WO2002037033A1 - Humidificateur - Google Patents

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Keiji Okada
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a humidifier for humidifying a gas supplied to a fuel cell, for example.
  • reaction gases a device for humidifying and supplying a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as oxygen (hereinafter, both are referred to as reaction gases) is required.
  • a humidifying apparatus for example, a humidifying apparatus using a hollow fiber membrane as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-273687 is known.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a humidifier according to the related art.
  • the humidifying device 100 generally includes a case 101 and a hollow fiber membrane bundle 102 filled in the case 101.
  • the case 101 has a substantially cylindrical shape, and has an opening 101a at one end of the cylinder, an opening 101b at the other end, and openings 101c, 1 on the side wall surface. It has 0 1 d.
  • the inside of the case 101 is filled with the hollow fiber membrane bundle 102.
  • One end of the hollow fiber membrane bundle 102 is opened between the outer wall surfaces of the hollow fiber membrane and the case 10 so that only the hollow interior is opened at the opening 101a.
  • the space between the inner wall surfaces is sealed.
  • the other end of the hollow fiber membrane bundle 102 is sealed between the outer wall surface of the hollow fiber membrane and the inner wall surface of the case 101 so that only the hollow interior is opened at the opening 101 b. Has been stopped.
  • a gap 103 is provided between the side surface of the hollow fiber membrane bundle 102 and the case 101.
  • the hollow fiber membrane bundle 102 enters the hollow interior of the hollow fiber membrane from the opening 101a side (arrow SO), passes through the hollow interior, and passes through the hollow fiber membrane bundle 102.
  • a first route is provided to reach the other end of the arrow (arrow S 1).
  • a second path is provided from the opening 101 d to the inside of the case 101 (arrow TO), through the gap 103, and from the opening 101 c to the outside of the case 101. .
  • the humidification is performed by utilizing the permeation of water through the hollow fiber membrane, the humidifying action is promoted as the area of the flowing water in contact with the hollow fiber membrane increases.
  • An object of the present invention is to provide a humidifying device that improves humidifying efficiency.
  • a humidifier comprising: a cylindrical outer case provided concentrically with the inner case; and a hollow fiber membrane bundle filled in an annular gap between the outer case and the inner case,
  • a second opening is provided from the first opening provided on the side wall surface of the inner case to the second opening provided on the side wall surface of the outer case passing between the outer wall surfaces of the hollow fiber membranes inside the hollow fiber membrane bundle.
  • a gas to be humidified flows through one of the first path and the second path, and a fluid containing water flows through the other.
  • the upstream side of the first path may be the one end side of the hollow fiber membrane bundle or the other end side.
  • the upstream side of the second path may be the first opening ′ provided on the side wall surface of the inner case, or the second opening provided on the side wall surface of the outer case.
  • the second opening may be provided near the other end of the hollow fiber membrane bundle.
  • the second path runs from one end to the other end of the hollow fiber membrane bundle.
  • a plurality of the first openings are provided at different positions in the axial direction, and the opening diameters of these openings are smaller toward the bottom of the inner case. It is good to set it gradually smaller.
  • the fluid when the fluid flows toward the bottom in the cylinder of the inner case, the fluid can flow into the hollow fiber membrane bundle from each opening in a well-balanced manner.
  • the fluid when the fluid flows from the first opening provided in the inner case to the hollow fiber membrane bundle, the fluid can be uniformly flowed to the inner peripheral surface of the hollow fiber membrane bundle.
  • the humidified gas should be supplied to the fuel cell.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the humidifier according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing an end of the hollow fiber membrane
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a humidifying device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of a humidifier according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a humidifier according to the related art. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a humidifier according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing an end of a hollow fiber membrane.
  • the humidifying device 1 is, for example, a device for humidifying a reaction gas (a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as oxygen as described above) of a polymer electrolyte fuel cell.
  • the humidifier 1 generally includes an inner case 3, an outer case 4 provided concentrically with the inner case 3, and a hollow fiber filled in an annular gap between these cases.
  • An inner case 3 composed of a membrane bundle 2 and a bottomed cylindrical member is provided with an opening 32 at one end and an opening (first opening) 3 1 on the side wall surface. Is provided.
  • a single opening 31 may be provided or a plurality of openings (a plurality of openings 31 may be provided in the circumferential direction or the axial direction), and may be set as needed.
  • the humidification efficiency can be increased by providing a plurality of humidifiers.
  • the outer case 4 is formed of a tubular member, and has openings 43 and 44 at both ends. However, in the illustrated example, the opening 44 is formed such that the path is bent at a right angle on one end side. An opening (second opening) 41 is also provided on the side wall surface.
  • the opening 41 is provided on a part of the circumference of the outer case 4 where the diameter of the outer case 4 is increased so that a gap 42 is provided between the side surface of the hollow fiber membrane bundle 2 and the outer case 4. Have been. This is because the fluid flowing through the second path can bypass the gap 42 and thus the opening 4 This is to prevent the flow from being concentrated near 1.
  • a plurality of hollow fiber membranes 2 1 are filled in an annular gap between the inner case 3 and the outer case 4 to form a hollow fiber membrane bundle 2, and the hollow fiber membrane bundle 2 is hollow. It forms a cylindrical structure.
  • each hollow fiber membrane 21 has a configuration in which only the hollow interior is opened facing the openings 43 and 44 at both ends of the outer case 4. That is, the end on the side of the opening 43 is sealed by a force sealing agent between the outer wall surfaces of the hollow fiber membranes 21 and the inner wall surface of the outer case 4. At the end of the opening 44 side, the seal between the outer wall surfaces of the hollow fiber membranes 21, the inner wall surface of the outer case 4 and the outer wall surface of the inner case 3 is sealed with a sealant. Have been. As a result, at both ends of each hollow fiber membrane 21, only the hollow interior is opened as desired in the opening.
  • the opening 31 provided in the inner case 3 and the opening 41 provided in the outer case 4 are positioned inside (in the axial direction) from the position sealed by the sealant. It is composed of
  • the hollow fiber membrane 2 enters the hollow interior 21 a of the hollow fiber membrane 21 from one end side (opening 43 side) (arrow S 0), passes through the hollow interior 21 a, and passes through the hollow interior 21 a.
  • a first path is provided to the other end side (opening 44 side) of the thread membrane bundle 2 (arrow S 1).
  • the route indicated by the arrows of the first route and the second route is the route of the route. This is for the purpose of explanation, and does not necessarily mean that the fluid (fluid containing the gas to be humidified or containing moisture) flows in the direction indicated by the arrow.
  • a reaction gas to be humidified flows through one of the first path and the second path, and a fluid containing moisture flows through the other.
  • the fluid containing moisture includes not only water itself but also a humid gas (the exhaust gas from the fuel cell can be used).
  • the fluid containing water flows along the membrane wall surface of the hollow fiber membrane, it moves to the passage where the reaction gas flows, and the water is dispersed in the reaction gas, and the gas is humidified.
  • the second path is formed from the inner wall surface to the outer wall surface side of the hollow fiber membrane bundle 2 forming a hollow cylindrical structure, the hollow fiber From the hollow fiber membrane located on the inner side of the membrane bundle 2 to the hollow fiber membrane located on the outer side, it contributes to the humidifying effect, and the humidifying efficiency can be improved.
  • the opening 31 is provided at one end of the hollow fiber membrane bundle 2 and the opening 41 is provided at the other end of the hollow fiber membrane bundle 2, whereby the second path is formed. Since the distance in the axial direction can be sufficiently secured, the humidification efficiency can be further improved.
  • the embodiment of the present invention it is possible to improve the humidification efficiency.
  • the hollow fiber membrane bundle has a cylindrical structure as in the prior art, and when the outer diameter of the cylindrical structure is 3 lmm and the length is 150 mm, the hollow fiber membrane bundle is hollow. 1000 filaments were required.
  • the hollow fiber membrane bundle has a cylindrical structure as in the present embodiment
  • the inner diameter of the cylindrical structure is 16 mm
  • the outer diameter is 32 mm
  • the length is
  • the number of hollow fiber membranes was reduced to 7500, and the humidification performance could be improved by about 10%.
  • the humidification performance was evaluated based on the pressure and flow rate of water or wet gas and the amount of water vapor permeated on the dry gas side when the humidifier was operated at the pressure and flow rate of the dry gas to be humidified.
  • the inner diameter of the cylindrical structure is 13 mm
  • the outer diameter is 26 mm
  • the length is 150 mm
  • the hollow fiber membrane is 55 mm. Since only 0 tubes need to be used, the device can be downsized by about 33%.
  • the hollow fiber membrane 21 is made of a polymer material such as polyimide, and has an outer diameter of 3 mm or less (preferably 0.2 to l mm) and a plurality of micropores of several nm on the wall surface. Using.
  • the hollow fiber membrane bundle 2 is bundled, for example, into a bundle of 100 to 100 000 and filled into an annular gap between the inner case 3 and the outer case 4 to form the hollow fiber membrane bundle 2.
  • the hollow fiber membrane bundle 2 has a hollow cylindrical shape, and its outer diameter is designed to be about 1.2 to 3 times the inner diameter and about 2 to 100 mm larger than the inner diameter. (For example, the inner diameter is 100 to 100 mm and the outer diameter is 12 to 200 mm) The length was set to about 50 to 500 mm.
  • the space between the outer wall surfaces of the hollow fiber membranes 21 and the inner wall surface of the outer case 4 or the outer wall surface of the inner case 3 is sealed, and the hollow fiber membrane bundle 2 is sealed.
  • An adhesive such as epoxy resin polyurethane was used as a sealant for fixing the resin.
  • the inner case 3 a core pipe made of a hard resin such as PC (polycarbonate) or PPO (polyphenylene oxide) was used. -The number and positions of the openings 31 provided in the inner case 3 may be appropriately designed according to the necessary humidification efficiency as described above.
  • one end of the hollow fiber membrane bundle 2 is used. A plurality of pieces are provided in the vicinity evenly in the circumferential direction.
  • the opening 41 provided in the outer case 4 was provided at one location near the other end of the hollow fiber membrane bundle 2.
  • the reaction gas was caused to flow from the arrow S0 to the arrow S1 in the first path, and the water was caused to flow from the arrow T0 to the arrow T1 in the second path. . .
  • water flowing in the second path flows from the openings 31 provided in the vicinity of one end of the hollow fiber membrane bundle 2 evenly in the circumferential direction to the vicinity of the other end of the hollow fiber membrane bundle 2. Since it flows toward the opening 41 provided, it flows from the inside of the hollow fiber membrane bundle 2 to the outside and flows a sufficient distance in the axial direction.
  • the water flowing in the second path is in the opposite direction to that of the first embodiment, that is, from the opening 41 side to the opening 31. Through the opening 32 side.
  • this exhaust gas can be used as a humidifying medium (wet gas).
  • reaction gas flows in the first path and the flow of water flows in the second path.
  • water or a humid gas flows in the first path and the reaction gas flows in the second path. Gas was allowed to flow. The flow direction of each fluid does not matter.
  • a humidifying device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a humidifier according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the humidifier 1a is configured such that the opening provided in the case 3 is located at a different position in the axial direction in addition to the opening 31 provided near one end of the hollow fiber membrane bundle 2.
  • a plurality of openings 32 and 33 are provided in two places in the illustrated example.
  • the diameters of these openings are set so as to gradually decrease toward the bottom of the inner case 3 having a bottomed cylindrical shape.
  • the entire hollow fiber membrane bundle 2 can be effectively used for humidification.
  • the humidification performance can be set to the best by gradually reducing the opening diameter of the opening and by taking a balance. Therefore, each hollow fiber membrane 21 can be more effectively utilized, and the humidification efficiency can be improved.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of a humidifier according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the humidifier lb has a gap 34 between the outer peripheral surface of the inner case 3 and the inner peripheral surface of the tubular hollow fiber membrane bundle 2. Therefore, when flowing water or wet gas from the arrow T0 to the arrow T1 in the second path, the water or the wet gas flowing out of the opening 31 flows through the gap 34, and the hollow fiber membrane Water or humid gas can be evenly distributed on the inner peripheral surface of the bundle 2.
  • each hollow fiber membrane 21 can be more effectively utilized, and the humidification efficiency can be improved.
  • the second path passes from the inner diameter side to the outer diameter side of the hollow fiber membrane bundle filled in the annular gap, the hollow path from the inside to the outside of the bundle
  • the humidification efficiency can be improved by utilizing the thread membrane. If the first opening is provided near one end of the hollow fiber membrane bundle and the second opening is provided near the other end of the hollow fiber membrane bundle, the second path is from one end to the other end of the hollow fiber membrane bundle. And the hollow fiber membrane can be used even more effectively.
  • the bottom is formed in the cylinder of the inner case.

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Description

明細: 加湿装置 技術分野
この発明は、 例えば、燃料電池に供給する気体を加湿するため の加湿装置に関する。 背景技術
固体高分子型燃料電池においては、水素などの燃料ガス及び酸 素などの酸化剤ガス （以下、 両者を反応ガスと称する） を加湿し て供給する装置が必要である。
このような加湿装置として、 例えば、 特開平 8 - 2 7 3 6 8 7 号公報に開示されたような、中空糸膜を利用したものが知られて いる。
図 5を参照して、 従来技術に係る加湿装置について説明する。 図 5は従来技術に係る加湿装置の模式的断面図である。
図示のように、 従来技術に係る加湿装置 1 0 0は、 概略、 ケー ス 1 0 1 と、このケース 1 0 1内に充填される中空糸膜束 1 0 2 と、 から構成される。
ケース 1 0 1は、 略円筒形状であり、 円筒の一端に開口部 1 0 1 aを備え、 他端に開口部 1 0 1 bを備え、 更に、 側壁面に開口 部 1 0 1 c , 1 0 1 dを備えている。
そして、 このケース 1 0 1 の内部に、 中空糸膜束 1 0 2が充填 されている。中空糸膜束 1 0 2の一端は開口部 1 0 1 aで中空内 部のみが開放されるように、中空糸膜の外壁面間及びケース 1 0 1 の内壁面間が封止されている。中空糸膜束 1 0 2の他端も同様 に、 開口部 1 0 1 bで中空内部のみが開放されるように、 中空糸 膜の外壁面間及ぴケース 1 0 1の内壁面間が封止されている。
また、 中空糸膜束 1 0 2の側面側は、 ケース 1 0 1 との間に隙 間 1 0 3を設けている。
このよ うにして、開口部 1 0 1 a側から中空糸膜束 1 0 2の中 空糸膜の中空内部に入り （矢印 S O ) 、 中空内部を通って、 中空 . 糸膜束 1 0 2の他端側に至る （矢印 S 1 ) 、 第 1経路が設けられ ― る。 また、 開口部 1 0 1 dからケース 1 0 1内に入り （矢印 T O ) 、 隙間 1 0 3を通って、 開口部 1 0 1 cからケース 1 0 1外部 に至る、 第 2経路が設けられる。
これにより 、 例えば、 第 1経路に反応ガスを流し、 第 2経路に 水を流すことによって、第 2経路内の水を、 中空糸膜の膜を透過 させて、 第 1経路中に拡散させることで、 第 1経路中の.反応ガス を加湿していた。
このよ うに、水が中空糸膜の膜を透過することを利用して加湿 を行う構成であるため、流れる水の中空糸膜に接触する面積が大 きいほど加湿作用は促進することになる。
しかし、 上記従来技術では、 複数の中空糸膜を円柱状の束にし て、 その外周壁面に水を流す構成であつたため、 水は軸線に沿つ て束の外周表面を流れてしまう。 これにより、 束の内部まで水が 十分に浸透されず、束の中心付近の中空糸膜が有効に機能されず に、 加湿効率が低いという欠点があった。
本発明の目的は、加湿効率の向上を図った加湿装置を提供する
^"とに fcる。 発明の開示
上記目的を達成するために本発明にあっては、
有底筒状の内ケースと、
該内ケースと同心的に設けられる筒状の外ケースと、 該外ケースと内ケースとの間の環状隙間に充填される中空糸 膜束と、 を備えた加湿装置であって、
前記中空糸膜束の一端側から、各中空糸膜の中空内部を通って 他端側に至る第 1経路と、
前記内ケースの側壁面に設けられた第 1開口部から、中空糸膜 束内部の各中空糸膜外壁面間を通って前記外ケースの側壁面に 設けられた第 2開口部に至る第 2経路と、 を備え、
前記第 1経路及び第 2経路のうちのいずれか一方に加湿対象 気体を流し、 他方に水分を含む流体を流すことを特徵とする。
ここで、 第 1経路の上流側を、 中空糸膜束の一端側としても良 いし、 他端側としても良い。 また、 第 2経路の上流側を、 内ケー スの側壁面に設けられた第 1開口部'としても良いし、外ケースの 側壁面に設けられた第 2開口部としても良い。
従って、 第 2経路は、環状隙間の内壁側から外壁側に至るよう に設けられるため、 この経路は、環状隙間に充填された中空糸膜 束の内径側から外径側に至るまで通ることになる。
前記第 1開口部を、 中空糸膜束の一端付近に設け、
前記第 2開口部を、 中空糸膜束の他端付近に設けるとよい。 これにより、第 2経路は中空糸膜束の一端側から他端側に至る まで通ることになる。
前記第 1開口部は、軸方向に対して異なる位置に複数設けられ ると共に、 これらの開口部の開口径は、 内ケースの底に向かうに つれて徐々に小さく設定されるとよい。
これにより、内ケースの筒内に底に向かって流体を流す場合に 、各開口部からバランス良く流体を中空糸膜束に流入することが できる。
前記内ケースの外周面と前記中空糸膜束の内周面との間に隙 間を設けるとよい。
これにより、内ケ一'スに設けられた第 1開口部から中空糸膜束 に向けて流体を流す場合に、中空糸膜束の内周面に均等に流体を 流すことができる。
加湿後の気体を、 燃料電池に供給するとよい。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の第 1の実施の形態に係る加湿装置の模式的断 面図であり、
図 2は中空糸膜の端部を示す斜視図であり、
図 3は本発明の第 5実施例に係る加湿装置の模式的断面図で あり、
図 4は本発明の第 6実施例に係る加湿装置の模式的断面図で あり、
図 5は従来技術に係る加湿装置の模式的断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的 に詳しく説明する。 ただし、 この実施の形態に記載されている構 成部品の寸法、 材質、 形状、 その相対配置などは、 特に特定的な 記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨 のものではない。
図 1及び図 2を参照して、本発明の第 1の実施の形態に係る加 湿装置について説明する。図 1は本発明の第 1の実施の形態に係 る加湿装置の模式的断面図であり、図 2は中空糸膜の端部を示す 斜視図である。
本実施の形態に係る加湿装置 1は、例えば固体高分子型燃料電 池の反応ガス（上述のように水素等の燃料ガスや酸素等の酸化剤 ガス） を加湿するための装置である。 _ そして、 加湿装置 1は、 図示のように、 概略、 内ケース 3 と、 この内ケース 3と同心的に設けられる外ケース 4と、これらのケ ース間の環状隙間に充填される中空糸膜束 2と、から構成される 内ケース 3は、有底筒状の部材で構成されており、一端に開口 部 3 2を備え、 かつ、 側壁面に開口部 （第 1開口部） 3 1を備え ている。 なお、 開口部 3 1は単数設けても良いし、 複数 （周方向 あるいは軸方向に対して複数） 設けても良く、必要に応じて設定 できる。 なお、 通常、 複数設けるほど加湿効率を高めることが可 能となる。
外ケース 4は、筒状の部材で構成されており、 両端にそれぞれ 開口部 4 3 , 4 4を備えている。 ただし、 図示の例では、 一端側 で経路が直角に折れ曲がるように開口部 4 4を形成している。そ して、 側壁面にも開口部 （第 2開口部） 4 1を設けている。
また、 開口部 4 1は、 中空糸膜束 2の側面と外ケース 4との間 で隙間 4 2が設けられるように、外ケース 4の径を大きく した部 分の周上の一部に設けられている。 これは、 第 2経路を流れる流 体が、 隙間 4 2を迂回できるようにすることによって、 開口部 4 1付近に流れが集中してしまうことを防止するためである。
そして、 複数の中空糸膜 2 1 が、 内ケース 3と外ケース 4との 間の環状隙間に充填されて、 中空糸膜束 2を形成しており、 この 中空糸膜束 2は、 中空の円筒形状の構造体を形づくつている。
ここで、 各中空糸膜 2 1は、 中空内部のみが、 外ケース 4の両 端の開口部 4 3 , 4 4に臨んで開放される構成となっている。 す なわち、 開口部 4 3側の端部においては、 各中空糸膜 2 1の外壁 面間及び外ケース 4の内壁面との間力 封止剤により封止されて . いる。 また、 開口部 4 4側の端部においては、 各中空糸膜 2 1 の 外壁面間，外ケ一ス 4の内壁面及び内ケース 3の外壁面との間が 、 封止剤により封止されている。 これにより、 各中空糸膜 2 1 の 両端では、 中空内部のみが開口部に望んで開放されている。
そして、 上述した内ケース 3に設けられる開口部 3 1、 及び外 ケース 4に設けられる開口部 4 1は、封止剤によって封止された 位置より も内側 （軸方向における内側） に位置するように構成さ れる。
このようにして、 中空糸膜束 2の一端側 （開口部 4 3側） から 中空糸膜 2 1の中空内部 2 1 aに入り （矢印 S 0 ) 、 中空内部 2 1 aを通って、 中空糸膜束 2の他端側 （開口部 4 4側） に至る （ 矢印 S 1 ) 、 第 1経路を設ける。
また、 開口部 3 2から內ケース 3に入り （矢印 T 0 ) 、 開口部 3 1から内ケース 3と外ケース 4 との隙間に入って中空糸膜束 2 の内部に進入し、 中空糸膜 2 1 の外壁面間を通って、外ケース 4に設けられた開口部 4 1 より装置外部に至る （矢印 T 1 ) 、 第 2経路を設ける。
なお、これら第 1経路及び第 2経路の矢印に示す順路は経路の 説明のためであり、 必ずしもこの矢印に示す方向に流体 （加湿対 象気体や水分を含む流体） を流すことを意味するものではない。
このような構成により、第 1経路及び第 2経路のうちの一方に 、加湿対象気体となる反応ガスを流し、 他方に水分を含む流体を 流す。 ここで、 水分を含む流体には、 水そのものの他、 湿潤ガス (燃料電池セルからの排出ガスを用いることができる）などが含 まれる。
これにより、水分を含む流体が中空糸膜の膜壁面に沿って流れ _ る際に、 反応ガスの流れる通路へ移動し、 反応ガス中に水分が分 散して、 ガスは加湿される。
これは、 膜の内部と外部に湿度の異なる気体 （または水分） を 流すと、水分は水蒸気分圧の高い方向から低い方向に流れる性質 があり、 水分のみが膜を透過するという性質があるからである。 以上のよ うに、 本実施の形態では、 中空の円筒形状の構造体を 形づく る中空糸膜束 2の内壁面から外壁面側を貫く ように第 2 経路を形成しているため、中空糸膜束 2の内部側に位置する中空 糸膜から外部側に位置する中空糸膜に至るまで加湿作用に寄与 し、 加湿効率を向上させることが可能となる。
また、 特に図 1に示すように、 開口部 3 1 を中空糸膜束 2の一 端側に設け、開口部 4 1 を中空糸膜束 2の他端側に設けることに よって、第 2経路の軸方向に対する距離も十分に確保できるため 、 より加湿効率を向上させることが可能となる。
以上のように、 本発明の実施の形態により、 加湿効率を向上さ せることが可能となった。 また、 これにより同等の性能で、 従来 '技術より も装置の小型化あるいは使用する中空糸膜の本数の削 減を図ることが可能となった。 '例えば、従来技術のように、 中空糸膜束を円柱形状の構造と し た場合であって、 円柱構造の外径を 3 l mm， 長さを 1 5 0 mm と した場合には、 中空糸膜が 1 0 0 0本必要であった。 これに対 して、本実施の形態のように、 中空糸膜束を円筒形状の構造とし ' た場合であって、 円筒構造の内径を 1 6 mm, 外径を 3 2 mm, 長さを 1 5 0 mmとした場合には、中空糸膜は 7 5 0本で済むよ うになり、 しかも加湿性能を約 1 0 %向上させることができた。 ここで、 加湿性能は、 水または湿潤ガスの圧力， 流量及び加湿 . したい乾燥ガスの圧力，流量で加湿装置を運転した場合の乾燥ガ ス側の水蒸気透過量で評価した。
また、従来技術の場合と同等の加湿性能を満足させるためには 、 円筒構造の内径を 1 3 mm， 外径を 2 6 mm, 長さを 1 5 0 m mと し、 中空糸膜を 5 5 0本使用すれば良いため、 装置を約 3 3 %小型化することが可能となった。
次に、上記実施の形態に基づく より具体的な実施例をいくつか 説明する。
(第 1実施例）
中空糸膜 2 1は、その素材としてポリイミ ド等の高分子材料を 用い、 外径 3 mm以下 （好ましくは 0. 2〜 l mm) で壁面に複 数の数 n mの微小孔を有するものを用いた。
そして、 この中空糸膜 2 1を、 例えば 1 0 0〜 1 0 0 0 0本束 ねて、 内ケース 3と外ケース 4 との間の環状隙間に充填して、 中 空糸膜束 2を形成した。 この中空糸膜束 2は上述のように、 中空 の円筒形状となるが、 その外径は内径の 1. 2〜 3倍程度で、 つ内径より 2〜 1 0 0 mm程度大きくなるように設計し、 （例え ば内径が 1 0〜 1 0 0 mm、 外径が 1 2〜 2 0 0 mm) 、 また、 長さが 5 0〜 5 0 0 m m程度となるようにした。
また、 中空糸膜束 2 の両端において、 各中空糸膜 2 1 の外壁面 間及び外ケース 4の内壁面あるいは内ケース 3の外壁面との間 を封止し、 かつ、 中空糸膜束 2を固定するための封止剤と して、 エポキシ樹脂ゃゥレタン等の接着剤を用いた。
そして、 内ケース 3 として、 P C (ポリカーボネート） や P P O (ポリフエ二レンォキサイ ド） 等の硬質樹脂を用いて製作した 芯パイプを用いた。 - この内ケース 3に設ける開口部 3 1の個数及ぴ位置は、上述の . ように必要な加湿効率等に応じて適宜設計すれば良いが、本実施 例では中空糸膜束 2の一端側付近に周方向に対して等配に複数 個設けた。 一方、外ケース 4に設ける開口部 4 1は中空糸膜束 2 の他端側付近に一箇所設けた。
このような構成によって、 図 1に示すように、 第 1経路に矢印 S 0から矢印 S 1に向かって反応ガスを流し、第 2経路に矢印 T 0から矢印 T 1に向かって水を流した。.
これにより、第 2経路中を流れる水は、 中空糸膜束 2の一端側 付近に周方向に対して等配に設けられた開口部 3 1から、中空糸 膜束 2の他端側付近に設けられた開口部 4 1に向かって流れる ため、 中空糸膜束 2の内部から外部に向かい、 かつ、 軸方向に十 分な距離を流れる。
従って、充填された全ての中空糸膜 2 1がそれぞれ有効に機能 する。 なお、 隙間 4 2を設けていることから、 この隙間 4 2にし み出た水は隙間 4 2を迂回して開口部 4 1から容易に排出でき るため、 開 部 4 1付近に流れが集中してしまうことはない。
以上のようにして、 加湿効率に優れた加湿装置を実現できた。 (第 2実施例）
本実施例では、上記第 1実施例と同一構造の加湿装置を用いて 、 第 2経路に流す水を第 1実施例の場合とは逆方向、 すなわち、 開口部 4 1側から開口部 3 1を経て開口部 3 2側に向けて流す ようにした。
この場合も同様に、 加湿効率に優れた加湿装置を実現できた。 (第 3実施例）
上記第 1実施例では加湿媒体である水分を含む流体と して、水 の場合を示したが、 本実施例では、 湿潤ガスを用いた。
ここで、 固体高分子型燃料電池では、 セルで発電した後の排出 ガスは高い湿度を保持していることから、この排出ガスを加湿媒 体 （湿潤ガス） として利用することが可能である。
この場合も同様に、 加湿効率に優れた加湿装置を実現できた。 (第 4実施例）
上記第 1実施例では、 第 1経路に反応ガスを流し、第 2経路に 水を流す場合を示したが、本実施例では第 1経路に水あるいは湿 潤ガスを流し、 第 2経路に反応ガスを流すようにした。 なお、 各 流体の流す方向は問わない。
この場合も同様に、 加湿効率に優れた加湿装置を実現できた。 (第 5実施例）
図 3を参照して本発明の第 5実施例に係わる加湿装置につい て説明する。
上記第 1実施例では、開口部 3 1を中空糸膜束 2の一端側付近 にのみ設ける場合を示したが、本実施例では、 軸方向の異なる箇 - 所に複数設ける場合について説明する。
その他の構成および作用については第 1の実施の形態と同一 なので、 同一の構成部分については同一の符号を付して、 その説 明は省略する。
図 3は本発明の第 5実施例に係る加湿装置の模式的断面図で め 。
図示のように、 本実施例に係わる加湿装置 1 aは、 內ケース 3 に設ける開口部を、中空糸膜束 2の一端側付近に設ける開口部 3 1の他に、軸方向の異なる位置に複数、 図示の例では更に 2箇所 に、 開口部 3 2 , 3 3を設けている。
そして、 これら開口部の開口径は、有底筒状の内ケース 3の底 に向かうにつれて、 徐々に小さくなるように設定されている。 このように構成することよって、第 2経路に矢印 T 0から矢印 T 1に向けて水あるいは湿潤ガスを流す場合に、各開口部から中 空糸膜束 2の内部に水あるいは湿潤ガスが流入する際の流入量 を、 各開口部で調節することが可能となる。
ここで、軸方向の異なる位置に複数の開口部を設ける場合を考 えると、 T 1に近い開口部ほど中空糸膜束 2内の流路抵抗は小さ いので、仮に同じ大きさの開口部を複数あけてしまう と、 T 1に 近い開口部に流れが集中してしまい、中空糸膜束 2の一部しか有 効利用されない。
そこで、底部に近い開口部の開口径を小さくすることによって 、流路抵抗を大きく し、 この部分の流量を制限することによって T 1から遠い開口部からもバランス良く中空糸膜束 2內に流れ 込むようにして、中空糸膜束 2の全部を加湿に有効に利用するこ とができる。
このように、 開口部の開口径を徐々に小さく し、 かつ、 バラン スをとることで、 加湿性能をべス トに設定することができる。 従って、各中空糸膜 2 1をより一層有効に活用することができ 、 加湿効率を高めることができる。
(第 6実施例）
図 4を参照して本発明の第 6実施例に係わる加湿装置につい て説明する。
本実施例では、 内ケース 3の外周面と、 筒状の中空糸膜束 2の 内周面との間に隙間 3 4を設ける場合について説明する。
その他の構成および作用については第 1の実施の形態と同一 なので、 同一の構成部分については同一の符号を付して、 その説 明は省略する。
図 4は本発明の第 6実施例に係る加湿装置の模式的断面図で ある。
図示のように、本実施例に係わる加湿装置 l bは、 内ケース 3 の外周面と、筒状の中空糸膜束 2の内周面との間に隙間 3 4を設 けている。 従って、 第 2経路に矢印 T 0から矢印 T 1に向けて水 あるいは湿潤ガスを流す場合に、開口部 3 1から流出した水ある いは湿潤ガスは、 隙間 3 4を流れるため、 中空糸膜束 2の内周面 に均等に水あるいは湿潤ガスをまわすことができる。
従って、各中空糸膜 2 1をより一層有効に活用する.ことができ 、 加湿効率を高めることができる。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明は、 第 2経路は、 環状隙間に充填 された中空糸膜束の内径側から外径側に至るまで通ることにな るので、 束の内部から外部に至る中空糸膜を活用でき、加湿効率 を向上させることができる。 第 1開口部を、 中空糸膜束の一端付近に設け、 第 2開口部を、 中空糸膜束の他端付近に設ければ、第 2経路は中空糸膜束の一端 側から他端側に至るまで通ることになり、一層中空糸膜を有効に 活用できる。
第 1開口部を、軸方向に対して異なる位置に複数設けて、 これ らの開口部の開口径を、内ケースの底に向かうにつれて徐々に小 さく設定すれば、内ケースの筒内に底に向かって流体を流す場合 に、各開口部からバランス良く流体を中空糸膜束に流入すること ができ、 中空糸膜をより一層有効に活用できる。

Claims

請求の範囲
1 . 有底筒状の内ケースと、
該内ケースと同心的に設けられる筒状の外ケースと、 該外ケースと内ケースとの間の環状隙間に充填される中空糸 膜束と、 を備えた加湿装置であって、
前記中空糸膜束の一端側から、各中空糸膜の中空內部を通って 他端側に至る第 1経路と、
前記内ケースの側壁面に設けられた第 1開口部から、中空糸膜 束内部の各中空糸膜外壁面間を通って前記外ケースの側壁面に 設けられた第 2開口部に至る第 2経路と、 を備え、
前記第 1経路及び第 2経路のうちのいずれか一方に加湿対象 気体を流し、他方に水分を含む流体を流すことを特徴とする加湿
2 . 前記第 1開口部を、 中空糸膜束の一端付近に設け、
前記第 2開口部を、中空糸膜束の他端付近に設けることを特徴 とする請求の範囲第 1項に記載の加湿装置。
3 . 前記第 1開口部は、軸方向に対して異なる位置に複数設けら れると共に、 これらの開口部の開口径は、 内ケースの底に向かう につれて徐々に小さく設定されることを特徴とする請求の範囲 第 1項に記載の加湿装置。
4 .前記内ケースの外周面と前記中空糸膜束の内周面との間に隙 間を設けることを特徴とする請求の範囲第 1項，第 2項または第 3項に記載の加湿装置。
5 . 加湿後の気体を、燃料電池に供給することを特徴とする請求 の範囲第 1項〜第 4項のいずれか一つに記載の加湿装置。
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