JP2007212076A - 加湿装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、水分透過性の中空糸膜を介して、第1ガスと第2ガスとの間で水分の移動が行われる加湿装置2であって、筒状の外ケース31と、外ケース31内に収められ、第1ガスの流路である複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束25と、外ケース31に設けられ、中空糸膜束25の内部でそれぞれの中空糸膜の外側を流路とする第2ガスを外ケースの外部に排出する排出口21〜24と、を備えている。そして、中空糸膜束25の内部における第2ガスの流路は、排出口21〜24付近の断面積がその上流の断面積よりも小さくなっている。
【選択図】図3
Description
なお、実際には、配管の適所に開閉弁が設けられ、また、それらの開閉弁やコンプレッサ1などはECU(Electronic Control Unit)により制御されるが、それらは図示を省略している。
加湿装置2は、燃料電池FCのカソードCから供給された多湿のオフガス(第2ガス)の水分(H2O)を、中空糸膜HF(Hollow Fiber)を介して移動させることにより、コンプレッサ1から供給された空気を加湿し、その加湿空気を燃料電池FCのカソードCに供給するための装置である。加湿装置2の詳細については、図2〜図5を用いて後記する。
図2に示すように、加湿装置2の外ケース31は、外径が一定で内径がテーパの形状となっている。加湿装置2において、コンプレッサ1から供給された空気は、キャップ27の内部に入り、芯部材26の周囲に配置された中空糸膜束25(中空糸膜HFを束ねたもの。充填率は30〜70%程度)におけるそれぞれの中空糸膜HFの内部に入り込み、当該内部を流れ、キャップ28の内部を経由して外部に出る。
つまり、具体的には、まず、図3に示すように、加湿装置2の軸の中心からオフガスの流入口35の付近の中空糸膜束25までの長さ(径)をR、加湿装置2の軸の中心から排出口21〜24の付近の中空糸膜束25までの長さ(径)をrとする。そうすると、オフガスの流入口35の付近の断面積はπ(R+a)2−πR2=π(2aR+a2)、排出口21〜24の付近の断面積はπ(r+b)2−πr2=π(2br+b2)となる。
これらの構成により、中空糸膜束25は、図3の右方にいくほど、外ケース31の中心部に近づくようになっている。
また、燃料電池FCのカソードCから供給されたオフガスは、図3の左方から内ケース32の内部に入り込み、流入口35を経由して、中空糸膜束25の内部でそれぞれの中空糸膜HFの外側を通過し、排出口21〜24から排出され、マニホールド29によって収集される。
そして、多湿のオフガス中の水分が中空糸膜HFを介して空気側に移動することで、空気が加湿される。
この場合の空気とオフガスの流れについて説明する。まず、コンプレッサ1から供給された空気の流れは、図3の場合と同様である。
まず、流入口35a〜35dがオフガスの流れの上流側ほどその開口面積が大きくなっていることで、流入口35aからオフガスが流入しやすく、流入口35dからオフガスが流入しにくくなっている。すなわち、それぞれの流入口35a〜35dからバランスよくオフガスを中空糸膜束25の内部に流入させることができ、中空糸膜HF全体が有効に利用されることになる。
また、燃料電池FCのカソードCから供給されたオフガスは、キャップ28の内部を経由して内ケース32bの内部に入り込み、さらに、流入口35e〜35hを経由して中空糸膜束25の内部を通過し、排出口21b〜24bから排出され、マニホールド29によって収集される。
さらに、図4に示した外ケース31aと図5に示した芯部材26aを組み合わせるなど、様々な組み合せや変形例が可能である。その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
HF 中空糸膜
1 コンプレッサ
2,2a,2b 加湿装置
3 水素タンク
21〜24,21a〜24a,21b〜24b 排出口
25 中空糸膜束
26,26a 芯部材
31,31a,31b 外ケース
35,35a〜35h 流入口
Claims (7)
- 水分透過性の中空糸膜を介して、第1ガスと第2ガスとの間で水分の移動が行われる加湿装置であって、
筒状の外ケースと、
前記外ケース内に収められ、前記第1ガスの流路である複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、
前記外ケースに設けられ、前記中空糸膜束の内部でそれぞれの前記中空糸膜の外側を流路とする前記第2ガスを前記外ケースの外部に排出する排出口と、を備え、
前記中空糸膜束の内部における前記第2ガスの流路は、前記排出口付近の断面積がその上流の断面積よりも小さい
ことを特徴とする加湿装置。 - 前記外ケースは、少なくともその一部において、前記第2ガスの流れの下流に向かうほどその内周面が筒内側にすぼむテーパ構造となっていることを特徴とする請求項1に記載の加湿装置。
- 前記外ケースの内部に、さらに、前記外ケースと同心的に配置された芯部材を備え、
前記中空糸膜束は前記芯部材の外周に配置されており、
前記芯部材は、前記第2ガスの流れの下流側に向かうほど断面積が小さくなるテーパ構造となっていることを特徴とする請求項2に記載の加湿装置。 - 前記外ケースの内部に、さらに、前記外ケースと同心的に配置された芯部材を備え、
前記中空糸膜束は前記芯部材の外周に配置されており、
前記芯部材は、前記第2ガスの流れの下流側に向かうほど断面積が大きくなるテーパ構造となっていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の加湿装置。 - 前記排出口は、前記外ケース内における前記第2ガスの流れ方向に複数設けられており、前記第2ガスの流れの下流側ほどその開口面積が大きいことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の加湿装置。
- 前記第2ガスの流路に前記第2ガスを流入させる流入口を、さらに備え、
当該流入口は、前記外ケース内における前記第2ガスの流れ方向に複数設けられており、その複数の流入口は、前記第2ガスの流れの上流側ほどその開口面積が大きいことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の加湿装置。 - 前記中空糸膜束は、前記外ケースの中心部に近いほど前記中空糸膜の密度が低いことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の加湿装置。
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