JP2002298883A - Humidifying module - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the humidification efficiency by effective use of heat, and to improve the humidification efficiency by the uniforming of the flow of humidifying gas. SOLUTION: This humidification module 12 comprises an inner passage 15 for passing the high-temperature humidifying gas MG, formed in an inner pipe 16 which is inserted to the center part of a humidification module 12, and a number of plates 28 for shielding the flow of the humidifying gas MG. The humidifying gas MG is heat-exchanged with the plate 28, when passing the inner passage 15 and then moisture-exchanged with a hollow fiber membrane P. The humidification module 13 and the passing gas are kept at high temperature through heat exchange by the plates 28.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、湿度の低い流体を
加湿する加湿モジュールに関する。The present invention relates to a humidifying module for humidifying a low-humidity fluid.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、電気自動車の動力源などとして開
発されている固体電解質型燃料電池（以下、単に燃料電
池という）は、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応を
利用して発電を行うものである。つまり、燃料電池は、
燃料ガスをアノード極でイオン化し、燃料ガスのイオン
（プロトン、水素イオン）を固体電解質膜で移動させ、
カソード極に供給された酸化剤ガスと電気化学反応を行
わせて、発生する電気エネルギを取り出すものである。
ここで、このような燃料電池の発電効率を左右するパラ
メータの一つとして、固体電解質膜内を移動する水素イ
オンのイオン伝導率があげられる。このイオン伝導率が
高いと単位時間当たりに固体電解質膜内を移動できる水
素イオンの数が増えるので、その分だけ電気化学反応に
伴う発電量を多くすることができる。一方、イオン伝導
率が低いと、単位時間当たりに固体電解質膜内を移動で
きる水素イオンの量が減ることになるので発電量は減っ
てしまう。2. Description of the Related Art In recent years, a solid oxide fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell), which has been developed as a power source of an electric vehicle, generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas. Things. In other words, fuel cells
The fuel gas is ionized at the anode, and ions (protons and hydrogen ions) of the fuel gas are moved by the solid electrolyte membrane,
An electrochemical reaction with the oxidizing gas supplied to the cathode electrode is performed to extract generated electric energy.
Here, one of the parameters that influence the power generation efficiency of such a fuel cell is the ionic conductivity of hydrogen ions moving in the solid electrolyte membrane. If the ionic conductivity is high, the number of hydrogen ions that can move in the solid electrolyte membrane per unit time increases, so that the amount of power generation accompanying the electrochemical reaction can be increased accordingly. On the other hand, when the ionic conductivity is low, the amount of hydrogen ions that can move in the solid electrolyte membrane per unit time decreases, so that the power generation amount decreases.

【０００３】そこで、従来、固体電解質膜のイオン伝導
率を高くするための工夫が種々なされており、これらの
中には、特願平８−２７３６８７号公報に記載の燃料電
池の加湿モジュールがある。特願平８−２７３６８７号
公報に記載の加湿モジュールは、燃料電池の冷却水を用
いて燃料ガスを加湿するもので、加湿した燃料ガスを燃
料電池に供給することで固体電解質膜の乾燥を防止する
ものである。この加湿モジュールは、中空糸膜を備え、
この中空糸膜の内側に燃料ガスを通流させ、中空糸膜の
外側に水を通流させる構成を有している。この中空糸膜
は、中空糸膜の外側の液相と、中空糸膜の内側の気相を
分離する役割と、液相中の水分を水蒸気分圧の高い液相
側から、相対的に水蒸気分圧の低い気相側に透過させる
役割を有している。中空糸膜を透過して液相側から気相
側に移動した水分は、燃料ガスの流れにより蒸発するの
で、燃料ガスは所定量の水蒸気を含む加湿燃料ガスとな
る。In view of the above, conventionally, various measures have been taken to increase the ionic conductivity of the solid electrolyte membrane. Among them, there is a humidifying module for a fuel cell described in Japanese Patent Application No. 8-273687. . The humidifying module described in Japanese Patent Application No. 8-273687 humidifies the fuel gas using the cooling water of the fuel cell, and prevents the drying of the solid electrolyte membrane by supplying the humidified fuel gas to the fuel cell. Is what you do. This humidification module has a hollow fiber membrane,
The fuel gas is made to flow inside the hollow fiber membrane, and water is made to flow outside the hollow fiber membrane. This hollow fiber membrane plays a role of separating a liquid phase outside the hollow fiber membrane and a gas phase inside the hollow fiber membrane, and removes water in the liquid phase from a liquid phase side having a high water vapor partial pressure. It has the role of allowing the gas to permeate into the gas phase with a low partial pressure. Moisture that has passed through the hollow fiber membrane and moved from the liquid phase side to the gas phase side evaporates due to the flow of the fuel gas, so that the fuel gas becomes a humidified fuel gas containing a predetermined amount of water vapor.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、飽和水
蒸気量の観点からは、熱を有効に利用して燃料ガスの温
度を上昇させた方が加湿効率は向上することが知られて
いるが、このような加湿モジュールに加湿流体を単純に
通流させるだけでは、加湿流体の温度が高くても、加湿
モジュールで加湿ガスの保有する熱を有効に利用できず
に加湿効率を向上させることができなかった。また、熱
の有効利用に加えて、加湿ガスの流れを均等に中空糸膜
と接触させることで加湿効率をさらに向上できる加湿モ
ジュールの開発が望まれていた。従って、本発明は、熱
の有効利用を通じて加湿効率を向上させることであり、
加えて、加湿ガスの流れを均一化させることで加湿効率
をさらに向上させることである。However, from the viewpoint of the amount of saturated water vapor, it is known that the efficiency of humidification is improved by increasing the temperature of the fuel gas by effectively utilizing the heat. Simply passing a humidifying fluid through such a humidifying module cannot improve the humidifying efficiency because the humidifying module cannot effectively use the heat of the humidifying gas even if the temperature of the humidifying fluid is high. Was. Further, in addition to effective use of heat, development of a humidification module capable of further improving humidification efficiency by uniformly contacting the flow of the humidification gas with the hollow fiber membrane has been desired. Therefore, the present invention is to improve the humidification efficiency through effective use of heat,
In addition, the humidification efficiency is further improved by making the flow of the humidification gas uniform.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決する本
発明の請求項１に係る発明は、２つの流体のうち相対的
に、より高温な流体である一方の流体が通流可能な流路
を備えた内部配管の外周に、一方の流体と他方の流体の
間で水分交換を可能にする複数の中空糸膜を備え、内部
配管は、一方の流体が流入する一端側の入口部と、他端
近傍において一方の流体を中空糸膜の他端側の外側に向
けて流出させる流出口を備え、中空糸膜の内側に他方の
流体を通流させるための通流入口部および通流出口部、
ならびに、一方の流体を中空糸膜の一端側から排出する
ための出口部を備えた加湿モジュールとした。この加湿
モジュールは、相対的に高温な一方の流体を加湿モジュ
ールの中心部分を一端側から他端側に通流させた後、中
空糸膜と接触させることで、一方の流体の保有する熱を
加湿モジュールに伝熱させることで加湿モジュール全体
を高温に保ち、他方の流体を加熱し、加湿効率を向上さ
せるものである。Means for Solving the Problems According to the first aspect of the present invention, which solves the above-mentioned problems, one of the two fluids, which is a relatively hotter fluid, can flow through. A plurality of hollow fiber membranes that allow moisture exchange between one fluid and the other fluid are provided on the outer periphery of the internal pipe having the channel, and the internal pipe has an inlet portion at one end into which one fluid flows. A flow outlet for allowing one fluid to flow out toward the outside of the other end of the hollow fiber membrane in the vicinity of the other end, and a flow inlet portion and a flow passage for allowing the other fluid to flow inside the hollow fiber membrane Exit,
Further, a humidifying module provided with an outlet for discharging one fluid from one end side of the hollow fiber membrane was provided. In this humidification module, after flowing one fluid having a relatively high temperature from the central portion of the humidification module from one end to the other end, the heat held by one fluid is brought into contact with the hollow fiber membrane. By transferring heat to the humidification module, the entire humidification module is kept at a high temperature, the other fluid is heated, and the humidification efficiency is improved.

【０００６】また、本発明の請求項２に係る発明は、請
求項１に記載の加湿モジュールにおいて、一方の流体と
熱交換するための熱交換手段を内部配管の内面に有する
構成にした。この加湿モジュールは、高温の一方の流体
の保有する熱を加湿モジュールに伝熱させる際に、熱交
換手段により伝熱効率を向上させるものである。According to a second aspect of the present invention, in the humidifying module according to the first aspect, a heat exchange means for exchanging heat with one of the fluids is provided on the inner surface of the internal pipe. This humidifying module improves heat transfer efficiency by means of heat exchange means when transferring heat held by one of the high-temperature fluids to the humidifying module.

【０００７】さらに、本発明の請求項３に係る発明は、
請求項１または請求項２に記載の加湿モジュールにおい
て、内部配管の他端側には、一端側に向けて突出し、一
方の流体の流れを内部配管の長手方向から厚さ方向に変
更する凸部が備えられている構成にした。この加湿モジ
ュールは、一方の流体の流れの方向を凸部で確実に変更
させるものである。また、内部配管の他端側で液溜まり
や、淀み点を作らせない作用も有する。[0007] Further, the invention according to claim 3 of the present invention provides:
3. The humidifying module according to claim 1, wherein the other end of the internal pipe projects toward one end and changes the flow of one fluid from the longitudinal direction of the internal pipe to the thickness direction. It was configured to be provided. In this humidification module, the direction of the flow of one fluid is surely changed by the convex portion. It also has the effect of preventing liquid pools and stagnation points from being formed at the other end of the internal pipe.

【０００８】そして、本発明の請求項４に係る発明は、
一方の流体が通流可能な流路を備えた内部配管の外周
に、一方の流体と他方の流体の間で水分交換を可能にす
る複数の中空糸膜を備え、内部配管は、一方の流体が流
入する一端側の入口部と、他端近傍において一方の流体
を中空糸膜の他端側の外側に向けて流出させる流出口を
備えると共に、内部配管および／または一方の流体を加
熱する加熱手段を備え、中空糸膜の内側に他方の流体を
通流させるための通流入口部および通流出口部、ならび
に、一方の流体を中空糸膜の一端側から排出するための
出口部を備えた加湿モジュールとした。このような加湿
モジュールは、内部配管、つまり、加湿モジュールの中
央部分を加熱手段で加熱することで、一方の流体が保有
している熱量の大小に拘らず、加湿効率を向上させるも
のである。The invention according to claim 4 of the present invention provides:
A plurality of hollow fiber membranes that allow moisture exchange between one fluid and the other fluid are provided on the outer periphery of the internal piping having a flow path through which one fluid can flow, and the internal piping is provided with one fluid And an outlet for allowing one fluid to flow out to the outside of the other end of the hollow fiber membrane in the vicinity of the other end, and heating the internal piping and / or one fluid. Means, a flow inlet and a flow outlet for allowing the other fluid to flow inside the hollow fiber membrane, and an outlet for discharging one fluid from one end side of the hollow fiber membrane. Humidification module. Such a humidification module improves the humidification efficiency by heating the internal piping, that is, the central portion of the humidification module by the heating means, regardless of the amount of heat held by one of the fluids.

【０００９】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
しながら詳細に説明する。図１は本実施の形態の加湿モ
ジュールを備えた加湿装置を含む燃料電池システムの構
成図である。図１に示すように、燃料電池システム１
は、アノードガスである加湿水素ガスＨｗ（水素ガスＨ
ｄ）と、カソードガスである加湿空気Ａｗ（空気Ａｄ）
の電気化学的反応を用いて発電するものである。加湿水
素ガスＨｗは、高圧ボンベ等の供給手段５から供給され
る水素ガスＨｄを加湿装置３にて加湿したものである。
また、加湿空気Ａｗは、大気から吸引し、空気圧縮機６
で所定圧力まで加圧した空気Ａｄを加湿装置４で加湿し
たものである。なお、加湿のために用いる水分を多く含
んだガスは、燃料電池２から排出されるカソードオフガ
スＣＯＧである加湿ガスＭＧにより行う。Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system including a humidifier provided with the humidification module of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1
Is a humidified hydrogen gas Hw (hydrogen gas H
d) and humidified air Aw (air Ad) as a cathode gas
The power is generated using the electrochemical reaction of the above. The humidified hydrogen gas Hw is obtained by humidifying the hydrogen gas Hd supplied from the supply unit 5 such as a high-pressure cylinder with the humidifier 3.
Further, the humidified air Aw is sucked from the atmosphere and is supplied to the air compressor 6.
The humidifier 4 humidifies the air Ad pressurized to a predetermined pressure. Note that the gas containing a large amount of water used for humidification is performed by the humidification gas MG which is the cathode off-gas COG discharged from the fuel cell 2.

【００１０】ここで、本実施の形態における燃料電池２
について説明する。燃料電池２は、図示しない固体電解
質膜を挟んでアノード極とカソード極を有し、そのそれ
ぞれには白金系の触媒を有する電極が設けられている。
そして、アノード極には加湿装置３で加湿された加湿水
素ガスＨｗが通流され、カソード極には加湿装置３で加
湿された加湿空気Ａｗが通流される。ここで、固体電解
質膜は、高分子膜、例えば、プロトン交換膜であるパー
フロロカーボンスルホン酸膜を電解質として用いてい
る。この固体電解質膜は、高分子中にプロトン交換基を
多数持ち、飽和含水することにより常温で高いプロトン
伝導率を示すものである。従って、触媒によりアノード
極で発生したプロトン（水素イオン）は、容易に固体電
解質中を移動してカソード極側に到達することができ
る。そして、カソード極側に到達したプロトンがアノー
ド極の酸素と反応して水を生成する。生成した水は未反
応成分を含む加湿空気Ａｗと共にカソードオフガスとし
てカソード極側の出口から排出される。このとき、アノ
ード極とカソード極を外部負荷を介して電気的に接続し
て回路を形成すると、水素のイオン化の際に発生する電
子がこの回路に流れ、この電子の量が燃料電池２の発電
量となる。Here, the fuel cell 2 according to the present embodiment
Will be described. The fuel cell 2 has an anode and a cathode with a solid electrolyte membrane (not shown) interposed therebetween, and each of them is provided with an electrode having a platinum-based catalyst.
The humidified hydrogen gas Hw humidified by the humidifier 3 flows through the anode electrode, and the humidified air Aw humidified by the humidifier 3 flows through the cathode electrode. Here, as the solid electrolyte membrane, a polymer membrane, for example, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane which is a proton exchange membrane is used as an electrolyte. This solid electrolyte membrane has a large number of proton exchange groups in the polymer, and exhibits high proton conductivity at room temperature by containing saturated water. Therefore, protons (hydrogen ions) generated at the anode electrode by the catalyst can easily move in the solid electrolyte and reach the cathode electrode side. Then, the protons reaching the cathode electrode react with oxygen at the anode electrode to generate water. The generated water is discharged from the cathode-side outlet as a cathode off-gas together with the humidified air Aw containing the unreacted components. At this time, when a circuit is formed by electrically connecting the anode electrode and the cathode electrode via an external load, electrons generated at the time of hydrogen ionization flow into the circuit, and the amount of the electrons is generated by the fuel cell 2. Amount.

【００１１】ここで、燃料電池２の発電量を決定するパ
ラメータとしては、電極および固体電解質膜からなるセ
ルの数や大きさ、加湿水素ガスＨｗおよび加湿空気Ａｗ
の供給量、固体電解質膜のプロトン伝導率等があげられ
る。これらのうち、固体電解質膜のプロトン伝導率につ
いて説明する。プロトン伝導率は、固体電解質膜内での
プロトンの移動しやすさを表している。従って、プロト
ン伝導率が大きいほど、プロトン（水素イオン）がアノ
ード極側からカソード極側に移動しやすくなるので、プ
ロトン（水素イオン）と酸素の反応頻度が増大し、発電
量を増加させることができる。一方、プロトン伝導率が
低くなると、プロトンの透過率が減少するので、プロト
ン（水素イオン）と酸素の反応が減り、発電量が減少す
る。なお、このプロトン伝導率は、固体電解質膜が乾燥
していると低くなる。従って、本実施の形態において
は、加湿部で水素ガスＨｄおよび空気Ａｄを加湿するこ
とで、固体電解質膜に充分な水分を供給し、固体電解質
膜のプロトン伝導率を大きくし、発電効率の向上および
安定を図っている。Here, the parameters for determining the power generation amount of the fuel cell 2 include the number and size of the cells composed of the electrodes and the solid electrolyte membrane, the humidified hydrogen gas Hw and the humidified air Aw
And the proton conductivity of the solid electrolyte membrane. Among them, the proton conductivity of the solid electrolyte membrane will be described. The proton conductivity indicates the ease with which protons move in the solid electrolyte membrane. Accordingly, as the proton conductivity increases, protons (hydrogen ions) move more easily from the anode electrode side to the cathode electrode side, so that the frequency of reaction between protons (hydrogen ions) and oxygen increases, thereby increasing the power generation amount. it can. On the other hand, when the proton conductivity decreases, the proton permeability decreases, so that the reaction between protons (hydrogen ions) and oxygen decreases, and the power generation amount decreases. The proton conductivity decreases when the solid electrolyte membrane is dry. Therefore, in the present embodiment, by humidifying the hydrogen gas Hd and the air Ad in the humidifying section, sufficient water is supplied to the solid electrolyte membrane, the proton conductivity of the solid electrolyte membrane is increased, and the power generation efficiency is improved. And stability.

【００１２】次に、加湿装置３の構成について図２から
図５（ａ−１）、（ａ−２）を用いて説明する。ここ
で、図２は加湿装置３の構成要素である加湿モジュール
の斜視図、図３は加湿モジュールの断面図、図４（ａ）
は図３におけるＸ−Ｘ線断面図、図４（ｂ）はＹ−Ｙ線
断面図、図５（ａ−１）は内部配管の縦断面図、図５
（ａ−２）は横断面図である。なお、図３において、黒
矢印は一方の流体である加湿ガスＭＧを、白矢印は他方
の流体である水素ガスＨｄの流れをそれぞれ示してい
る。また、下記の説明において一端側とは、加湿ガスＭ
Ｇが加湿モジュール１３に導入される側、つまり図３の
左側をいい、他端側とは、加湿ガスＭＧが加湿モジュー
ル１３から排出される側、つまり図３の右側をいうもの
とする。加湿装置３は、図２に示す複数の中空糸膜Ｐを
長手方向に束ねた中空糸膜束１０の外周を、ハウジング
１１で覆い円筒形状にした加湿モジュール１２を有して
おり、この加湿モジュール１２は、図３に示すように、
その両端がヘッドブロック１３、１４で保持される。Next, the configuration of the humidifier 3 will be described with reference to FIGS. 2 to 5A-1 and 5A-2. Here, FIG. 2 is a perspective view of a humidifying module which is a component of the humidifying device 3, FIG. 3 is a cross-sectional view of the humidifying module, and FIG.
5 is a sectional view taken along line XX in FIG. 3, FIG. 4 (b) is a sectional view taken along line YY, FIG. 5 (a-1) is a longitudinal sectional view of the internal piping, and FIG.
(A-2) is a cross-sectional view. In FIG. 3, black arrows indicate the flow of the humidified gas MG as one fluid, and white arrows indicate the flow of the hydrogen gas Hd as the other fluid. In the following description, one end means humidified gas M
The side on which G is introduced into the humidification module 13, that is, the left side in FIG. 3, and the other end refers to the side on which the humidification gas MG is discharged from the humidification module 13, that is, the right side in FIG. The humidifying device 3 has a humidifying module 12 in which the outer periphery of a hollow fiber membrane bundle 10 in which a plurality of hollow fiber membranes P shown in FIG. 12, as shown in FIG.
Both ends are held by the head blocks 13 and 14.

【００１３】加湿モジュール１２は、その中心に加湿ガ
スＭＧが通流する内部流路１５が形成された内部配管１
６を備えている。多数の中空糸膜Ｐは、内部配管１６の
長手方向に沿って、かつ、内部配管１６の外周を覆うよ
うに配置され、その両端部が樹脂でポッティングされて
いる。また、ハウジング１１の一端側にはその周方向に
沿って開口が等間隔に形成されており、加湿ガスＭＧの
出口部１７になっている。The humidifying module 12 includes an internal pipe 1 having an internal channel 15 through which a humidified gas MG flows.
6 is provided. A large number of hollow fiber membranes P are arranged along the longitudinal direction of the internal pipe 16 and so as to cover the outer periphery of the internal pipe 16, and both ends thereof are potted with resin. Openings are formed at one end of the housing 11 along the circumferential direction at equal intervals, and serve as outlets 17 for the humidified gas MG.

【００１４】図２および図３に示すように、内部配管１
６は、円筒形状をし、他端側に低部２６を備えている。
この内部配管１６の一端側の入口部２５から、内部配管
１６の内部を通り、底部２６側の円周に開設された多数
の流出口２７までの経路が加湿ガスＭＧの内部流路１５
になる。この内部流路１５は、図３に示すように一端側
から他端側まで伸長して設けられている。これは、加湿
ガスＭＧが内部流路１５を一端側から他端側まで通流す
る際に、加湿ガスＭＧが保有する熱を内部配管１６が受
け取り、さらに、この受け取った熱を中空糸膜Ｐに受け
渡すことで、中空糸膜Ｐ、および、その内部を通流する
水素ガスＨｄ、空気Ａｄを充分に温めるためである。さ
らに、内部流路１５には、加湿ガスＭＧの流れ方向に直
交する熱交換手段であるプレート２８が多数設けられて
いる。このプレート２８は、図２および図５（ａ−
１）、（ａ−２）において、上下方向から、その位置を
ずらすように交互に設けられている。このプレート２８
は、加湿ガスＭＧとの接触面積を増加すると共に、加湿
ガスＭＧの流れを乱すことにより、熱の攪拌を行い、接
触機会を増やして内部流路１５を通流する加湿ガスＭＧ
の熱を奪い、この熱で加湿モジュール１２を高温に保つ
ものである。プレート２８は上側から約１／３、もしく
は、下側から約１／３程度の高さを有し、加湿ガスＭＧ
の流路を大きく遮ることで熱ロスが大きくなりすぎて、
内部流路１５内で加湿ガスＭＧの水分が凝縮することを
防止している。As shown in FIG. 2 and FIG.
6 has a cylindrical shape and is provided with a lower portion 26 on the other end side.
A path from the inlet 25 on one end of the internal pipe 16 to the inside of the internal pipe 16 and a number of outlets 27 formed on the circumference on the bottom 26 side is an internal flow path 15 for the humidified gas MG.
become. The internal flow path 15 extends from one end to the other end as shown in FIG. This is because when the humidified gas MG flows through the internal flow path 15 from one end to the other end, the internal pipe 16 receives the heat held by the humidified gas MG, and further receives the received heat from the hollow fiber membrane P. This is to sufficiently warm the hollow fiber membrane P and the hydrogen gas Hd and the air Ad flowing therethrough. Further, the internal flow path 15 is provided with a number of plates 28 which are heat exchange means orthogonal to the flow direction of the humidified gas MG. 2 and 5 (a-
In (1) and (a-2), they are provided alternately so as to shift their positions in the vertical direction. This plate 28
Increases the contact area with the humidifying gas MG, disturbs the flow of the humidifying gas MG, stirs heat, increases the chance of contact, and increases the humidifying gas MG flowing through the internal flow path 15.
And keeps the humidification module 12 at a high temperature. The plate 28 has a height of about 1/3 from the upper side or about 1/3 from the lower side.
Heat loss becomes too large by blocking the flow path of
This prevents the moisture of the humidified gas MG from condensing in the internal flow path 15.

【００１５】中空糸膜Ｐは、その中空構造の内側と外側
において、水分の授受を行うものであり、毛管凝縮型
膜、または、イオン水和型膜から製造されている。毛管
凝縮型膜の中空糸膜は、多孔質型、すなわち、分子が拡
散可能な大きさの細孔（孔径１０ｎｍ程度）を多数備え
ている高分子膜から構成されている。この高分子膜は、
細孔を通じて、例えば毛管凝縮作用により、水分を透過
させることができる。このような高分子膜からなる水透
過膜は、細孔を通じて水分の他、酸素ガス等を透過させ
ることができ、特に酸素の透過速度よりも水の透過速度
の方が遥かに大きいことから気化した水分を確実に輸送
できる特徴がある。一方、イオン水和型膜の中空糸膜
は、細孔を有さずに、ポリマ構造として疎水性の強い主
鎖部分と親水性の交換基を共存させている。この親水性
の交換基は、水分子と水素結合を行うことで水分を捉え
る、いわゆるイオン水和作用を有し、原理的に水分（水
蒸気）以外の気体（水素ガス、酸素ガス、窒素ガス等）
を透過しない（つまりガスバリア性に優れている）。こ
のため、一つの加湿モジュール１２に組成の異なる流体
を通流しても、異なる流体どうしが混合することがな
い。本実施の形態では、加湿装置３に使用される中空糸
膜Ｐにはイオン水和型膜を用い、加湿装置４には毛管凝
縮型膜を用いている。The hollow fiber membrane P exchanges moisture inside and outside the hollow structure, and is manufactured from a capillary condensation type membrane or an ion hydration type membrane. The hollow fiber membrane of the capillary condensing type membrane is a porous type, that is, a polymer membrane having a large number of pores (pore diameter of about 10 nm) large enough to allow molecules to diffuse. This polymer membrane is
Moisture can be transmitted through the pores, for example, by capillary condensation. The water permeable membrane made of such a polymer membrane can transmit oxygen gas and the like in addition to moisture through the pores. In particular, since the water permeation rate is much higher than the oxygen permeation rate, it is vaporized. There is a feature that can reliably transport waste water. On the other hand, the hollow fiber membrane of the ion hydration type membrane does not have pores, and has a highly hydrophobic main chain portion and a hydrophilic exchange group as a polymer structure. This hydrophilic exchange group has a so-called ion hydration effect of capturing water by forming a hydrogen bond with a water molecule. In principle, a gas (hydrogen gas, oxygen gas, nitrogen gas, etc.) other than water (steam) is used. )
Does not pass through (that is, it has excellent gas barrier properties). For this reason, even if fluids having different compositions flow through one humidification module 12, different fluids do not mix with each other. In the present embodiment, an ion hydration type membrane is used for the hollow fiber membrane P used for the humidifier 3 and a capillary condensation type membrane is used for the humidifier 4.

【００１６】次に、加湿モジュール１２の両端を保持す
るヘッドブロック１３、１４について説明する。加湿モ
ジュール１２を保持する一端側のヘッドブロック１３
は、内部配管１６が挿入される貫通穴１９と、加湿後の
加湿ガスＭＧが排出される出口通路２０、ならびに、中
空糸膜Ｐを通流する水素ガスＨｄを中空糸膜Ｐに導入す
るための流入通路２１が形成されている。Next, the head blocks 13 and 14 for holding both ends of the humidifying module 12 will be described. One end side head block 13 holding humidification module 12
In order to introduce the hydrogen gas Hd flowing through the hollow fiber membrane P into the hollow fiber membrane P, the through hole 19 into which the internal pipe 16 is inserted, the outlet passage 20 through which the humidified gas MG is discharged, and Is formed.

【００１７】図４（ａ）に示すように出口通路２０は、
加湿モジュール１２のハウジング１１に形成された出口
部１７を覆うリング状の通路２０ａと、排出用の配管に
接続されるポート２０ｂから構成されている。各出口１
７を出た加湿ガスＭＧは、通路２０ａに沿って合流しつ
つ流れ、ポート部２０ｂから排出される。図３に示すよ
うに流入通路２０は、供給手段５に接続される小径のポ
ート部２１ａと、ポート部２１ａに供給された水素ガス
Ｈｄを各中空糸膜Ｐにほぼ均等に分流させるためのリン
グ状の通路２１ｂとを有している。この通路２１ｂは、
水素ガスＨｄは、この通路２１ｂ内をリング形状に沿っ
て流れながら、通流入口部２３から各中空糸膜Ｐの内側
にほぼ均等に流入する。As shown in FIG. 4A, the outlet passage 20
The humidifying module 12 includes a ring-shaped passage 20a that covers the outlet 17 formed in the housing 11 of the humidifying module 12, and a port 20b that is connected to a discharge pipe. Exit 1
The humidified gas MG that has exited 7 flows while merging along the passage 20a, and is discharged from the port 20b. As shown in FIG. 3, the inflow passage 20 has a small-diameter port portion 21a connected to the supply means 5 and a ring for dividing the hydrogen gas Hd supplied to the port portion 21a into the hollow fiber membranes P almost equally. And a passage 21b in the shape of a circle. This passage 21b is
The hydrogen gas Hd flows almost uniformly into the inside of each hollow fiber membrane P from the flow-in port 23 while flowing in the passage 21b along the ring shape.

【００１８】また、他端側のヘッドブロック１４は、中
空糸膜Ｐを通流し、加湿された水素ガスＨｗが流出する
流出通路２２を有している。流出通路２２は、各中空糸
膜Ｐから流出した空気が合流する大径部２２ａと、燃料
電池のカソード極に接続されるポート部２２ｂを有して
いる。なお、加湿装置４は、加湿装置３と同様な構成を
有しているので、その説明を省略する。The head block 14 at the other end has an outflow passage 22 through which the humidified hydrogen gas Hw flows through the hollow fiber membrane P. The outflow passage 22 has a large-diameter portion 22a where the air flowing out of each hollow fiber membrane P joins, and a port portion 22b connected to the cathode of the fuel cell. Note that the humidifier 4 has the same configuration as the humidifier 3, and thus the description thereof is omitted.

【００１９】次に、このような加湿モジュール１２を備
えた加湿装置３で水素ガスＨｄおよび空気Ａｄを加湿す
る場合について説明する。まず、図１に示す燃料電池２
のカソード極から排出されたカソードオフガスＣＯＧで
ある加湿ガスＭＧは、配管４１を通じて、加湿モジュー
ル１２の内部流路１５の一端側に導入される。ここで、
加湿ガスＭＧは、プレート２８との間で熱交換を行い、
内部配管１６を加熱しつつ、内部流路１５の他端側まで
到達し、内部流路１５の流出口２７から、図３または図
７（ａ）に示すように放射状に流出する。そして、加熱
ガスＭＧは、多数の中空糸膜Ｐの外側の領域を通流し、
一端側の出口部１７から排出される。Next, the case where the humidifying device 3 having such a humidifying module 12 humidifies the hydrogen gas Hd and the air Ad will be described. First, the fuel cell 2 shown in FIG.
The humidification gas MG, which is the cathode off-gas COG discharged from the cathode of the humidification module 12, is introduced into one end of the internal flow path 15 of the humidification module 12 through the pipe 41. here,
The humidified gas MG exchanges heat with the plate 28,
While heating the internal pipe 16, it reaches the other end of the internal flow path 15 and flows out radially from the outlet 27 of the internal flow path 15 as shown in FIG. 3 or FIG. Then, the heating gas MG flows through regions outside the many hollow fiber membranes P,
It is discharged from the outlet 17 at one end.

【００２０】このとき、加湿ガスＭＧが中空糸膜Ｐと接
触し、中空糸膜Ｐの外側表面に加湿ガスＭＧ中の水分が
凝縮する。この水分は、中空糸膜Ｐのイオン水和作用に
より中空糸膜Ｐの内側に輸送される。ここで、中空糸膜
Ｐの内側に、湿度の低い水素ガスＨｄを通流させると、
水分は気化して水蒸気となり、この水蒸気が水素ガスＨ
ｄと混合されて加湿水素Ｈｗとなる。なお、水素ガスＨ
ｄは、供給手段５から配管４６で加湿モジュール１２の
一端側の流入通路２１に供給される。水素ガスＨｄは、
一端側のポッティング部で区画される中空糸膜Ｐの開口
端の集まりである通流入口部２３から中空糸膜Ｐの内側
に供給され、中空糸膜Ｐの内側を加湿ガスＭＧと対向す
るように通流し、加湿水素ガスＨｗとなり、他端側のポ
ッティング部で区画される中空糸膜Ｐの開口端の集まり
である通流出口部２４から流出し、流出通路２２、図１
の配管４７を通じて燃料電池１に供給される。水素ガス
Ｈｄを加湿した後に加湿ガスＭＧは、図１の配管４２を
通り、加湿装置４に導入される。加湿ガスＭＧは加湿装
置４において空気Ａｄを加湿した後、配管４３から排出
される。At this time, the humidified gas MG comes into contact with the hollow fiber membrane P, and moisture in the humidified gas MG condenses on the outer surface of the hollow fiber membrane P. This water is transported inside the hollow fiber membrane P by the ion hydration of the hollow fiber membrane P. Here, when a low-humidity hydrogen gas Hd flows inside the hollow fiber membrane P,
The water vaporizes into water vapor, and this water vapor becomes hydrogen gas H
d to become humidified hydrogen Hw. Note that hydrogen gas H
The d is supplied from the supply means 5 to the inflow passage 21 at one end of the humidification module 12 via the pipe 46. Hydrogen gas Hd is
The hollow fiber membrane P is supplied to the inside of the hollow fiber membrane P from the flow inlet 23 which is a collection of the open ends of the hollow fiber membrane P defined by the potting part on one end side, and the inside of the hollow fiber membrane P faces the humidified gas MG. 1 and becomes a humidified hydrogen gas Hw, flows out of a flow outlet 24 which is a collection of open ends of the hollow fiber membranes P partitioned by a potting portion on the other end side, and flows out of the outlet passage 22, FIG.
The fuel is supplied to the fuel cell 1 through a pipe 47. After humidifying the hydrogen gas Hd, the humidified gas MG is introduced into the humidifying device 4 through the pipe 42 of FIG. The humidifying gas MG humidifies the air Ad in the humidifying device 4 and then is discharged from the pipe 43.

【００２１】一方、空気Ａｄは、空気圧縮機６から配管
４４を通り加湿装置４に供給される。空気Ａｄは、加湿
装置４の加湿モジュール１２の毛管凝縮作用を有する中
空糸膜Ｐを介して、加湿ガスＭＧから水分を受け取り、
加湿空気Ａｗとして配管４５から燃料電池２に供給され
る。On the other hand, the air Ad is supplied from the air compressor 6 to the humidifier 4 through the pipe 44. The air Ad receives moisture from the humidified gas MG via the hollow fiber membrane P having a capillary condensation action of the humidification module 12 of the humidification device 4,
It is supplied to the fuel cell 2 from the pipe 45 as humidified air Aw.

【００２２】このように加湿モジュール１２は、内部配
管１６の一端側から他端側まで加湿ガスＭＧを通流させ
た後に、水分交換を行わせる構成としたので、高温の加
湿ガスＭＧにより内部配管１６が暖められる。従って、
加湿モジュール１２全体が保温されるので、ガスの飽和
水蒸気圧が上昇し、加湿効率を向上できる。さらに、内
部配管１６にプレート２８を設けて、加湿ガスＭＧの保
有する熱を半強制的に内部配管１６に伝熱させること
で、加湿モジュール１２全体の温度をさらに安定して高
温に保つことができる。なお、内部配管１６を設けるこ
とで加湿モジュール１２の保温が十分である場合にはプ
レート２８は設けなくても良い。As described above, the humidifying module 12 is configured such that the humidifying gas MG is passed from one end to the other end of the internal pipe 16 and then the water is exchanged. 16 is warmed. Therefore,
Since the entire humidification module 12 is kept warm, the saturated vapor pressure of the gas increases, and the humidification efficiency can be improved. Further, a plate 28 is provided in the internal pipe 16 to semi-forcefully transfer the heat of the humidified gas MG to the internal pipe 16 so that the temperature of the entire humidifying module 12 can be more stably maintained at a high temperature. it can. In addition, when the heat retention of the humidification module 12 is sufficient by providing the internal piping 16, the plate 28 may not be provided.

【００２３】さらに、内部配管１６の別の形態について
図５（ｂ−１）から図５（ｄ−２）を用いて説明する。
なお、図５（ｂ−１）および図５（ｂ−２）は、内部配
管のの実施の形態を示す縦断面図および横断面図であ
り、図５（ｃ−１）および図５（ｃ−２）は、内部配管
の別の実施の形態を示す縦断面図および横断面図であ
る。図５（ｄ−１）および図５（ｄ−２）、図５（ｃ−
１）および（ｄ−１）は、それぞれ、さらに別の実施の
形態を示す内部配管の縦断面図および横断面図である。
図５（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、この内部配
管１６は、熱交換手段である、直交する二組のフィン３
１、３２が長手方向に沿って多数設けられている。この
フィン３１、３２は、加湿ガスＭＧとの接触面積を増加
すると共に、加湿ガスＭＧの流れを乱すことにより、内
部流路１５を通流する加湿ガスＭＧの熱を奪い、この熱
で加湿モジュール１２を高温に保つものである。図５
（ｂ−１）において、フィン３１、３２は、加湿ガスＭ
Ｇの流れ方向に伸びる台形をなしているが、正方形、長
方形等の任意の形状を取ることができる。フィン３１、
３２の数や形状は、加湿ガスＭＧの温度降下による内部
流路１５内での水分の凝縮を防止する観点から設計され
ることが望ましい。Further, another form of the internal pipe 16 will be described with reference to FIGS. 5 (b-1) to 5 (d-2).
5 (b-1) and 5 (b-2) are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view showing an embodiment of the internal piping, and FIG. 5 (c-1) and FIG. -2) is a longitudinal sectional view and a transverse sectional view showing another embodiment of the internal piping. 5 (d-1), 5 (d-2), and 5 (c-
1) and (d-1) are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of an internal pipe showing still another embodiment, respectively.
As shown in FIGS. 5 (b-1) and 5 (b-2), this internal pipe 16 is composed of two sets of orthogonal fins 3 serving as heat exchange means.
Many 1, 32 are provided along the longitudinal direction. The fins 31 and 32 increase the contact area with the humidification gas MG and disturb the flow of the humidification gas MG, thereby removing heat of the humidification gas MG flowing through the internal flow path 15 and using the heat to humidify the humidification module. 12 is kept at a high temperature. FIG.
In (b-1), the fins 31 and 32 are humidified gas M
Although it has a trapezoidal shape extending in the flow direction of G, it can take any shape such as a square or a rectangle. Fins 31,
It is desirable that the number and shape of 32 be designed from the viewpoint of preventing the condensation of moisture in the internal flow path 15 due to the temperature drop of the humidified gas MG.

【００２４】また、加湿ガスＭＧおよび加湿モジュール
１２を高温に保つ手段としては、図５（ｃ−１）、（ｃ
−２）、（ｄ−１）、（ｄ−２）に示す加熱手段があげ
られる。図５（ｃ−１）、（ｃ−２）は、温水を循環さ
せるチューブ４１が、内部配管１６の内部にスパイラル
上に巻かれて挿入されている。このチューブ４１は、一
方の端部４１_INから温水を供給し、この温水を内部配管
１６中を通流させ、他方の端部４１_OUTから排出するも
のである。温水の通流により加湿ガスＭＧや、内部配管
１６が加熱され、加湿モジュール１２が保温されるの
で、加湿効率を向上させることができる。この温水は、
燃料電池２等の廃熱を利用して加温された温水を循環さ
せて用いることで、燃料電池２等の廃熱の有効利用とい
う側面も有している。なお、図５（ｃ−１）においてチ
ューブ４１は互いに密に接しているが、所定間隔を有す
るスパイラル形状となっていても良い。また、チューブ
４１の替わりに、被覆したヒータ線を用いることもでき
る。As means for keeping the humidified gas MG and the humidified module 12 at a high temperature, FIGS. 5 (c-1) and 5 (c)
-2), (d-1) and (d-2). 5 (c-1) and 5 (c-2), a tube 41 for circulating hot water is inserted inside the internal pipe 16 by being wound on a spiral. The tube 41 supplies hot water from one end 41 _IN , allows the hot water to flow through the internal pipe 16, and discharges the hot water from the other end 41 _OUT . The humidification gas MG and the internal piping 16 are heated by the flow of the hot water, and the humidification module 12 is kept warm, so that the humidification efficiency can be improved. This hot water is
By circulating and using warm water heated using waste heat of the fuel cell 2 and the like, there is also an aspect of effective use of waste heat of the fuel cell 2 and the like. Although the tubes 41 are in close contact with each other in FIG. 5C-1, the tubes 41 may have a spiral shape with a predetermined interval. Further, a covered heater wire can be used instead of the tube 41.

【００２５】さらに、図５（ｄ−１）、（ｄ−２）に示
すように、内部配管１６をその長手方向に貫通する一本
のパイプ４２を備え、このパイプ４２に温水を循環させ
たり、ヒータ線を挿入しても前記と同様の効果を得るこ
とができる。このようなパイプ４２は複数本設けること
もできるし、内部配管１６の回転中心位置からオフセッ
トした位置に設けることもできる。Further, as shown in FIGS. 5 (d-1) and 5 (d-2), a single pipe 42 penetrating the internal pipe 16 in the longitudinal direction is provided, and hot water is circulated through the pipe 42. Even if a heater wire is inserted, the same effect as described above can be obtained. A plurality of such pipes 42 may be provided, or may be provided at a position offset from the rotation center position of the internal pipe 16.

【００２６】このチューブ４１や、パイプ４２が特許請
求の範囲の加熱手段に相当する。この加熱手段を備える
加湿モジュールは、適切に制御を行えば、通流する流体
の温度や、保有する熱量に関係なく、加湿モジュールお
よび流体の温度を、一定に、かつ、高温に保つことがで
きるので、安定して高い加湿効率を得ることができる。The tube 41 and the pipe 42 correspond to the heating means in the claims. The humidification module provided with this heating means, if properly controlled, can keep the temperature of the humidification module and the fluid constant and high, irrespective of the temperature of the flowing fluid or the retained heat quantity. Therefore, high humidification efficiency can be stably obtained.

【００２７】ここで、前記のようにして熱の有効利用を
図り、加湿効率を向上させる加湿モジュール１２におい
て、さらに加湿効率を高めるために、加湿ガスＭＧを中
空糸膜Ｐに均等に接触させる手段について説明する。Here, in the humidifying module 12 for effectively utilizing heat and improving the humidifying efficiency as described above, means for uniformly contacting the humidified gas MG with the hollow fiber membrane P in order to further enhance the humidifying efficiency. Will be described.

【００２８】図６（ａ）に示す内部配管１６は、他端側
であって、流れに抗する方向に突出した凸部５１を設け
ると共に、流出口２７の端面に曲面形状部５２を形成す
ることで、流出口２７から加湿ガスＭＧを均等に流出さ
せるものである。凸部５１は、内部配管１６の中央から
外周にかけて、なだらかな曲面形状を有している。加湿
モジュール１２の長手方向に沿って流れてきた加湿ガス
ＭＧは、凸部５１によりその流れの向きを加湿モジュー
ル１２の半径方向に変更される。凸部５１のなだらかな
曲面形状は、各流出口２７から均等に加湿ガスを流出さ
せる効果を有し、内部配管１６の他端側に水分が凝縮
し、滞溜することを防止する役割も有している。The internal pipe 16 shown in FIG. 6A is provided with a convex portion 51 on the other end side, which protrudes in a direction against the flow, and forms a curved portion 52 on the end surface of the outlet 27. This allows the humidified gas MG to flow out of the outlet 27 evenly. The convex portion 51 has a gentle curved shape from the center to the outer periphery of the internal pipe 16. The direction of the flow of the humidifying gas MG flowing along the longitudinal direction of the humidifying module 12 is changed by the projections 51 in the radial direction of the humidifying module 12. The gentle curved shape of the convex portion 51 has an effect of causing the humidified gas to flow out uniformly from each outlet 27, and also has a role of preventing water from condensing and remaining on the other end side of the internal pipe 16. are doing.

【００２９】また、流出口２７の曲面形状部５２は、加
湿ガスＭＧの流れを凸部５１に向けて絞り、流速を上げ
る絞り面５２ａと、対向する凸部５１に合わせた形状を
有する曲面５２ｂとから構成されており、曲面５２ｂ
は、凸部５１で変更された加湿ガスＭＧの流れを整えて
流出口２７から流出させ、流出口２７付近で加湿ガスＭ
Ｇの流れが巻いて淀み点が形成されることを防止してい
る。The curved surface portion 52 of the outlet 27 restricts the flow of the humidified gas MG toward the convex portion 51 to increase the flow velocity, and a curved surface 52b having a shape matched to the convex portion 51 facing the humidified gas MG. And the curved surface 52b
Adjusts the flow of the humidified gas MG changed by the convex portion 51 and flows out from the outlet 27, and the humidified gas MG near the outlet 27.
This prevents the flow of G from winding and forming a stagnation point.

【００３０】一方、このような曲面形状部５２を設けな
い内部配管１６の構造としては、図６（ｂ）に示す凹部
５３のみを有するものがあげられる。この凹部５３は、
内部配管１６の中央から外周にかけてなだらかな曲面形
状を有し、加湿モジュール１２の長手方向に沿って流れ
てきた加湿ガスＭＧの流れの向きを加湿モジュール１２
の半径方向に変える等、前記の凸部５１と同じ効果を有
するが、頂点が流出口７の開穿位置よりも一端側に位置
していることで、曲面形状部５２が無くても確実に加湿
ガスＭＧを流出口２７から流出させることができる。特
に、図６（ｂ）に示すように加湿ガスＭＧの流れの向き
を大きく変える効果を有している。On the other hand, as a structure of the internal pipe 16 not having such a curved surface portion 52, a structure having only a concave portion 53 shown in FIG. This recess 53
The humidifying module MG has a gentle curved shape from the center to the outer periphery of the internal pipe 16 and flows the humidifying gas MG flowing along the longitudinal direction of the humidifying module 12.
Has the same effect as the above-mentioned convex portion 51, such as changing in the radial direction, but since the apex is located on one end side from the opening position of the outflow port 7, even if the curved surface portion 52 is not provided, it is ensured. The humidified gas MG can flow out from the outlet 27. In particular, as shown in FIG. 6B, it has an effect of greatly changing the direction of the flow of the humidified gas MG.

【００３１】さらに、他の形態としては、図７（ｂ）に
示すように、突出量が大きく、その先端が流出口２７の
開穿位置よりも一端側に位置する凸部５４があげられ
る。このような凸部５４は、突出量が多いため図６
（ａ）のような曲面形状部５２を設ける必要がない。そ
して、図７（ｃ）に示すように、多数の稜線５５により
区切られた面５６ａから構成される多面体５６とするこ
ともできる。この多面体５６も加湿ガスＭＧの流れの向
きを変えると共に、内部流路１５の他端側に水分が凝縮
し滞溜することを防止する。そして、稜線５５により区
切られた面５６ａの各々は、流出口２７に対応する位置
に配置されているので、面５６ａにより方向が変更され
た加湿ガスＭＧは、各流出口２７から均等に流出する。Further, as another form, as shown in FIG. 7B, there is a convex portion 54 having a large amount of protrusion and having a tip located at one end side of the opening position of the outlet 27. Since such a protrusion 54 has a large amount of protrusion, FIG.
It is not necessary to provide the curved surface portion 52 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 7C, a polyhedron 56 composed of surfaces 56a separated by a large number of ridge lines 55 can be used. This polyhedron 56 also changes the direction of the flow of the humidified gas MG, and also prevents moisture from condensing and accumulating on the other end side of the internal flow path 15. Since each of the surfaces 56a separated by the ridgeline 55 is disposed at a position corresponding to the outlet 27, the humidified gas MG whose direction has been changed by the surface 56a flows out of each outlet 27 uniformly. .

【００３２】これらの凸部５１等は、図３のプレート２
８等と併用することで、熱の有効利用を図り、かつ、加
湿ガスＭＧを中空糸膜Ｐに対して均等に流出させること
で、さらに加湿効率を向上させるものである。従って、
凸部５１等とプレート２８等は任意の組み合わせで使用
することができる。The projections 51 and the like are provided on the plate 2 in FIG.
8 and the like, the heat is effectively used, and the humidification gas MG is caused to flow out uniformly to the hollow fiber membrane P, thereby further improving the humidification efficiency. Therefore,
The protrusions 51 and the like and the plate 28 and the like can be used in any combination.

【００３３】なお、本発明は、前記の各実施の形態に限
定されずに広く応用することができる。例えば、使用す
る流体、および、加湿する用途は各実施の形態に限定さ
れずに、湿度の相対的に高い流体を用いて湿度の低い流
体を加湿する目的であれば如何なる用途にも用いること
ができ、使用する流体も、液体等の任意の流体を用いる
ことができる。The present invention can be widely applied without being limited to the above embodiments. For example, the fluid to be used, and the application for humidification are not limited to each embodiment, and may be used for any application as long as the purpose is to humidify a low-humidity fluid using a relatively high-humidity fluid. The fluid to be used can be any fluid such as a liquid.

【００３４】[0034]

【発明の効果】本発明の請求項１に係る発明は、２つの
流体のうち相対的に高温な一方の流体を加湿モジュール
の中心部分の一端側から他端側に通流させた後、中空糸
膜と接触させる構成にしたので、高温な一方の流体の保
有する熱量を有効に利用し、加湿モジュール全体を高温
に保ち、他方の流体を加熱し、加湿効率を向上できる。
特にこのような加湿モジュールを燃料電池システムに適
用すると、発電効率を向上させることができる。また、
本発明の請求項２に係る発明は、内部流路の内面に熱交
換手段を設けたので、高温の一方の流体の保有する熱を
効率良く加湿モジュールに伝達することが可能になる。According to the first aspect of the present invention, one of the two fluids, which has a relatively high temperature, flows from one end to the other end of the central portion of the humidifying module, and then becomes hollow. Since it is configured to be in contact with the yarn membrane, the amount of heat held by one of the high-temperature fluids can be effectively used, the entire humidification module can be maintained at a high temperature, and the other fluid can be heated to improve the humidification efficiency.
In particular, when such a humidification module is applied to a fuel cell system, power generation efficiency can be improved. Also,
In the invention according to claim 2 of the present invention, since the heat exchange means is provided on the inner surface of the internal flow path, it is possible to efficiently transfer the heat held by one of the high-temperature fluids to the humidifying module.

【００３５】さらに、本発明の請求項３に係る発明は、
内部流路の他端側に設けた凸部により、流体を均等に中
空糸膜に流出させて、加湿効率を向上させることができ
る。そして、本発明の請求項４に係る発明は、内部配管
および／または一方の流体を加熱する加熱手段を備える
ことで、一方の流体が保有している熱量の大小に拘ら
ず、加湿モジュールおよび加湿モジュールを通流する流
体の温度を高温に保ち、加湿効率を向上させることがで
きる。Further, according to the third aspect of the present invention,
The protrusion provided on the other end side of the internal flow path allows the fluid to flow evenly to the hollow fiber membrane, thereby improving the humidification efficiency. The invention according to claim 4 of the present invention is characterized in that the humidifying module and the humidifying module are provided irrespective of the amount of heat held by one of the fluids by providing the internal piping and / or the heating means for heating one of the fluids. The temperature of the fluid flowing through the module can be kept high, and the humidification efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施の形態の燃料電池システムの構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の実施の形態の加湿モジュールの斜視図
である。FIG. 2 is a perspective view of the humidifying module according to the embodiment of the present invention.

【図３】本発明の実施の形態の加湿モジュールの断面図
である。FIG. 3 is a sectional view of the humidifying module according to the embodiment of the present invention.

【図４】図３の（ａ）Ｘ−Ｘ線断面図、（ｂ）Ｙ−Ｙ線
断面図である。4A is a sectional view taken along line XX of FIG. 3 and FIG. 3B is a sectional view taken along line YY of FIG.

【図５】（ａ−１）〜（ｄ−１）内部配管の実施の形態
を説明する断面図である。FIG. 5 is a sectional view illustrating an embodiment of (a-1) to (d-1) internal piping.

【図６】内部配管の他端部の実施の形態を説明する説明
図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an embodiment of the other end of the internal pipe.

【図７】内部配管の他端部の実施の形態を説明する説明
図である。FIG. 7 is an explanatory view illustrating an embodiment of the other end of the internal pipe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 燃料電池システム ２ 燃料電池 ３、４ 加湿装置 １０ 中空糸膜束 １２ 加湿モジュール １５ 内部流路 １６ 内部配管 １７ 出口部 ２３ 通流入口部 ２４ 通流出口部 ２５ 入口部 ２７ 流出口 ２８ プレート （熱交換手段） ３１、３２ フィン （熱交換手段） ４１ チューブ （加熱手段） ４２ パイプ （加熱手段） ５１、５４ 凸部 REFERENCE SIGNS LIST 1 fuel cell system 2 fuel cell 3, 4 humidifier 10 hollow fiber membrane bundle 12 humidifier module 15 internal flow path 16 internal pipe 17 outlet section 23 flow inlet section 24 flow outlet section 25 inlet section 27 outlet 28 plate (heat Exchange means) 31, 32 Fin (heat exchange means) 41 Tube (heating means) 42 Pipe (heating means) 51, 54 Convex part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島貫 寛士 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 草野 佳夫 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3L055 AA10 BA10 5H026 AA06 CX02 CX04 CX06 EE18 EE19 HH03 5H027 AA06 CC06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Shimanuki 1-4-1 Chuo, Wako, Saitama Prefecture Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Yoshio Kusano 1-4-1 Chuo, Wako, Saitama F-term in Honda R & D Co., Ltd. (Reference) 3L055 AA10 BA10 5H026 AA06 CX02 CX04 CX06 EE18 EE19 HH03 5H027 AA06 CC06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ２つの流体のうち相対的に、より高温な
流体である一方の流体が通流可能な流路を備えた内部配
管の外周に、前記一方の流体と他方の流体の間で水分交
換を可能にする複数の中空糸膜を備え、 前記内部配管は、前記一方の流体が流入する一端側の入
口部と、他端近傍において前記一方の流体を前記中空糸
膜の他端側の外側に向けて流出させる流出口を備え、 前記中空糸膜の内側に前記他方の流体を通流させるため
の通流入口部および通流出口部、ならびに、前記一方の
流体を前記中空糸膜の一端側から排出するための出口部
を備えたことを特徴とする加湿モジュール。1. A method according to claim 1, wherein one of the two fluids, which is a relatively higher temperature fluid, is provided on an outer periphery of an internal pipe provided with a flow passage through which the one fluid and the other fluid can flow. A plurality of hollow fiber membranes capable of exchanging moisture, wherein the internal pipe has an inlet portion at one end where the one fluid flows, and the other fluid near the other end to the other end of the hollow fiber membrane An outlet for allowing the other fluid to flow out of the hollow fiber membrane, and a flow inlet and a flow outlet for allowing the other fluid to flow inside the hollow fiber membrane, and the one fluid to the hollow fiber membrane A humidifying module comprising an outlet for discharging from one end of the humidifier. 【請求項２】 前記一方の流体と熱交換するための熱交
換手段を前記内部配管の内面に有することを特徴とする
請求項１に記載の加湿モジュール。2. The humidifying module according to claim 1, wherein a heat exchange unit for exchanging heat with the one fluid is provided on an inner surface of the internal pipe. 【請求項３】 前記内部配管の他端側には、一端側に向
けて突出し、前記一方の流体の流れを前記内部配管の長
手方向から厚さ方向に変更する凸部が備えられているこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加湿モ
ジュール。3. The other end of the internal pipe is provided with a convex portion protruding toward one end and changing a flow of the one fluid from a longitudinal direction of the internal pipe to a thickness direction thereof. The humidification module according to claim 1 or 2, wherein: 【請求項４】 一方の流体が通流可能な流路を備えた内
部配管の外周に、前記一方の流体と他方の流体の間で水
分交換を可能にする複数の中空糸膜を備え、 前記内部配管は、前記一方の流体が流入する一端側の入
口部と、他端近傍において前記一方の流体を前記中空糸
膜の他端側の外側に向けて流出させる流出口を備えると
共に、前記内部配管および／または前記一方の流体を加
熱する加熱手段を備え、 前記中空糸膜の内側に前記他方の流体を通流させるため
の通流入口部および通流出口部、ならびに、前記一方の
流体を前記中空糸膜の一端側から排出するための出口部
を備えたことを特徴とする加湿モジュール。4. A plurality of hollow fiber membranes for allowing water exchange between the one fluid and the other fluid on an outer periphery of an internal pipe having a flow path through which one fluid can flow, The internal pipe has an inlet portion at one end into which the one fluid flows, and an outlet near the other end for allowing the one fluid to flow out toward the outside of the other end of the hollow fiber membrane. A heating means for heating the pipe and / or the one fluid; a flow inlet and a flow outlet for allowing the other fluid to flow inside the hollow fiber membrane; and A humidifying module comprising an outlet for discharging the hollow fiber membrane from one end thereof.