WO2022107552A1 - 加湿器 - Google Patents

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WO2022107552A1
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梶尾克宏
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株式会社アイシン
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Definitions

  • the present invention relates to a humidifier.
  • a humidifier for humidifying the cathode gas of a fuel cell many configurations are adopted in which a separator for guiding gas and a film for transmitting water are alternately arranged, and a humidifier having such a configuration is adopted.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 described below can be given as examples.
  • Patent Document 1 a plurality of separators and a plurality of humidifying films are alternately arranged, and a nut, a washer, and a spring are provided on one end side of a plurality of screw rods penetrating the pressure plates at both ends in the stacking direction.
  • a configuration is described in which a pressure is applied to the separator in the stacking direction by the urging force of the above.
  • the humidifier described in Patent Document 1 is provided with a seal portion for preventing water from leaking from the separator, a separator seal portion for determining the position of the humidifying film with respect to the separator, and the like.
  • the first frame (separator) and the second frame are alternately arranged in a laminated state, and the humidifying fluid flow path is located at one of the positions sandwiching the humidifying film arranged between them.
  • a manifold that communicates with the humidified fluid flow path and a manifold that communicates with the humidified fluid flow path are formed in the first frame and the second frame. A configuration formed so as to penetrate in the stacking direction is described.
  • a holding plate is arranged at a position sandwiching a plurality of first frames and a plurality of second frames, and nuts are attached to a plurality of connecting rods penetrating the plurality of connecting rods in the stacking direction. Is screwed in, and the first frame body and the second frame body are integrated by the fastening force of the nut. Further, the first seal portion is formed in the region surrounding the outer periphery of the humidifying film, and the seal portion is arranged on the outer periphery of the opening forming the manifold.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 has a plate-shaped separator in which a water-containing gas side water exchange portion is formed on one surface and a dry gas side water exchange portion is formed on the other surface.
  • the positions of the plurality of separators are determined so that the water-containing gas side water exchange part and the dry gas side water exchange part are alternately arranged, and a water exchange film (humidifying film of Patent Document 1 and Patent Document 2) is provided at the boundary between them.
  • the separator is deformed by the pressure of the dry gas and a force is generated in the direction in which the water exchange part and the water exchange film are separated from each other, and the dry gas leaks from the gap between the separator and the water exchange film. There is concern about doing so.
  • Patent Document 1 in Patent Document 1, the urging force of the spring is set by operating the nut screwed to the screw rod. It corresponds with. Further, Patent Document 2 does not use a spring, but similarly to Patent Document 1, a nut is screwed into a connecting rod, and the action of a fastening force is used. However, in the case where the urging force and the fastening force of the spring are constantly applied as in Patent Documents 1 and 2, the action of these forces adversely affects the separator and creates a large gap between the separator and the water exchange membrane. May occur.
  • the separator is thermally expanded by the temperature of the supplied cathode gas (basically air) or the cathode off gas (fluid discharged from the fuel cell stack), and the separator and the water exchange film are formed. Since a force may act in the direction in which a gap is formed between the two (in the thickness direction of the separator), it is also desired to suppress the deterioration of the sealing performance due to the influence of thermal expansion.
  • the characteristic configuration of the humidifier according to the present invention is that a dry gas supply path through which dry gas flows, a water-containing gas supply path through which water-containing gas flows, and a dry gas side water exchange section communicating with the dry gas supply path are formed on one side.
  • a plate-shaped separator having a water-containing gas side water exchange portion communicated with the water-containing gas supply path on the other side and the dry gas side facing each other between adjacent separators in a state where the separator is laminated. It has a water exchange film arranged between the water exchange part and the water-containing gas side water exchange part, has a humidifying module in which a plurality of the separators are laminated, and is adjacent in a state where the humidifying modules are laminated.
  • a loop-shaped partition member for forming a pressurized space is provided between the humidified modules to guide the gas into the pressurized space.
  • the pressure of the gas supplied to the water-containing gas supply path and the dry gas supply path of the plurality of separators deforms the separator, and acts in the direction in which the distance between the separator and the water exchange film increases.
  • the fluid is guided to the pressurized space formed by the partition member. Therefore, it is possible to apply the pressure of the fluid in the direction in which the water exchange membrane is brought into close contact with the plurality of separators constituting the humidification module, and the deformation of the separator is suppressed, so that the gap between the separator and the water exchange membrane is created. It does not cause the inconvenience of becoming large.
  • a humidifier is configured that can sufficiently secure the sealing performance between the separator and the water exchange membrane even when the temperature changes without applying an excessive external force to the separator.
  • the fluid may be either the water-containing gas supplied to the water-containing gas supply path or the dry gas supplied to the dry gas supply path.
  • the fluid may be the dry gas supplied to the dry gas supply path.
  • the dry gas pressurized by a compressor or the like is supplied to the dry gas supply path. Therefore, in a fluid that uses a dry gas as the pressurizing fluid, it is possible to apply the pressure of the dry gas to the plurality of separators and the plurality of water exchange membranes in the superposition direction.
  • either one of the water-containing gas supply path and the dry gas supply path may communicate with the pressurizing flow path that supplies the pressurized gas as the fluid to the pressurized space. ..
  • the water-containing gas supply path and the dry gas supply path and the pressurizing flow path can be connected.
  • the gas can be supplied to the pressurized space as a fluid for pressurization.
  • the fluid may be a pressurized gas different from either the water-containing gas or the dry gas.
  • the required pressure is applied to the plurality of separators and the water exchange membrane in the superposition direction, and high sealing performance is achieved. It is also possible to obtain.
  • the pressurizing flow path for supplying the pressurized gas to the pressurized space may be formed in the separator.
  • the pressurized space is provided through the pressurized flow path formed in the separator. Since it can be supplied, it is not necessary to form a flow path outside the separator.
  • a discharge portion for discharging the fluid guided to the pressurized space may be formed in the separator.
  • the fluid supplied to the pressurized space can be discharged to the outside through the discharge unit.
  • the dry gas discharged from the discharge unit may be supplied to any of the dry gas discharge path, the hydrous gas supply path, and the hydrous gas discharge path provided in the separator. It is possible, and it is possible to suppress the phenomenon that excessive pressure acts on the pressurized space.
  • the partition member may be arranged on the outer surface of the humidifying module, and the cross section may be formed in a convex shape by the base portion and the protrusion portion.
  • the protrusions are elastically deformed in the compression direction, thereby suppressing the inconvenience of significantly deforming the entire partition member and achieving good sealing performance. It will be possible to maintain.
  • FIG. 1 an upper plate 1 at the upper end, a lower plate 2 at the lower end, a plurality of (three in the embodiment) humidifying modules Aw, and a plurality of bolts 3 penetrating the upper plate 1 and the lower plate 2.
  • a humidifier A is configured with a nut 4 screwed to the nut 4, a dry gas supply path P, and a water-containing gas supply path Q.
  • the humidifier A sandwiches a plurality of humidifying modules Aw between the upper plate 1 and the lower plate 2, and fastens the bolt 3 and the nut 4 to connect the plurality of humidifying modules Aw. It is integrated.
  • the humidifying module Aw has a plurality of separators 10 laminated, a dry gas supply path P penetrating the plurality of separators 10 in the stacking direction, and a water-containing gas supply path Q.
  • This humidifier A humidifies the air (an example of dry gas: sometimes referred to as cathode gas) supplied to a fuel cell (not shown) mounted on a vehicle such as an automobile.
  • the humidifier A is supplied with water containing water after the reaction discharged from the FC cell of the fuel cell (an example of a water-containing gas: sometimes referred to as a cathode off gas), and is supplied in this way. It functions to give the water content of the cathode off gas to the cathode gas.
  • the posture in which the humidifier A is used is not limited to the posture shown in FIG. 1, but in the following description, the vertical relationship and the like are described according to the posture shown in FIG.
  • the dry gas supply path P includes a first dry gas supply path Pa on the upstream side of the dry gas side water exchange portion 10d of the separator 10 and a second dry gas supply path Pb on the downstream side. It is composed of and.
  • the water-containing gas supply path Q is composed of a first water-containing gas supply path Qa on the upstream side of the water-containing gas side water exchange unit 10w and a second water-containing gas supply path Qb on the downstream side.
  • FIG. 2 shows the first dry gas supply path Pa and the second dry gas supply path Pb as the dry gas supply path P, but the humidifier A has the same configuration.
  • a first water-containing gas supply path Qa and a second water-containing gas supply path Qb are formed as the water-containing gas supply path Q, and communicate with each other via the water-containing gas side water exchange unit 10w.
  • the dry gas flowing through the first dry gas supply path Pa is referred to as a first dry gas
  • the dry gas flowing through the second dry gas supply path Pb is referred to as a second dry gas
  • the first water-containing gas supply path The water-containing gas flowing through Qa is referred to as a first water-containing gas
  • the water-containing gas flowing through the second water-containing gas supply path Qb is referred to as a second water-containing gas.
  • the lower plate 2 has a first dry gas port 21 communicating with the first dry gas supply path Pa and a second dry gas communicating with the second dry gas supply path Pb. It includes a port 22, a first water-containing gas port 23 communicating with the first water-containing gas supply path Qa, and a second water-containing gas port 24 communicating with the second water-containing gas supply path Qb.
  • the first dry gas (air) pressurized by a compressor (not shown) is supplied to the first dry gas port 21, and the second dry gas (air) humidified by the humidification module Aw (not shown).
  • the cathode gas is supplied to the fuel cell from the second dry gas port 22.
  • the first water-containing gas (air: referred to as cathode off gas) discharged from the fuel cell is supplied to the first water-containing gas port 23, and the second water-containing gas deprived of water by the humidification module Aw is released. , Is discharged from the second hydrous gas port 24.
  • a pressurized gas supply path R is formed so as to vertically penetrate a plurality of humidifying modules Aw.
  • This pressurized gas supply path R (an example of a pressurizing flow path) communicates with the first dry gas supply path Pa by a communication passage 2a formed in the lower plate 2, and the first dry gas is passed through the pressurized space S. Supply to.
  • This pressurized space S is formed between the plurality of humidifying modules Aw, and by circulating the first dry gas, the pressure for crimping the plurality of separators 10 in each of the plurality of humidifying modules Aw is obtained. ..
  • the pressurized gas supply path R and a configuration related thereto will be described later.
  • the separator 10 has a plate shape obtained by molding a resin into a square shape, a dry gas side water exchange portion 10d is formed on one surface, and a water-containing gas side water exchange portion 10d is formed on the other surface. 10w is formed.
  • the first dry gas supply port 11, the second dry gas supply port 12, the first water-containing gas supply port 13, and the second water-containing gas supply port 14 are formed as through holes at the four corners, and the outer periphery thereof is formed.
  • a pressurized gas supply hole 15 is formed in a portion close to the first dry gas supply port 11.
  • the separator 10 has the shape of the dry gas side water exchange portion 10d in a plan view in which the dry gas side water exchange portion 10d is arranged on the upper surface, and the left and right sides of the separator 10 in this plan view. It has a shape that is equal to the shape of the water-containing gas side water exchange portion 10w in a state where it is turned inside out so as to be replaced. Further, in a state where the plurality of separators 10 are laminated, the water exchange membrane 6 is sandwiched between the dry gas side water exchange unit 10d and the water-containing gas side water exchange unit 10w.
  • the dry gas flows through the first dry gas supply port 11, the dry gas side water exchange unit 10d, and the second dry gas supply port 12 in this order. Further, the water-containing gas flows through the first water-containing gas supply port 13, the water-containing gas side water exchange unit 10w, and the second water-containing gas supply port 14 in this order.
  • first dry gas supply port 11 and the second dry gas supply port 12 are arranged in the diagonal direction of the separator 10 in a plan view, and although not shown in detail in the drawing, the dry gas side water exchange unit 10d is A plurality of ridges are formed so that the air flows evenly.
  • first water-containing gas supply port 13 and the second water-containing gas supply port 14 are arranged diagonally, and although not shown in the drawing, air is biased in the water-containing gas side water exchange portion 10w.
  • a flow path is formed by a plurality of ridges so as to flow smoothly.
  • the humidifying module Aw by laminating the separator 10, a manifold-like space in which a plurality of first dry gas supply ports 11 are arranged in the vertical direction is formed, and the first dry gas supply path Pa is formed in this space. Ru.
  • the second dry gas supply passage Pb is formed by the plurality of second dry gas supply ports 12, and the first water-containing gas supply passage Qa is formed by the plurality of first water-containing gas supply ports 13, and the plurality of second dry gas supply passages Qa are formed.
  • the second water-containing gas supply path Qb is formed by the water-containing gas supply port 14.
  • a pressurized gas supply path R is formed by the plurality of pressurized gas supply holes 15.
  • gaskets 16 are arranged on both sides of the separator 10.
  • the gasket 16 prevents gas from leaking between the surface of the separator 10 and the water exchange membrane 6. Further, the gasket 16 is provided in the first dry gas supply port 11, the second dry gas supply port 12, the first water-containing gas supply port 13, the second water-containing gas supply port 14, and the pressurized gas supply hole 15. The flowing gas prevents leakage from the boundary surface of the separators 10 adjacent to each other in the stacking direction.
  • the gasket 16 is made of a rubber or resin material having a smaller thickness in the stacking direction than the partition member 17 and the sealing member 18, which will be described later.
  • a plurality of separators 10 and a plurality of water exchange membranes 6 sandwiched between them constitute one humidification module Aw.
  • a plurality of separators 10 are integrated by adhering the outer peripheral portions of the separators 10 adjacent to each other in the stacking direction with an adhesive or the like. It should be noted that the plurality of separators 10 do not necessarily have to be adhered to each other.
  • a structure in which the convex portions and the concave portions are fitted in the stacking direction may be used, or the plurality of separators 10 may be integrated by heat welding technology.
  • the first dry gas (air) pressurized to the first dry gas supply path Pa is supplied to the dry gas side water exchange unit 10d, so that the dry gas side water exchange unit 10d of the separator 10 is supplied. It is also considered that the separator 10 is deformed by the acting pressure to raise the water exchange film 6 and cause air leakage.
  • a pressurized space S is formed at a position where each of the plurality of humidifying modules Aw is vertically sandwiched, so that the separator 10 of each of the plurality of humidifying modules Aw is laminated. It is configured to prevent the water exchange film 6 from floating by applying pressure to the water exchange film 6.
  • the upper surface of the separator 10 at the upper end of each humidifying module Aw is formed flat.
  • the lower surface of the separator 10 at the lower end is also formed flat. That is, neither the dry gas side water exchange portion 10d nor the water-containing gas side water exchange portion 10w is formed on the outer surface of the separator 10 located at the end of the humidification module Aw in the stacking direction.
  • a partition member 17 made of a sealing material is provided in a fixed state on the upper surface of the separator 10 at the upper end of the humidifying module Aw. Further, the same sealing material as the partition member 17 so as to individually surround the first dry gas supply port 11, the second dry gas supply port 12, the first water-containing gas supply port 13, and the second water-containing gas supply port 14.
  • a sealing member 18 made of is provided in a fixed state.
  • a partition member 17 made of a sealing material using a flexible material such as rubber is provided in a fixed state on the upper surface of the lower plate 2. ing. Further, the same sealing material as the partition member 17 so as to individually surround the first dry gas supply port 11, the second dry gas supply port 12, the first water-containing gas supply port 13, and the second water-containing gas supply port 14. A sealing member 18 made of is provided in a fixed state.
  • Each partition member 17 is arranged in a closed loop shape in a plan view, a pressurized space S is formed in this loop-shaped space, and the pressurized gas supply path R communicates with the pressurized space S. That is, the partition member 17 functions to guide the pressurized gas from the pressurized gas supply path R into the pressurized space S and at the same time to seal the pressurized gas inside the pressurized space S.
  • the sealing member 18 prevents gas from leaking from each supply port.
  • the sealing material used for the partition member 17 has a convex cross section, and the base portion 17a and the protrusion portion 17b are integrally formed of a material such as adhesive rubber, and the base portion 17a is formed of the separator 10. It is fixed to the upper surface by adhesion or the like. As a result, for example, when pressure is applied in the vertical direction (stacking direction), the protrusion 17b is elastically deformed in the compression direction, thereby suppressing the inconvenience of significantly deforming the entire partition member 17 and providing good sealing performance. To maintain.
  • the cross-sectional shape of the partition member 17 is not limited to the shape shown in FIG. 2, and may be, for example, a trapezoid.
  • a concave groove may be formed on the surface of the separator 10 so that a part of the base portion 17a of the partition member 17 may be submerged in the groove.
  • the sealing material used for the sealing member 18 also has a cross-sectional shape common to that of the sealing material used for the partition member 17.
  • the partition member 17 and the sealing member 18 are arranged so as to be separated from each other, but these may be integrally formed, and the partition member 17 and the sealing member 18 may be formed together. Is not limited to the one fixed by an adhesive, but may be fixed by baking.
  • the partition member 17 and the sealing member 18 having the same cross-sectional shape with respect to the upper surface of the separator 10 at the upper end of the humidification module Aw, the position of the protruding end of the partition member 17 for forming the pressurized space S and the position of the protruding end.
  • a pressure space S is formed in the inner region of the partition member 17 on the upper surface of the separator 10 at the upper end of the humidifying module Aw at the uppermost end, and between the upper surface of the separator 10 and the lower surface of the upper plate 1. ing. Further, a pressure space S is formed in the internal region of the partition member 17 on the upper surface of the separator 10 at the upper end of the humidifying module Aw, and between the upper surface of the separator 10 and the lower surface of the separator 10 facing the upper surface. ..
  • a pressure space S is formed in the internal region of the partition member 17 on the upper surface of the lower plate 2 and between the upper surface of the lower plate 2 and the lower surface of the separator 10 at the lower end of the humidifying module Aw at the lower end. There is. Further, in this humidifier A, it is not necessary to provide a plurality of pressure spaces S, and the pressure spaces S may be provided at only one place.
  • the first dry gas flows from the first dry gas port 21 to the first dry gas supply path Pa, and the dry gas flows from the first dry gas supply port 11 of the plurality of separators 10. It flows to the side water exchange unit 10d, further flows as a second dry gas from the second dry gas supply port 12 in the second dry gas supply path Pb, and is sent out to the fuel cell from the second dry gas port 22.
  • the dry gas side water exchange unit 10d When the dry gas flows in this way, in the dry gas side water exchange unit 10d, the water content of the water-containing gas flowing through the water-containing gas side water exchange unit 10w is given through the water exchange film 6, and as a result, the second dry gas is large. Will contain water.
  • a part of the first dry gas is supplied to the pressurized gas supply path R via the communication passage 2a, and the pressurized gas supply path R leads to the plurality of pressurized spaces S. Since the pressure of one dry gas acts, the pressure acts on the plurality of humidifying modules Aw from the vertical direction. Since the pressure acting in this way acts in the direction of pressing the plurality of separators 10 constituting the humidifying module Aw against each other, the pressure of the dry gas supplied to the separator 10 acts in the direction of separating the adjacent separators 10. Even in a situation, the separators 10 are brought into pressure contact with each other to suppress the floating of the water exchange membrane 6 and to suppress the leakage of gas.
  • the humidifier A is configured by stacking a plurality of humidifying modules Aw, forming a pressurized gas supply path R so as to penetrate the humidifying module Aw in the stacking direction, and on both upper and lower sides of each humidifying module Aw.
  • a pressurized space S is formed, and the fluid from the pressurized gas supply path R is supplied to the pressurized space S.
  • This makes it possible to apply pressure to the humidifying module Aw so as to compress it from the upper side and the lower side. For example, even if the positional relationship of the separator 10 at the stacking position changes due to thermal expansion due to a temperature rise. , Prevents the floating of the water exchange film 6 sandwiched between the plurality of separators 10 constituting the humidification module Aw and the separator 10, prevents air leakage from between the separator 10 and the water exchange film 6, and provides good humidification. maintain.
  • a space to which a fluid is supplied is specially formed.
  • a pressure space S is formed between the upper surface of the separator 10 and the upper plate 1 to enable pressure on a wide surface of the separator 10.
  • the pressurized gas is specially used. You don't have to have a mechanism to create it.
  • a humidifier module A having a common configuration is used as a plurality of humidifier modules Aw, and these are arranged so as to be laminated. Therefore, a partition member 17 is provided on the upper surface of the separator 10 at the upper end of each humidification module Aw, a partition member 17 is provided on the upper surface of the lower plate 2, and a plurality of humidification modules Aw are provided by supplying dry gas to the pressurized space S. It is possible to individually apply pressure to the module so as to compress it in the vertical direction. As a result, it is possible to suppress gas leakage by applying a uniform pressure to the plurality of separators 10 without causing inconvenience such as insufficient pressure acting on the separator 10 at the intermediate portion in the stacking direction.
  • the sealing member 18 having the same cross-sectional shape as the partition member 17 is provided at the first dry gas supply port 11 and the second dry gas.
  • a sealing member 18 surrounding the four supply ports and a pressurized space S by providing the supply port 12, the first water-containing gas supply port 13, and the second water-containing gas supply port 14 in the surrounding area. The position of the protruding end is made equal to that of the partition member 17, and good sealing performance is exhibited.
  • the present invention may be configured as follows in addition to the above-described embodiments (those having the same functions as those of the embodiments are designated by the same numbers and reference numerals as those of the embodiments).
  • Dry gas may be used as the fluid supplied to the pressurized space S.
  • An example thereof is shown in FIG. 9.
  • a part of the dry gas supplied to the first dry gas supply path Pa is introduced from the first dry gas supply port 11 to the inside of the partition member 17.
  • a pressurized gas branch flow path Ra (an example of a pressurizing flow path) to be supplied to the pressurized space S is formed.
  • FIG. 10 a modified example of the other embodiment (a) is shown in FIG. 10.
  • the dry gas supplied to the pressurized space S inside the partition member 17 is referred to the second dry gas supply port 12.
  • a pressurized gas discharge path Rb (an example of a discharge portion) to be sent out to the pressure space S is formed so that the dry gas can be supplied to the pressurized space S and at the same time the dry gas can be discharged.
  • a water-containing gas may be used as the fluid supplied to the pressurized space S.
  • An example thereof is shown in FIG. 11, and in the other embodiment (b), a part of the water-containing gas supplied to the first water-containing gas supply path Qa is added to the inside of the partition member 17 from the first water-containing gas supply port 13.
  • a pressurized gas branch flow path Ra (an example of a pressurizing flow path) to be supplied to the pressure space S is formed.
  • FIG. 11 as in the modification of another embodiment (a) described above, the pressurized gas discharge path for sending the hydrous gas supplied to the pressurized space S to the second hydrous gas supply port 14 is shown.
  • Rb an example of a discharge portion
  • Rb is configured to be able to discharge the water-containing gas at the same time as supplying the water-containing gas to the pressurized space S.
  • it is not always necessary to form the pressurized gas discharge path Rb.
  • the fluid supplied to the pressurized space S may be a gas different from the dry gas or the hydrous gas such as air pressurized by the compressor or nitrogen gas dedicated to pressurization.
  • the fluid supplied to the pressurized space S is not limited to gas, and may be, for example, a liquid such as water or oil.
  • a liquid such as water or oil.
  • the humidifier A is not limited to the configuration including a plurality of humidifying modules Aw, but may be provided with a single humidifying module Aw. Further, in the humidifier A provided with the plurality of humidifying modules Aw, the number of separators 10 constituting each of the plurality of humidifying modules Aw may be different.
  • the first dry gas supply path Pa and the pressurized gas supply path R are outside the lower plate 2. It is possible to form a conduit or the like for communicating with the and, and it is also possible to form a conduit or the like for this communication for each of a plurality of humidifying modules Aw.
  • a discharge portion for discharging gas from the pressurized space S is formed in the separator 10.
  • the discharge portion in this way, the fluid (pressurized gas) supplied to the pressurized space S can be discharged to the outside through the discharge portion.
  • the dry gas discharged from the discharge port can be supplied to the separator 10 as the first dry gas, and the dry gas can be supplied to the pressurized space S. It is also possible to suppress the phenomenon that excessive pressure acts.
  • the cross-sectional area of the flow path in which the dry gas or the like is supplied to the pressurized space S is equal to the cross-sectional area of the flow path of the discharge portion. You may set it small.
  • the present invention can be used for a humidifier having a structure in which a plurality of separators are laminated.

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Abstract

セパレータに過剰な外力を作用させることなく、温度が変化した場合でもセパレータと水交換膜との間のシール性能を高く維持できる加湿器を構成する。含水ガスが供給されることで含水ガスの水分を乾燥ガスに与える加湿モジュールが、一方側に乾燥ガス側水交換部が形成され、他方側に含水ガス側水交換部が形成された板状のセパレータを有している。加湿モジュールは、対向する乾燥ガス側水交換部と含水ガス側水交換部との間に水交換膜を配置する状態で複数のセパレータを積層して構成され、加湿モジュールが積層された状態で、隣接する加湿モジュール間に加圧空間を形成するループ状の仕切部材を備えて、加圧空間内に流体を案内する。

Description

加湿器
　本発明は、加湿器に関する。
　燃料電池のカソードガスを加湿するための加湿器を例に挙げると、ガスを案内するセパレータと、水を透過する膜とを交互に配置する構成が多く採用され、このような構成を有する加湿器として、例えば、以下に説明する特許文献１と特許文献２とを例に挙げることができる。
　特許文献１には、複数のセパレータと複数の加湿膜とを交互に配置し、これらの積層方向の両端の加圧板を貫通する複数のねじ棒の一端側にナットと座金とバネを備え、バネの付勢力によりセパレータに積層方向に圧力を作用させる構成が記載されている。
　特許文献１に記載される加湿器では、セパレータからの水の漏出を防ぐシール部、あるいは、セパレータに対する加湿膜の位置を決めるセパレータシール部等を備えている。
　特許文献２には、積層する状態で第一の枠体（セパレータ）と第二の枠体とを交互に配置し、これらの間に配置される加湿膜を挟む位置の一方に加湿流体流路を形成し、他方に被加湿流体流路を形成しており、加湿流体流路に連通するマニホールドと、被加湿流体流路に連通するマニホールドとを、第一の枠体と第二の枠体とに対して積層方向に貫通するように形成した構成が記載されている。
　特許文献２に記載される加湿器では、複数の第一の枠体と複数の第二の枠体とを挟む位置に保持板を配置し、これらを積層方向に貫通する複数の連結ロッドにナットを螺合させて、ナットの締結力によって第一の枠体と第二の枠体とを一体化している。また、加湿膜の外周を取り囲む領域に第一のシール部を形成し、マニホールドを形成する開口の外周にシール部を配置している。
特開２００７－１６３０３５号公報 特開２００８－２８２７４０号公報
　特許文献１と特許文献２との構成に限らず、一方の面に含水ガス側水交換部が形成され、他方の面に乾燥ガス側水交換部が形成された板状のセパレータを有し、含水ガス側水交換部と乾燥ガス側水交換部とが交互に配置されるように複数のセパレータの位置を決め、これらの境界に水交換膜（特許文献１、特許文献２の加湿膜）を配置した加湿器では、例えば、乾燥ガスの圧力によってセパレータが変形して水交換部と水交換膜の距離が離れる方向の力が発生し、セパレータと水交換膜との隙間などから乾燥ガスが漏出することが懸念される。
　このような不都合は、含水ガスが供給される流路側でも発生することもあり、ガスの漏出を抑制するため、特許文献１では、ねじ棒に螺合するナットの操作によってバネの付勢力の設定で対応している。また、特許文献２は、バネを用いないものであるが、特許文献１と同様に連結ロッドにナットを螺合させ、締結力の作用によって対応している。しかしながら、特許文献１，２のようにバネの付勢力や締結力を常時作用させるものでは、これらの力の作用によってセパレータに悪影響を与え、セパレータと水交換膜との間に大きな隙間を作り出す不都合が生じてしまうおそれがある。
　更に、この種の加湿器では、供給されるカソードガス（基本的に空気）、あるいは、カソードオフガス（燃料電池スタックから排出される流体）の温度によりセパレータが熱膨張し、セパレータと水交換膜との間に間隙が形成される方向（セパレータの板厚方向）に力が作用することもあり、熱膨張の影響によるシール性能の低下の抑制も望まれる。
　このような理由から、セパレータに過剰な外力を作用させることなく、温度が変化した場合でも、セパレータと水交換膜との間のシール性能を十分に確保できる加湿器が必要とされる。
　本発明に係る加湿器の特徴構成は、乾燥ガスが流れる乾燥ガス供給路と、含水ガスが流れる含水ガス供給路と、前記乾燥ガス供給路と連通した乾燥ガス側水交換部が一方側に形成され、前記含水ガス供給路と連通した含水ガス側水交換部が他方側に形成された板状のセパレータと、前記セパレータが積層された状態で、隣接する前記セパレータ間において対向する前記乾燥ガス側水交換部と前記含水ガス側水交換部との間に配置される水交換膜とを有し、複数の前記セパレータが積層された加湿モジュールを備え、前記加湿モジュールが積層された状態で、隣接する前記加湿モジュール間に加圧空間を形成するループ状の仕切部材を備えて、前記加圧空間内に流体を案内する点にある。
　加湿器は、複数のセパレータの含水ガス供給路と乾燥ガス供給路とに供給されるガスの圧力がセパレータを変形させ、セパレータと水交換膜の距離が離れる方向に作用するものである。これに対し、本特徴構成では、流体が仕切部材によって形成される加圧空間に案内される。このため、加湿モジュールを構成する複数のセパレータと水交換膜とを密着させる方向に、流体の圧力を作用させることが可能となり、セパレータの変形を抑制するので、セパレータと水交換膜との間隙が大きくなるという不都合を招くことがない。また、このように作用する圧力は、熱膨張収縮によってセパレータと水交換膜との相対的な位置関係が変化しても低下することがないため、セパレータと水交換膜との距離を適正に保つことも可能となる。特に、本特徴構成は、流体を加圧空間の広い面に作用させることが可能であるため、例えば、スプリングの圧力を作用させる構成のようにセパレータの特定の位置に継続的に圧力を作用させることに起因してセパレータの一部を変形させるという不都合を招くこともない。
　従って、セパレータに過剰な外力を作用させることなく、温度が変化した場合でも、セパレータと水交換膜との間のシール性能を十分に確保できる加湿器が構成された。
　上記構成に加えた構成として、前記流体が、前記含水ガス供給路に供給される前記含水ガスと、前記乾燥ガス供給路に供給される前記乾燥ガスとのいずれか一方であっても良い。
　これによると、加圧だけに用いるガスや、加圧だけに用いる液体の供給源を備えることなく、含水ガスと乾燥ガスとのいずれか一方を加圧空間に供給するだけで、複数のセパレータと水交換膜とに対し重ね合わせ方向に圧力を作用させることが可能となる。
　上記構成に加えた構成として、前記流体が、前記乾燥ガス供給路に供給される前記乾燥ガスであっても良い。
　加湿器では、コンプレッサ等で加圧した乾燥ガスを乾燥ガス供給路に供給している。従って、加圧用の流体として乾燥ガスを用いるものでは、複数のセパレータと複数の水交換膜とに対し重ね合わせ方向に乾燥ガスの圧力を作用させることが可能となる。
　上記構成に加えた構成として、前記含水ガス供給路と前記乾燥ガス供給路とのいずれか一方が、前記加圧空間に前記流体として加圧ガスを供給する加圧用流路に連通しても良い。
　これによると、例えば、含水ガス供給路と乾燥ガス供給路との一方と、加圧用流路とを連通路等で連通させることにより、含水ガス供給路と乾燥ガス供給路とのいずれかからのガスを、加圧のための流体として加圧空間に供給することが可能となる。
　上記構成に加えた構成として、前記流体が、前記含水ガスと前記乾燥ガスのいずれとも異なる加圧ガスであっても良い。
　これによると、例えば、コンプレッサで加圧された空気を専用の加圧ガスとして用いることにより、必要とする圧力を複数のセパレータと水交換膜とに対し重ね合わせ方向に作用させ、高いシール性能を得ることも可能となる。
　上記構成に加えた構成として、前記加圧ガスを前記加圧空間に供給する前記加圧用流路が、前記セパレータに形成されても良い。
　これによると、加圧空間に対して乾燥ガス、含水ガス、外部からのガス、外部からの液体等の流体を供給する場合でも、セパレータに形成された加圧用流路を介して加圧空間に供給することが可能となるので、セパレータの外部に流路を形成する必要もない。
　上記構成に加えた構成として、前記加圧空間に案内された前記流体を排出する排出部が前記セパレータに形成されても良い。
　これによると、加圧空間に供給された流体を、排出部を介して外部に排出することが可能となる。また、加圧空間に乾燥ガスを供給する構成では、排出部から排出された乾燥ガスをセパレータに設けられた乾燥ガス排出路、含水ガス供給路、含水ガス排出路のいずれかに供給することも可能であり、加圧空間に対して過大な圧力が作用する現象の抑制も可能となる。
　上記構成に加えた構成として、前記仕切部材は、前記加湿モジュールの外面に配置され、基部と突起部とにより断面が凸状に形成されても良い。
　これによると、例えば、上下方向（積層方向）に圧力が作用した場合には突起部が圧縮方向に弾性変形することで、仕切部材の全体を大きく変形させる不都合を抑制し、良好なシール性能を維持することが可能となる。
は、加湿器の斜視図である。 は、加湿器のガスポート間の構造を示す断面図である。 は、セパレータの第１乾燥ガス供給路の部位の断面図である。 は、加圧ガス供給路から加圧空間に亘る領域の構造を示す断面図である。 は、下部プレートの平面図である。 は、セパレータの上面の構造と水交換膜とを示す斜視図である。 は、セパレータの下面の構造を示す斜視図である。 は、加湿モジュールの上端のセパレータの平面図である。 は、別実施形態（ａ）のセパレータの平面図である。 は、別実施形態（ａ）変形例のセパレータの平面図である。 は、別実施形態（ｂ）のセパレータの平面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
　図１に示すように、上端の上部プレート１と、下端の下部プレート２と、複数（実施形態では３つ）の加湿モジュールＡｗと、上部プレート１と下部プレート２とに貫通する複数のボルト３と、これに螺合するナット４と、乾燥ガス供給路Ｐと、含水ガス供給路Ｑと、を備えて加湿器Ａが構成されている。
　この加湿器Ａは、図１、図２に示すように、上部プレート１と下部プレート２との間に複数の加湿モジュールＡｗを挟み込み、ボルト３とナット４との締結により複数の加湿モジュールＡｗを一体化している。加湿モジュールＡｗは、複数のセパレータ１０を積層し、これら複数のセパレータ１０を積層方向に貫通する乾燥ガス供給路Ｐと、含水ガス供給路Ｑとを有している。
　この加湿器Ａは、自動車等の車両に搭載される燃料電池セル（図示せず）に供給される空気（乾燥ガスの一例：カソードガスと称することもある）を加湿する。この加湿を実現するため、加湿器Ａは、燃料電池のＦＣセルから排出された反応後で水分を含む空気（含水ガスの一例：カソードオフガスと称することもある）が供給され、このように供給されたカソードオフガスの水分を、カソードガスに与えるように機能する。尚、加湿器Ａを用いる姿勢は、図１に示す姿勢に限るものではないが、以下の説明では、図１に示す姿勢に従って上下関係等を説明している。
〔加湿器のガス供給路の概要〕
　図１～図３に示すように、乾燥ガス供給路Ｐは、セパレータ１０の乾燥ガス側水交換部１０ｄの上流側の第１乾燥ガス供給路Ｐａと、下流側の第２乾燥ガス供給路Ｐｂとで構成されている。含水ガス供給路Ｑは、含水ガス側水交換部１０ｗの上流側の第１含水ガス供給路Ｑａと、下流側の第２含水ガス供給路Ｑｂとで構成されている。
　尚、図２には乾燥ガス供給路Ｐとして、第１乾燥ガス供給路Ｐａと、第２乾燥ガス供給路Ｐｂとを示しているが、加湿器Ａには、これと同様の構成となるように、含水ガス供給路Ｑとして、第１含水ガス供給路Ｑａと、第２含水ガス供給路Ｑｂとが形成され、含水ガス側水交換部１０ｗを介して連通している。
　本実施形態においては、第１乾燥ガス供給路Ｐａに流れる乾燥ガスを第１乾燥ガスと称し、第２乾燥ガス供給路Ｐｂに流れる乾燥ガスを第２乾燥ガスと称し、第１含水ガス供給路Ｑａに流れる含水ガスを第１含水ガスと称し、第２含水ガス供給路Ｑｂに流れる含水ガスを第２含水ガスと称している。
　図１、図２、図５に示すように、下部プレート２は、第１乾燥ガス供給路Ｐａに連通する第１乾燥ガスポート２１と、第２乾燥ガス供給路Ｐｂに連通する第２乾燥ガスポート２２と、第１含水ガス供給路Ｑａと連通する第１含水ガスポート２３と、第２含水ガス供給路Ｑｂと連通する第２含水ガスポート２４とを備えている。
　図面には示していないが第１乾燥ガスポート２１に対してコンプレッサ（図示せず）で加圧された第１乾燥ガス（空気）が供給され、加湿モジュールＡｗで加湿された第２乾燥ガス（カソードガス）が、第２乾燥ガスポート２２から燃料電池セルに供給される。また、第１含水ガスポート２３に対して燃料電池セルから排出された第１含水ガス（空気：カソードオフガスと称される）が供給され、加湿モジュールＡｗで水分が奪われた第２含水ガスが、第２含水ガスポート２４から排出される。
　特に、加湿器Ａは、図１、図４に示すように、複数の加湿モジュールＡｗを上下に貫通するように加圧ガス供給路Ｒが形成されている。この加圧ガス供給路Ｒ（加圧用流路の一例）は、下部プレート２に形成された連通路２ａにより第１乾燥ガス供給路Ｐａに連通しており、第１乾燥ガスを加圧空間Ｓに供給する。この加圧空間Ｓは、複数の加湿モジュールＡｗの間に形成されており、第１乾燥ガスを流通させることにより複数の加湿モジュールＡｗの夫々において複数のセパレータ１０を圧着させる圧力を得るものである。この加圧ガス供給路Ｒ、および、これに関連する構成は後述する。
〔加湿モジュール〕
　図６、図７に示すように、セパレータ１０は樹脂を正方形状に成形したプレート状であり、一方の面に乾燥ガス側水交換部１０ｄが形成され、他方の面に含水ガス側水交換部１０ｗが形成されている。このセパレータ１０は、第１乾燥ガス供給口１１と、第２乾燥ガス供給口１２と、第１含水ガス供給口１３と、第２含水ガス供給口１４とが四隅に貫通孔として形成され、外周部分の第１乾燥ガス供給口１１に近接する箇所に加圧ガス供給孔１５が穿設されている。
　このセパレータ１０は、図６、図７に示すように、乾燥ガス側水交換部１０ｄを上面に配置した平面視における乾燥ガス側水交換部１０ｄの形状と、この平面視におけるセパレータ１０の左右を入れ替えるように裏返した状態での含水ガス側水交換部１０ｗの形状とが等しくなる形状を有している。また、複数のセパレータ１０を積層した状態では、乾燥ガス側水交換部１０ｄと、含水ガス側水交換部１０ｗとの境界に水交換膜６が挟み込まれる。
　図６に示すセパレータ１０の一方の面において、第１乾燥ガス供給口１１と乾燥ガス側水交換部１０ｄと第２乾燥ガス供給口１２にこの順序で乾燥ガスが流れる。また、第１含水ガス供給口１３と含水ガス側水交換部１０ｗと第２含水ガス供給口１４にこの順序で含水ガスが流れる。
　つまり、第１乾燥ガス供給口１１と第２乾燥ガス供給口１２とは、平面視でセパレータ１０の対角方向に配置され、図面には詳しく示していないが乾燥ガス側水交換部１０ｄは、空気が偏りなく流れるように複数の凸条が形成されている。これと同様に、第１含水ガス供給口１３と第２含水ガス供給口１４とは対角方向に配置され、図面には示していないが、含水ガス側水交換部１０ｗには、空気が偏りなく流れるように複数の凸条で流路が形成されている。
　更に、加湿モジュールＡｗは、セパレータ１０を積層することにより、複数の第１乾燥ガス供給口１１が縦方向に並ぶマニホールド状の空間が形成され、この空間で第１乾燥ガス供給路Ｐａが形成される。これと同様に複数の第２乾燥ガス供給口１２により第２乾燥ガス供給路Ｐｂが形成され、複数の第１含水ガス供給口１３により第１含水ガス供給路Ｑａが形成され、複数の第２含水ガス供給口１４により第２含水ガス供給路Ｑｂが形成される。更に、複数の加圧ガス供給孔１５で加圧ガス供給路Ｒが形成される。
　図６、図７に二点鎖線で示すように、セパレータ１０の両面にガスケット１６が配置されている。このガスケット１６は、セパレータ１０の表面と水交換膜６との間でのガスの漏出を防止する。また、ガスケット１６は、第１乾燥ガス供給口１１と、第２乾燥ガス供給口１２と、第１含水ガス供給口１３と、第２含水ガス供給口１４と、加圧ガス供給孔１５とに流れるガスが、積層方向で隣り合うセパレータ１０の境界面からの漏出を防止する。尚、ガスケット１６は、後述する仕切部材１７と封止部材１８と比較して積層方向での厚みが小さいゴムや樹脂材料が用いられている。
　図２、図３に示すように、複数のセパレータ１０と、これらの間に挟まれる複数の水交換膜６とで１つの加湿モジュールＡｗを構成している。この加湿モジュールＡｗは、積層方向で隣接するセパレータ１０の外周部分を接着剤等で接着することで複数のセパレータ１０の一体化が図られている。尚、複数のセパレータ１０は必ずしも接着する必要はなく、例えば、凸部と凹部とにより積層方向に嵌合する構造を用いることや、熱溶着の技術で複数のセパレータ１０を一体化しても良い。
〔加湿空間〕
　この加湿器Ａでは、第１乾燥ガス供給路Ｐａに加圧された第１乾燥ガス（空気）が乾燥ガス側水交換部１０ｄに供給されるため、セパレータ１０の乾燥ガス側水交換部１０ｄに作用する圧力でセパレータ１０が変形することにより水交換膜６を浮き上がらせ、空気の漏出を招くことも考えられた。このような漏出を防止するため、加湿器Ａでは、複数の加湿モジュールＡｗの各々を上下に挟む位置に加圧空間Ｓを形成することで、複数の加湿モジュールＡｗの各々のセパレータ１０に積層方向に圧力を作用させ、水交換膜６の浮き上がりを防止するように構成されている。
　図２、図３に示すように、複数（３つ）の加湿モジュールＡｗを備えた加湿器Ａでは、夫々の加湿モジュールＡｗの上端のセパレータ１０の上面が平坦に形成されている。これと同様に、下端のセパレータ１０の下面も平坦に形成されている。すなわち、加湿モジュールＡｗの積層方向の端に位置するセパレータ１０の外側の面には、乾燥ガス側水交換部１０ｄと含水ガス側水交換部１０ｗはいずれも形成されていない。
　このような構成から、図２～図４、図８に示すように、加湿モジュールＡｗの上端のセパレータ１０の上面には、シール材で成る仕切部材１７が固定状態で備えられている。また、第１乾燥ガス供給口１１と、第２乾燥ガス供給口１２と、第１含水ガス供給口１３と、第２含水ガス供給口１４とを個別に取り囲むように仕切部材１７と同じシール材で成る封止部材１８が固定状態で備えられている。
　これと同様に、下部プレート２の上面に対し、図２～図４、図５に示すように、ゴム等の可撓性の材料を用いたシール材で成る仕切部材１７が固定状態で備えられている。また、第１乾燥ガス供給口１１と、第２乾燥ガス供給口１２と、第１含水ガス供給口１３と、第２含水ガス供給口１４とを個別に取り囲むように仕切部材１７と同じシール材で成る封止部材１８が固定状態で備えられている。
　夫々の仕切部材１７は、平面視で閉じたループ状に配置され、このループ状の空間で加圧空間Ｓが形成され、この加圧空間Ｓに加圧ガス供給路Ｒが連通している。つまり、仕切部材１７は、加圧ガス供給路Ｒからの加圧ガスを加圧空間Ｓの内部に案内すると同時に、加圧ガスを加圧空間Ｓの内部に封ずるように機能する。封止部材１８は、各供給口からのガスの漏出を防止する。
　仕切部材１７に用いられるシール材は、図２に示すように断面が凸状に形成され、粘着性のゴム等の材料により基部１７ａと突起部１７ｂとが一体形成され、基部１７ａをセパレータ１０の上面等に接着等により固定している。これにより、例えば、上下方向（積層方向）に圧力が作用した場合には突起部１７ｂが圧縮方向に弾性変形することで、仕切部材１７の全体を大きく変形させる不都合を抑制し、良好なシール性能を維持する。尚、この仕切部材１７の断面形状は、図２に示す形状に限るものではなく、例えば、台形であっても良い。また、例えば、セパレータ１０の表面に凹状の溝を形成し、この溝に対して仕切部材１７の基部１７ａの一部を沈み込ませるように備えても良い。封止部材１８に用いられるシール材も仕切部材１７に用いられるシール材と共通する断面形状を有している。
　図５、図８では、仕切部材１７と封止部材１８とを分離するように配置しているが、これらは一体的に形成されるものでも良い、また、仕切部材１７と封止部材１８とは接着剤によって固定するものに限らず、焼き付けによって固定しても良い。
　加湿モジュールＡｗの上端のセパレータ１０の上面に対し、同じ断面形状の仕切部材１７と封止部材１８とを備えることにより、加圧空間Ｓを形成するための仕切部材１７との突出端の位置と、第１乾燥ガス供給口１１と、第２乾燥ガス供給口１２と、第１含水ガス供給口１３と、第２含水ガス供給口１４とを取り囲む領域の封止部材１８の突出端の位置を等しくし、これらを上部プレート１の下面に等しく当接させ、良好なシールを可能にしている。
　このように、最も上端の加湿モジュールＡｗの上端のセパレータ１０の上面の仕切部材１７の内部領域で、且つ、セパレータ１０の上面と、上部プレート１の下面との間に加圧空間Ｓが形成されている。また、加湿モジュールＡｗの上端のセパレータ１０の上面の仕切部材１７の内部領域で、且つ、セパレータ１０の上面と、これに対向するセパレータ１０の下面との間に加圧空間Ｓが形成されている。更に、下部プレート２の上面の仕切部材１７の内部領域で、且つ、下部プレート２の上面と、最も下端の加湿モジュールＡｗの下端のセパレータ１０の下面との間に加圧空間Ｓが形成されている。また、この加湿器Ａでは加圧空間Ｓを複数設ける必要はなく、加圧空間Ｓは一箇所だけ設けても良い。
〔ガスの流れ〕
　この加湿器Ａでは、図２に示すように、第１乾燥ガスは第１乾燥ガスポート２１から第１乾燥ガス供給路Ｐａに流れ、複数のセパレータ１０の第１乾燥ガス供給口１１から乾燥ガス側水交換部１０ｄに流れ、更に、第２乾燥ガス供給口１２から第２乾燥ガス供給路Ｐｂにおいて第２乾燥ガスとして流れ、第２乾燥ガスポート２２から燃料電池セルに送り出される。
　このように乾燥ガスが流れる場合に、乾燥ガス側水交換部１０ｄでは、水交換膜６を介して含水ガス側水交換部１０ｗを流れる含水ガスの水分が与えられる結果、第２乾燥ガスは多くの水分を含むことになる。
　また、図４に示すように、第１乾燥ガスの一部が、連通路２ａを介して加圧ガス供給路Ｒに供給され、この加圧ガス供給路Ｒから複数の加圧空間Ｓに第１乾燥ガスの圧力が作用するため、複数の加湿モジュールＡｗは上下方向から圧力が作用する。このように作用する圧力は、加湿モジュールＡｗを構成する複数のセパレータ１０を互いに圧接させる方向に作用するため、セパレータ１０に供給される乾燥ガスの圧力が隣接するセパレータ１０を離間させる方向に作用する状況であってもセパレータ１０を互いに圧接させ、水交換膜６の浮き上がりを抑制しガスの漏出の抑制を実現する。
〔実施形態の作用効果〕
　このように加湿器Ａを、複数の加湿モジュールＡｗを積層して構成し、加湿モジュールＡｗを積層方向に貫通するように加圧ガス供給路Ｒを形成し、夫々の加湿モジュールＡｗの上下両側に加圧空間Ｓを形成し、この加圧空間Ｓに対して加圧ガス供給路Ｒからの流体を供給するように構成している。これにより、加湿モジュールＡｗに対して上側と下側とから圧縮するように圧力を作用させることが可能となり、例えば、温度上昇による熱膨張により積層する位置のセパレータ１０の位置関係が変化した場合でも、加湿モジュールＡｗを構成する複数のセパレータ１０と、セパレータ１０の間に挟み込まれる水交換膜６の浮き上がりを防ぎ、セパレータ１０と水交換膜６との間から空気の漏れを防ぎ、良好な加湿を維持する。
　加圧空間Ｓを形成するために、例えば、セパレータ１０の上面に対し、ゴム等の柔軟に変形し得るシール材で成る仕切部材１７を設けることにより、流体が供給される空間を特別に形成することなく、例えば、セパレータ１０の上面と上部プレート１との間に加圧空間Ｓを形成し、セパレータ１０の広い面に対する加圧を可能にしている。
　また、加圧空間Ｓに連通する加圧ガス供給路Ｒを形成し、これに対して第１乾燥ガス供給路Ｐａに供給される乾燥ガスの一部を供給するため、加圧ガスを特別に作り出す機構を備えないで済む。
　この加湿器Ａでは、複数の加湿モジュールＡｗとして共通する構成のものを用い、これらを積層するように配置している。このため夫々の加湿モジュールＡｗの上端のセパレータ１０の上面に仕切部材１７を備え、下部プレート２の上面に仕切部材１７を備え、加圧空間Ｓに乾燥ガスを供給することで複数の加湿モジュールＡｗに対して個別に、上下方向に圧縮するように圧力を作用させることが可能となる。これにより、積層方向での中間部位のセパレータ１０に作用する圧力が不足する等の不都合を招くことなく、複数のセパレータ１０に均一の圧力を作用させてガスの漏出を抑制できる。
　尚、加湿モジュールＡｗの上端のセパレータ１０の上面の仕切部材１７を例に挙げると、この仕切部材１７と同じ断面形状の封止部材１８を、第１乾燥ガス供給口１１と、第２乾燥ガス供給口１２と、第１含水ガス供給口１３と、第２含水ガス供給口１４とを取り囲む領域に備えることにより、４つの供給口を取り囲む封止部材１８と、加圧空間Ｓを形成するための仕切部材１７との突出端の位置を等しくして良好なシール性能を現出する。
〔別実施形態〕
　本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。
（ａ）加圧空間Ｓに供給する流体に乾燥ガスを用いても良い。その一例を図９に示しており、この別実施形態（ａ）では、第１乾燥ガス供給路Ｐａに供給される乾燥ガスの一部を、第１乾燥ガス供給口１１から仕切部材１７の内部の加圧空間Ｓに供給する加圧ガス分岐流路Ｒａ（加圧用流路の一例）が形成されている。
　また、この別実施形態（ａ）の変形例を図１０に示しており、この変形例では、仕切部材１７の内部の加圧空間Ｓに供給された乾燥ガスを、第２乾燥ガス供給口１２に送り出す加圧ガス排出路Ｒｂ（排出部の一例）が形成され、加圧空間Ｓに乾燥ガスを供給すると同時に乾燥ガスを排出できるように構成されている。
（ｂ）加圧空間Ｓに供給する流体に含水ガスを用いても良い。その一例を図１１に示しており、この別実施形態（ｂ）では第１含水ガス供給路Ｑａに供給される含水ガスの一部を第１含水ガス供給口１３から仕切部材１７の内部の加圧空間Ｓに供給する加圧ガス分岐流路Ｒａ（加圧用流路の一例）が形成されている。また、図１１には、先に説明した別実施形態（ａ）の変形例と同様に、加圧空間Ｓに供給された含水ガスを、第２含水ガス供給口１４に送り出す加圧ガス排出路Ｒｂ（排出部の一例）を形成しており、加圧空間Ｓに含水ガスを供給すると同時に含水ガスを排出できるように構成されている。尚、この別実施形態（ｂ）の構成では加圧ガス排出路Ｒｂを必ずしも形成する必要はない。
（ｃ）加圧空間Ｓに供給する流体として、例えば、コンプレッサで加圧された空気や、加圧専用の窒素ガスのように乾燥ガスや含水ガスとは異なるガスであっても良い。
（ｄ）加圧空間Ｓに供給する流体は、ガスに限るものではなく、例えば、水やオイル等の液体であっても良い。このように液体を用いる場合には、例えば、バネ圧を液体に作用させる構造や、圧力を作用させるためのアキュムレータ等を用いることにより、コンプレッサ等のアクチュエータを用いないように構成することも可能となる。
（ｅ）加湿器Ａは、複数の加湿モジュールＡｗを備えた構成に限るものではなく、単一の加湿モジュールＡｗを備えたものでも良い。また、複数の加湿モジュールＡｗを備えた加湿器Ａにおいて、複数の加湿モジュールＡｗの夫々を構成するセパレータ１０の数が異なっても良い。
（ｆ）例えば、第１乾燥ガスを加圧ガス供給路Ｒに供給するための連通路２ａの構成に換えて、下部プレート２の外部に第１乾燥ガス供給路Ｐａと加圧ガス供給路Ｒとを連通させるための管路等を形成することが可能であり、また、この連通のための管路等を複数の加湿モジュールＡｗ毎に形成することも可能である。
（ｇ）加圧空間Ｓからガスを排出する排出部をセパレータ１０に形成する。このように排出部を形成することにより、加圧空間Ｓに供給された流体（加圧ガス）を、排出部を介して外部に排出することが可能となる。また、加圧空間Ｓに乾燥ガスを供給する構成では、排出口から排出された乾燥ガスをセパレータ１０に対し第１乾燥ガスとして供給することも可能であり、また、加圧空間Ｓに対して過大な圧力が作用する現象の抑制も可能となる。この構成では、加圧空間Ｓに乾燥ガス等が供給される流路の断面積と、排出部の流路断面積とを等しくするものを想定しているが、排出部の流路断面積を小さく設定しても良い。
（ｈ）複数の加圧ガス供給路Ｒを備える。このように複数の加圧ガス供給路Ｒを形成するためにセパレータ１０に貫通孔を形成するものを想定しているが、セパレータ１０の外部に複数の管路を設ける等の構成を用いても良い。
　本発明は、複数のセパレータを積層した構成の加湿器に利用できる。
６　　　　　水交換膜
１０　　　　セパレータ
１０ｄ　　　乾燥ガス側水交換部
１０ｗ　　　含水ガス側水交換部
１７　　　　仕切部材
Ａｗ　　　　加湿モジュール
Ｐ　　　　　乾燥ガス供給路
Ｑ　　　　　含水ガス供給路
Ｒ　　　　　加圧ガス供給路（加圧用流路）
Ｒｂ　　　　加圧ガス排出路（排出部）
Ｓ　　　　　加圧空間

Claims (6)

  1. 　乾燥ガスが流れる乾燥ガス供給路と、
    　含水ガスが流れる含水ガス供給路と、
    　前記乾燥ガス供給路と連通した乾燥ガス側水交換部が一方側に形成され、前記含水ガス供給路と連通した含水ガス側水交換部が他方側に形成された板状のセパレータと、
    　前記セパレータが積層された状態で、隣接する前記セパレータ間において対向する前記乾燥ガス側水交換部と前記含水ガス側水交換部との間に配置される水交換膜とを有し、複数の前記セパレータが積層された加湿モジュールを備え、
    　前記加湿モジュールが積層された状態で、隣接する前記加湿モジュール間に加圧空間を形成するループ状の仕切部材を備えて、前記加圧空間内に流体を案内する加湿器。
  2. 　前記流体が、前記含水ガス供給路に供給される前記含水ガスと、前記乾燥ガス供給路に供給される前記乾燥ガスとのいずれか一方である請求項１に記載の加湿器。
  3. 　前記含水ガス供給路と前記乾燥ガス供給路とのいずれか一方が、前記加圧空間に前記流体として加圧ガスを供給する加圧用流路に連通している請求項１または２に記載の加湿器。
  4. 　前記加圧ガスを前記加圧空間に供給する前記加圧用流路が、前記セパレータに形成されている請求項３に記載の加湿器。
  5. 　前記加圧空間に案内された前記流体を排出する排出部が前記セパレータに形成されている請求項１～４のいずれか一項に記載の加湿器。
  6. 　前記仕切部材は、前記加湿モジュールの外面に配置され、基部と突起部とにより断面が凸状に形成されている請求項１～５のいずれか一項に記載の加湿器。
     
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