WO2013137310A1 - 加湿器 - Google Patents

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WO2013137310A1
WO2013137310A1 PCT/JP2013/056998 JP2013056998W WO2013137310A1 WO 2013137310 A1 WO2013137310 A1 WO 2013137310A1 JP 2013056998 W JP2013056998 W JP 2013056998W WO 2013137310 A1 WO2013137310 A1 WO 2013137310A1
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gas
storage case
hollow fiber
cathode
fiber membrane
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PCT/JP2013/056998
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French (fr)
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昌弘 臼田
矢澤　成紀
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a humidifier.
  • JP2010-71618A discloses a conventional humidifier that exchanges moisture between the first gas and the second gas by flowing the first gas inside the hollow fiber membrane and the second gas outside. Has been.
  • the above-described conventional humidifier is for sealing the gap between the housing housing the housing case at both ends of the housing case housing the hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled.
  • a seal groove was formed. Therefore, when the storage case is inserted into the housing, the storage case is inserted into the housing while the seal member (O-ring) provided in the seal groove on the insertion side is in contact with the inner wall surface of the housing. Become. As a result, there is a problem that a load opposite to the insertion direction (hereinafter referred to as “insertion load”) acts on the storage case by the seal member provided in the seal groove on the insertion side.
  • the present invention has been made paying attention to such a problem, and an object thereof is to reduce an insertion load acting on the storage case when the storage case is inserted into the housing.
  • a humidifier that exchanges moisture between the first gas and the second gas by flowing the first gas inside the hollow fiber membrane and the second gas outside.
  • the humidifier includes a hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled, a storage case that is open at both ends and accommodates the hollow fiber membrane bundle, an inlet and an outlet for the first gas, and a second A housing having a gas introduction port and a discharge port, housing the storage case therein; and formed on an outer peripheral surface on one end side of the storage case; an outer peripheral surface on one end side of the storage case and an inner periphery of the housing A storage case seal groove to which a sealing member for sealing a gap between the storage surface and a housing is formed, and an inner peripheral surface of the housing, between the inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface on the other end side of the storage case And a housing seal groove to which a seal member for sealing the gap is attached.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system.
  • FIG. 2 is a perspective view of the humidifier according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the humidifier according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a hollow fiber membrane.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V of the humidifier of FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of the humidifier of FIG.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII of the humidifier of FIG.
  • FIG. 8 is a view showing the flow of the cathode off-gas in the central body.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII
  • FIG. 9 is a sectional view taken along the line IX-IX of the humidifier of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the humidifier according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a humidifier according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a humidifier according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A is a diagram illustrating the effect of the humidifier according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view of the humidifier according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing a reference form.
  • an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (oxidant) Electricity is generated by supplying gas.
  • the electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.
  • Anode electrode 2H 2 ⁇ 4H + + 4e ⁇ (1)
  • Cathode electrode 4H + + 4e ⁇ + O 2 ⁇ 2H 2 O (2)
  • the fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the fuel cell system 100.
  • the fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 10 and a cathode gas supply / discharge device 20.
  • the fuel cell stack 10 is formed by stacking a plurality of fuel cells.
  • the fuel cell stack 10 receives power supplied from the anode gas and the cathode gas to generate power, and power necessary for driving the vehicle (for example, power necessary for driving the motor). Power generation.
  • the anode gas supply / exhaust device for supplying the anode gas to the fuel cell stack 10 and the cooling device for cooling the fuel cell stack 10 are not the main part of the present invention, and are not shown for easy understanding.
  • the cathode gas supply / discharge device 20 is a device that supplies cathode gas to the fuel cell stack 10 and discharges cathode off-gas discharged from the fuel cell stack 10 to the outside air.
  • the cathode gas supply / discharge device 20 includes a cathode gas supply passage 30, a cathode gas discharge passage 40, a filter 50, a cathode compressor 60, an air flow sensor 70, a humidifier (WRD; Water Recovery Device) 80, and a cathode adjustment. And a pressure valve 90.
  • the cathode gas supply passage 30 is a passage through which the cathode gas supplied to the fuel cell stack 10 flows.
  • a passage in which one end is connected to the filter 50 and the other end is connected to the cathode gas introduction hole 131 of the humidifier 80 is referred to as “cathode gas”. It is referred to as “supply passage 30a”.
  • supply passage 30a a passage where one end is connected to the cathode gas discharge hole 151 of the humidifier 80 and the other end is connected to the cathode gas inlet hole 11 of the fuel cell stack 10 is referred to as a “cathode gas supply passage 30b”.
  • the cathode gas discharge passage 40 is a passage through which the cathode off gas discharged from the fuel cell stack 10 flows.
  • the cathode off gas is a mixed gas of the cathode gas and water vapor generated by the electrode reaction.
  • one end of the cathode gas discharge passage 40 is connected to the cathode gas outlet hole 12 of the fuel cell stack 10, and the other end is connected to the cathode offgas introduction hole 111 of the humidifier 80.
  • the connected passage is referred to as “cathode gas discharge passage 40a”.
  • the cathode gas discharge passage 40 having one end connected to the cathode offgas discharge hole 112 of the humidifier 80 and the other end being an open end is referred to as a “cathode gas discharge passage 40b”.
  • the filter 50 removes foreign matters in the cathode gas taken into the cathode gas supply passage 30.
  • the cathode compressor 60 is provided in the cathode gas supply passage 30a.
  • the cathode compressor 60 takes air (outside air) as cathode gas through the filter 50 into the cathode gas supply passage 30 and supplies it to the fuel cell stack 10.
  • the air flow sensor 70 is provided in the cathode gas supply passage 30 downstream from the cathode compressor 60.
  • the air flow sensor 70 detects the flow rate of the cathode gas flowing through the cathode gas supply passage 30a.
  • the humidifier 80 is connected to each of the cathode gas supply passage 30 and the cathode gas discharge passage 40, collects moisture in the cathode off-gas flowing through the cathode gas discharge passage 40, and passes the cathode gas supply passage 30 with the collected moisture. Humidify the flowing cathode gas.
  • the humidifier 80 By humidifying the cathode gas supplied to the fuel cell stack 10 by the humidifier 80, drying of the electrolyte membrane of the fuel cell can be suppressed and proton transfer resistance can be reduced, so that the output performance (power generation efficiency) of the fuel cell is improved. be able to.
  • the detailed configuration of the humidifier 80 will be described later with reference to FIGS.
  • the cathode pressure regulating valve 90 is provided in the cathode gas discharge passage 40b.
  • the cathode pressure regulating valve 90 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise. By adjusting the opening of the cathode pressure regulating valve 90, the pressure of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 10 is adjusted to a desired pressure.
  • FIG. 2 is a perspective view of the humidifier 80.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the humidifier 80.
  • the humidifier 80 includes a housing 1 and a hollow fiber membrane module 2.
  • the housing 1 includes a central body 11, a central body O-ring 12, a first closing body 13, a first closing body O-ring 14, a second closing body 15, and a second closing body O-ring 16. And comprising.
  • the housing 1 has a function of accommodating and protecting the hollow fiber membrane module 2 therein, a function of introducing a cathode gas and a cathode off gas supplied to the hollow fiber membrane module 2 into the housing 1, and a hollow fiber membrane module. 2 and a function of discharging the cathode gas and cathode off-gas supplied to 2 to the outside of the housing 1.
  • each component of the housing 1 described above will be described.
  • the central body 11 is a flat metal case opened at both ends, and accommodates the hollow fiber membrane module 2 therein.
  • the direction orthogonal to the opening surfaces at both ends of the central body is referred to as “axial direction”.
  • the opening surface of the central body 11 on the second closing body side is defined as the front, the upper side in the figure is up, the lower side in the figure is down, the front side in the figure is left, and the back side in the figure is right, and the top, bottom, left and right are defined. .
  • a cathode offgas introduction hole 111 is formed on the left side wall of the central body 11.
  • the cathode off gas introduction hole 111 is connected to the cathode gas discharge passage 40a.
  • the cathode off gas introduction hole 111 introduces the cathode off gas discharged from the fuel cell stack 10 and flowing through the cathode gas discharge passage 40 a into the central body 11.
  • a cathode offgas discharge hole 112 is formed on the right side wall of the central body 11.
  • the cathode off gas discharge hole 112 is connected to the cathode gas discharge passage 40b.
  • the cathode off-gas discharge hole 112 discharges the cathode off-gas introduced into the central body 11 and the moisture collected by the hollow fiber membrane module 2 to the cathode gas discharge passage 40b.
  • a central body seal groove 113 is formed over the entire circumference on the inner wall surface of the other end portion (end portion on the second closing body side) of the central body 11.
  • the central body seal groove 113 is a groove formed between two annular protrusions 113a and 113b that protrude perpendicularly from the inner wall surface of the central body 11.
  • the central body O-ring 12 is fitted into the central body seal groove 113.
  • the central body O-ring 12 seals a gap between the inner wall surface of the central body 11 and the outer wall surface of the storage case 22 housed in the central body 11.
  • the first closing body 13 is a metal lid that closes one opening of the central body 11, and is fastened to the central body 11 with bolts or the like.
  • the first closing body 13 includes a cathode gas introduction hole 131 and an opening 132.
  • the cathode gas introduction hole 131 is connected to the cathode gas supply passage 30a.
  • the cathode gas introduction hole 131 introduces the cathode gas discharged from the compressor into the first closing body 13.
  • the cathode gas introduced into the inside of the first closing body 13 is introduced into the inside of the central body 11 from one opening of the central body 11 through the opening 132.
  • the opening 132 is inserted into the central body 11 when the first closing body 13 is fastened to the central body 11.
  • a first closing body seal groove 133 is formed on the outer peripheral surface of the opening 132 over the entire periphery.
  • the first closing body seal groove 133 is a groove formed between the two annular protrusions 133 a and 133 b that protrude perpendicularly from the outer peripheral surface of the opening 132.
  • the first closing body O-ring 14 is fitted into the first closing body seal groove 133.
  • the first closing body O-ring 14 seals a gap between the outer peripheral surface of the opening 132 of the first closing body 13 and the inner wall surface of the central body 11.
  • the second closing body 15 is a metal lid that closes the other opening of the central body 11, and is fastened to the central body 11 with bolts or the like.
  • the second closing body 15 includes a cathode gas discharge hole 151 and an opening 152.
  • the cathode gas discharge hole 151 is connected to the cathode gas supply passage 30b.
  • the cathode gas discharge hole 151 discharges the cathode gas humidified by the hollow fiber membrane module 2 and discharged from the other opening of the central body 11 into the second closing body 15 to the cathode gas supply passage 30b.
  • the cathode gas discharged to the cathode gas supply passage 30b is supplied to the fuel cell stack 10 through the cathode gas supply passage 30b.
  • the opening 152 is inserted into the central body 11 when the second closing body 15 is fastened to the central body 11.
  • a second closing body seal groove 153 is formed over the entire periphery.
  • the second closing body seal groove 153 is a groove formed between the two annular protrusions 153 a and 153 b that protrude perpendicularly from the outer peripheral surface of the opening 152.
  • the second closing body O-ring 16 is fitted into the second closing body seal groove 153.
  • the second closing body O-ring 16 seals a gap between the outer peripheral surface of the opening 152 of the second closing body 15 and the inner wall surface of the central body 11.
  • the hollow fiber membrane module 2 includes a hollow fiber membrane bundle 21, a storage case 22, and a storage case O-ring 23. Before describing each component of the hollow fiber membrane module 2, the hollow fiber membrane 5 will be described first with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the hollow fiber membrane 5.
  • the hollow fiber membrane 5 is a hollow membrane having moisture permeability, and is provided with an internal channel 51 that opens at both end faces and communicates the openings at both end faces.
  • the hollow fiber membrane 5 has a moisture content between the internal gas and the external gas according to the water vapor partial pressure difference between the internal gas flowing through the internal flow channel 51 and the external gas flowing while contacting the outer peripheral surface 53 of the hollow fiber membrane 5.
  • the hollow fiber membrane bundle 21 a plurality of hollow fiber membranes 5 are bundled, and then the fine gaps between the hollow fiber membranes at both ends of the hollow fiber membrane bundle 21 are filled with a potting material to bond the hollow fiber membranes together. Are formed integrally. Except for both ends of the hollow fiber membrane bundle 21, the hollow fiber membranes are not bonded to each other by a potting material, and fine voids remain between the hollow fiber membranes. The fine voids existing between the hollow fiber membranes serve as the flow path (hereinafter referred to as “external flow path”) 52 through which the external gas flows.
  • the hollow fiber membrane bundle 21 humidifies the cathode gas flowing through the internal flow channel 51 by allowing water vapor in the cathode off gas flowing through the external flow channel 52 to permeate the internal flow channel 51 of each hollow fiber membrane 5.
  • the storage case 22 is a flat resin case having both ends opened, and stores the hollow fiber membrane bundle 21 therein so that the longitudinal direction of the hollow fiber membrane bundle 21 is parallel to the axial direction.
  • a storage case seal groove 221 is formed on the side wall of one end portion (end portion on the first closing body side) of the storage case 22 over the entire circumference.
  • the storage case seal groove 221 is a groove formed between two annular protrusions 221 a and 221 b that protrude vertically from the side wall of the storage case 22.
  • the storage case O-ring 23 is fitted into the storage case seal groove 221.
  • the storage case O-ring 23 seals the gap between the side wall of the storage case 22 and the inner wall surface of the central body 11.
  • the storage case 22 allows the cathode offgas to flow into the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 from a part of the side wall (upper side wall, right side wall, left side wall) of the storage case 22 and into the external flow path 52.
  • the cathode offgas thus discharged has a function of flowing out from the remaining part (lower side wall) of the side wall of the storage case 22.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V of the humidifier of FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of the humidifier of FIG.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII of the humidifier of FIG. 6 and 7 are different in that FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion including a left bypass rib 226 and a right bypass rib 228 described later. 5 to 7, illustration of the hollow fiber membrane bundle 21 is omitted.
  • An upper gas inflow hole 222 is formed on the upper side wall of the storage case 22.
  • the upper gas inflow hole 222 is a hole penetrating the upper side wall, and a plurality of upper gas inflow holes 222 are formed on almost the entire upper side wall.
  • the cathode offgas introduced into the central body 11 from the cathode offgas introduction hole 111 formed in the left side wall of the central body 11 mainly flows into the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 from the upper gas inflow hole 222. .
  • a gas discharge hole 223 is formed in the lower side wall of the storage case 22.
  • the gas discharge holes 223 are holes penetrating the lower side wall, and a plurality of gas discharge holes 223 are formed on almost the entire lower side wall.
  • the cathode off-gas that has flowed into the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 is discharged from the gas discharge hole 223 into the center body 11. And it discharges
  • a diffusion wall 224, a left gas inflow hole 225, and a left bypass rib 226 are formed on the left side wall of the storage case 22.
  • the diffusion wall 224 is formed at a position facing the cathode offgas introduction hole 111 formed in the central body 11 when the hollow fiber membrane module 2 is accommodated in the central body 11.
  • the cathode offgas introduced into the central body 11 from the cathode offgas introduction hole 111 collides with the diffusion wall 224 and diffuses.
  • the left gas inflow hole 225 is a hole penetrating the left side wall, and a plurality of left side gas inflow holes 225 are formed on almost the entire left side wall excluding the formation part of the diffusion wall 224.
  • the cathode off gas introduced into the central body 11 flows into the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 from the left gas inflow hole 225 in addition to the upper gas inflow hole 222.
  • the left bypass rib 226 is a protrusion that protrudes vertically from the lower side of the outer peripheral surface of the left side wall and is formed in the axial direction.
  • the left bypass rib 226 is formed such that a predetermined gap (hereinafter referred to as “left bypass space”) 31 is formed between the left bypass rib 226 and the inner peripheral surface of the central body 11.
  • the length of the left bypass rib 226 in the axial direction is such that when the hollow fiber membrane module 2 is housed in the central body 11, the inner side (second obturator side) annular shape formed in the housing case 22. It is set so as to fit between the protrusion 221b and the annular protrusion 113b on the inner side (first closing body side) formed on the inner wall surface of the central body 11.
  • the height of the left bypass rib 226 is set to be equal to or less than the height of the annular protrusions 221 a and 221 b formed at one end of the storage case 22. In the present embodiment, the height of the left bypass rib 226 is the same as the height of the annular protrusions 221a and 221b.
  • a right gas inflow hole 227 and a right bypass rib 228 are formed in the right wall of the storage case 22.
  • the right gas inflow hole 227 is a hole penetrating the right side wall, and a plurality of right side gas inflow holes 227 are formed on almost the entire right side wall.
  • the cathode off-gas introduced into the central body 11 flows into the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 from the right gas inflow hole 227 as well as the upper gas inflow hole 222.
  • the right bypass rib 228 is a ridge that protrudes vertically from the lower side of the outer peripheral surface of the right wall and is formed in the axial direction.
  • the right bypass rib 228 is formed such that a predetermined gap (hereinafter referred to as “right bypass space”) 32 is formed between the inner peripheral surface of the central body 11.
  • the axial length of the right bypass rib 228 is such that when the hollow fiber membrane module 2 is housed in the central body 11, the inner annular protrusion 221 b formed in the housing case 22 and the central body 11 and the inner annular projection 113b formed on the inner wall surface.
  • the height of the right bypass rib 228 is set to be equal to or less than the height of the annular protrusions 221 a and 221 b formed at one end of the storage case 22. In the present embodiment, the height of the right bypass rib 228 and the height of the annular protrusions 221a and 221b are the same.
  • FIG. 8 is a diagram showing the flow of the cathode off-gas in the central body.
  • 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. The arrows in FIGS. 8 and 9 indicate the flow of the cathode off gas. In FIG. 9, only a part of the hollow fiber membrane bundle 21 is illustrated.
  • the remaining part flows into the gap 36 between the central body 11 and the lower side wall of the storage case 22 through the left bypass space 31 and the right bypass space 32, and the external flow path of the hollow fiber membrane bundle 21
  • the gas is discharged from the cathode offgas discharge hole 112 without flowing into the gas 52.
  • the flow rate of the cathode off gas flowing through the left bypass space 31 and the right bypass space 32 can be controlled by adjusting the heights of the left bypass rib 226 and the right bypass rib 228.
  • the flow rate of the cathode offgas flowing into the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 from each gas inflow hole 222, 225, 227 of the storage case 22 and the flow direction of the cathode off gas after flowing into the external flow path 52 The flow rate and the like can be controlled by adjusting the heights of the left bypass rib 226 and the right bypass rib 228.
  • the cathode off-gas that has flowed into the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 from the gas inflow holes 222, 225, and 227 of the storage case 22 is formed on the entire upper surface wall. From the upper side wall and from the upper side wall to the lower side wall at an equal flow rate and vertically.
  • the cathode off-gas that has flowed through the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 from the upper side wall to the lower side wall of the storage case is between the central body 11 and the lower side wall of the storage case 22 through the gas discharge hole 223 on the lower side wall. And the cathode offgas exhaust hole 112 along with the cathode offgas that has passed through the left bypass space 31 and the right bypass space 32.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the humidifier 80 according to the present embodiment, and is a schematic diagram showing a state when the hollow fiber membrane module 2 is accommodated in the central body 11.
  • the storage case O-ring 23 for preventing the cathode off gas introduced into the central body 11 from leaking into the first closing body 13 is It fits into a storage case seal groove 221 provided at one end.
  • the central body O-ring 12 for preventing the cathode off gas introduced into the central body 11 from leaking into the second closing body 15 is a central body seal provided at the other end of the central body 11. It fits in the groove 113.
  • O-rings 23 and 12 having the same function are fitted into seal grooves 221 and 221 provided at both ends of the storage case 22.
  • insertion load a load opposite to the insertion direction
  • gas holes gas inflow holes 222, 225, 227 and gas exhaust holes 223 (hereinafter collectively referred to as “gas holes”) are formed on the side wall of the storage case 22. .) Can be formed. That is, the opening area of the whole gas hole formed in the side wall of the storage case 22 can be increased. As a result, since the flow rate of the cathode off gas flowing into the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 can be increased, the moisture exchange efficiency of the humidifier 80 can be improved.
  • the diffusion wall 224 for diffusing the cathode off gas can be formed on the left side wall of the storage case 22. That is, the desired moisture exchange efficiency can be obtained without forming the left gas inflow hole 225 in the entire left side wall.
  • the housing 1 and by extension the humidifier 80 can be reduced in size and weight, and the cost can be reduced.
  • each O-ring 12, 14, 16, 23 fills the gap with the inner wall surface of the central body 11, the central body seal groove 113, the first closing body seal groove 133, and the second
  • the entire lengths of the closing body seal groove 153 and the storage case seal groove 221 can be made the same, and the diameters of the O-rings can be made common. As a result, the O-ring can be shared, and the cost can be reduced.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the humidifier 80 according to the present embodiment, which corresponds to FIG. 5 of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the humidifier 80 according to the present embodiment, and corresponds to FIG. 7 of the first embodiment.
  • bypass rib is not formed on the storage case 22, but the left bypass rib 226 is formed on the inner surface of the left side wall of the central body 11, and the right side wall is formed on the right side.
  • a bypass rib 228 was formed.
  • FIG. 13A is a diagram for explaining the effect of the humidifier 80 according to the present embodiment, and shows a cross-sectional view of the humidifier 80 according to the present embodiment.
  • FIG. 13B shows a cross-sectional view of the humidifier 80 according to the first embodiment.
  • the left bypass rib 226 and the right bypass rib 228 are provided in the storage case 22 as in the first embodiment shown in FIG. 13B, the left bypass rib 226 is sealed because the inside of the central body 11 is sealed with the storage case O-ring 23.
  • the heights of the annular protrusions 221 a and 221 b are the same as the heights of the annular protrusions 113 a and 113 b formed on the inner wall surface of the other end portion of the central body 11.
  • the sizes of the left bypass space 31 and the right bypass space 32 that are gaps between the left bypass rib 226 and the right bypass rib 228 and the inner wall surface of the central body 11 cannot be reduced beyond a certain level.
  • the height of the left bypass rib 226 and the right bypass rib 228 can be reduced. It can be set to be higher than the height of the annular projections 113a and 113b formed on the inner wall surface of the other end.
  • the heights of the annular protrusions 113a and 113b are set to be the same as the heights of the annular protrusions 221a and 221b.
  • the right bypass space 31 and the left bypass space 32 can be made smaller than in the first embodiment. Thereby, the adjustment range of the flow rate of the cathode off-gas flowing into the external flow path 52 of the hollow fiber membrane bundle 21 from each of the left gas inflow hole 225, the upper gas inflow hole 222, and the right gas inflow hole 227 is expanded. The water exchange efficiency can be further improved.
  • the cathode gas is allowed to flow through the internal flow path 51 of the hollow fiber membrane bundle 21 and the cathode off gas is flowed into the external flow path 52.
  • An off gas may be allowed to flow.

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Abstract

　中空糸膜の内側に第１ガスを流すと共に外側に第２ガスを流し、第１ガスと第２ガスとの間で水分交換を行う加湿器であって、中空糸膜を複数本束ねた中空糸膜束と、両端が開口し、中空糸膜束を内部に収容する収納ケースと、第１ガスの導入口及び排出口と、第２ガスの導入口及び排出口と、を有し、収納ケースを内部に収容する筐体と、収納ケースの一端側の外周面に形成され、その収納ケースの一端側の外周面と、筐体の内周面と、の間の隙間をシールするシール部材が取り付けられる収納ケースシール溝と、筐体の内周面に形成され、その筐体の内周面と、収納ケースの他端側の外周面と、の間の隙間をシールするシール部材が取り付けられる筐体シール溝と、を備える。

Description

加湿器
　本発明は加湿器に関する。
　ＪＰ２０１０－７１６１８Ａには、従来の加湿器として、中空糸膜の内側に第１ガスを流すと共に外側に第２ガスを流し、第１ガスと第２ガスとの間で水分交換を行うものが開示されている。
　しかしながら、前述した従来の加湿器は、複数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束を収容する収納ケースの両端部に、収納ケースを収容する筐体との間の隙間をシールするためのシール溝を形成していた。そのため、収納ケースを筐体内に挿入するときに、挿入側のシール溝に設けられたシール部材（Ｏリング）が筐体の内壁面と接触しながら、収納ケースが筐体内に挿入されることになる。その結果、挿入側のシール溝に設けられたシール部材によって、挿入方向とは反対の荷重（以下「挿入荷重」という。）が収納ケースに作用するという問題点があった。
　本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、収納ケースを筐体内に挿入するときに、収納ケースに作用する挿入荷重を低減することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、中空糸膜の内側に第１ガスを流すと共に外側に第２ガスを流し、第１ガスと第２ガスとの間で水分交換を行う加湿器が提供される。そしてその加湿器が、中空糸膜を複数本束ねた中空糸膜束と、両端が開口し、中空糸膜束を内部に収容する収納ケースと、第１ガスの導入口及び排出口と第２ガスの導入口及び排出口とを有し、収納ケースを内部に収容する筐体と、収納ケースの一端側の外周面に形成され、その収納ケースの一端側の外周面と筐体の内周面との間の隙間をシールするシール部材が取り付けられる収納ケースシール溝と、筐体の内周面に形成され、その筐体の内周面と収納ケースの他端側の外周面との間の隙間をシールするシール部材が取り付けられる筐体シール溝と、を備えることを特徴とする。
　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図１は、燃料電池システムの概略構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態による加湿器の斜視図である。 図３は、本発明の第１実施形態による加湿器の分解斜視図である。 図４は、中空糸膜について説明する図である。 図５は、図２の加湿器のV-V線に沿う断面図である。 図６は、図２の加湿器のVI-VI線に沿う断面図である。 図７は、図２の加湿器のVII-VII線に沿う断面図である。 図８は、中央体内におけるカソードオフガスの流れを示した図である。 図９は、図８の加湿器のIX-IX線に沿う断面図である。 図１０は、本発明の第１実施形態による加湿器の効果について説明する図である。 図１１は、本発明の第２実施形態による加湿器の縦断面図である。 図１２は、本発明の第２実施形態による加湿器の横断面図である。 図１３Ａは、本発明の第２実施形態による加湿器の効果を説明する図である。 図１３Ｂは、本発明の第１実施形態による加湿器の横断面図である。 図１４は、参考形態を示す図である。
　（第１実施形態）
　燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とで挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
　　　アノード電極　：　　２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ-         　　…(１)
　　　カソード電極　：　　４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ     …(２)
　この（１）及び（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
　このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。
　図１は、燃料電池システム１００の概略構成図である。
　燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、カソードガス給排装置２０と、を備える。
　燃料電池スタック１０は、複数枚の燃料電池を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電し、車両の駆動に必要な電力（例えばモータを駆動するために必要な電力）を発電する。
　燃料電池スタック１０にアノードガスを供給するアノードガス給排装置及び燃料電池スタック１０を冷却する冷却装置については、本発明の主要部ではないので、理解を容易にするために図示を省略した。
　カソードガス給排装置２０は、燃料電池スタック１０にカソードガスを供給するとともに、燃料電池スタック１０から排出されるカソードオフガスを外気に排出する装置である。カソードガス給排装置２０は、カソードガス供給通路３０と、カソードガス排出通路４０と、フィルタ５０と、カソードコンプレッサ６０と、エアフローセンサ７０と、加湿器（ＷＲＤ；Water Recovery Device）８０と、カソード調圧弁９０と、を備える。
　カソードガス供給通路３０は、燃料電池スタック１０に供給するカソードガスが流れる通路である。以下の説明において特に区別する必要があるときは、カソードガス供給通路３０のうち、一端がフィルタ５０に接続され、他端が加湿器８０のカソードガス導入孔１３１に接続される通路を「カソードガス供給通路３０ａ」という。また、カソード供給通路のうち、一端が加湿器８０のカソードガス排出孔１５１に接続され、他端が燃料電池スタック１０のカソードガス入口孔１１に接続される通路を「カソードガス供給通路３０ｂ」という。
　カソードガス排出通路４０は、燃料電池スタック１０から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードオフガスは、カソードガスと、電極反応によって生じた水蒸気と、の混合ガスである。以下の説明において特に区別する必要があるときは、カソードガス排出通路４０のうち、一端が燃料電池スタック１０のカソードガス出口孔１２に接続され、他端が加湿器８０のカソードオフガス導入孔１１１に接続される通路を「カソードガス排出通路４０ａ」という。また、カソードガス排出通路４０のうち、一端が加湿器８０のカソードオフガス排出孔１１２に接続され、他端が開口端となっている通路を「カソードガス排出通路４０ｂ」という。
　フィルタ５０は、カソードガス供給通路３０に取り込むカソードガス中の異物を取り除く。
　カソードコンプレッサ６０は、カソードガス供給通路３０ａに設けられる。カソードコンプレッサ６０は、フィルタ５０を介してカソードガスとしての空気（外気）をカソードガス供給通路３０に取り込み、燃料電池スタック１０に供給する。
　エアフローセンサ７０は、カソードコンプレッサ６０よりも下流のカソードガス供給通路３０に設けられる。エアフローセンサ７０は、カソードガス供給通路３０ａを流れるカソードガスの流量を検出する。
　加湿器８０は、カソードガス供給通路３０及びカソードガス排出通路４０のそれぞれに接続されて、カソードガス排出通路４０を流れるカソードオフガス中の水分を回収し、その回収した水分でカソードガス供給通路３０を流れるカソードガスを加湿する。加湿器８０によって燃料電池スタック１０に供給するカソードガスを加湿することで、燃料電池の電解質膜の乾燥を抑制してプロトン移動抵抗を小さくできるので、燃料電池の出力性能（発電効率）を向上させることができる。加湿器８０の詳細な構成については、図２から図７を参照して後述する。
　カソード調圧弁９０は、カソードガス排出通路４０ｂに設けられる。カソード調圧弁９０は、連続的又は段階的に開度を調節することができる電磁弁である。カソード調圧弁９０の開度を調節することで、燃料電池スタック１０に供給されるカソードガスの圧力が所望の圧力に調節される。
　次に、図２から図７を参照して、本発明の第１実施形態による加湿器８０の構成について説明する。
　図２は、加湿器８０の斜視図である。図３は、加湿器８０の分解斜視図である。
　加湿器８０は、筐体１と、中空糸膜モジュール２と、を備える。
　筐体１は、中央体１１と、中央体用Ｏリング１２と、第１閉塞体１３と、第１閉塞体用Ｏリング１４と、第２閉塞体１５と、第２閉塞体用Ｏリング１６と、を備える。筐体１は、内部に中空糸膜モジュール２を収容して保護する機能と、中空糸膜モジュール２に供給するカソードガス及びカソードオフガスを筐体１の内部に導入する機能と、中空糸膜モジュール２に供給したカソードガス及びカソードオフガスを筐体１の外部に排出する機能と、有する。以下、前述した筐体１の各構成部品について説明する。
　中央体１１は、両端が開口した扁平な金属製のケースであって、内部に中空糸膜モジュール２を収容する。以下の説明においては、中央体両端の開口面と直行する方向を「軸方向」という。また、中央体１１の第２閉塞体側の開口面を正面とし、図中上側を上、図中下側を下、図中手前側を左、図中奥側を右として、上下左右を定義する。
　中央体１１の左側壁には、カソードオフガス導入孔１１１が形成される。カソードオフガス導入孔１１１は、カソードガス排出通路４０ａに接続される。カソードオフガス導入孔１１１は、燃料電池スタック１０から排出されてカソードガス排出通路４０ａを流れてきたカソードオフガスを、中央体１１の内部に導入する。
　中央体１１の右側壁には、カソードオフガス排出孔１１２が形成される。カソードオフガス排出孔１１２は、カソードガス排出通路４０ｂに接続される。カソードオフガス排出孔１１２は、中央体１１の内部に導入されて中空糸膜モジュール２によって水分が回収されたカソードオフガスを、カソードガス排出通路４０ｂに排出する。
　中央体１１の他端部（第２閉塞体側の端部）の内壁面には、中央体シール溝１１３が全周に亘って形成される。中央体シール溝１１３は、中央体１１の内壁面から垂直に突出する２つの環状突起１１３ａ，１１３ｂの間に形成される溝である。
　中央体用Ｏリング１２は、中央体シール溝１１３に嵌め込まれる。中央体用Ｏリング１２は、中央体１１の内壁面と、中央体１１の内部に収容される収納ケース２２の外壁面と、の間の隙間をシールする。
　第１閉塞体１３は、中央体１１の一方の開口を閉じる金属製の蓋であって、ボルト等によって中央体１１に締結される。第１閉塞体１３は、カソードガス導入孔１３１と、開口部１３２と、を備える。
　カソードガス導入孔１３１は、カソードガス供給通路３０ａに接続される。カソードガス導入孔１３１は、コンプレッサから吐出されたカソードガスを第１閉塞体１３の内部に導入する。第１閉塞体１３の内部に導入したカソードガスは、開口部１３２を介して中央体１１の一方の開口から中央体１１の内部に導入する。
　開口部１３２は、第１閉塞体１３が中央体１１に締結されたときに、中央体１１の内部に挿入される。開口部１３２の外周面には、第１閉塞体シール溝１３３が全周に亘って形成される。第１閉塞体シール溝１３３は、開口部１３２の外周面から垂直に突出する２つの環状突起１３３ａ，１３３ｂの間に形成される溝である。
　第１閉塞体用Ｏリング１４は、第１閉塞体シール溝１３３に嵌め込まれる。第１閉塞体用Ｏリング１４は、第１閉塞体１３の開口部１３２の外周面と、中央体１１の内壁面と、の間の隙間をシールする。
　第２閉塞体１５は、中央体１１の他方の開口を閉じる金属製の蓋であって、ボルト等によって中央体１１に締結される。第２閉塞体１５は、カソードガス排出孔１５１と、開口部１５２と、を備える。
　カソードガス排出孔１５１は、カソードガス供給通路３０ｂに接続される。カソードガス排出孔１５１は、中空糸膜モジュール２によって加湿されて中央体１１の他方の開口から第２閉塞体１５の内部に排出されたカソードガスを、カソードガス供給通路３０ｂに排出する。カソードガス供給通路３０ｂに排出されたカソードガスは、カソードガス供給通路３０ｂを介して燃料電池スタック１０に供給される。
　開口部１５２は、第２閉塞体１５が中央体１１に締結されたときに、中央体１１の内部に挿入される。開口部１５２の外周面には、第２閉塞体シール溝１５３が全周に亘って形成される。第２閉塞体シール溝１５３は、開口部１５２の外周面から垂直に突出する２つの環状突起１５３ａ，１５３ｂの間に形成される溝である。
　第２閉塞体用Ｏリング１６は、第２閉塞体シール溝１５３に嵌め込まれる。第２閉塞体用Ｏリング１６は、第２閉塞体１５の開口部１５２の外周面と、中央体１１の内壁面と、の間の隙間をシールする。
　中空糸膜モジュール２は、中空糸膜束２１と、収納ケース２２と、収納ケース用Ｏリング２３と、を備える。中空糸膜モジュール２の各構成部品について説明する前に、まず図４を参照して中空糸膜５について説明する。
　図４は、中空糸膜５について説明する図である。
　図４に示すように、中空糸膜５は、水分透過性を有する中空状の膜であって、その両端面に開口すると共に、その両端面の開口同士を連通する内部流路５１を備える。中空糸膜５は、内部流路５１を流れる内部ガスと中空糸膜５の外周面５３に接触しながら流れる外部ガスとの水蒸気分圧差に応じて、内部ガスと外部ガスとの間で水分の交換を行う。
　本実施形態では、内部ガスをカソードガス、外部ガスをカソードオフガスとすることで、カソードオフガス中の水蒸気を中空糸膜５の内部流路５１に透過させ、カソードガスを加湿する。
　以下、再び図３を参照して中空糸膜モジュール２の各構成部品について説明する。
　中空糸膜束２１は、複数本の中空糸膜５を束ねた後に、中空糸膜束２１の両端部の各中空糸膜間の微細な空隙をポッティング材で埋めて、中空糸膜同士を接着させることで一体形成される。中空糸膜束２１の両端部以外は、中空糸膜同士はポッティング材で接着されておらず、各中空糸膜間には微細な空隙が存在したままとなっている。この各中空糸膜間に存在する微細な空隙が、前述した外部ガスが流れる流路（以下「外部流路」という。）５２となる。中空糸膜束２１は、外部流路５２を流れるカソードオフガス中の水蒸気を、各中空糸膜５の内部流路５１に透過させることで、その内部流路５１を流れるカソードガスを加湿する。
　収納ケース２２は、両端が開口した扁平な樹脂製のケースであって、中空糸膜束２１の長手方向が軸方向と平行となるように中空糸膜束２１を内部に収容する。
　収納ケース２２の一端部（第１閉塞体側の端部）の側壁には、収納ケースシール溝２２１が全周に亘って形成される。収納ケースシール溝２２１は、収納ケース２２の側壁から垂直に突出する２つの環状突起２２１ａ，２２１ｂの間に形成される溝である。
　収納ケース用Ｏリング２３は、収納ケースシール溝２２１に嵌め込まれる。収納ケース用Ｏリング２３は、収納ケース２２の側壁と、中央体１１の内壁面と、の間の隙間をシールする。
　また、収納ケース２２は、収納ケース２２の側壁の一部（上側壁、右側壁、左側壁）から中空糸膜束２１の外部流路５２にカソードオフガスを流入させるとともに、外部流路５２に流入したカソードオフガスを、収納ケース２２の側壁の残りの一部（下側壁）から流出させる機能を有する。以下、この機能を発揮させるための構成について、図３のほかに図５から図７を参照して説明する。
　図５は、図２の加湿器のV-V線に沿う断面図である。図６は、図２の加湿器のVI-VI線に沿う断面図である。図７は、図２の加湿器のVII-VII線に沿う断面図である。図６と図７とは、図７が後述する左側バイパスリブ２２６及び右側バイパスリブ２２８を含む部分の断面図である点で相違する。また、図５から図７において、中空糸膜束２１の図示は省略している。
　収納ケース２２の上側壁には、上側ガス流入孔２２２が形成される。
　上側ガス流入孔２２２は、上側壁を貫通する孔であって、上側壁のほぼ全面に複数形成される。中央体１１の左側壁に形成されたカソードオフガス導入孔１１１から中央体１１の内部に導入されたカソードオフガスは、主に上側ガス流入孔２２２から中空糸膜束２１の外部流路５２に流入する。
　収納ケース２２の下側壁には、ガス排出孔２２３が形成される。
　ガス排出孔２２３は、下側壁を貫通する孔であって、下側壁のほぼ全面に複数形成される。中空糸膜束２１の外部流路５２に流入したカソードオフガスは、ガス排出孔２２３から中央体１１の内部に排出される。そして、中央体１１の右側壁に形成されたカソードオフガス排出孔１１２からカソードオフガス排出通路４０ｂに排出される。
　収納ケース２２の左側壁には、拡散壁２２４と、左側ガス流入孔２２５と、左側バイパスリブ２２６と、が形成される。
　拡散壁２２４は、中空糸膜モジュール２を中央体１１に収容したときに、中央体１１に形成されたカソードオフガス導入孔１１１と対向する位置に形成される。カソードオフガス導入孔１１１から中央体１１の内部に導入されたカソードオフガスは、拡散壁２２４に衝突して拡散する。
　左側ガス流入孔２２５は、左側壁を貫通する孔であって、拡散壁２２４の形成部位を除く左側壁のほぼ全面に複数形成される。中央体１１の内部に導入されたカソードオフガスは、上側ガス流入孔２２２のほか、この左側ガス流入孔２２５からも中空糸膜束２１の外部流路５２に流入する。
　左側バイパスリブ２２６は、左側壁の外周面下側から垂直に突出し、軸方向に亘って形成される突条である。左側バイパスリブ２２６は、中央体１１の内周面との間に所定の隙間（以下「左側バイパス空間」という。）３１が生じるように形成される。
　図７に示すように、左側バイパスリブ２２６の軸方向長さは、中空糸膜モジュール２が中央体１１に収容されたときに、収納ケース２２に形成された内側（第２閉塞体側）の環状突起２２１ｂと、中央体１１の内壁面に形成された内側（第１閉塞体側）の環状突起１１３ｂと、の間に収まるように設定される。左側バイパスリブ２２６の高さは、収納ケース２２の一端部に形成された環状突起２２１ａ，２２１ｂの高さ以下に設定される。本実施形態では、左側バイパスリブ２２６の高さと、環状突起２２１ａ，２２１ｂの高さが同じになるようにしている。
　収納ケース２２の右側壁には、右側ガス流入孔２２７と、右側バイパスリブ２２８と、が形成される。
　右側ガス流入孔２２７は、右側壁を貫通する孔であって、右側壁のほぼ全面に複数形成される。中央体１１の内部に導入されたカソードオフガスは、上側ガス流入孔２２２のほか、この右側ガス流入孔２２７からも中空糸膜束２１の外部流路５２に流入する。
　右側バイパスリブ２２８は、右側壁の外周面下側から垂直に突出し、軸方向に亘って形成される突条である。右側バイパスリブ２２８は、中央体１１の内周面との間に所定の隙間（以下「右側バイパス空間」という。）３２が生じるように形成される。
　図７に示すように、右側バイパスリブ２２８の軸方向長さは、中空糸膜モジュール２が中央体１１に収容されたときに、収納ケース２２に形成された内側の環状突起２２１ｂと、中央体１１の内壁面に形成された内側の環状突起１１３ｂと、の間に収まるように設定される。右側バイパスリブ２２８の高さは、収納ケース２２の一端部に形成された環状突起２２１ａ，２２１ｂの高さ以下に設定される。本実施形態では、右側バイパスリブ２２８の高さと、環状突起２２１ａ，２２１ｂの高さが同じになるようにしている。
　次に、図８及び図９を参照して、中央体１１内におけるカソードオフガスの流れについて説明する。
　図８は、中央体内におけるカソードオフガスの流れを示した図である。図９は、図８のIX-IX線に沿う断面図である。図８及び図９の矢印は、カソードオフガスの流れを示すものであり、図９においては中空糸膜束２１の一部分のみを図示している。
　図８及び図９に示すように、中央体１１に中空糸膜モジュール２を収容したとき、中央体１１と収納ケース２２との間には、所定の隙間が生じるようになっている。
　中央体１１のカソードオフガス導入孔１１１から中央体１１の内部（中央体１１と収納ケース２２との間の隙間）に導入されたカソードオフガスは、左側壁の拡散壁２２４に衝突して拡散し、その一部が中央体１１と収納ケース２２の左側壁、上側壁及び右側壁との間の各隙間３３，３４，３５を流れて収納ケース２２の左側ガス流入孔２２５、上側ガス流入孔２２２及び右側ガス流入孔２２７から中空糸膜束２１の外部流路５２に流入する。
　一方で、残りの一部は、左側バイパス空間３１及び右側バイパス空間３２を通って中央体１１と収納ケース２２の下側壁との間の隙間３６へと流れ込み、中空糸膜束２１の外部流路５２に流入することなくカソードオフガス排出孔１１２から排出される。
　左側バイパス空間３１及び右側バイパス空間３２を流れるカソードオフガスの流量は、左側バイパスリブ２２６及び右側バイパスリブ２２８の高さを調整することで制御することができる。言い換えれば、収納ケース２２の各ガス流入孔２２２，２２５，２２７から中空糸膜束２１の外部流路５２に流入するカソードオフガスの流量や、外部流路５２に流入した後のカソードオフガスの流れ方向、流速などを、左側バイパスリブ２２６及び右側バイパスリブ２２８の高さを調整することで制御することができる。
　本実施形態では、図８及び図９に示すように、収納ケース２２の各ガス流入孔２２２，２２５，２２７から中空糸膜束２１の外部流路５２に流入したカソードオフガスが、上面壁の全面から均一に、かつ、上側壁から下側壁に向かって等しい流速で垂直に流れるようにしている。
　収納ケースの上側壁から下側壁に向かって中空糸膜束２１の外部流路５２を流れてきたカソードオフガスは、下側壁のガス排出孔２２３から中央体１１と収納ケース２２の下側壁との間の隙間３６に排出され、左側バイパス空間３１及び右側バイパス空間３２を通ってきたカソードオフガスと共にカソードオフガス排出孔１１２から排出される。
　次に本実施形態による加湿器８０の効果について説明する。なお、発明の理解を容易にするために、図１４に示した参考形態と比較しつつ説明する。参考形態において、本実施形態による加湿器８０と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
　図１０は、本実施形態による加湿器８０の効果について説明する図であり、中央体１１に中空糸膜モジュール２を収容するときの様子を示した模式図である。
　図１０に示すように、本実施形態では、中央体１１内に導入されたカソードオフガスが第１閉塞体１３内に漏れないようにするための収納ケース用Ｏリング２３については、収納ケース２２の一端部に設けられた収納ケースシール溝２２１に嵌め込むようにしている。そして、中央体１１内に導入されたカソードオフガスが第２閉塞体１５内に漏れないようにするための中央体用Ｏリング１２については、中央体１１の他端部に設けられた中央体シール溝１１３に嵌め込むようにしている。
　一方、図１４に示すように、参考形態では、同様の機能を有するＯリング２３，１２を、収納ケース２２の両端部に設けられたシール溝２２１，２２１に嵌め込むようにしている。
　このような参考形態の場合、中空糸膜モジュール２を中央体１１に挿入するときに、挿入側のＯリング１２が中央体１１の内壁面と接触しながら、中空糸膜モジュール２が中央体１１に挿入されていく。そのため、挿入側のＯリング１２によって、挿入方向とは反対の荷重（以下「挿入荷重」という。）が収納ケース２２に作用する。
　これに対して本実施形態では、図１０に示すように、収納ケース２２の挿入側には、収納ケース２２にＯリングが嵌め込まれていないので、中空糸膜モジュール２を中央体１１に挿入するときに、収納ケース２２に挿入荷重が作用することがない。そのため、収納ケース２２にかかる応力が参考形態よりも低減するので、収納ケース２２の側壁に、より多くのガス流入孔２２２，２２５，２２７及びガス排出孔２２３（以下、まとめて「ガス孔」という。）を形成することができる。つまり、収納ケース２２の側壁に形成されたガス孔全体の開口面積を増やすことができる。その結果、中空糸膜束２１の外部流路５２に流入するカソードオフガスの流量を増大させることができるので、加湿器８０の水分交換効率を向上させることができる。
　また、収納ケース２２の側壁に形成されたガス孔全体の開口面積を増やすことができるので、収納ケース２２の左側壁にカソードオフガスを拡散させる拡散壁２２４を形成することができる。つまり、左側壁の全体に左側ガス流入孔２２５を形成しなくても、所望の水分交換効率を得ることができる。これにより、筐体１、ひいては加湿器８０の小型化、軽量化を図ることができると共に、コストを削減することができる。
　また、本実施形態では、各Ｏリング１２，１４，１６，２３が中央体１１の内壁面との隙間を埋めるものであるため、中央体シール溝１１３、第１閉塞体シール溝１３３、第２閉塞体シール溝１５３及び収納ケースシール溝２２１の全長を全て同じにし、各Ｏリングの径を全て共通にすることができる。これにより、Ｏリングの共用化を図ることができ、コストを削減することができる。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、中央体１１に第１バイパス空間３１及び第２バイパス空間３２を形成するためのバイパスリブを設けた点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
　図１１は、本実施形態による加湿器８０の縦断面図であり、第１実施形態の図５に対応するものである。図１２は、本実施形態による加湿器８０の横断面図であり、第１実施形態の図７に対応するものである。
　図１１及び図１２に示すように、本実施形態では、収納ケース２２にバイパスリブを形成せずに、中央体１１の左側壁の内面に左側バイパスリブ２２６を形成し、右側壁の内面に右側バイパスリブ２２８を形成した。
　このように中央体１１に左側バイパスリブ２２６及び右側バイパスリブ２２８を設けることによって、第１実施形態と同様の効果が得られるほか、以下の効果を得ることができる。
　図１３Ａは、本実施形態による加湿器８０の効果を説明する図であり、本実施形態による加湿器８０の横断面図を示す。比較のため、図１３Ｂに、第１実施形態による加湿器８０の横断面図を示した。
　図１３Ｂに示す第１実施形態のように、収納ケース２２に左側バイパスリブ２２６及び右側バイパスリブ２２８を設ける場合、収納ケース用Ｏリング２３で中央体１１内を密封する関係上、左側バイパスリブ２２６及び右側バイパスリブ２２８の高さを収納ケース２２の一端部に形成した環状突起２２１ａ，２２１ｂの高さ以下に設定する必要がある。環状突起２２１ａ，２２１ｂの高さは、中央体１１の他端部の内壁面に形成した環状突起１１３ａ，１１３ｂの高さと同じである。
　そのため、左側バイパスリブ２２６及び右側バイパスリブ２２８と中央体１１の内壁面との隙間である左側バイパス空間３１及び右側バイパス空間３２の大きさを、一定以上小さくすることができなかった。
　これに対し、図１３Ａに示す本実施形態のように、中央体１１に左側バイパスリブ２２６及び右側バイパスリブ２２８を設けることで、左側バイパスリブ２２６及び右側バイパスリブ２２８の高さを中央体１１の他端部の内壁面に形成した環状突起１１３ａ，１１３ｂの高さ以上に設定することができる。環状突起１１３ａ，１１３ｂの高さは、環状突起２２１ａ，２２１ｂの高さと同じに設定されるものである。
　したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と比較して右側バイパス空間３１及び左側バイパス空間３２をより小さくすることができる。これにより、左側ガス流入孔２２５、上側ガス流入孔２２２及び右側ガス流入孔２２７のそれぞれから中空糸膜束２１の外部流路５２に流入するカソードオフガスの流量の調整幅が拡がり、加湿器８０の水分交換効率をより一層向上させることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　例えば、本実施形態では中空糸膜束２１の内部流路５１にカソードガスを流し、外部流路５２にカソードオフガスを流したが、内部流路５１にカソードオフガスを流し、外部流路５２にカソードオフガスを流しても良い。
　本願は、２０１２年３月１３日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－５６３７７号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (4)

  1. 　中空糸膜の内側に第１ガスを流すと共に外側に第２ガスを流し、第１ガスと第２ガスとの間で水分交換を行う加湿器であって、
    　前記中空糸膜を複数本束ねた中空糸膜束と、
    　両端が開口し、前記中空糸膜束を内部に収容する収納ケースと、
    　第１ガスの導入口及び排出口と、第２ガスの導入口及び排出口と、を有し、前記収納ケースを内部に収容する筐体と、
    　前記収納ケースの一端側の外周面に形成され、その収納ケースの一端側の外周面と、前記筐体の内周面と、の間の隙間をシールするシール部材が取り付けられる収納ケースシール溝と、
    　前記筐体の内周面に形成され、その筐体の内周面と、前記収納ケースの他端側の外周面と、の間の隙間をシールするシール部材が取り付けられる筐体シール溝と、
    を備える加湿器。
  2. 　前記筐体は、
    　　その内壁面から収納ケースに向けて突出し、前記収納ケースシール溝と前記筐体シール溝との間に延在する突条をさらに備える、
    請求項１に記載の加湿器。
  3. 　前記筐体は、
    　　両端が開口して内部に前記収納ケースを収容する中央体と、
    　　前記中央体の一方の開口を閉じる第１閉塞体と、
    　　前記中央体の他方の開口を閉じる第２閉塞体と、
    　　前記第１閉塞体に形成され、その第１閉塞体の外周面と、前記中央体の内周面と、の間の隙間をシールするシール部材が取り付けられる第１閉塞体シール溝と、
    　　前記第２閉塞体に形成され、その第２閉塞体の外周面と、前記中央体の内周面と、の間の隙間をシールするシール部材が取り付けられる第２閉塞体シール溝と、
    をさらに備え、
    　前記収納ケースシール溝、前記筐体シール溝、前記第１閉塞体シール溝及び前記第２閉塞体シール溝の全長は同一である、
    請求項１又は請求項２に記載の加湿器。
  4. 　前記収納ケースは、
    　　前記筐体の第２ガス導入口から導入された第２ガスを拡散させる拡散部と、
    　　前記拡散部で拡散した第２ガスが、前記中空糸膜束の内部において前記中空糸膜の内側を流れる第１ガスに対して交差して流れるように、側面の一部から前記中空糸膜束に第２ガスを流入させるガス流入孔と、前記中空糸膜束に流入させた第２ガスを側面の残りの一部から流出させるガス流出孔と、
    をさらに備える請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の加湿器。
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