JP2010107069A - Humidifier - Google Patents

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拓素 井加田
Toshikatsu Katagiri
敏勝 片桐
Kenji Nagumo
健司 南雲
Yohei Hidaka
洋平 日高
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a humidifier properly humidifying fluid such as air supplied to a fuel cell and the like. <P>SOLUTION: This humidifier 1 has a cylindrical case 10 housing bundles 30 of hollow fiber membranes formed by bundling a plurality of hollow fiber membranes 30a, a first fluid flows in the hollow fiber membranes 30a, a second fluid having humidity different from that of the first fluid flows outside the hollow fiber membranes 30a in the case 10, and the second fluid flows toward an outer peripheral face of the bundles 30 of hollow fiber membranes from a second fluid inflow section. A plurality of receiving chambers 20 defined by partitioning walls and respectively receiving the bundles 30 of hollow yarn membranes are disposed in the case 10, and the plurality of receiving chambers 20 are filled with the hollow fiber membranes 30a with a uniform filling rate. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池等に供給される空気等の流体を加湿する加湿器に関し、詳しくは、水分透過性の中空糸膜を有する加湿器に関する。   The present invention relates to a humidifier that humidifies a fluid such as air supplied to a fuel cell or the like, and more particularly to a humidifier having a moisture-permeable hollow fiber membrane.

固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池においては、燃料電池を構成する電解質膜の湿潤状態を確保するべく、水素（燃料ガス）、酸素を含む空気（酸化剤ガス）を加湿する加湿器が必要とされる。このような加湿器は、中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束と、中空糸膜束を収容するケースとを備え、例えば、燃料電池に向かう加湿すべき空気（第１流体）が中空糸膜内を、燃料電池のカソードから排出された多湿のカソードオフガス（第２流体）が中空糸膜外を、それぞれ通流する（例えば、特許文献１〜３参照）。   In fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC), hydrogen (fuel gas) and oxygen-containing air (oxidant gas) are used to ensure the wet state of the electrolyte membrane that constitutes the fuel cell. ) Is required. Such a humidifier includes a hollow fiber membrane bundle formed by bundling hollow fiber membranes and a case for housing the hollow fiber membrane bundle. For example, air to be humidified toward the fuel cell (first fluid) is hollow fiber. The humid cathode offgas (second fluid) discharged from the cathode of the fuel cell passes through the inside of the membrane through the hollow fiber membrane (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特開平６−１３２０３８号公報JP-A-6-132038 特開平８−２７３６８７号公報JP-A-8-273687 特開２００４−３１１２８７号公報JP 2004-311287 A

ところで、ポリイミド等の多孔質体から形成される中空糸膜およびこれが束ねられた中空糸膜束は、水蒸気等によって湿潤すると、膨潤し伸張する。
このように中空糸膜および中空糸膜束が伸張すると、中空糸膜束（中空糸膜）が、これを収容するケース内で撓み、移動する現象が生じる。このような現象が生じると、中空糸膜束内における流量分配性が低下し加湿効率が低下するおそれがあった。 By the way, a hollow fiber membrane formed of a porous material such as polyimide and a bundle of hollow fiber membranes in which the hollow fiber membrane is bundled are swollen and stretched when wetted with water vapor or the like.
Thus, when the hollow fiber membrane and the hollow fiber membrane bundle are stretched, a phenomenon occurs in which the hollow fiber membrane bundle (hollow fiber membrane) bends and moves in the case housing the hollow fiber membrane bundle. When such a phenomenon occurs, there is a possibility that the flow distribution in the hollow fiber membrane bundle is lowered and the humidification efficiency is lowered.

そこで、本発明は、好適に加湿可能な加湿器を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the humidifier which can humidify suitably.

前記目的を達成するために、本発明は、複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収容する筒状のケースと、を備え、第１流体が前記中空糸膜内を通流し、前記第１流体と異なる湿度の第２流体が前記ケース内であって前記中空糸膜外を通流し、前記第２流体が、前記ケースの第２流体流入部から前記中空糸膜束の外周面に向かって流入する加湿器であって、前記ケース内に、仕切り壁により区画されて前記中空糸膜束をそれぞれ収容する複数の収容室を設け、複数の前記収容室に対して前記中空糸膜束を同じ充填率で充填したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention comprises a hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled, and a cylindrical case that accommodates the hollow fiber membrane bundle, and the first fluid is the above-mentioned A second fluid having a humidity different from that of the first fluid flows in the hollow fiber membrane and flows outside the hollow fiber membrane in the case, and the second fluid flows from the second fluid inflow portion of the case. A humidifier that flows toward the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane bundle, wherein the housing includes a plurality of storage chambers that are partitioned by a partition wall and each store the hollow fiber membrane bundle. The chamber is filled with the hollow fiber membrane bundle at the same filling rate.

このような加湿器によれば、ケース内が仕切り壁により区画された複数の収容室を有しており、各収容室に対して中空糸膜束（中空糸膜）が同じ充填率で充填されているので、各収容室内を第１流体および第２流体が均等に流れて流量分配性が向上する。
また、第１流体および第２流体が通流することで中空糸膜束が膨潤し伸張しても、区画された複数の収容室に中空糸膜束が小分けされるようにしてそれぞれ充填される構成であるので、例えば、このような区画を有さないケース内に中空糸膜束を充填した場合に比べて、中空糸膜束の伸張による移動を各収容室によって効果的に規制することができ、各収容室内を流れる第１流体および第２流体の流量分配性を好適に維持することができる。
また、中空糸膜束の伸張による移動を効果的に規制することができるので、伸張により中空糸膜にかかる負荷を軽減することができ、中空糸膜が切れる等の不都合を好適に防止することができる。
また、中空糸膜束の伸張による移動を効果的に規制することができるので、例えば、伸張により移動した一部の中空糸膜が第２流体の流入口や流出口を塞ぐように貼り付くような現象を防止することができ、圧損が増加するのを防止することができる。 According to such a humidifier, the inside of the case has a plurality of storage chambers partitioned by a partition wall, and a hollow fiber membrane bundle (hollow fiber membrane) is filled at the same filling rate into each storage chamber. As a result, the first fluid and the second fluid flow evenly in the respective accommodation chambers, thereby improving the flow distribution.
Further, even if the hollow fiber membrane bundle swells and expands due to the flow of the first fluid and the second fluid, the hollow fiber membrane bundle is filled so as to be divided into a plurality of partitioned storage chambers. Since it is a configuration, for example, compared with the case where the hollow fiber membrane bundle is filled in a case that does not have such a partition, the movement due to the elongation of the hollow fiber membrane bundle can be effectively regulated by each accommodation chamber. In addition, it is possible to favorably maintain the flow distribution characteristics of the first fluid and the second fluid flowing in each storage chamber.
In addition, since the movement of the hollow fiber membrane bundle due to stretching can be effectively regulated, the load on the hollow fiber membrane due to stretching can be reduced, and inconveniences such as breakage of the hollow fiber membrane can be suitably prevented. Can do.
Further, since the movement of the hollow fiber membrane bundle due to the extension can be effectively controlled, for example, a part of the hollow fiber membranes moved by the extension sticks so as to block the inlet and outlet of the second fluid. Therefore, it is possible to prevent an increase in pressure loss.

また、本発明は、前記収容室と前記中空糸膜束との輪切り方向の断面形状が、互いに相違している構成とするのがよい。   Further, in the present invention, it is preferable that the cross-sectional shapes in the ring cutting direction of the storage chamber and the hollow fiber membrane bundle are different from each other.

このような加湿器によれば、収容室内の壁面への中空糸膜の貼り付きを抑制することができ、良好な流量分配性を好適に維持することができる。   According to such a humidifier, sticking of the hollow fiber membrane to the wall surface in the housing chamber can be suppressed, and good flow distribution can be suitably maintained.

本発明によれば、好適に加湿可能な加湿器が得られる。   According to the present invention, a humidifier that can be suitably humidified is obtained.

以下、本発明の一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る加湿器１が組み込まれた燃料電池システム１００について、図１を参照して説明する。燃料電池システム１００は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されており、燃料電池スタック１１０と、水素タンク１２１と、コンプレッサ１３１と、加湿器１とを備えている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, a fuel cell system 100 in which a humidifier 1 according to this embodiment is incorporated will be described with reference to FIG. The fuel cell system 100 is mounted on a fuel cell vehicle (mobile body) (not shown), and includes a fuel cell stack 110, a hydrogen tank 121, a compressor 131, and a humidifier 1.

燃料電池スタック１１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）をセパレータ（図示しない）で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。ＭＥＡは、電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟持するカソード及びアノードとを備えている。各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路１１１およびカソード流路１１２が形成されている。   The fuel cell stack 110 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and a plurality of single cells formed by sandwiching MEA (Membrane Electrode Assembly) with separators (not shown) are stacked. Has been configured. The MEA includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane) and a cathode and an anode that sandwich the membrane. Each separator is formed with an anode channel 111 and a cathode channel 112 made of grooves and through holes.

そして、水素が、水素タンク１２１から、配管１２１ａ、アノード流路１１１を介してアノードに供給され、酸素を含む空気が、外気を吸気するコンプレッサ１３１から、配管１３１ａ、加湿器１、配管１３１ｂ、カソード流路１１２を介してカソードに供給されると、アノードおよびカソードに含まれる触媒（Ｐｔ等）上で電極反応が起こり、燃料電池スタック１１０が発電可能な状態となる。   Then, hydrogen is supplied from the hydrogen tank 121 to the anode via the pipe 121a and the anode flow path 111, and oxygen-containing air is supplied from the compressor 131 that sucks outside air, and the pipe 131a, the humidifier 1, the pipe 131b, and the cathode. When supplied to the cathode via the flow path 112, an electrode reaction occurs on the anode and the catalyst (Pt or the like) contained in the cathode, and the fuel cell stack 110 is in a state capable of generating power.

このように発電可能な状態の燃料電池スタック１１０と、外部負荷（例えば走行用のモータ）とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１１０が発電するようになっている。   The fuel cell stack 110 in a state where power can be generated in this way and an external load (for example, a motor for traveling) are electrically connected, and when the current is taken out, the fuel cell stack 110 generates power.

また、アノード流路１１１から排出されたアノードオフガスは、配管１２１ｂを介して、希釈器１３２に排出されるようになっている。一方、カソード流路１１２から排出されたカソードオフガスは、配管１３１ｃ、加湿器１、配管１３２ａを介して、希釈器１３２に排出され、希釈器１３２においてアノードオフガス中の未消費の水素を希釈するようになっている。そして、希釈後のガスは、配管１３２ｂを介して、車外に排出されるようになっている。
なお、カソードオフガスは、カソードにおける電極反応により生成する水蒸気（水分）により多湿である。また、生成した水蒸気の一部は電解質膜をアノード側に透過するので、アノードオフガスも多湿である。 Further, the anode off gas discharged from the anode channel 111 is discharged to the diluter 132 through the pipe 121b. On the other hand, the cathode offgas discharged from the cathode channel 112 is discharged to the diluter 132 via the pipe 131c, the humidifier 1, and the pipe 132a, and the diluter 132 dilutes unconsumed hydrogen in the anode offgas. It has become. The diluted gas is discharged out of the vehicle via the pipe 132b.
The cathode off gas is humid due to water vapor (water) generated by the electrode reaction at the cathode. Moreover, since a part of the generated water vapor passes through the electrolyte membrane to the anode side, the anode off-gas is also humid.

次に、加湿器１の構成について、図２から図６を参照して説明する。ここで、明確に説明するために、図２を基準として、前、後、左、右、上、下を設定する。   Next, the configuration of the humidifier 1 will be described with reference to FIGS. Here, for the sake of clarity, front, rear, left, right, upper, and lower are set with reference to FIG.

加湿器１は、コンプレッサ１３１（図１参照）からカソード流路１１２（図１参照、以下同じ）に向かう加湿すべき空気（第１流体）を、カソード流路１１２から排出された多湿のカソードオフガス（第２流体）で加湿するものである。すなわち、カソード流路１１２に向かう空気の湿度とカソードオフガスの湿度とは異なっており、カソードオフガスの湿度の方が高くなっている。加湿器１の外形は図２に示すように略直方体を呈している。   The humidifier 1 is a humid cathode off-gas exhausted from the cathode channel 112 and air to be humidified (first fluid) from the compressor 131 (see FIG. 1) toward the cathode channel 112 (see FIG. 1, the same applies hereinafter). It is humidified with (second fluid). That is, the humidity of the air toward the cathode flow path 112 is different from the humidity of the cathode offgas, and the humidity of the cathode offgas is higher. The external shape of the humidifier 1 has a substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIG.

図２に示すように、加湿器１は、四角筒状のケース１０内に仕切り壁となる縦壁１１と横壁１２とで区画された複数の収容室２０を有しており、複数の収容室２０に中空糸膜束３０がそれぞれ収容されるようになっている。なお、中空糸膜束３０と各収容室２０との軸方向（前後方向）は一致している。
本実施形態では、ケース１０の内部が、縦４段、横８列からなる複数（計３２個）の収容室２０に分割されており、後記するようにして、各収容室２０にはカソードオフガスが分配されて流れるようになっている。
なお、収容室２０の段数、列数は、前記したものに限らず、適宜設定することができる。 As shown in FIG. 2, the humidifier 1 has a plurality of storage chambers 20 partitioned by a vertical wall 11 and a horizontal wall 12 serving as partition walls in a rectangular cylindrical case 10. The hollow fiber membrane bundle 30 is accommodated in 20. In addition, the axial direction (front-back direction) of the hollow fiber membrane bundle 30 and each accommodation chamber 20 is in agreement.
In the present embodiment, the inside of the case 10 is divided into a plurality (32 in total) of storage chambers 20 each consisting of four columns and eight rows, and each of the storage chambers 20 has a cathode offgas as described later. Is distributed and flows.
The number of stages and the number of rows of the storage chamber 20 are not limited to those described above, and can be set as appropriate.

中空糸膜束３０は、ポリイミド等から形成され、水分透過性を有する中空糸膜３０ａが、複数本（例えば１０〜１００００本）にて束ねられたものであり、ケース１０内に形成された複数の収容室２０内にそれぞれ収容されるようになっている。
本実施形態では、各中空糸膜束３０（中空糸膜３０ａ）の輪切り方向となる断面形状が、円形状（丸形状）とされている。ここで、中空糸膜束３０は、中空糸膜３０ａを適宜に束ねることで断面形状が円形状となるように形成することが可能である。
また、中空糸膜束３０（中空糸膜３０ａ）は、各収容室２０に対して同じ充填率で充填されている。つまり、各中空糸膜束３０は、束ねられる本数が同じであり、各収容室２０において、収容室２０の容積に対する充填率が同じとなるようにされている。
なお、各中空糸膜３０ａは、水分を含むと膨潤し、多少伸張することとなるが、区画された複数の収容室２０に対して中空糸膜束３０としてそれぞれ充填される構成であるので、仮に、このように区画されていないケースにおいてケース内に中空糸膜束が充填されるように構成したものに比べて、中空糸膜束３０の伸張による移動を効果的に規制することができる。加えて、収容室２０の輪切り方向となる断面形状が、後記するように、中空糸膜束３０の断面形状と互いに相違する矩形状とされているので、中空糸膜束３０の伸張による収容室２０の内面への貼り付きを好適に防止することができる。
各中空糸膜束３０の前側および後側は、エポキシ樹脂等から形成されるポッティング部３１（図３参照、封止部）を介して、ケース１０（収容室２０）に固定されている。 The hollow fiber membrane bundle 30 is formed of polyimide or the like, and a plurality of hollow fiber membranes 30a having moisture permeability (for example, 10 to 10,000) are bundled. Are accommodated in the respective storage chambers 20.
In this embodiment, the cross-sectional shape in the ring cutting direction of each hollow fiber membrane bundle 30 (hollow fiber membrane 30a) is a circular shape (round shape). Here, the hollow fiber membrane bundle 30 can be formed so as to have a circular cross-sectional shape by appropriately bundling the hollow fiber membranes 30a.
Moreover, the hollow fiber membrane bundle 30 (hollow fiber membrane 30a) is filled with the same filling rate with respect to each accommodating chamber 20. That is, the number of bundles of the hollow fiber membrane bundles 30 is the same, and the filling rate with respect to the volume of the storage chamber 20 is the same in each storage chamber 20.
Each hollow fiber membrane 30a swells when it contains moisture and expands somewhat, but is configured to be filled as the hollow fiber membrane bundle 30 with respect to the plurality of compartmentalized storage chambers 20, respectively. Temporarily, the movement by the expansion | extension of the hollow fiber membrane bundle 30 can be controlled effectively compared with what was comprised so that the hollow fiber membrane bundle might be filled in the case in the case which is not divided in this way. In addition, since the cross-sectional shape in the ring cutting direction of the storage chamber 20 is a rectangular shape different from the cross-sectional shape of the hollow fiber membrane bundle 30 as will be described later, the storage chamber is formed by the expansion of the hollow fiber membrane bundle 30. Adherence to the inner surface of 20 can be suitably prevented.
The front side and the rear side of each hollow fiber membrane bundle 30 are fixed to the case 10 (accommodating chamber 20) via a potting portion 31 (see FIG. 3, sealing portion) formed of an epoxy resin or the like.

ケース１０は、前記したように、その内部に区画された複数の収容室２０を有する四角筒状の容器であり、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）等の硬質樹脂から一体的に形成されている。
ケース１０に複数形成された収容室２０は、前記したように、中空糸膜束３０の断面形状（円形状）と互いに相違する矩形状とされており、図５に示すように、中空糸膜束３０の外周面と収容室２０の内面との間には、僅かながらも隙間Ｇが形成されている。
また、各収容室２０の前部側には、図４に示すように、後記する流入側マニホールド１５ａ（第２流体流入部）の装着位置に対応して、カソードオフガスを流入するための流入口２１が各収容室２０を仕切る横壁１２を上下方向に貫くようにそれぞれ形成されている。
一方、各収容室２０の後部側には、図６に示すように、後記する流出側マニホールド１６ａの装着位置に対応して、カソードオフガスを流入するための流出口２２が各収容室２０を仕切る横壁１２を上下方向に貫くようにそれぞれ形成されている。
また、ケース１０の前側には、図２、図３に示すように、前キャップ１３が取り付けられており、ケース１０の後側には、後キャップ１４が取り付けられている。 As described above, the case 10 is a rectangular tube-shaped container having a plurality of storage chambers 20 defined therein, and is integrally formed from a hard resin such as PC (polycarbonate) or PPO (polyphenylene oxide). Is formed.
As described above, the plurality of storage chambers 20 formed in the case 10 have a rectangular shape that is different from the cross-sectional shape (circular shape) of the hollow fiber membrane bundle 30, and as shown in FIG. A slight gap G is formed between the outer peripheral surface of the bundle 30 and the inner surface of the storage chamber 20.
Further, as shown in FIG. 4, an inlet for injecting a cathode off gas is provided at the front side of each storage chamber 20 in accordance with a mounting position of an inflow side manifold 15 a (second fluid inflow portion) described later. 21 is formed so that it may penetrate the horizontal wall 12 which partitions each storage chamber 20 to an up-down direction, respectively.
On the other hand, as shown in FIG. 6, on the rear side of each storage chamber 20, an outlet 22 for injecting a cathode off gas partitions each storage chamber 20 in accordance with a mounting position of an outflow side manifold 16 a described later. Each is formed so as to penetrate the horizontal wall 12 in the vertical direction.
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a front cap 13 is attached to the front side of the case 10, and a rear cap 14 is attached to the rear side of the case 10.

そして、コンプレッサ１３１（図１参照）からの空気（加湿されるべき空気）は、後キャップ１４の空気流入部１４ａから後キャップ１４内を通って各中空糸膜束３０の各中空糸膜３０ａ内に流入し、各収容室２０内における各中空糸膜３０ａ内を前方に向かってそれぞれ通流した後、前キャップ１３内を通って、前キャップ１３の空気流出部１３ａから外部（配管１３１ｂ、図１参照）に流出するようになっている。   Then, air (air to be humidified) from the compressor 131 (see FIG. 1) passes through the rear cap 14 from the air inflow portion 14a of the rear cap 14 and in each hollow fiber membrane 30a of each hollow fiber membrane bundle 30. And flows through the respective hollow fiber membranes 30a in the respective storage chambers 20 toward the front, and then passes through the front cap 13 from the air outflow portion 13a of the front cap 13 to the outside (pipe 131b, FIG. 1)).

一方、カソードオフガスは、四角筒状を呈するケース１０の天壁部１５（周壁部の一部）の前側に設けられた流入側マニホールド１５ａのオフガス流入部１５ｂから、下方に向かって流入し、図４に示すように、流入側マニホールド１５ａ内で左右方向に分配されて、各収容室２０を仕切る横壁１２に形成された流入口２１を通じて各収容室２０に流入するようになっている。
このように流入したカソードオフガスは、各中空糸膜束３０の中空糸膜３０ａ外であって各収容室２０内を後方に向かって通流した後（図３参照）、ケース１０の底壁部１６に形成された流出側マニホールド１６ａ（図６参照）を通じて外部（配管１３２ａ、図１参照）に流出する。
図３に示すように、流出側マニホールド１６ａは、ケース１０の底壁部１６の後側に設けられており、図６に示すように、各収容室２０を仕切る横壁１２に形成された流出口２２を通じて、各収容室２０に収容された各中空糸膜束３０の中空糸膜３０ａ外を流れてきたカソードオフガスを、一つに集めて流出するようになっている。 On the other hand, the cathode off-gas flows downward from the off-gas inflow portion 15b of the inflow side manifold 15a provided on the front side of the top wall portion 15 (a part of the peripheral wall portion) of the case 10 having a square cylindrical shape. As shown in FIG. 4, the liquid is distributed in the left-right direction in the inflow side manifold 15 a and flows into the storage chambers 20 through the inflow ports 21 formed in the lateral walls 12 that partition the storage chambers 20.
The cathode off gas that has flowed in this way flows outside the hollow fiber membranes 30a of the hollow fiber membrane bundles 30 and flows backward in the respective accommodating chambers 20 (see FIG. 3), and then the bottom wall portion of the case 10 16 flows out to the outside (pipe 132a, see FIG. 1) through the outflow side manifold 16a (see FIG. 6).
As shown in FIG. 3, the outflow side manifold 16 a is provided on the rear side of the bottom wall portion 16 of the case 10, and as shown in FIG. 6, the outflow port formed in the horizontal wall 12 that partitions each storage chamber 20. The cathode off-gas that has flowed out of the hollow fiber membranes 30a of the hollow fiber membrane bundles 30 accommodated in the respective accommodating chambers 20 is collected and discharged through 22.

つまり、燃料電池スタック１１０に向かう加湿すべき空気が、中空糸膜３０ａ内を前方に向かって通流し、多湿のカソードオフガスが中空糸膜３０ａ外を後方に向かって通流するように構成されている。したがって、空気の通流方向とカソードオフガスの通流方向とは対向しており、空気が効率的に加湿されるようになっている。   That is, the air to be humidified toward the fuel cell stack 110 flows forward through the hollow fiber membrane 30a, and the humid cathode offgas flows backward through the hollow fiber membrane 30a. Yes. Therefore, the air flow direction and the cathode off-gas flow direction are opposite to each other, so that the air is efficiently humidified.

次に、加湿器１の作用効果について、各図を参照して説明する。
各収容室２０において、中空糸膜３０ａは、同じ充填率で充填されているので、各収容室２０内の流れに対する抵抗値は同等となり、各収容室２０内を流れる空気およびカソードオフガスは、それぞれ均等に流れることとなる。
そして、各収容室２０内に多湿のカソードオフガスが通流すると、中空糸膜束３０（中空糸膜３０ａ）が膨潤し伸張するおそれがあるが、その伸張によって中空糸膜束３０が移動を生じても、その移動は各収容室２０を仕切る縦壁１１および横壁１２によって効果的に規制されることとなる。つまり、中空糸膜束３０の移動は、各収容室２０内に留まり、隣接する収容室２０の中空糸膜束３０同士で移動の影響を及ぼし合うこともない。
したがって、各収容室２０内を流れる空気およびカソードオフガスの流量分配性が好適に維持される。 Next, the effect of the humidifier 1 is demonstrated with reference to each figure.
Since the hollow fiber membranes 30a are filled at the same filling rate in each storage chamber 20, the resistance value to the flow in each storage chamber 20 is equivalent, and the air and cathode offgas flowing in each storage chamber 20 are respectively It will flow evenly.
Then, if a humid cathode off gas flows through each storage chamber 20, the hollow fiber membrane bundle 30 (hollow fiber membrane 30a) may swell and expand, but the hollow fiber membrane bundle 30 moves due to the expansion. Even so, the movement is effectively regulated by the vertical wall 11 and the horizontal wall 12 that partition each storage chamber 20. That is, the movement of the hollow fiber membrane bundles 30 stays in each storage chamber 20 and does not affect the movement of the hollow fiber membrane bundles 30 in the adjacent storage chambers 20.
Therefore, the flow distribution of the air and the cathode off-gas flowing through each storage chamber 20 is preferably maintained.

以上説明した本実施形態の加湿器１によれば、ケース１０内が仕切り壁（縦壁１１および横壁１２）により区画された複数の収容室２０を有しており、各収容室２０に対して中空糸膜束３０（中空糸膜３０ａ）が同じ充填率で充填されているので、各収容室２０内を空気およびカソードオフガスが均等に流れて流量分配性が向上する。   According to the humidifier 1 of the present embodiment described above, the case 10 has a plurality of storage chambers 20 partitioned by the partition walls (vertical wall 11 and horizontal wall 12). Since the hollow fiber membrane bundle 30 (hollow fiber membrane 30a) is filled with the same filling rate, air and cathode off-gas flow evenly in the respective storage chambers 20 and flow distribution is improved.

また、空気およびカソードオフガスが通流することで中空糸膜束３０が膨潤し伸張しても、区画された複数の収容室２０に中空糸膜束３０が小分けされるようにして充填される構成であるので、例えば、このように区画されていないケース内に中空糸膜束を充填した場合に比べて、中空糸膜束３０の伸張による移動を効果的に規制することができ、各収容室２０内を流れる空気およびカソードオフガスの流量分配性を好適に維持することができる。   In addition, even when the hollow fiber membrane bundle 30 swells and expands due to the flow of air and cathode off-gas, the hollow fiber membrane bundle 30 is filled so as to be divided into a plurality of compartments 20 that are partitioned. Therefore, for example, as compared with the case where the hollow fiber membrane bundle is filled in a case that is not partitioned in this way, the movement due to the expansion of the hollow fiber membrane bundle 30 can be effectively controlled, The flow rate distribution of the air and the cathode off-gas flowing through the inside 20 can be suitably maintained.

また、中空糸膜束３０の伸張による移動を効果的に規制することができるので、伸張により中空糸膜３０ａにかかる負荷を軽減することができ、中空糸膜３０ａが切れる等の不都合を好適に防止することができる。   In addition, since the movement of the hollow fiber membrane bundle 30 due to the extension can be effectively controlled, the load applied to the hollow fiber membrane 30a due to the extension can be reduced, and the inconvenience such as the hollow fiber membrane 30a being cut off can be suitably used. Can be prevented.

また、中空糸膜束３０の伸張による移動を効果的に規制することができるので、例えば、伸張により移動した一部の中空糸膜３０ａがカソードオフガスの流入口２１や流出口２２を塞ぐように貼り付くような現象を防止することができ、圧損が増加するのを防止することができる。つまり、流入口２１および流出口２２を通じてカソードオフガスを好適に通流させることができ、収容室２０が複数設けられている構造でありながら、カソードオフガスの好適な通流を確保することができる。したがって、加湿効率に優れた加湿器１が得られる。   Further, since the movement of the hollow fiber membrane bundle 30 due to the extension can be effectively controlled, for example, a part of the hollow fiber membranes 30a moved by the extension may block the cathode 21 outflow port 21 and the outlet 22. The phenomenon of sticking can be prevented, and pressure loss can be prevented from increasing. That is, the cathode off gas can be suitably flowed through the inflow port 21 and the outflow port 22, and a suitable flow of the cathode off gas can be ensured even though the structure is provided with a plurality of storage chambers 20. Therefore, the humidifier 1 excellent in humidification efficiency is obtained.

また、収容室２０と中空糸膜束３０との輪切り方向の断面形状が、互いに相違しているので、各収容室２０内の壁面（縦壁１１、横壁１２）への中空糸膜３０ａの貼り付きを抑制することができ、良好な流量分配性を好適に維持することができる。   Further, since the cross-sectional shapes of the accommodation chamber 20 and the hollow fiber membrane bundle 30 in the ring cutting direction are different from each other, the hollow fiber membrane 30a is attached to the wall surfaces (vertical wall 11 and lateral wall 12) in each accommodation chamber 20. Sticking can be suppressed and good flow distribution can be suitably maintained.

図７は本実施形態の加湿器の変形例をそれぞれ示す図であり、（ａ）は一つの変形例を示す加湿器の輪切り方向の模式断面図、（ｂ）（ｃ）はその他の変形例を示す加湿器の要部の拡大断面図である。   FIG. 7 is a view showing modifications of the humidifier of the present embodiment, (a) is a schematic cross-sectional view of the humidifier showing one modification, and (b) and (c) are other modifications. It is an expanded sectional view of the principal part of the humidifier which shows.

図７（ａ）に示す変形例では、ケース１０’が円筒形を呈しており、このケース１０’内に、縦壁１１および横壁１２で区画される断面矩形状の複数の収容室２０を設けるとともに、各収容室２０内に断面円形状（丸形状）の中空糸膜束３０を収容したものである。
なお、この例も含めて図７各図に示す変形例では、前記した流入側マニホールド１５ａや流出側マニホールド１６ａ、流入口２１や流出口２２は、簡単のため省略している。
このような変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。 In the modification shown in FIG. 7A, the case 10 ′ has a cylindrical shape, and a plurality of storage chambers 20 having a rectangular cross section defined by the vertical wall 11 and the horizontal wall 12 are provided in the case 10 ′. In addition, a hollow fiber membrane bundle 30 having a circular cross section (round shape) is accommodated in each accommodating chamber 20.
In addition, in the modification shown in each drawing of FIG. 7 including this example, the inflow side manifold 15a, the outflow side manifold 16a, the inflow port 21 and the outflow port 22 are omitted for simplicity.
Also in such a modification, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.

図７（ｂ）に示す変形例では、収容室２０Ａの輪切り方向の断面形状をハニカム形状として、収容室２０Ａ内に断面円形状（丸形状）の中空糸膜束３０を収容したものである。
また、図７（ｃ）に示す変形例では、収容室２０Ｂの輪切り方向の断面形状を円形状（丸形状）として、収容室２０Ｂ内に断面矩形状の中空糸膜束３０Ａを収容したものである。
これらの例によれば、収容室２０Ａ（２０Ｂ）と中空糸膜束３０（３０Ａ）との輪切り方向の断面形状が互いに相違しているので、収容室２０Ａ（２０Ｂ）内の壁面への中空糸膜３０ａの貼り付きを抑制することができ、良好な流量分配性を好適に維持することができる。 In the modification shown in FIG. 7B, the hollow fiber membrane bundle 30 having a circular cross section (round shape) is accommodated in the accommodating chamber 20A, with the sectional shape of the accommodating chamber 20A in the ring cutting direction being a honeycomb shape.
Further, in the modification shown in FIG. 7C, the hollow fiber membrane bundle 30A having a rectangular cross section is accommodated in the accommodating chamber 20B with the circular sectional shape of the accommodating chamber 20B in the ring cutting direction. is there.
According to these examples, since the cross-sectional shapes in the ring cutting direction of the accommodation chamber 20A (20B) and the hollow fiber membrane bundle 30 (30A) are different from each other, the hollow fiber to the wall surface in the accommodation chamber 20A (20B) Sticking of the film 30a can be suppressed, and good flow distribution can be suitably maintained.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
前記した実施形態では、空気が中空糸膜３０ａ内を通流し、カソードオフガスが中空糸膜３０ａ外を通流する構成を例示したが、空気が中空糸膜３０ａ外を通流し、湿度の高いカソードオフガスが中空糸膜３０ａ内を通流する構成でもよい。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, For example, it can change as follows in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
In the above-described embodiment, the configuration in which air flows through the hollow fiber membrane 30a and the cathode off-gas flows outside the hollow fiber membrane 30a is exemplified. However, the air flows outside the hollow fiber membrane 30a and the cathode has high humidity. The off gas may flow through the hollow fiber membrane 30a.

また、空気およびカソードオフガスの通流方向が、逆向きである構成を例示したが、同方向でもよい。
さらに、カソードオフガスが、加湿器１の天壁部１５側から流入し、加湿器１の底壁部１６側から流出する構成を例示したが、カソードオフガスの流入・流出方向はこれに限定されず、例えば、一方の側壁から流入し、他方の側壁から流出する構成でもよい。
また、カソードオフガスが、収容室２０の横壁１２の流入口２１を通じて流入し、横壁１２の流出口２２を通じて流出するように構成したが、流入・流出方向はこれに限定されず、例えば、縦壁１１を通じて流入・流出するように構成してもよい。
さらにまた、第１流体が空気、第２流体がカソードオフガスである構成、つまり、第１流体および第２流体がガスである構成を例示したが、例えば、第２流体が水（液体）である構成でもよい。 In addition, although the configuration in which the air and cathode off gas flow directions are opposite is illustrated, the same direction may be used.
Further, the cathode off gas is illustrated as flowing in from the top wall portion 15 side of the humidifier 1 and flowing out from the bottom wall portion 16 side of the humidifier 1, but the inflow / outflow direction of the cathode off gas is not limited thereto. For example, the structure which flows in from one side wall and flows out from the other side wall may be sufficient.
Further, the cathode off-gas is configured to flow in through the inlet 21 of the horizontal wall 12 of the storage chamber 20 and flow out through the outlet 22 of the horizontal wall 12, but the inflow / outflow direction is not limited to this. You may comprise so that it may flow in / out through 11.
Furthermore, the configuration in which the first fluid is air and the second fluid is cathode off-gas, that is, the configuration in which the first fluid and the second fluid are gases is exemplified. For example, the second fluid is water (liquid). It may be configured.

前記した実施形態では、加湿器１が空気とカソードオフガスとの間で水分交換し、燃料電池スタック１１０に向かう空気を加湿する構成を例示したが、その他に例えば、水素とアノードオフガスとの間で水分交換し、燃料電池スタック１１０に向かう水素を加湿する構成でもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the humidifier 1 exchanges moisture between the air and the cathode off gas and humidifies the air toward the fuel cell stack 110 is exemplified. However, for example, between the hydrogen and the anode off gas, A configuration may be adopted in which moisture is exchanged and the hydrogen toward the fuel cell stack 110 is humidified.

本実施形態の加湿器が適用される燃料電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell system with which the humidifier of this embodiment is applied. 本実施形態に係る加湿器の一部分解斜視図である。It is a partial exploded perspective view of the humidifier which concerns on this embodiment. 同じく加湿器の側断面図（ケース内の断面が図４のＸ４−Ｘ４に沿う側断面図）である。Similarly, it is a sectional side view of the humidifier (a sectional side view taken along line X4-X4 in FIG. 4). 図３のＸ１−Ｘ１に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows X1-X1 of FIG. 図３のＸ２−Ｘ２に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows X2-X2 of FIG. 図３のＸ３−Ｘ３に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows X3-X3 of FIG. 本実施形態の加湿器の変形例をそれぞれ示す図であり、（ａ）は一つの変形例を示す加湿器の輪切り方向の模式断面図、（ｂ）（ｃ）はその他の変形例を示す加湿器の要部の拡大断面図である。It is a figure which shows the modification of the humidifier of this embodiment, respectively, (a) is a schematic cross section of the humidification direction of the humidifier which shows one modification, (b) (c) is humidification which shows another modification. It is an expanded sectional view of the principal part of a vessel.

符号の説明Explanation of symbols

１ 加湿器
１０ ケース
１１ 縦壁
１２ 横壁
２０ 収容室
２０Ａ 収容室
２０Ｂ 収容室
２１ 流入口
２２ 流出口
３０ 中空糸膜束
３０Ａ 中空糸膜束
３０ａ 中空糸膜
１００ 燃料電池システム
１１０ 燃料電池スタック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Humidifier 10 Case 11 Vertical wall 12 Horizontal wall 20 Accommodating chamber 20A Accommodating chamber 20B Accommodating chamber 21 Inlet 22 Outlet 30 Hollow fiber membrane bundle 30A Hollow fiber membrane bundle 30a Hollow fiber membrane 100 Fuel cell system 110 Fuel cell stack

Claims (2)

複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束と、
前記中空糸膜束を収容する筒状のケースと、を備え、
第１流体が前記中空糸膜内を通流し、前記第１流体と異なる湿度の第２流体が前記ケース内であって前記中空糸膜外を通流し、
前記第２流体が、前記ケースの第２流体流入部から前記中空糸膜束の外周面に向かって流入する加湿器であって、
前記ケース内に、仕切り壁により区画されて前記中空糸膜束をそれぞれ収容する複数の収容室を設け、
複数の前記収容室に対して前記中空糸膜束を同じ充填率で充填したことを特徴とする加湿器。 A hollow fiber membrane bundle formed by bundling a plurality of hollow fiber membranes;
A cylindrical case that accommodates the hollow fiber membrane bundle,
A first fluid flows through the hollow fiber membrane, and a second fluid having a humidity different from that of the first fluid flows in the case and out of the hollow fiber membrane;
The humidifier in which the second fluid flows from the second fluid inflow portion of the case toward the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane bundle,
In the case, provided with a plurality of storage chambers that are partitioned by a partition wall and each store the hollow fiber membrane bundle,
A humidifier, wherein the hollow fiber membrane bundle is filled into the plurality of storage chambers at the same filling rate. 前記収容室と前記中空糸膜束との輪切り方向の断面形状は、互いに相違していることを特徴とする請求項１に記載の加湿器。   2. The humidifier according to claim 1, wherein cross-sectional shapes of the storage chamber and the hollow fiber membrane bundle in a ring cutting direction are different from each other.
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