記導入口が前記バイパス通路の端部に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の加湿装置である。
The invention according to claim 3 is the humidifier according to
請求項4に係る発明は、前記中空糸膜の外側を通流する気体を排出する排出口が前記バイパス通路に複数形成され、これらの複数の排出口は前記バイパス通路の長手方向に離間して配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の加湿装置である。 In the invention according to claim 4, a plurality of outlets for discharging the gas flowing outside the hollow fiber membrane are formed in the bypass passage, and the plurality of outlets are separated in the longitudinal direction of the bypass passage. It is arrange | positioned, It is a humidification apparatus of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
請求項4に係る発明においては、バイパス通路の長手方向に離間して複数の排出口が形成されているので、ハウジング内において、その長手方向にほぼ均等に中空糸膜の外側を通流する気体を排出することができる。このため、ハウジング内に収納された中空糸膜のほぼ全域に中空糸膜の外側を通流する気体を供給することができるので、中空糸膜全体において水分交換を行うことができる。したがって、水回収率をさらに向上させることができる。 In the invention according to claim 4, since a plurality of discharge ports are formed apart from each other in the longitudinal direction of the bypass passage, the gas that flows through the outside of the hollow fiber membrane almost uniformly in the longitudinal direction in the housing Can be discharged. For this reason, since the gas which flows outside the hollow fiber membrane can be supplied to almost the entire region of the hollow fiber membrane accommodated in the housing, moisture exchange can be performed in the entire hollow fiber membrane. Therefore, the water recovery rate can be further improved.
請求項5に係る発明は、前記流入口および前記流出口は、前記バイパス管を隔てて互いに対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池用加湿装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the inflow port and the outflow port are formed at positions facing each other across the bypass pipe. It is a humidification apparatus for fuel cells as described.
請求項5に係る発明においては、中空糸膜の外側を通流する気体の流入口と流出口がバイパス通路を隔てて対向する位置に形成されている。このため、流入口から導入された中空糸膜の外側を通流する気体は、ハウジング内の短手方向に移動しながら中空糸膜の外側を通過する。したがって、中空糸膜の外側を通流する気体の移動径路が長くなるので、充分水分交換を行うことができる。よって、水回収率がさらに向上することになる。 In the invention which concerns on Claim 5, the inflow port and the outflow port of the gas which flow through the outer side of a hollow fiber membrane are formed in the position which opposes across a bypass channel. For this reason, the gas flowing outside the hollow fiber membrane introduced from the inflow port passes outside the hollow fiber membrane while moving in the short direction in the housing. Therefore, since the moving path of the gas flowing outside the hollow fiber membrane becomes longer, sufficient water exchange can be performed. Therefore, the water recovery rate is further improved.
以上のとおり、本発明のうちの請求項1に係る発明によれば、バイパス通路を通過することによって、中空糸膜の外側を通流する気体をハウジング内に送ることができる。したがって、ハウジング内における中空糸膜束の全域にわたって中空糸膜の外側を通流する気体を供給することができるので、ハウジング内の端部における中空糸膜でも有効に水分交換を行うことができ、もって水回収率の向上に寄与することができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, the gas flowing outside the hollow fiber membrane can be sent into the housing by passing through the bypass passage. Therefore, since the gas flowing outside the hollow fiber membrane can be supplied over the entire area of the hollow fiber membrane bundle in the housing, moisture can be effectively exchanged even in the hollow fiber membrane at the end in the housing, Therefore, it can contribute to the improvement of the water recovery rate.
請求項4に係る発明によれば、バイパス管の長手方向に離間して複数の排出口が形成されているので、ハウジング内において、その長手方向にほぼ均等に中空糸膜の外側を通流する気体を排出することができる。このため、ハウジング内に収納された中空糸膜のほぼ全域に中空糸膜の外側を通流する気体を供給することができるので、中空糸膜全体において水分交換を行うことができる、水回収率をさらに向上させることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the plurality of discharge ports are formed apart from each other in the longitudinal direction of the bypass pipe, the outside of the hollow fiber membrane flows substantially uniformly in the longitudinal direction in the housing. Gas can be discharged. For this reason, since the gas that flows outside the hollow fiber membrane can be supplied to almost the entire area of the hollow fiber membrane housed in the housing, water recovery can be performed in the entire hollow fiber membrane. Can be further improved.
請求項5に係る発明によれば、流入口から導入された中空糸膜の外側を通流する気体は、ハウジング内の短手方向に移動しながら中空糸膜の外側を通過する。したがって、中空糸膜の外側を移動する中空糸膜の外側を通流する気体の移動径路が長くなるので、充分水分交換を行うことができる。よって、水回収率をさらに向上させることができる。 According to the invention which concerns on Claim 5, the gas which flows through the outer side of the hollow fiber membrane introduced from the inflow port passes the outer side of a hollow fiber membrane, moving to the transversal direction in a housing. Therefore, since the moving path of the gas flowing outside the hollow fiber membrane that moves outside the hollow fiber membrane becomes long, sufficient water exchange can be performed. Therefore, the water recovery rate can be further improved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。図1は、燃料電池システムの全体構成図、図2は、燃料電池の構成を模式化した説明図である。
まず、図1を参照して、本発明の実施の形態に係る加湿装置が適用される燃料電池システムの全体構成および作用について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the fuel cell system, and FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the fuel cell.
First, with reference to FIG. 1, the overall configuration and operation of a fuel cell system to which a humidifier according to an embodiment of the present invention is applied will be described.
燃料電池システムFCSは、固体高分子型の燃料電池1、加湿装置2、気液分離装置3、空気圧縮機4、燃焼器5、燃料蒸発器6、改質器7、CO除去器8および水・メタノール混合液貯蔵タンク(以下「タンク」という)T等から構成される。
The fuel cell system FCS includes a polymer
燃料電池1の内部は、酸素極側1aと水素極側1bに分かれており、酸素極側1aには酸化剤ガスとしての加湿空気が供給され、水素極側1bには燃料ガスとしての水素リッチガスが供給される。そして、電解質膜を介して水素と酸素とを化学反応させて化学エネルギから電気エネルギを取り出して発電を行う。
The inside of the
加湿空気は、乾燥気体である空気を圧縮し加湿することにより生成する。ここで、空気の圧縮は空気圧縮機4で行い、加湿は加湿装置2で行う。加湿装置2での空気の加湿は、燃料電池1の酸素極側1aから排出され水分を多量に含むオフガスと相対的に水分を少量しか含まない空気との間で、水分の交換を行うことによりなされるが、この点は後に詳細に説明する。
Humidified air is generated by compressing and humidifying air, which is a dry gas. Here, air is compressed by the air compressor 4 and humidification is performed by the
一方、燃料ガスは、原燃料である水とメタノールの混合液を蒸発、改質およびCO除去を行うことにより発生する。ここで、原燃料の蒸発は燃料蒸発器6で、改質は改質器7で、CO除去はCO除去器8で行う。 On the other hand, fuel gas is generated by evaporating, reforming, and removing CO from a mixture of water and methanol, which is a raw fuel. Here, evaporation of the raw fuel is performed by the fuel evaporator 6, reforming is performed by the reformer 7, and CO removal is performed by the CO remover 8.
燃料蒸発器6にはタンクTに貯蔵された原燃料がポンプPを介して供給され、改質器7には燃料蒸発器6で蒸発した原燃料ガスが供給され、CO除去器8には改質器7で改質された燃料ガスが供給される。なお、改質器7では触媒の存在下、メタノールの水蒸気改質および部分酸化が行われる。また、CO除去器8では触媒の存在下で選択酸化が行われ、COがCO2に転換される。CO除去器8は、COの濃度を可及的に低減するため、No.1CO除去器とNo.2CO除去器の2つから構成される。また、CO除去器8には、選択酸化用の空気が空気圧縮機4から供給される。 The raw fuel stored in the tank T is supplied to the fuel evaporator 6 via the pump P, the raw fuel gas evaporated by the fuel evaporator 6 is supplied to the reformer 7, and the CO remover 8 is modified. Fuel gas reformed by the mass device 7 is supplied. In the reformer 7, steam reforming and partial oxidation of methanol are performed in the presence of a catalyst. Further, the selective oxidation is carried out in the presence of a catalyst in the CO remover 8, CO is converted to CO 2. Since the CO remover 8 reduces the concentration of CO as much as possible, no. 1CO remover and No. 1 It consists of two 2CO removers. The CO remover 8 is supplied with air for selective oxidation from the air compressor 4.
なお、燃料電池1からは、反応生成物である水を多量に含む酸素極側1aのオフガスおよび未利用の水素を含む水素極側1bのオフガスが同時に発生するが、酸素極側1aのオフガスは、前記の通り加湿器2で空気の加湿用に使用された後、水素極側1bのオフガスと混合され、気液分離装置3で水分が除去される。そして、水分が除去されたオフガスは、燃焼器5で燃焼され燃料蒸発器6の熱源として使用される。なお、燃焼器5には、メタノールなどの補助燃料および空気が供給され、燃料蒸発器6の熱量不足を補ったり燃料電池システムFCSの起動時の暖機を行ったりする。
The
次に、図2を参照して、燃料電池システムの中核をなす燃料電池の構成および作用について説明する。この図2における燃料電池1は、その構成を模式化して1枚の単セルとして表現してある(実際には燃料電池1は、単セルを200枚程度積層した積層体として構成される)。
Next, the configuration and operation of the fuel cell that forms the core of the fuel cell system will be described with reference to FIG. The
図2に示すように、燃料電池1は、電解質膜13を挟んで酸素極側1aと水素極側1bとに分けられ、それぞれの側に白金系の触媒を含んだ電極が設けられており、酸素極12および水素極14を形成している。そして、酸素極側ガス通路11には酸化剤ガスとして加湿装置2で加湿された加湿空気が通流され、水素極側ガス通路15には原燃料から発生した水素リッチな燃料ガスが通流される。電解質膜13としては固体高分子膜、たとえばプロトン交換膜であるパーフロロカーボンスルホン酸膜を電解質として用いたものが知られている。この電解質膜13は、固体高分子中にプロトン交換基を多数持ち、飽和含水することにより常温で20Ω-プロトン以下の低い比抵抗を示し、プロトン導伝性電解質として機能する。したがって、触媒の存在下で水素極14で水素がイオン化して生成したプロトンは、容易に電解質膜13中を移動して酸素極12に到達する。そして、酸素極12に到達したプロトンは、触媒の存在下、加湿空気中の酸素から生成した酸素イオンと直ちに反応して水を生成する。生成した水は、加湿空気とともに湿潤気体であるオフガスとして燃料電池1の酸素極側1aの出口から排出される。なお、水素極14では水素がイオン化する際に電子e-が生成するが、この生成した電子e-はモータなどの外部負荷Mを経由して酸素極12に達する。
As shown in FIG. 2, the
このように加湿した加湿空気を酸化剤ガスとして燃料電池1に供給するのは、電解質膜13が乾燥すると電解質膜13におけるプロトン導伝性が低くなって発電効率が低下するからである。従って、固体高分子型の燃料電池1を使用する燃料電池システムFCSにおいては、加湿が重要な意義を有する。
The reason why the humidified humidified air is supplied to the
続いて、図3ないし図5を参照して本発明の第1の実施形態に係る加湿装置について説明する。なお、図3ないし図11においては、本発明の「中空糸膜の内側を通流する気体」であるオフガスの流れを白矢印で示し、「本発明の中空糸膜の外側を通流する気体」である乾燥空気(加湿空気)の流れを黒矢印で示す。
第1の実施形態に係る加湿装置2は、図3(a)に示すように、略円柱形をした中空糸膜モジュール21を並列に2本有するとともに、箱型をした一端側分配器22および他端側分配器23を有し、全体として直方体形状とされている。2本の中空糸膜モジュール21,21は、一端側分配器22および他端側分配器23により水平に所定の間隔を置いて配置され固定されている。また、各中空糸膜モジュール21,21のそれぞれには、一端側分配器22を介して乾燥空気の供給および湿潤したオフガスの排出、他端側分配器23を介して乾燥空気が加湿されてなる加湿空気の排出およびオフガスの供給がなされる。
Next, the humidifying device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5. 3 to 11, the flow of off-gas which is “the gas flowing inside the hollow fiber membrane” of the present invention is indicated by white arrows, and “the gas flowing outside the hollow fiber membrane of the present invention” is shown. The flow of dry air (humidified air) is indicated by black arrows.
As shown in FIG. 3 (a), the
中空糸膜モジュール21は、図3(b)に示すように、ハウジング21aを有している。このハウジング21aには、図4および図5に示すように、その長手方向に沿って配した水透過性の中空糸膜を束ねて構成された中空糸膜束21bが収納されている。中空糸膜は、内側から外側に達する口径数nm(ナノメートル)の微細な毛管を多数有しており、毛管中では、蒸気圧が低下して容易に水分の凝縮が起こる。凝縮した水分は、毛管現象により吸い出されて水が中空糸膜を透過する。
As shown in FIG. 3B, the hollow
ハウジング21aは、両端が開放された中空円筒形状をしており、その長手方向の一端側に乾燥空気をハウジング21a内に導入する8個の乾燥空気流入口21c,21c…が周方向に離間して形成されている。その一方、ハウジング21aにおける長手方向の他端側には、加湿された加湿空気の流出口となる8個の加湿空気流出口21d,21d…が周方向に離間して形成されている。
The
また、図5に示すように、ハウジング21aの短手方向中央部には、乾燥空気を通過させるバイパス通路を形成する中空のバイパス管21eが配設されている。このバイパス管21eの内径は中空糸膜よりも大径であり、たとえば直径1cm〜5cmとされている。このバイパス管21eの一端部側には、乾燥空気をバイパス管21eに導入するための導入口21fa,21fa…が周方向に離間して複数、たとえば8個所に形成されている。この導入口21fa,21fa…が形成されている位置は、ハウジング21aの長手方向一端部近傍とされている。このため、導入口21fa、21fa…から導入される乾燥空気は、ハウジング21a内における長手方向一端部近傍を通過することになる。なお、この端部近傍とは、具体的にたとえば、後述する一端部側のポッティング部21gから1cm程度の位置とされている。また、ポッティング部21gから3cm、5cm程度の位置とすることもできる。
また、バイパス管21eの他端部側には、バイパス管21e内を通過してきた乾燥空気を排出する排出口21fb,21fb…が周方向に離間して複数、たとえば8個所に形成されている。この排出口21fb,21fb…が形成されている位置は、ハウジング21aの長手方向他端部近傍とされている。このため、排出口21fb、21fb…から排出される乾燥空気は、ハウジング21a内における長手方向他端部近傍を通過することになる。なお、この端部近傍とは、前記の一端部側と同様、具体的にたとえば、後述する他端部側のポッティング部21hから1cm程度の位置とされている。また、ポッティング21hから3cm、5cm程度の位置とすることもできる。
Further, as shown in FIG. 5, a
Further, on the other end portion side of the
そして、乾燥空気流入口21c,21c…からハウジング21a内に導入された乾燥空気の一部は、そのままハウジング21a内を乾燥空気流出口21d,21d…が形成されている方向に流れる。その他の乾燥空気は、バイパス管21eの導入口21fa,21fa…からバイパス管21e内のバイパス通路に導入される。バイパス管21e内に導入された乾燥気体は、バイパス管21e内を通過し、排出口21fb,21fb…から排出されるようになっている。
Then, a part of the dry air introduced into the
一方、ハウジング21aに収容される中空糸膜束21bは、中空通路を有する水透過性の中空糸膜を多数、たとえば数千本束ね、一端部側にポッティング部21g、他端部側にポッティング部21hを設けるようにしてポッティングされている。ハウジング21aの一端部側に設けられたポッティング部21gは、乾燥気体流入口21c,21c,が形成されている位置より若干端部側に位置している。
On the other hand, the hollow
また、ポッティング部21gの外側にはオフガス流出口21jが形成されている一方、ポッティング部21hのさらに外側にはオフガス流入口21iが形成されている。こうして、ポッティング部21g,21hを隔てた場合に、オフガス流入口21iおよびオフガス流出口21jは中空糸膜束21bを形成する各中空糸膜の内側と連通し、各中空糸膜の外側とオフガス流入口21iおよびオフガス流出口21jとは気密状態を保つとともに、中空糸膜の内側である中空通路を通流するオフガスと中空糸膜の外側を通流する乾燥空気が混合しないようになっている。さらには、オフガス流入口21iから流入したオフガスは、ポッティング部21hよりも外側の位置において各中空糸膜に分配され、各中空糸膜から排出されたオフガスはポッティング21gよりも外側の位置で集められるようになっている。このような中空糸膜モジュール21は、ハウジング21aに所定数の中空糸膜の束を挿通し、両端面近傍を接着剤で充分接着固定してポッティング部21g,21hを形成した後、ハウジング21aの両端に沿って中空糸膜の束を切断除去することにより作成される。
An off-
他方、一端側分配器22は、他端側分配器23とともに2本の中空糸膜モジュール21,21を所定の位置関係で固定している。この一端側分配器22は、オフガス出口22aおよび乾燥空気入口22bを有する。オフガス出口22aは、図4(a),(b)に示すように、一端側分配器22の内部に配した内部流路22a′によって各中空糸膜モジュール21,21のオフガス流出口21jと連通している。また、乾燥空気入口22bは、図4(a),(c)に示すように、一端側分配器22の内部に配した内部流路22b′によって各中空糸膜モジュール21,21の一端部側に形成された乾燥空気流入口21c,21c…と連通している。
On the other hand, the one
一方、他端側分配器23には、オフガス入口23aおよび加湿空気出口23bが形成されている。オフガス入口23aは、図4(a)に示すように、他端側分配器23の内部に配した内部流路23a′によって各中空糸膜モジュール21,21のオフガス流入口21iと連結されている。また、加湿空気出口23bは、他端側分配器23の内部に配した内部流路23b′によって、中空糸膜モジュール21,21の他端部側に形成された乾燥空気流出口21d,21d…と連通している。
On the other hand, an off-
このように中空糸膜モジュール21をパッケージングすることにより、取り扱いの容易さを確保しつつ省スペース化を図ることができる。
By packaging the hollow
次に、図3ないし図6を参照して本発明に係る加湿装置2の作用を説明する。
湿潤気体であるオフガスは、図3および図4に示す他端側分配器23のオフガス入口23aから加湿装置2に流入する。他端側分配器23に流入したオフガスは、内部流路23a′を経由して中空糸膜モジュール21のオフガス流入口21iに達する。このオフガス流入口21iを介してハウジング21a内に流入したオフガスは、中空糸膜束21bにおける各中空糸膜に向けて分岐し、その内側を通流する。中空糸膜の内側を通流したオフガスは、各中空糸膜を抜け出てオフガス流出口21jから流出される。オフガス流出口21jから流出したオフガスは、一端側分配器22の内部通路22a′を通流して合流する。そして、オフガス出口22aに達してオフガス出口22aから排出され、後段の気液分離装置3に向かう。
Next, the operation of the
The off gas, which is a wet gas, flows into the
一方、乾燥気体である乾燥空気は、一端側分配器22の乾燥空気入口22bから加湿装置2に入り、内部流路22b′を経由して分配され各中空糸膜モジュール21,21の一端部側に形成された乾燥空気流入口21c,21c…からハウジング21a内に導入される。ハウジング21a内に導入された乾燥空気は、中空糸膜の外側を通流する。このとき、中空糸膜の外側を乾燥空気が通流し、中空糸膜の内側にはオフガスが通流しており、中空糸膜によってオフガスから水分が分離されている。この分離された水分によって、中空糸膜の外側を通流する乾燥空気が加湿されて加湿空気となる。
On the other hand, the dry air, which is a dry gas, enters the
この点についてさらに説明すると、中空糸膜の内側に水分を多く含有するオフガスを通流し、外側に相対的に水分を少ししか含有しない乾燥空気を通流する。すると、中空糸膜の内側ではオフガス中の水分が凝縮し、外側では乾燥空気によって水分が蒸発する。同時に、中空糸膜の内側から外側に向けて、内側で凝縮したオフガスの水分が毛管現象により供給される。これにより、中空糸膜の外側を通流する乾燥空気の加湿が行われる。つまり、中空糸膜においては、中空糸膜の内側と外側を通流する気体の水分含有量の差を推進力として、水透過(水分離)が行われる。 This will be further described. An off gas containing a large amount of water is passed through the inside of the hollow fiber membrane, and a dry air containing relatively little water is passed through the outside. Then, moisture in the off-gas is condensed inside the hollow fiber membrane, and moisture is evaporated by dry air outside. At the same time, off-gas moisture condensed inside is supplied by capillary action from the inside to the outside of the hollow fiber membrane. Thereby, humidification of the dry air which flows outside the hollow fiber membrane is performed. That is, in the hollow fiber membrane, water permeation (water separation) is performed using the difference in the moisture content of the gas flowing inside and outside the hollow fiber membrane as a driving force.
こうして得られた加湿空気は、乾燥空気流出口21d,21d…から出口側分配器23における内部流路23b′に向けて排出される。内部流路23b′では、中空糸膜モジュール21から排出された加湿空気が集められて加湿空気出口23bに向かい、その後、加湿空気出口23bを経て後段の気液分離装置3に供給される。
The humidified air thus obtained is discharged from the
このようにして、オフガスと乾燥空気との間で水分交換が行われるが、本発明においては、図5に黒矢印で示すように、乾燥空気流入口21c,21cからハウジング21a内に導入された乾燥空気の一部は、そのまま中空糸膜束21b間における中空糸膜の外側を通流して乾燥空気流出口21d,21d…に向けて移動する。その一方、ハウジング21a内に導入された乾燥空気のうちの残りは、導入口21fa,21faを介してバイパス管21e内に流入する。バイパス管21e内においては、バイパス管21eの外側よりも抵抗値が低いので容易に排出口21fb,21fb…まで乾燥空気が移動する。こうして、排出口21fb,21fb…の位置まで移動してきた乾燥空気は、排出口21fb,21fb…から、バイパス管21eの外側であってハウジング21aの内側に排出される。
In this way, moisture is exchanged between the off-gas and the dry air. In the present invention, as shown by the black arrows in FIG. 5, the water is introduced into the
このように、乾燥空気流入口21c,21c…から導入され、そのまま中空糸膜束21b間における中空糸膜の外側を通流して乾燥空気流出口21d,21d…に向かった乾燥空気は、ハウジング21a内に収納された中空糸膜束21bのうち、長手方向中央部分において主に水分交換が行われる。一方、バイパス管21e内を通過した乾燥空気は、ハウジング21a内に収納された中空糸膜束21bのうち、長手方向両端部分のエリアS,Sにおいて主に水分交換が行われる。このため、ハウジング21a内における全域において、ほぼ均一に乾燥空気を行き渡らせることができる。したがって、中空糸膜束21bの全体においてほぼ均一に水分交換を行うことができるので、水回収率を向上させることができる。
As described above, the dry air introduced from the
次に、本発明の第2の実施形態について図7および図8を参照して説明する。
図7は、第2の実施形態に係る中空糸膜モジュールの側断面図、図8(a)は、図7のX−X線断面図、(b)は図7のY−Y線断面図である。なお、本実施形態は、前記第1の実施形態と共通する部分もあるので、前記第1の実施形態と異なる部分について主に説明し、前記第1の実施形態と共通する部分については、図面中において同一の番号を付してその説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
7 is a side sectional view of the hollow fiber membrane module according to the second embodiment, FIG. 8A is a sectional view taken along line XX of FIG. 7, and FIG. 7B is a sectional view taken along line YY of FIG. It is. In addition, since this embodiment has a part which is common in the first embodiment, a part different from the first embodiment will be mainly described, and a part which is common to the first embodiment will be described in the drawing. The same reference numerals are assigned and description thereof is omitted.
図7および図8に示すように、本実施形態に係る中空糸膜モジュール31は、前記第1の実施形態と異なる構成として、ハウジング21a内にバイパス通路を形成するバイパス管31eが配設されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the hollow
このバイパス管31eには、一端側分配器22の乾燥空気流入口22bから乾燥空気をバイパス管31e内に直接導入する導入管31faが設けられている。また、バイパス管31eには多数の排出口31fb,31fb…が形成されており、これらの排出口31fb,31fb…はそれぞれバイパス管31eの長手方向に離間して配置されている。その他の構成については、前記第1の実施形態と実質的に同一である。
The
かかる構成を有する本実施形態の作用について述べる。
本実施形態においては、一端側分配器22における内部流路22b′を経てきた乾燥空気が、ハウジング21aにおける乾燥空気流入口21c,21c…からハウジング21a内に導入される。それとともに、乾燥空気は、導入管31faを通過してバイパス管31e内に導入される。
The operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
In the present embodiment, the dry air that has passed through the
乾燥空気流入口21c,21c…から導入された乾燥空気は、ハウジング21a内において直接乾燥空気流出口21dに向けて移動する。一方、バイパス管31e内に導入された乾燥空気は、バイパス管31eの長手方向に離間して配置された多数の排出口31fb,31fb…からバイパス管31eの外側に排出される。これら多数の排出口31fb,31fb…は、バイパス管31eの長手方向に離間して配置されているので、バイパス管31eを経て導入された乾燥空気は、ハウジング21aの長手方向中央部および端部に相当するエリアS,Sに至るまで、ハウジング21a内における全体の隅々にまで行き渡ることになる。
The dry air introduced from the
このため、ハウジング21aの長手方向の両端部および中央部においても、中空糸膜束21bと乾燥空気とが水分交換を行うことができる。したがって、中空糸膜21bの両端部から中央部に至る全域において充分に水分交換を行うことができるので、水回収率を向上させることができる。
For this reason, the hollow
また、こうして乾燥空気流入口21c,21c…およびバイパス管31eの排出口31fb,31fb…からハウジング21aにおける中空糸膜の外側部位に導入された乾燥空気は、中空糸膜の外側を通流する。このときに、乾燥空気は、中空糸膜内を通流するオフガスの水分によって加湿されて加湿空気となる。そして、加湿空気出口23bから排出されて、適宜の流路を経て図1に示す後段の気液分離装置3に供給される。
In this way, the dry air introduced from the
続いて、第3の実施形態について図9を参照して説明する。
図9は、第3の実施形態に係る中空糸膜モジュールの側断面図である。本実施形態においても、第1の実施形態と同一の部分については同一の番号を付してその説明を省略する。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a side sectional view of the hollow fiber membrane module according to the third embodiment. Also in this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図9に示すように、本実施形態に係る中空糸膜モジュール41においては、ハウジング41aの長手方向中央部が軸中心方向に向けてくびれている。このくびれにより、ハウジング41a内に収納されている中空糸膜束41bの長手方向中央部は、軸中心方向によっている。その他の部分については、前記第1の実施形態と同一である。
As shown in FIG. 9, in the hollow
かかる構成を有する本実施形態においては、前記第1の実施形態同様、乾燥空気流入口21c,21c…からハウジング41a内に乾燥空気が導入され、その一部は乾燥空気流出口21d,21d方向に直接移動する。乾燥空気の他部は、バイパス管21eの一端部側に形成されたに導入口21fa,21fa…からバイパス管21e内に導入される。バイパス管21e内に導入された乾燥空気は、バイパス管21eの他端部側に形成された排出口21fb,21fb…から排出される。
In this embodiment having such a configuration, as in the first embodiment, dry air is introduced into the
ここで、本実施形態では、ハウジング41aの長手方向中央部が軸中心方向に向けてくびれている。そのため、乾燥空気流入口21c,21c…から導入された乾燥空気が通過する部位における中空糸膜束41bの断面積が小さくなっているので、乾燥空気が中空糸膜束41b全体に行き渡りやすくなる。
Here, in this embodiment, the longitudinal direction center part of the
さらに、第4の実施形態について図10を参照して説明する。
図10は、第4の実施形態に係る中空糸膜モジュールの側断面図である。本実施形態においても、第1の実施形態と同一の部分については同一の番号を付してその説明を省略する。
Furthermore, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a side sectional view of a hollow fiber membrane module according to the fourth embodiment. Also in this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図10に示すように、本実施形態に係る中空糸膜モジュール51においては、ハウジング21a内にバイパス管51eが配設されている。バイパス管51eには、バイパス管51e内に乾燥空気を導入する太径の導入管51faが設けられている。また、本実施形態では乾燥空気をハウジング21a内に直接導入する乾燥空気流入口は形成されていない。このため、一端側分配器22の内部流路22b′を経てきた乾燥空気は、すべてバイパス管51e内に導入される。
As shown in FIG. 10, in the hollow
また、バイパス管51eには、複数の排出口51fb,51fb…が形成されており、これらの排出口51fb,51fb…は、バイパス管51eの長手方向に離間して配置されている。その他の部分については、前記第1の実施形態と同一である。
Further, the
かかる構成を有する本実施形態においては、バイパス管51eにおける導入口51faより、バイパス管51e内に乾燥空気が導入される。バイパス管51e内に導入された乾燥空気は、バイパス管51eの長手方向に離間して形成された複数の排出口51fb,51fb…からハウジング21a内に収納された中空糸膜束21bに向けて排出される。このとき、排出口51fb,51fb…は、バイパス管51eの長手方向に離間して複数形成されているので、中空糸膜束21bの全域にわたって乾燥空気を供給することができる。したがって、中空糸膜21bの全域において充分に水分交換を行うことができるので、水回収率を向上させることができる。
In the present embodiment having such a configuration, dry air is introduced into the
次に、第5の実施形態について図11を参照して説明する。
図11は、第5の実施形態に係る中空糸膜モジュールの側断面図である。本実施形態においても、第1の実施形態と同一の部分については同一の番号を付してその説明を省略する。
図11に示すように、本実施形態に係る中空糸膜モジュール61は、ハウジング21aの一端部側に乾燥空気流入口61cが、他端部側に形成されている乾燥空気流出口61dがそれぞれ一つずつ形成されている。また、これらの乾燥空気流入口61cおよび乾燥空気流出口61dは、バイパス管21eを隔てて互いに対向する位置に配置されている。
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a side sectional view of a hollow fiber membrane module according to the fifth embodiment. Also in this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 11, the hollow
かかる構成を有することにより、本実施形態では、バイパス管21eの排出口21fb,21fb…から排出された乾燥空気は、ハウジング21a内の短手方向にも行き渡ることになる。したがって、ハウジング21a内を通流する乾燥気体の移動経路が長くなり、ハウジング21a内で乾燥空気が滞留し、中空糸膜束21bを構成する中空糸膜との接触時間が長くなるので、充分に水分交換を行うことができる。よって、水回収率の向上に寄与することができる。
By having such a configuration, in the present embodiment, the dry air discharged from the discharge ports 21fb, 21fb... Of the
他方、前記各実施形態においては、バイパス管をハウジングの短手方向中央部に配設したが、この位置に配設することは必須ではない。たとえば、図12に示すように、仮想線で示す中央位置に配設したバイパス管21eを、若干下方にオフセットさせる態様とすることができる。また、図示はしないが、もちろん上方や側方、さらには斜め方向にオフセットさせる態様とすることもできる。
On the other hand, in each said embodiment, although the bypass pipe was arrange | positioned in the transversal center part of the housing, it is not essential to arrange | position in this position. For example, as shown in FIG. 12, the
あるいは、バイパス管は1本のみとする必要はない。たとえば、図13(a)に示すように、2本のバイパス管21e,21eを配設することができるし、図13(b)に示すように、3本のバイパス管21e,21e,21eを配設することもできる。
Alternatively, it is not necessary to have only one bypass pipe. For example, as shown in FIG. 13 (a), two
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前記の各実施形態に限定されるものではない。たとえば、ハウジング内においてオフガスと乾燥空気を向流となるように通流させているが、並流となるように通流させる態様とすることもできる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, although off gas and dry air are made to flow countercurrently in the housing, it is also possible to adopt a mode in which they are made to flow in parallel.
このとき、乾燥空気とオフガスを向流とするメリットとしては、中空糸膜内の湿度濃度差を均一化することができるので、水透過効率が向上することが挙げられる。また、気体の入口と出口が対向することになるので、ガス配管のレイアウト性が向上する。さらには、中空糸膜による熱交換効率が良くなるので、ガスの冷却性能が向上する。しかも、熱交換率が高いので、乾燥空気の出口の温度をオフガスの出口の温度に合わせやすいため、温度調節が容易となる。したがって、燃料電池へ供給する空気の湿度を管理しやすくなる。 At this time, as an advantage of using dry air and off-gas as countercurrent, the difference in humidity concentration in the hollow fiber membrane can be made uniform, so that the water permeation efficiency is improved. Further, since the gas inlet and the outlet face each other, the layout of the gas pipe is improved. Furthermore, since the heat exchange efficiency by the hollow fiber membrane is improved, the gas cooling performance is improved. In addition, since the heat exchange rate is high, it is easy to adjust the temperature of the outlet of the dry air to the temperature of the outlet of the off gas, so that the temperature can be easily adjusted. Therefore, it becomes easy to manage the humidity of the air supplied to the fuel cell.
ここで、加湿装置が有する温度調節機能について補足する。
例えば、スーパーチャージャなどの空気圧縮機で圧縮された乾燥空気は、おおよそ30℃(燃料電池のアイドリング時)〜120℃(燃料電池の最高出力時)の間で温度が変化する。一方、燃料電池は温度調節下約80℃で運転され、80℃+α程度のオフガスが排出される。このオフガスと空気圧縮機で圧縮された乾燥空気を加湿装置に通流すれば、中空糸膜において水分移動とともに熱移動も起こり、乾燥空気はオフガスに近い温度(つまり燃料電池の運転温度に近い安定した温度)の加湿空気になって燃料電池に供給される。即ち、乾燥空気は、燃料電池のアイドリング時などの低出力時には加湿装置により加湿および加温されて燃料電池に供給され、燃料電池の最高出力時などの高出力時には加湿装置により加湿および冷却され、安定した温度範囲の加湿空気として燃料電池に供給される。したがって、加湿装置が有する温度調節機能により燃料電池を好適な温度条件で運転することができ、燃料電池の発電効率が高くなる。
Here, it supplements about the temperature control function which a humidifier has.
For example, the temperature of dry air compressed by an air compressor such as a supercharger changes between approximately 30 ° C. (when the fuel cell is idling) to 120 ° C. (when the fuel cell is at its maximum output). On the other hand, the fuel cell is operated at about 80 ° C. under temperature control, and off-gas of about 80 ° C. + α is discharged. If this off-gas and dry air compressed by the air compressor are passed through a humidifier, moisture transfer and heat transfer occur in the hollow fiber membrane, and the dry air is at a temperature close to that of the off-gas (that is, the stability close to the operating temperature of the fuel cell). ) And is supplied to the fuel cell. That is, the dry air is humidified and heated by the humidifier when the output is low, such as when the fuel cell is idling, and is supplied to the fuel cell, and is humidified and cooled by the humidifier when the output is high, such as the maximum output of the fuel cell. The fuel cell is supplied as humidified air in a stable temperature range. Therefore, the fuel cell can be operated under suitable temperature conditions by the temperature adjustment function of the humidifier, and the power generation efficiency of the fuel cell is increased.
また、空気圧縮機の吐出側にインタークーラが取り付けられる場合は、空気圧縮機で圧縮された乾燥空気は冷却(又は加温)され、おおよそ50℃(燃料電池のアイドリング時)〜60℃(燃料電池の最高出力時)の間で温度が変化する。このインタークーラを通過した乾燥空気をオフガス(80℃+α)が通流する加湿装置に通流すれば、乾燥空気は、中空糸膜において加湿及び温度調節(加温)されオフガスに近い温度、つまり燃料電池の運転温度に近い安定した温度範囲の加湿空気になって燃料電池に供給される。したがって、インタークーラが取り付けられた場合も、加湿装置が有する温度調節機能により燃料電池を好適な温度条件で運転することができ、燃料電池の発電効率が高くなる。 Further, when an intercooler is attached to the discharge side of the air compressor, the dry air compressed by the air compressor is cooled (or heated), and is approximately 50 ° C. (during fuel cell idling) to 60 ° C. (fuel) The temperature changes between the maximum output of the battery. If the dry air that has passed through the intercooler is passed through a humidifier through which off gas (80 ° C. + α) flows, the dry air is humidified and temperature-controlled (heated) in the hollow fiber membrane, that is, a temperature close to the off gas, that is, The humidified air in a stable temperature range close to the operating temperature of the fuel cell is supplied to the fuel cell. Therefore, even when the intercooler is attached, the fuel cell can be operated under a suitable temperature condition by the temperature adjustment function of the humidifier, and the power generation efficiency of the fuel cell is increased.
一方、乾燥空気とオフガスを並流とするメリットとしては、乾燥空気とオフガスが入口部分で湿度濃度差が高いので、加湿効率が向上するため、中空糸膜自体の全長を短縮できるので、装置の小型化に寄与することが挙げられる。また、装置を小型化できるので、中空糸を整列させて束ねることが容易となり、これらのことにより、コストの低減に寄与する。さらには、乾燥空気の熱交換率が低くなるので、高出力時に燃料電池に供給するガス温度を高めに設定することができる。したがって、燃料電池の効率を向上させることができる。 On the other hand, the merit of making dry air and off-gas flow in parallel is that the humidity concentration difference between the dry air and off-gas at the inlet is high, so the humidification efficiency improves, so the overall length of the hollow fiber membrane itself can be shortened. It contributes to miniaturization. Moreover, since the apparatus can be reduced in size, it becomes easy to align and bundle the hollow fibers, which contributes to cost reduction. Furthermore, since the heat exchange rate of the dry air is lowered, the gas temperature supplied to the fuel cell at high output can be set higher. Therefore, the efficiency of the fuel cell can be improved.
また、加湿装置は中空糸膜モジュールを2本備えているが、1本やそれ以外の本数でもよいことはいうまでもない。さらに、前記各実施形態では「中空糸膜の内側を通流する気体」をオフガスとし、「中空糸膜の外側を通流する気体」を乾燥空気としているが、これらを逆にすることもできる。 Moreover, although the humidification apparatus is provided with two hollow fiber membrane modules, it cannot be overemphasized that one or other numbers may be sufficient. Further, in each of the above embodiments, “gas flowing through the inside of the hollow fiber membrane” is off-gas and “gas flowing through the outside of the hollow fiber membrane” is dry air. However, these can be reversed. .
なお、中空糸膜モジュールなどのハウジング内における乾燥空気(加湿空気)が通流する部分に水分が凝縮して水溜りを生じると、中空糸膜の外側の表面積を有効に活用することができなくなるおそれがある。したがって、ハウジング内に水溜りが生じないように、中空糸膜モジュールなどの下方からも、加湿空気を抜き出せるようにしておくのが好ましい。このようにすることで、凝縮した水を加湿空気とともに容易にハウジング内から抜き出すことができ、水溜りの発生を防止する。なお、抜き出した水は、キャッチタンクなどにより捕集し、他の系に廻すなどして再利用するのが好ましい。 In addition, when moisture condenses in a portion of the housing such as a hollow fiber membrane module through which dry air (humidified air) flows, it becomes impossible to effectively utilize the outer surface area of the hollow fiber membrane. There is a fear. Therefore, it is preferable that the humidified air can be extracted from below the hollow fiber membrane module or the like so that water does not accumulate in the housing. By doing in this way, the condensed water can be easily extracted from the inside of the housing together with the humidified air, and the occurrence of a water pool is prevented. The extracted water is preferably collected by a catch tank or the like and reused by being sent to another system.
1 燃料電池
2 加湿装置
21a ハウジング
21b 中空糸膜束
21c 乾燥空気流入口
21d 乾燥空気流出口
21e バイパス管(バイパス通路)
21fa 導入口
21fb 排出口
21i オフガス流入口
21j オフガス流出口
FCS 燃料電池システム
DESCRIPTION OF
21fa
Claims (5)
前記ハウジングの短手方向の略中央部に、前記中空糸膜の外側を通流する気体を通過させるバイパス通路が前記ハウジングの長手方向に沿って形成されており、
前記バイパス通路は前記中空糸膜よりも大径であり、
前記バイパス通路に前記中空糸膜の外側を通流する気体を導入する導入口と前記中空糸膜の外側を通流する気体を排出する排出口が形成され、
前記ハウジングの一端に、前記ハウジング内に前記中空糸膜の外側を通流する気体を導入する流入口と、前記ハウジングの他端に、前記ハウジングから前記中空糸膜の外側を通流する気体を排出する流出口が前記ハウジングに形成されていることを特徴とする加湿装置。 A large number of water-permeable hollow fiber membranes arranged along the longitudinal direction of the housing are accommodated in the housing, and gases having different moisture contents are passed through the inside and outside of the hollow fiber membranes so that moisture is contained between the gases. In a humidifier that exchanges and humidifies dry gas with low moisture content,
A bypass passage that allows a gas flowing outside the hollow fiber membrane to pass through is formed along a longitudinal direction of the housing at a substantially central portion in a short direction of the housing,
The bypass passage has a larger diameter than the hollow fiber membrane,
An introduction port for introducing gas flowing through the outside of the hollow fiber membrane into the bypass passage and a discharge port for discharging gas flowing through the outside of the hollow fiber membrane are formed,
An inlet for introducing a gas that flows outside the hollow fiber membrane into the housing at one end of the housing, and a gas that flows outside the hollow fiber membrane from the housing to the other end of the housing. A humidifier characterized in that an outlet for discharging is formed in the housing.
The humidifier according to any one of claims 1 to 4, wherein the inflow port and the outflow port are formed at positions facing each other across the bypass pipe.
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