JP4730019B2 - Humidifier - Google Patents

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Description

本発明は、加湿装置に関し、より詳しくは、燃料電池に供給するガスの加湿に好適な中空糸膜を用い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 suitable for humidifying a gas supplied to a fuel cell.

燃料電池は、アノードとカソードが、電解質膜を挟んでそれぞれ配置された構造を有している。そして、アノードに水素などの燃料ガスが接触し、カソードに酸素などの酸化ガスが接触することによって、両電極間で電気化学反応が起こり起電力を生じる。   The fuel cell has a structure in which an anode and a cathode are arranged with an electrolyte membrane interposed therebetween. Then, when a fuel gas such as hydrogen is brought into contact with the anode and an oxidizing gas such as oxygen is brought into contact with the cathode, an electrochemical reaction occurs between both electrodes to generate an electromotive force.

このような燃料電池では、燃料ガスおよび酸化ガスを加湿してから、アノードおよびカソードに供給することが必要とされる。このため、従来より、中空糸モジュールが燃料電池の加湿装置として用いられてきた。   In such a fuel cell, it is necessary to humidify the fuel gas and the oxidizing gas before supplying them to the anode and the cathode. For this reason, conventionally, a hollow fiber module has been used as a humidifier for a fuel cell.

中空糸モジュールは、中空糸膜の束を円筒形のハウジング内に収容した構成を有し、中空糸膜の内部を流れる湿潤ガスから水分を分離して、中空糸膜の外部を流れる乾燥ガスを加湿するものである。   The hollow fiber module has a configuration in which a bundle of hollow fiber membranes is accommodated in a cylindrical housing, separates moisture from the wet gas flowing inside the hollow fiber membrane, and generates dry gas flowing outside the hollow fiber membrane. It is to be humidified.

従来の中空糸モジュールでは、乾燥ガスの導入管および導出管は、これらを結ぶ線がハウジングの中心軸と平行になるようにして配置されていた。ここで、中空糸モジュール内に導入された乾燥ガスは、導入管から導出管までの最短距離をとって流れる傾向にある。このため、乾燥ガスは、中空糸モジュール内の外周部付近に集中して流れていた。一方、乾燥ガスが中空糸膜の間を流れる場合、中空糸膜の束の中心部に行くほど圧損が大きくなる。それ故、乾燥ガスが中空糸膜の間を満遍なく流れることはなく、中心部に近くなるにしたがって流量は大幅に低下するようになる。   In the conventional hollow fiber module, the introduction pipe and the lead-out pipe for the dry gas are arranged so that the line connecting them is parallel to the central axis of the housing. Here, the dry gas introduced into the hollow fiber module tends to flow by taking the shortest distance from the introduction pipe to the outlet pipe. For this reason, the dry gas was concentrated in the vicinity of the outer peripheral portion in the hollow fiber module. On the other hand, when the dry gas flows between the hollow fiber membranes, the pressure loss increases toward the center of the bundle of hollow fiber membranes. Therefore, the dry gas does not flow evenly between the hollow fiber membranes, and the flow rate is greatly reduced as it approaches the center.

こうしたことから、従来の中空糸モジュールでは、中空糸膜の束の外周部付近に乾燥ガスの流れが偏るために、中空糸モジュール内の全域で水分交換を行うことができず、効率が悪いという問題があった。   For this reason, in the conventional hollow fiber module, the flow of dry gas is biased near the outer periphery of the bundle of hollow fiber membranes, so that moisture cannot be exchanged in the entire area of the hollow fiber module and the efficiency is poor. There was a problem.

この問題に対しては、乾燥ガスの流入孔と流出孔とを、ハウジングの外周面においてこれらが略対角となる位置に形成した中空糸モジュールが提案されている(特許文献1参照)。この中空糸モジュールによれば、モジュール内の略全域で乾燥ガスと湿潤ガスとの間の水分交換が可能であるとされる。   To solve this problem, a hollow fiber module has been proposed in which an inflow hole and an outflow hole for dry gas are formed at positions on the outer peripheral surface of the housing that are substantially diagonal (see Patent Document 1). According to this hollow fiber module, moisture exchange between the dry gas and the wet gas can be performed in substantially the entire area of the module.

特表2004−241227号公報JP-T 2004-241227 特開2004−202478号公報JP 2004-202478 A 特開2002−066262号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-066662

しかし、特許文献1に記載の中空糸モジュールでは、流入孔と流出孔とが外周面において略対角となる位置に設けられているので、乾燥ガスは、中空糸膜の束を横切り対角線を描くようにして流れる。さらに、上述の通り、中空糸膜同士の間は圧損が大きくなることから、乾燥ガスは、中空糸膜の間ではなく中空糸膜の束の外側を流れて行き易い。それ故、特許文献1に記載の中空糸モジュールにおいても乾燥ガスの流れに偏りが生じる結果となり、湿潤ガスとの間の水分交換の効率を十分に良好なものとするまでには至らないという問題があった。   However, in the hollow fiber module described in Patent Document 1, since the inflow hole and the outflow hole are provided at positions that are substantially diagonal on the outer peripheral surface, the dry gas draws a diagonal line across the bundle of hollow fiber membranes. Flow. Furthermore, as described above, since the pressure loss between the hollow fiber membranes increases, the dry gas easily flows outside the bundle of hollow fiber membranes, not between the hollow fiber membranes. Therefore, even in the hollow fiber module described in Patent Document 1, a problem arises that the flow of the dry gas is uneven, and the efficiency of moisture exchange with the wet gas cannot be sufficiently improved. was there.

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、乾燥ガスと湿潤ガスとの間の水分交換の効率が良好な加湿装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of these problems. In other words, an object of the present invention is to provide a humidifying device having good moisture exchange efficiency between a dry gas and a wet gas.

本発明の他の目的および利点は以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明の加湿装置は、複数本の中空糸膜と、この複数の中空糸膜を長手方向に沿って並列に分散して収納する容器とを備えた加湿装置であって、容器が、容器の外周面に設けられて第1のガスが流入する第1のガス流入口と、容器の外周面に設けられて第1のガスが流出する第1のガス流出口と、容器の長手方向にある両端面の何れか一方に設けられて、第2のガスが流入する第2のガス流入口と、この両端面の何れか一方であって第2のガス流入口とは異なる端面に設けられて、第2のガスが流出する第2のガス流出口と、容器の長手方向に沿って両端面の間に順に並列する第1の仕切り板、第2の仕切り板、第3の仕切り板および第4の仕切り板とを有する。第1のガス流入口は、第1の仕切り板と第2の仕切り板によって形成される空間に接続する。また、第1のガス流出口は、第3の仕切り板と第4の仕切り板によって形成される空間に接続する。そして、複数の中空糸膜は、第2の仕切り板および第3の仕切り板を貫通し、第1の仕切り板および第4の仕切り板から端部を露出している。さらに、第2の仕切り板には、第1のガスが流入する第1の貫通孔が前記複数本の中空糸膜の間に介在する位置に設けられており、第3の仕切り板には、第1のガスが流出する第2の貫通孔が前記複数本の中空糸膜の間に介在する位置に設けられている。
The humidifying device of the present invention is a humidifying device comprising a plurality of hollow fiber membranes and a container for dispersing and storing the plurality of hollow fiber membranes in parallel along the longitudinal direction, the container being a container A first gas inlet provided on the outer peripheral surface into which the first gas flows, a first gas outlet provided on the outer peripheral surface of the container through which the first gas flows out, and in the longitudinal direction of the container Provided on either one of the two end faces, the second gas inlet into which the second gas flows, and on one of the two end faces, provided on an end face different from the second gas inlet. The second gas outlet from which the second gas flows out, and the first partition plate, the second partition plate, the third partition plate and the second partition plate arranged in parallel between the both end faces along the longitudinal direction of the container. 4 partition plates. The first gas inflow port is connected to a space formed by the first partition plate and the second partition plate. The first gas outlet is connected to a space formed by the third partition plate and the fourth partition plate. The plurality of hollow fiber membranes penetrate through the second partition plate and the third partition plate, and end portions are exposed from the first partition plate and the fourth partition plate. Further, the second partition plate is provided with a first through-hole into which the first gas flows , at a position interposed between the plurality of hollow fiber membranes, and the third partition plate includes: A second through-hole through which the first gas flows out is provided at a position interposed between the plurality of hollow fiber membranes .

本発明の加湿装置において、第2の仕切り板および第3の仕切り板によって形成される空間は、第1の仕切り板および第2の仕切り板によって形成される空間並びに第3の仕切り板および第4の仕切り板によって形成される空間より大きいことが好ましい。   In the humidifying device of the present invention, the space formed by the second partition plate and the third partition plate is the space formed by the first partition plate and the second partition plate, the third partition plate, and the fourth partition plate. It is preferable to be larger than the space formed by the partition plate.

また、本発明の加湿装置において、第1の貫通孔および第2の貫通孔は、第2の仕切り板および第3の仕切り板のそれぞれに複数且つ均等に設けられていることが好ましい。   In the humidifying device of the present invention, it is preferable that the first through hole and the second through hole are provided in a plural number and an equal amount in each of the second partition plate and the third partition plate.

さらに、本発明の加湿装置において、第2のガス流出孔は、容器の両端面の内の第1の仕切り板に隣接する一方の端面に設けられ、第2のガス流入孔は、第4の仕切り板に隣接する他方の端面に設けられることが好ましい。   Furthermore, in the humidifying device of the present invention, the second gas outflow hole is provided on one end surface adjacent to the first partition plate in the both end surfaces of the container, and the second gas inflow hole is formed by the fourth gas It is preferable to be provided on the other end surface adjacent to the partition plate.

本発明の加湿装置によれば、第1のガス流入口から流入した第1のガスは、第1の仕切り板と第2の仕切り板によって形成される空間内を拡散した後に、第1の貫通孔から、第2の仕切り板と第3の仕切り板によって形成される空間に流入する。その後、第2の貫通孔から、第3の仕切り板と第4の仕切り板によって形成される空間へ移動した後、第1のガス流出口より容器の外部へと流出して行く。したがって、乾燥ガスの流入口と流出口とを同一の空間に設けた場合に比較すると、各空間内で乾燥ガスの流れに偏りが生じるのを抑制することができる。それ故、本発明によれば、中空糸膜の活用度を従来より高めて、乾燥ガスと湿潤ガスとの間の水分交換の効率を良好にすることが可能となる。   According to the humidifier of the present invention, the first gas flowing in from the first gas inflow port diffuses in the space formed by the first partition plate and the second partition plate, and then first penetrates. It flows from the hole into a space formed by the second partition plate and the third partition plate. After that, after moving from the second through hole to the space formed by the third partition plate and the fourth partition plate, it flows out from the first gas outlet to the outside of the container. Therefore, as compared with the case where the inlet and outlet of the dry gas are provided in the same space, it is possible to suppress the occurrence of bias in the flow of the dry gas in each space. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the utilization of the hollow fiber membrane than before and to improve the efficiency of moisture exchange between the dry gas and the wet gas.

図1は、本実施の形態における加湿装置の断面斜視図である。   FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of the humidifier according to the present embodiment.

図1に示すように、加湿装置1は、複数本の中空糸膜2と、中空糸膜2を長手方向に沿って収納する容器3とを備えている。ここで、中空糸膜2は、複数本が集まることによって中空糸膜の束を形成している。   As shown in FIG. 1, the humidifier 1 includes a plurality of hollow fiber membranes 2 and a container 3 that stores the hollow fiber membranes 2 in the longitudinal direction. Here, the hollow fiber membrane 2 forms a bundle of hollow fiber membranes by collecting a plurality of hollow fiber membranes.

容器3の外周面4には、第1のガスが流入する第1のガス流入口5と、第1のガスが流出する第1のガス流出口6とが設けられている。尚、図1では、第1のガス流出口6は、外周面4の第1のガス流入口5に対して略対角となる位置に設けられているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、第1のガス流入口5の直上の外周面に、第1のガス流出口6が設けられていてもよい。但し、容器3内の全域における第1のガスの流れができるだけ均一となるようにするには、図1の構造とすることが好ましい。   The outer peripheral surface 4 of the container 3 is provided with a first gas inlet 5 through which the first gas flows and a first gas outlet 6 through which the first gas flows out. In FIG. 1, the first gas outlet 6 is provided at a position that is substantially diagonal to the first gas inlet 5 of the outer peripheral surface 4, but the present invention is limited to this. is not. For example, the first gas outlet 6 may be provided on the outer peripheral surface immediately above the first gas inlet 5. However, in order to make the flow of the first gas in the entire region in the container 3 as uniform as possible, the structure of FIG. 1 is preferable.

また、容器3の一方の端面7には、第2のガスが流入する第2のガス流入口8が設けられており、他方の端面9には、第2のガスが流出する第2のガス流出口10が設けられている。   Further, a second gas inflow port 8 into which the second gas flows is provided at one end surface 7 of the container 3, and a second gas from which the second gas flows out at the other end surface 9. An outlet 10 is provided.

さらに、容器3は、第1の仕切り板11、第2仕切り板12、第3の仕切り板13および第4の仕切り板14を有している。これらは、図1に示すように、容器3の長手方向に沿って、端面7と端面9の間に順に並列している。そして、第1のガス流入口5は、第1の仕切り板11と第2の仕切り板12によって形成される空間15に接続しており、第1のガス流出口6は、第3の仕切り板13と第4の仕切り板14によって形成される空間16に接続している。また、中空糸膜2は、第2の仕切り板12および第3の仕切り板13を貫通している。そして、第1の仕切り板11および第4の仕切り板14からは、中空糸膜2の端部が露出している(尚、図1では、第4の仕切り板14から露出した端部2aのみが示されている。)。   Further, the container 3 includes a first partition plate 11, a second partition plate 12, a third partition plate 13, and a fourth partition plate 14. As shown in FIG. 1, these are arranged in parallel between the end surface 7 and the end surface 9 along the longitudinal direction of the container 3. The first gas inlet 5 is connected to the space 15 formed by the first partition plate 11 and the second partition plate 12, and the first gas outlet 6 is the third partition plate. 13 and the fourth partition plate 14 are connected to a space 16. Further, the hollow fiber membrane 2 passes through the second partition plate 12 and the third partition plate 13. And from the 1st partition plate 11 and the 4th partition plate 14, the edge part of the hollow fiber membrane 2 is exposed (In addition, in FIG. 1, only the edge part 2a exposed from the 4th partition plate 14 is exposed. It is shown.).

第2の仕切り板12には、第1のガスが流入する第1の貫通孔17が設けられている。また、第3の仕切り板13には、第1のガスが流出する第2の貫通孔18が設けられている。   The second partition plate 12 is provided with a first through hole 17 into which the first gas flows. Further, the third partition plate 13 is provided with a second through hole 18 through which the first gas flows out.

例えば、第1のガスを乾燥ガスとし、第2のガスを湿潤ガスとする。   For example, the first gas is a dry gas and the second gas is a wet gas.

第1のガス流入孔5から容器3内に流入した乾燥ガスは、空間15を経て、第1の貫通孔17から、第2の仕切り板12と第3の仕切り板13によって形成される空間19に流入する。その後、第2の貫通孔18から空間16へ移動した後、第1のガス流出口6より容器3の外部へと流出して行く。   The dry gas that has flowed into the container 3 from the first gas inflow hole 5 passes through the space 15 and from the first through hole 17 to the space 19 formed by the second partition plate 12 and the third partition plate 13. Flow into. Thereafter, after moving from the second through hole 18 to the space 16, the gas flows out of the container 3 through the first gas outlet 6.

一方、第2のガス流入口8から容器3内に流入した湿潤ガスは、第4の仕切り板14から露出している中空糸膜の端部2aより中空糸膜2の内部へと入る。中空糸膜2の内部では、毛管作用によって湿潤ガス中の水分が分離される。分離された水分は、中空糸膜2の毛管を透過して外部へ向かって移動する。そして、中空糸膜2の外部の空間に乾燥ガスが流れると、水分が乾燥ガスに渡って加湿が行われる。また、中空糸膜2の内部を通過した湿潤ガスは、第2のガス流出口10より容器3の外部へと排出される。   On the other hand, the wet gas that has flowed into the container 3 from the second gas inlet 8 enters the hollow fiber membrane 2 from the end 2 a of the hollow fiber membrane exposed from the fourth partition plate 14. Inside the hollow fiber membrane 2, moisture in the wet gas is separated by capillary action. The separated moisture passes through the capillary of the hollow fiber membrane 2 and moves outward. And when a dry gas flows into the space outside the hollow fiber membrane 2, moisture is humidified over the dry gas. The wet gas that has passed through the inside of the hollow fiber membrane 2 is discharged from the second gas outlet 10 to the outside of the container 3.

上述したように、本実施の形態においては、乾燥ガスは、第1のガス流入口5から流入して、第1のガス流出口6から流出して行くまでの間に、空間15、空間19および空間16を順に移動する。   As described above, in the present embodiment, the dry gas flows in from the first gas inflow port 5 and flows out of the first gas outflow port 6 until the space 15 and the space 19 are discharged. And the space 16 are moved in order.

すなわち、乾燥ガスは、まず、第1のガス流入口5から空間15内に流入する。次いで、空間15内を拡散した後に、隣接する空間19に流入する。ここで、空間15と空間19の間には第1の貫通孔17が設けられているので、乾燥ガスは、第1の貫通孔17を通じて空間19に流入する。これにより、流入口と流出口までの距離や、中空糸膜の圧損に左右されることなしに、乾燥ガスを空間19へと導くことができる。特に、本実施の形態においては、図1に示すように、第1の貫通孔17を、第2の仕切り板12に複数且つ均等に設けることが好ましい。このようにすることによって、乾燥ガスを空間19の全体に渡って流入させることができる。   That is, the dry gas first flows into the space 15 from the first gas inlet 5. Next, after diffusing in the space 15, it flows into the adjacent space 19. Here, since the first through hole 17 is provided between the space 15 and the space 19, the dry gas flows into the space 19 through the first through hole 17. Thereby, the dry gas can be guided to the space 19 without being influenced by the distance between the inlet and the outlet and the pressure loss of the hollow fiber membrane. In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, it is preferable to provide a plurality of first through holes 17 in the second partition plate 12 equally. By doing in this way, dry gas can be made to flow in the whole space 19. FIG.

空間19内に流入した乾燥ガスは、次に、隣接する空間16へと移動する。ここでも、空間19と空間16の間には第2の貫通孔18が設けられているので、乾燥ガスは、第2の貫通孔18を通じて空間18に流入する。そして、空間18に接続する第1のガス流出口6より加湿装置1の外部へと排出される。   The dry gas that has flowed into the space 19 then moves to the adjacent space 16. Again, since the second through hole 18 is provided between the space 19 and the space 16, the dry gas flows into the space 18 through the second through hole 18. And it is discharged | emitted from the 1st gas outflow port 6 connected to the space 18 to the exterior of the humidification apparatus 1. FIG.

このように、本実施の形態においては、乾燥ガスの流入口と流出口を異なる空間に設けている。したがって、流入口と流出口を同一の空間に設ける場合に比較すると、各空間内で乾燥ガスの流れに偏りが生じるのを抑制することができる。すなわち、本実施の形態の加湿装置によれば、中空糸膜の外周部付近に乾燥ガスの流れが偏るのを防ぎ、乾燥ガスが中空糸膜の間を満遍なく流れるようにすることができる。これにより、各中空糸膜の外側を乾燥空気が流れるようになるので、中空糸膜から乾燥空気へ水分が移動する効率を向上させることができる。つまり、中空糸膜の活用度を従来より高めて、乾燥ガスと湿潤ガスとの間の水分交換の効率を良好にすることが可能となる。   Thus, in the present embodiment, the drying gas inlet and the outlet are provided in different spaces. Therefore, as compared with the case where the inflow port and the outflow port are provided in the same space, it is possible to suppress a deviation in the flow of the dry gas in each space. That is, according to the humidifier of the present embodiment, the flow of the dry gas can be prevented from being biased near the outer periphery of the hollow fiber membrane, and the dry gas can flow evenly between the hollow fiber membranes. Thereby, since dry air comes to flow outside each hollow fiber membrane, it is possible to improve the efficiency with which moisture moves from the hollow fiber membrane to the dry air. That is, it is possible to improve the efficiency of moisture exchange between the dry gas and the wet gas by increasing the utilization of the hollow fiber membrane than before.

また、本実施の形態においては、特に、空間19での乾燥ガスの流れに偏りが生じるのを抑制することができる。空間19には、第1のガス流入口5および第1のガス流出口6のいずれもが接続していないからである。したがって、空間15および空間16に比して空間19の体積を大きくすることによって、水分交換の効率を一層高めることが可能となる。   Further, in the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of unevenness in the flow of the dry gas in the space 19 in particular. This is because neither the first gas inlet 5 nor the first gas outlet 6 is connected to the space 19. Therefore, by increasing the volume of the space 19 compared to the space 15 and the space 16, it is possible to further increase the efficiency of moisture exchange.

また、本実施の形態においては、第2の貫通孔18についても、第3の仕切り板13に複数且つ均等に設けることが好ましい。特に、第1の貫通孔17および第2の貫通孔18を構成している各貫通孔同士が、それぞれ対向するように設けることが好ましい。このようにすることによって、第1の貫通孔17を透過した乾燥ガスは、流れを大きく変えることなしに、対応する第2の貫通孔18を透過する。すなわち、各貫通孔を流出入する乾燥空気の流れが互いに平行であるようにすることができるので、空間19内での乾燥ガスの流れに新たな偏りが生じるのを防ぐことが可能となる。   In the present embodiment, the second through holes 18 are also preferably provided in a plurality and evenly in the third partition plate 13. In particular, it is preferable that the through holes constituting the first through hole 17 and the second through hole 18 are provided so as to face each other. By doing in this way, the dry gas which permeate | transmitted the 1st through-hole 17 permeate | transmits the corresponding 2nd through-hole 18, without changing a flow significantly. That is, since the flow of the dry air flowing into and out of each through hole can be made parallel to each other, it is possible to prevent a new bias from occurring in the flow of the dry gas in the space 19.

図1の例では、端面7に第2のガス流入口8を設け、端面9に第2のガス流出口10を設けたが、本発明はこれに限られるものではない。本発明においては、端面7に第2のガス流出口を設け、端面9に第2のガス流入口を設けてもよい。但し、水分交換の効率を高くできる点からは、第1のガスの流れと第2のガスの流れとが互いに逆向きであることが好ましい。尚、上述した「第1の貫通孔17と第2の貫通孔18がそれぞれ対向するように設ける構成」によれば、第1のガス(乾燥ガス)の流れが、第2のガス(湿潤ガス)の流れに対して、平行且つ逆向きとなるようにすることができる。   In the example of FIG. 1, the second gas inlet 8 is provided on the end face 7 and the second gas outlet 10 is provided on the end face 9, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the second gas outlet may be provided on the end face 7 and the second gas inlet may be provided on the end face 9. However, it is preferable that the flow of the first gas and the flow of the second gas are opposite to each other from the viewpoint of improving the efficiency of moisture exchange. According to the above-described “configuration in which the first through hole 17 and the second through hole 18 are opposed to each other”, the flow of the first gas (dry gas) is the second gas (wet gas). ) In parallel and in the opposite direction.

また、本発明においては、第1のガスを湿潤ガスとし、第2のガスを乾燥ガスとして、図1の例を適用することも可能である。この場合、中空糸膜の外部を湿潤ガスが流れ、中空糸膜の内部を乾燥ガスが流れることになる。そして、湿潤ガスから分離された水分は、中空糸膜の内部へと移動した後、中空糸膜内で乾燥ガスに渡される。図1に示す加湿装置1によれば、容器3内を流れる湿潤ガスの偏りは最小限のものとなるので、中空糸膜2の活用度を高めて、乾燥ガスと湿潤ガスとの間の水分交換の効率を良好にすることが可能となる。   In the present invention, it is also possible to apply the example of FIG. 1 using the first gas as the wet gas and the second gas as the dry gas. In this case, the wet gas flows outside the hollow fiber membrane, and the dry gas flows inside the hollow fiber membrane. And the water | moisture content isolate | separated from the wet gas moves to the inside of a hollow fiber membrane, Then, it passes to dry gas in a hollow fiber membrane. According to the humidifying device 1 shown in FIG. 1, since the unevenness of the wet gas flowing in the container 3 is minimized, the utilization of the hollow fiber membrane 2 is increased and the moisture between the dry gas and the wet gas is increased. It becomes possible to make the exchange efficiency good.

さらに、本実施の形態の加湿装置は、乾燥ガスを空気とし、湿潤ガスをカソードオフガスとして、燃料電池のカソードにガスを供給する系の加湿装置として用いることができる。また、乾燥ガスを水素または水素リッチな改質ガスとし、湿潤ガスをアノードオフガスとして、燃料電池のアノードにガスを供給する系の加湿装置として用いることもできる。   Furthermore, the humidifier of the present embodiment can be used as a humidifier for a system that supplies gas to the cathode of the fuel cell using air as the dry gas and cathode off-gas as the wet gas. Alternatively, the dry gas may be hydrogen or a hydrogen-rich reformed gas, the wet gas may be an anode off gas, and the humidifier of a system that supplies gas to the anode of the fuel cell.

図2は、本発明の加湿装置を燃料電池システムに適用した例である。   FIG. 2 shows an example in which the humidifier of the present invention is applied to a fuel cell system.

図2に示すように、燃料電池システム101は、燃料ガスとしての水素と、酸化ガスとしての空気とを供給されて起電力を生じる燃料電池102と、燃料電池102に圧縮空気を供給するコンプレッサ103と、燃料電池102から排出されたカソードオフガスに含まれる水分を分離して、燃料電池102に供給する空気を加湿する加湿装置104と、コンプレッサ103から燃料電池102に供給される空気の圧力を調整する調圧弁105とを有する。ここで、加湿装置104は、図1の加湿装置に対応する。   As shown in FIG. 2, the fuel cell system 101 includes a fuel cell 102 that generates an electromotive force by being supplied with hydrogen as fuel gas and air as an oxidizing gas, and a compressor 103 that supplies compressed air to the fuel cell 102. And a humidifier 104 that separates moisture contained in the cathode off-gas discharged from the fuel cell 102 and humidifies the air supplied to the fuel cell 102, and adjusts the pressure of the air supplied from the compressor 103 to the fuel cell 102 And a pressure regulating valve 105. Here, the humidifier 104 corresponds to the humidifier of FIG.

尚、図2では、燃料電池102のアノードに燃料ガスを供給する部分、例えば、燃料ガス供給系や、燃料ガス供給系からの燃料ガスの供給量が最適となるように制御する燃料ガス流量制御装置などは省略している。また、この燃料電池システムは、車載用および据え置き型などの種々の用途に適用可能である。   In FIG. 2, the fuel gas flow control for controlling the fuel gas to be supplied to the anode of the fuel cell 102, for example, the fuel gas supply system, and the fuel gas supply amount from the fuel gas supply system is optimized. Equipment etc. are omitted. Further, this fuel cell system can be applied to various uses such as in-vehicle use and stationary type.

燃料電池102は、水素と酸素の電気化学反応によって発電するセル(図示せず)が積層された構造を有している。ここで、各セルは、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された構造となっている。   The fuel cell 102 has a structure in which cells (not shown) that generate electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are stacked. Here, each cell has a structure in which an anode and a cathode are arranged across an electrolyte membrane.

カソードには、コンプレッサ103で加圧された空気が供給される。そして、燃料電池102内での電気化学反応によって、空気中から所定量の酸素が消費された後、残りのガスがカソードオフガスとして排出される。   Air pressurized by the compressor 103 is supplied to the cathode. Then, after a predetermined amount of oxygen is consumed from the air by an electrochemical reaction in the fuel cell 102, the remaining gas is discharged as a cathode off gas.

加湿装置104は、燃料電池102から排出されたカソードオフガス中の水分を分離して、燃料電池102に供給される空気を加湿する役割を果たしている。これにより、燃料電池102内の電解質膜の含水状態を適切に管理して、電解質膜を正常に機能させることが可能となる。尚、加湿装置104から排出されたカソードオフガスは、調圧弁105より燃料電池システム101の外部へ排出される。   The humidifier 104 functions to separate the moisture in the cathode offgas discharged from the fuel cell 102 and humidify the air supplied to the fuel cell 102. As a result, the water content of the electrolyte membrane in the fuel cell 102 can be properly managed, and the electrolyte membrane can function normally. The cathode off-gas discharged from the humidifier 104 is discharged from the fuel cell system 101 through the pressure regulating valve 105.

本実施の形態の加湿装置によれば、中空糸膜の活用度を従来より高めて、乾燥ガスと湿潤ガスとの間の水分交換の効率を良好にすることが可能となるので、カソードオフガス中の水分を効率よく空気に渡すことができる。換言すると、本発明の加湿装置によれば、中空糸膜の活用度を従来より向上させることができるので、従来の加湿装置に比べて小型化、軽量化および低コスト化を図ることが可能となる。したがって、特に、車載用の燃料電池システムに適した加湿装置とすることができる。   According to the humidifier of the present embodiment, it is possible to increase the utilization of the hollow fiber membrane than before and improve the efficiency of moisture exchange between the dry gas and the wet gas. Can be efficiently passed to the air. In other words, according to the humidifying device of the present invention, the utilization of the hollow fiber membrane can be improved as compared with the conventional one, so that it is possible to achieve a reduction in size, weight and cost as compared with the conventional humidifying device. Become. Therefore, it can be set as the humidification apparatus especially suitable for the vehicle-mounted fuel cell system.

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、本発明の加湿装置は、分析装置のドライヤーに応用することもできる。この場合にも、装置の小型化、軽量化および低コスト化を図ることが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the humidifier of the present invention can be applied to a dryer for an analyzer. Also in this case, it is possible to reduce the size, weight and cost of the apparatus.

本発明による加湿装置の断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view of the humidification apparatus by this invention. 本発明の加湿装置を適用した燃料電池システムの構成図の一例である。It is an example of the block diagram of the fuel cell system to which the humidification apparatus of this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1 加湿装置
2 中空糸膜
3 容器
4 外周面
5 第1のガス流入口
6 第1のガス流出口
7,9 端面
8 第2のガス流入口
10 第2のガス流出口
11 第1の仕切り板
12 第2の仕切り板
13 第3の仕切り板
14 第4の仕切り板
15,16,19 空間
17 第1の貫通孔
18 第2の貫通孔
101 燃料電池システム
102 燃料電池
103 コンプレッサ
104 加湿装置
105 調圧弁



DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Humidifier 2 Hollow fiber membrane 3 Container 4 Outer peripheral surface 5 1st gas inflow port 6 1st gas outflow port 7,9 End surface 8 2nd gas inflow port 10 2nd gas outflow port 11 1st partition plate DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 2nd partition plate 13 3rd partition plate 14 4th partition plate 15, 16, 19 Space 17 1st through-hole 18 2nd through-hole 101 Fuel cell system 102 Fuel cell 103 Compressor 104 Humidifier 105 Conditioning Pressure valve



Claims (4)

複数本の中空糸膜と、
前記複数本の中空糸膜を長手方向に沿って並列に分散して収納する容器とを備えた加湿装置において、
前記容器は、前記容器の外周面に設けられて第1のガスが流入する第1のガス流入口と、
前記外周面に設けられて前記第1のガスが流出する第1のガス流出口と、
前記長手方向にある両端面の何れか一方に設けられて、第2のガスが流入する第2のガス流入口と、
前記両端面の何れか一方であって前記第2のガス流入口とは異なる端面に設けられて、前記第2のガスが流出する第2のガス流出口と、
前記長手方向に沿って前記両端面の間に順に並列する第1の仕切り板、第2の仕切り板、第3の仕切り板および第4の仕切り板とを有し、
前記第1のガス流入口は、前記第1の仕切り板と前記第2の仕切り板によって形成される空間に接続し、
前記第1のガス流出口は、前記第3の仕切り板と前記第4の仕切り板によって形成される空間に接続しており、
前記複数本の中空糸膜は、前記第2の仕切り板および前記第3の仕切り板を貫通し、前記第1の仕切り板および前記第4の仕切り板から端部を露出していて、
前記第2の仕切り板には、前記第1のガスが流入する第1の貫通孔が前記複数本の中空糸膜の間に介在する位置に設けられており、
前記第3の仕切り板には、前記第1のガスが流出する第2の貫通孔が前記複数本の中空糸膜の間に介在する位置に設けられていることを特徴とする加湿装置。
A plurality of hollow fiber membranes;
In a humidifying device comprising a container for dispersing and storing the plurality of hollow fiber membranes in parallel along the longitudinal direction,
The container is provided on the outer peripheral surface of the container, and a first gas inlet into which the first gas flows,
A first gas outlet provided on the outer peripheral surface from which the first gas flows out;
A second gas inflow port that is provided on any one of both end faces in the longitudinal direction and into which the second gas flows;
A second gas outlet from which one of the both end faces is provided at an end face different from the second gas inlet and from which the second gas flows;
A first partition plate, a second partition plate, a third partition plate, and a fourth partition plate that are arranged in parallel between the both end faces along the longitudinal direction;
The first gas inlet is connected to a space formed by the first partition plate and the second partition plate,
The first gas outlet is connected to a space formed by the third partition plate and the fourth partition plate;
The plurality of hollow fiber membranes pass through the second partition plate and the third partition plate, and have exposed end portions from the first partition plate and the fourth partition plate,
In the second partition plate, a first through hole into which the first gas flows is provided at a position interposed between the plurality of hollow fiber membranes ,
The humidifying device, wherein the third partition plate is provided with a second through hole through which the first gas flows out at a position interposed between the plurality of hollow fiber membranes .
前記第2の仕切り板および前記第3の仕切り板によって形成される空間は、前記第1の仕切り板および前記第2の仕切り板によって形成される空間並びに前記第3の仕切り板および前記第4の仕切り板によって形成される空間より大きい請求項1に記載の加湿装置。   The space formed by the second partition plate and the third partition plate is the space formed by the first partition plate and the second partition plate, the third partition plate, and the fourth partition plate. The humidifier according to claim 1, wherein the humidifier is larger than a space formed by the partition plate. 前記第1の貫通孔および前記第2の貫通孔は、前記第2の仕切り板および前記第3の仕切り板のそれぞれに複数且つ均等に設けられている請求項1または2に記載の加湿装置。   3. The humidifier according to claim 1, wherein the first through hole and the second through hole are provided in plural and equally on each of the second partition plate and the third partition plate. 前記第2のガス流出孔は、前記両端面の内の前記第1の仕切り板に隣接する一方の端面に設けられ、
前記第2のガス流入孔は、前記第4の仕切り板に隣接する他方の端面に設けられる請求項1〜3のいずれか1項に記載の加湿装置。
The second gas outflow hole is provided on one end surface of the both end surfaces adjacent to the first partition plate,
The humidification device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second gas inflow hole is provided on the other end surface adjacent to the fourth partition plate.
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