JP2010117094A - 加湿器 - Google Patents

Abstract

【課題】水分交換効率を向上させることができ、好適に加湿可能な加湿器を提供する。
【解決手段】複数の中空糸膜１２が束ねられてなる独立した複数の中空糸膜束１１と、中空糸膜束１１を収容する筒状のケース２１と、を備え、第１流体が中空糸膜１２内を通流し、第１流体と異なる湿度の第２流体がケース２１内における中空糸膜１２外を通流する加湿器１であって、輪切り方向における中空糸膜束１１の断面形状は、長手方向Ｘと短手方向Ｙとを有する形状とされており、中空糸膜束１１と、隣り合う中空糸膜束１１との間のうち少なくとも１箇所は、中空糸膜束１１の延在する方向に形成された壁部で仕切られたことを特徴とする。
【選択図】図２

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。

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）。

特開平６−１３２０３８号公報 特開平８−２７３６８７号公報 特開２００４−３１１２８７号公報

ところで、加湿器に使用される中空糸膜の利用効率を高めるために、例えば、中空糸膜束の中心軸線上に、円管状のインナーパイプを挿入し、カソードオフガスをこのインナーパイプの一端部の中空部からインナーパイプの周壁に設けられた複数の孔を介して径方向外向きに流出させ、中空糸膜束の内周面から流入させるようにしたインナーパイプ式の加湿器が考えられている。この加湿器によれば、それまでのインナーパイプを有さない加湿器に比べて飛躍的に膜の利用率（水分交換効率）を高めることが可能となった。

しかし、このようなインナーパイプ式の加湿器では、インナーパイプの他端側が、水分交換に関係のないデッドスペースになるという難点を有している。
また、インナーパイプ式の加湿器は、前記したように水分交換効率の高さから、それ以上の小型化が難しい状況にある。

このような状況から、インナーパイプを有さない加湿器において、インナーパイプ式の加湿器と同等の水分交換効率を有する技術の開発が望まれている。

ここで、従来のインナーパイプを有さない加湿器において、水分交換効率を向上させるための方策として、カソードオフガスが流れる際の圧損が大きくなるように設定することが考えられる。しかしながら、燃料電池のシステム上、圧損を大きくすることは、補機損失の増大につながってしまい採用することができない。

そこで、本発明は、水分交換効率を向上させることができ、好適に加湿可能な加湿器を提供することを課題とする。

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独立した複数の中空糸膜束と、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における前記中空糸膜外を通流する加湿器であって、輪切り方向における前記中空糸膜束の断面形状は、長手方向と短手方向とを有する形状とされており、前記中空糸膜束と、隣り合う前記中空糸膜束との間のうち少なくとも１箇所は、前記中空糸膜束の延在する方向に形成された壁部で仕切られたことを特徴とする。

ここで、長手方向と短手方向とを有する断面形状には、楕円形状、長円形状、矩形状、角部のない四辺形状、多辺形状等がある。

このような加湿器によれば、中空糸膜束の断面形状が長手方向と短手方向とを有しており、このように短手方向を有することによって中空糸膜束の厚みを（長手方向の幅に対して）小さくすることができるので、中空糸膜束の断面内において短手方向に第２流体が均一に流れ易くなる。また、壁部で仕切ることで各独立した中空糸膜束の個々に沿うようにして第２流体が流れるように構成することができるので、例えば、水分交換に供される中空糸膜束を長く形成してこれに沿うように第２流体が流れるように構成したものと実質的に同様の効果が得られるようになる。
したがって、各中空糸膜束に沿わせて第２流体を有効に流すことができ、水分交換効率を向上させることができて、加湿効率の高い加湿器が得られる。

また、本発明は、前記第２流体は、前記中空糸膜束の外周面に対して、前記短手方向に沿って流入する構成とするのがよい。

このような加湿器によれば、厚みを小さくした中空糸膜束に対し、この厚みの小さい方向に沿って第２流体が流れ込むので、中空糸膜束の断面内において短手方向に第２流体がより均一に流れ易くなる。これによって、さらに加湿効率の高い加湿器が得られる。

また、本発明は、前記第２流体は、前記外周面に対して流入したのち、前記短手方向に沿って流出する構成とするのがよい。

このような加湿器によれば、厚みを小さくした中空糸膜束に対し、この厚みの小さい方向に沿って第２流体が流出するので、中空糸膜束の断面内において短手方向に第２流体がより均一に流れ易くなる。これによって、より一層加湿効率の高い加湿器が得られる。

また、本発明は、前記中空糸膜束に対する前記第２流体の流入と流出とが、前記中空糸膜束を輪切り方向に挟んだ異なる位置で行われる構成とするのがよい。

このような加湿器によれば、第２流体は、中空糸膜束に流入したのち、中空糸膜束を輪切り方向に挟んだ流入側とは反対側の位置において流出することとなり、中空糸膜束内を輪切り方向に横切るようにして好適に流れることとなる。したがって、各中空糸膜の表面を第２流体がより均一に流れ易くなり、より一層加湿効率の高い加湿器が得られる。

また、本発明の加湿器は、複数の中空糸膜が束ねられてなる独立した複数の中空糸膜束と、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における前記中空糸膜外を通流し、前記第２流体が、前記ケースに設けられた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、輪切り方向における前記ケースの内壁の断面形状は、長手方向と短手方向とを有する形状とされており、前記流入部は、前記第２流体が前記短手方向に沿って流入するように形成されていることを特徴とする。

このような加湿器によれば、輪切り方向におけるケースの内壁の断面形状が、長手方向と短手方向とを有しており、このように短手方向を有することによってこれに収容される中空糸膜束の厚みを小さくすることができるので、中空糸膜束の断面内において短手方向に第２流体が均一に流れ易くなる。
したがって、水分交換効率を向上させることができ、加湿効率の高い加湿器を得ることができる。

また、本発明は、前記ケースには、前記中空糸膜束に流入した前記第２流体を前記ケース外に流出する流出部が設けられており、前記流出部は、前記第２流体が前記短手方向に沿って流出するように形成されている構成とするのがよい。

このような加湿器によれば、厚みが小さくされてケース内に収容される中空糸膜束に対し、厚みの小さくされた方向に沿って第２流体が流出することとなるので、中空糸膜束の断面内において短手方向に第２流体がより均一に流れ易くなる。これによって、より一層加湿効率の高い加湿器が得られる。

また、本発明は、前記流入部と前記流出部とは、前記中空糸膜束を輪切り方向に挟む前記ケースの内壁に配置されている構成とするのがよい。

このような加湿器によれば、第２流体は、流入部を通じて中空糸膜束に流入したのち、中空糸膜束を輪切り方向に挟んだ流入部とは反対側に配置された流出部から流出することとなり、中空糸膜束内を輪切り方向に横切るようにして好適に流れることとなる。したがって、各中空糸膜の表面を第２流体がより均一に流れ易くなり、より一層加湿効率の高い加湿器が得られる。

本発明によれば、水分交換効率を向上させることができ、好適に加湿可能な加湿器が得られる。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図５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。

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。

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。

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。

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。

次に、加湿器１の構成について、図２から図７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。

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って、その外形は図２に示すように略直方体を呈している。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。

図２に示すように、加湿器１は、独立した複数の中空糸膜束１１と、複数の中空糸膜束１１を収容する四角筒状のケース２１とを備えている。なお、中空糸膜束１１とケース２１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２１の内部が、複数の中空糸膜束１１を収容することのできる縦４段、横４列からなる複数（計１６個）の収容室２５（図５（ｂ）参照）に分割されており、後記するようにして、各収容室２５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。
また、各収容室２５は、中空糸膜束１１の延在する方向に沿って形成された縦壁２６（壁部）および横壁２５ａ（壁部）で仕切られている。本実施形態では、縦壁２６および横壁２５ａが、各中空糸膜束１１の延在する方向（前後方向）に沿って各中空糸膜束１１を取り囲むように形成されている。なお、縦壁２６および横壁２５ａは、上下方向や左右方向に隣り合う中空糸膜束１１同士の間のうち少なくとも１箇所に設けてもよい。
各収容室２５は、後記する中空糸膜束１１の縦横（外周）に沿うように、中空糸膜束１１の断面形状に対応した長手方向Ｘ（左右方向）と短手方向Ｙ（上下方向、すなわち高さ（中空糸膜束１１の厚み）方向）を有する角部のない四辺形状とされている。したがって、収容室２５は、左右方向の大きさに対して高さ方向の大きさが小さくなっている。
なお、ケース２１は、四角筒状のものに限られることはなく、円形筒状、楕円形筒状、長円形筒状、多辺形筒状であってもよい。また、収容室２５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。

中空糸膜束１１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１２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２１内に形成された複数の収容室２５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１１（中空糸膜１２）の輪切り方向となる断面形状が、長手方向Ｘ（左右方向、つまり幅方向）と短手方向Ｙ（上下方向、つまり厚み（高さ）方向）とを有した角部のない四辺形状とされており、カソードオフガスが、中空糸膜束１１の外面に対して短手方向Ｙから流入および流出するようになっている。つまり、中空糸膜束１１は、左右方向に対して厚みが小さくされており、これによって、中空糸膜束１１の断面内において厚み方向（短手方向Ｙ）に第２流体が均一に流れ易くなっている。ここで、中空糸膜束１１は、中空糸膜１２を適宜に束ねることで断面形状が角部のない四辺形状となるように形成することが可能である。
なお、各中空糸膜１２は、水分を含むと膨潤し、多少伸張することとなるが、その断面形状は、前記したように、収容室２５の断面形状と対応したものとなっているので、膨潤した際に大きく変形することのないように構成されている。
各中空糸膜束１１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（不図示、封止部）を介して、ケース２１に固定されている。

ケース２１は、前記したように、その内部に複数の中空糸膜束１１を収容することが可能な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２１に複数形成された収容室２５は、前記したように、中空糸膜束１１の断面形状に対応して中空糸膜束１１と同様に、長手方向Ｘ（左右方向）と短手方向Ｙ（上下方向、すなわち高さ（中空糸膜１１の厚み）方向）を有する角部のない四辺形状とされており、後記するようにして、カソードオフガスが、中空糸膜束１１の前端部の下面側の外面に対して下方向から流入して短手方向Ｙに沿った流れとなるようにされている。また、中空糸膜束１１の延在する方向（前後方向）に沿って流れたカソードオフガスが、中空糸膜束１１の後端部の上面側の外面から上方向に流出して、短手方向Ｙに沿った流れとなるようにされている。

各収容室２５を左右方向に仕切る縦壁２６は、図４、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、その前端下部がそれぞれ切り欠かれてなる前端切欠部２６ａを有しており、左右方向に連なる各収容室２５は、この前端切欠部２６ａを介して前端部側が相互に連通するようになっている。また、各収容室２５の前端下部の横壁２５ａ（底壁）は、図９（ａ）に示すように、前端切欠部２６ａの切り欠きの大きさに対応した部分が、一段下方へ低くなるように凹設されており、この凹設された部分と前記前端切欠部２６ａとによって、左右方向の各収容室２５へカソードオフガスを分配する流入側マニホールド２６ｃが形成されている。

このように流入側マニホールド２６ｃは、凹設された部分を含んで形成されているので、中空糸膜束１１の前端下面側には、カソードオフガスの通流および流入に好適なスペースが形成されることとなり、これによって、後記するようにして流入側マニホールド２６ｃを流れるアノードオフガスは、中空糸膜束１１の外周面（前端下面）に対して、図６（ｂ）に示すように、下方向（短手方向Ｙ）から好適に流入可能である。
なお、図６（ａ）に示すように、流入側マニホールド２６ｃを構成する流れ方向最上流側に位置する前端切欠部２６ａは、後記するオフガス導入部２３の内空に連通している。
したがって、後記するようにオフガス導入部２３を通じて導入されたカソードオフガスは、流入側マニホールド２６ｃを通じて各収容室２５に分配され、短手方向Ｙに沿った流れで各中空糸膜束１１に下方向から流入し、縦壁２６および横壁２５ａで仕切られた収容室２５内で各独立した中空糸膜束１１の個々に沿うようにして後方側へ流れることとなる。

また、縦壁２６は、図４、図５（ｃ）、図７（ａ）に示すように、その後端上部がそれぞれ切り欠かれてなる後端切欠部２６ｂを有しており、左右方向に連なる各収容室２５は、この後端切欠部２６ｂを介して後端部側が相互に連通するようになっている。また、各収容室２５の後端上部の横壁（天壁）は、図９（ｂ）に示すように、後端切欠部２６ｂの切り欠きの大きさに対応した部分が、一段上方へ高くなるように凹設されており、この凹設された部分と前記後端切欠部２６ｂとによって左右方向の各収容室２５から流出するカソードオフガスを集合する流出側マニホールド２６ｄが形成されている。

このように流出側マニホールド２６ｄは、凹設された部分を含んで形成されているので、中空糸膜束１１の後端上面側には、カソードオフガスの通流および流出に好適なスペースが形成されることとなり、これによって、後記するようにして中空糸膜束１１内を流れてきたアノードオフガスは、中空糸膜束１１の外周面（後端上面）から、図７（ｂ）に示すように、上方向（短手方向Ｙ）に好適に流出可能である。つまり、アノードオフガスは、各中空糸膜束１１の短手方向Ｙに沿った流れで各中空糸膜束１１の上方向から流出することとなる。
なお、図７（ａ）に示すように、流出側マニホールド２６ｄを構成する流れ方向最下流側に位置する後端切欠部２６ｂは、後記するオフガス導出部２４の内空に連通している。

このようなケース２１の前側には、図２に示すように、前キャップ３１が取り付けられており、ケース２１の後側には、後キャップ３２が取り付けられている。
そして、コンプレッサ１３１（図１参照）からの空気は、後キャップ３２の空気流入部３２ａから後キャップ３２内を通って各中空糸膜１２（図２参照、以下同じ）内に流入し、各中空糸膜１２内を前方に向かって通流した後、前キャップ３１内を通って、前キャップ３１の空気流出部３１ａから外部（配管１３２ｂ、図１参照）に流出するようになっている。

一方、燃料電池スタック１１０（図１参照）からのカソードオフガスは、ケース２１の一方の側壁部２２Ａの前側に形成されたオフガス導入部２３を通じて、ケース２１内に導入されるとともに、ケース２１の他方の側壁部２２Ｂに形成されたオフガス導出部２４を通じてケース２１の外部に導出されるようになっている。

オフガス導入部２３（導入口）は、図２、図５（ａ）に示すように、その内側に四角筒状の空間を有しており、導入管２３ａを通じて導入されたカソードオフガスを、前記した各流入側マニホールド２６ｃに向けて分配する導入側のマニホールドの役割をなす。
オフガス導入部２３には、図５（ａ）、図６（ａ）（ｂ）に示すように、流入側マニホールド２６ｃの通流口となる最上流側の前端切欠部２６ａが上下方向に計４つ開口しており、図６（ｂ）に示すように、オフガス導入部２３に導入されたカソードオフガスが各流入側マニホールド２６ｃに分配されるようになっている。
ここで、前記したように、ケース２１内には、左右方向において４つの収容室２５が形成されており、これらの左右方向の４つの収容室２５は、流入側マニホールド２６ｃによって前端部側が相互に連通しているので、前記したオフガス導入部２３を通じて各流入側マニホールド２６ｃに分配されたカソードオフガスは、各流入側マニホールド２６ｃから各収容室２５に分配される。
なお、中空糸膜束１１の前端下面は、横壁２５ａで遮られることなく、各流入側マニホールド２６ｃに対して長手方向の全体が面して（露出して）おり、中空糸膜束１１の短手方向Ｙに沿ってカソードオフガスが流入する流入部を形成している。

一方、オフガス導出部２４（導出口）は、オフガス導入部２３と同様に、図５（ｃ）に示すように、その内側に四角筒状の空間を有しており、流出側マニホールド２６ｄを通じて流出されたカソードオフガスを一つに集合してケース２１の外部へ導出する役割をなす。

オフガス導出部２４には、図７（ａ）（ｂ）に示すように、流出側マニホールド２６ｄの通流口となる最下流側の後端切欠部２６ｂが上下方向に計４つ開口しており、図７（ｂ）に示すように、各流出側マニホールド２６ｄを通じて流出されたカソードオフガスが一つに集められるようになっている。
ここで、ケース２１内には、左右方向において４つの収容室２５が形成されており、これらの左右方向の４つの収容室２５は、前記した流出側マニホールド２６ｄによって後端部側が相互に連通しているので、水分交換されて各収容室２５から短手方向Ｙに沿って流出したカソードオフガスは、流出側マニホールド２６ｄを通じてオフガス導出部２４に流出され、これが各流出側マニホールド２６ｄを通じて流出された他のカソードオフガスとオフガスと集合されて、導出管２４ａからケース２１の外部へ導出される。
なお、中空糸膜束１１の後端上面は、横壁２５ａで遮られることなく、各流出側マニホールド２６ｄに対して長手方向の全体が面して（露出して）おり、中空糸膜束１１の短手方向Ｙに沿ってカソードオフガスが流出する流出部を形成している。
つまり、前記した流入部と流出部とは、中空糸膜束１１を輪切り方向に挟むケース２１の内壁となる横壁２５ａ，２５ａに（中空糸膜束１１を輪切り方向に挟み込むように）配置されている。

本実施形態では、オフガス導入部２３とオフガス導出部２４とは、ケース２１の異なる側面（側壁部２２Ａと側壁部２２Ｂ）に形成されているので、各収容室２５内を長手方向に略均等にカソードオフガスが通流するようになり、その結果として好適な水分交換が実現される。
また、流入側マニホールド２６ｃと流出側マニホールド２６ｄとを通じて、中空糸膜束１１に対するカソードオフガスの流入と流出とが、中空糸膜束１１を輪切り方向に挟んだ位置で行われることとなるので、カソードオフガスは、中空糸膜束１１内を輪切り方向に横切るようにして好適に流れることとなる。したがって、本実施形態では、各中空糸膜１２の表面をカソードオフガスが均一に流れ易くなっている。

次に、加湿器１の作用効果について、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８を参照して説明する。
燃料電池スタック１１０（図１参照）から排出されたカソードオフガスは、導入管２３ａを通じてオフガス導入部２３に流入し、オフガス導入部２３に各前端切欠部２６ａが開口した４つの流入側マニホールド２６ｃに分配される。

流入側マニホールド２６ｃは、それぞれ、左右方向に配置された収容室２５に対して連通しているので、各流入側マニホールド２６ｃに分配されたカソードオフガスは、各収容室２５の前端部にそれぞれ流れ、各収容室２５の前端部において流入側マニホールド２６ｃに露出している中空糸膜束１１の前端下面側から中空糸膜束１１の短手方向Ｙに沿って厚みの小さい方向に流入する（図６（ｂ）、図８参照）。ここで、中空糸膜束１１に対して短手方向Ｙに沿ってカソードオフガスが流入することとなるので、図８に示すように、中空糸膜束１１の下面全体を通じて流入したカソードオフガスは、中空糸膜束１１の流入方向奥側（中空糸膜束１１の上側の領域Ｋ１）に行き渡り易い。したがって、中空糸膜束１１の前端上側の領域Ｋ１（水分交換の行われ難いデッドスペース）においても水分交換が好適に行われることとなり、中空糸膜束１１の水分交換効率が高まるようになる。

このようにして中空糸膜束１１内に流入したカソードオフガスは、収容室２５内を後部側へ向けて中空糸膜束１１の延在する方向に沿って流れ、その過程で、中空糸膜束１１内における水分交換が行われる。

そして、収容室２５内の後部側に流れたカソードオフガスは、中空糸膜束１１の後端上面側から短手方向Ｙに沿って流出側マニホールド２６ｄに向けて流出する。この場合、図８に示すように、中空糸膜束１１内を流れるカソードオフガスは、短手方向Ｙの全体に行き渡るようにしつつ収容室２５内の後部側に流れることとなるので、中空糸膜束１１の後端部における下側の領域Ｋ２に対してもカソードオフガスが行き渡るようになる。したがって、中空糸膜束１１の後端下側の領域Ｋ２（水分交換の行われ難いデッドスペース）においても水分交換が好適に行われることとなり、中空糸膜束１１の水分交換効率が高まるようになる。

そして、オフガス導出部２４に集められたカソードオフガスは、導出管２４ａからケース２１の外部に導出される。

以上説明した本実施形態の加湿器によれば、中空糸膜束１１は、中空糸膜束１１（中空糸膜１２）の輪切り方向となる断面形状が、長手方向Ｘと短手方向Ｙとを有しており、このように短手方向Ｙを有することによって中空糸膜束１１の厚みを小さくすることができるので、中空糸膜束１１の断面内において短手方向Ｙにカソードオフガスが均一に流れ易くなる。また、縦壁２６と横壁２５ａとで収容室２５を仕切ることで各独立した中空糸膜束１１の個々に沿うようにしてカソードオフガスが流れるようになっているので、例えば、水分交換に供される中空糸膜束１１を長く形成してこれに沿うようにカソードオフガスが流れるように構成したものと実質的に同様の効果が得られるようになる。
したがって、各中空糸膜束１１に沿わせてカソードオフガスを有効に流すことができ、水分交換効率を向上させることができて、加湿効率の高い加湿器１が得られる。

ところで、仮に、中空糸膜束１１を独立した複数の中空糸膜束１１とせずに、一つの大きな中空糸膜束として形成し、これを単に延在方向の流路規制板等で仕切った場合には、中空糸膜束の断面方向にカソードオフガスが均等に流れず、全体の中空糸膜に沿わせてカソードオフガスを有効に流すことができない。したがって、水分交換率が低下する難点がある。
これに対して本実施形態の加湿器１では、前記したように、独立した複数の中空糸膜束１１を備え、各中空糸膜束１１が短手方向Ｙを有することによって中空糸膜束１１の厚みを小さくすることができるので、中空糸膜束１１の断面内において短手方向Ｙにカソードオフガスが均一に流れ易くなり、各中空糸膜束１１に沿わせてカソードオフガスが有効に流れる。これによって、水分交換効率を向上させることができ、加湿効率の高い加湿器１が得られる。

また、隣り合う中空糸膜束１１の間には縦壁２６が設けられているので、隣り合う中空糸膜束１１を縦壁２６によって好適に保持することができる。したがって、加湿器１が図示しない移動体の移動によって揺れ等を生じ、これが加湿器１に伝わっても、中空糸膜束１１が振動するのを縦壁２６によって好適に抑制することができる。これによって、好適な加湿を実現することができる。

また、カソードオフガスは、中空糸膜束１１の外周面に対して下方向から流入して短手方向Ｙに沿って流入するので、厚みを小さくした中空糸膜束１１に対し、この厚みの小さい方向に沿ってカソードオフガスが流れ込むこととなり、中空糸膜束１１の断面内において短手方向Ｙにカソードオフガスがより均一に流れ易くなる。これによって、さらに加湿効率の高い加湿器１が得られる。

また、カソードオフガスは、中空糸膜束１１に対して流入したのち、短手方向Ｙに沿って流出するので、厚みを小さくした中空糸膜束１１に対し、この厚みの小さい方向に沿ってカソードオフガスが流出することとなり、中空糸膜束１１の断面内において短手方向Ｙにカソードオフガスがより均一に流れ易くなる。これによって、より一層加湿効率の高い加湿器１が得られる。

また、中空糸膜束１１に対するカソードオフガスの流入と流出とが、中空糸膜束１１を輪切り方向に挟んだ位置で行われる（流入部と流出部とが、中空糸膜束１１を輪切り方向に挟むケース２１の横壁２５ａ，２５ａに配置されている）ので、カソードオフガスは、中空糸膜束１１に流入したのち、中空糸膜束１１を輪切り方向に挟んだ流入側とは反対側の位置において流出することとなり、中空糸膜束１１内を輪切り方向に横切るようにして好適に流れることとなる。したがって、各中空糸膜１２の表面をカソードオフガスがより均一に流れ易くなり、より一層加湿効率の高い加湿器１が得られる。

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。
前記した各実施形態では、空気が中空糸膜１２内を通流し、カソードオフガスが中空糸膜１２外を通流する構成を例示したが、空気が中空糸膜１２外を通流し、湿度の高いカソードオフガスが中空糸膜１２内を通流する構成でもよい。

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の側壁部２２Ａから流入し、加湿器１の側壁部２２Ｂ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、上方から流入し、上方に向かって流出する構成でもよいし、前後方向から流入・流出する構成でもよい。
また、カソードオフガスが、収容室２５の前端部において、短手方向Ｙの下方から中空糸膜束１１に流入し、収容室２５の後端部において、中空糸膜束１１から短手方向Ｙの上方に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、これとは逆に、収容室２５の前端部において、短手方向Ｙの上方から中空糸膜束１１に流入し、収容室２５の後端部において、中空糸膜束１１から短手方向Ｙの下方に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。

また、中空糸膜束１１および収容室２５は、輪切り方向の断面形状が、角部のない四辺形状としたが、これに限定されず、長手方向Ｘと短手方向Ｙとを有する楕円形状、長円形状、矩形状や、多辺形状としてもよい。

また、ケース２１内の左右方向に縦壁２６を設けて、４つの独立した収容室２５を設けたが、これに限られず、縦壁２６を設けずに、これら４つの収容室２５を１つの大きな長手方向Ｘと短手方向Ｙとを有する扁平な収容室として形成し、この収容室全体に収容される大きな中空糸膜束１１’（不図示）を配置して構成してもよい。
この場合にも、短手方向Ｙに流入したカソードオフガスが、中空糸膜束１１の断面全体に行き渡るようにして流れることとなり、短手方向Ｙにおける、水分交換の行われ難いデッドスペースを低減することができるようになる。したがって、水分交換効率を向上させることができる。これによって、好適な加湿を実現することができる。

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。

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。 本実施形態に係る加湿器の一部分解斜視図である。 同じく加湿器の一部分解平面図である。 同じく加湿器の側断面図（図３のＡ−Ａ線に沿う断面図）である。 同じく加湿器の輪切り断面図であり、（ａ）は図３のａ−ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図３のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は図３のｃ−ｃ線に沿う断面図である。 加湿器の要部を示す斜視図であり、（ａ）はオフガス導入部に開口する流入路を示した一部切断部分斜視図（中空糸膜束は省略）、（ｂ）は同じくオフガス導入部から流入路への流れを示した一部切断部分斜視図、（ｃ）は要部拡大正面図である。 加湿器の要部を示す斜視図であり、（ａ）はオフガス導出部に開口する流出路を示した一部切断部分斜視図（中空糸膜束は省略）、（ｂ）は同じくオフガス導出部から流出路への流れを示した一部切断部分斜視図、（ｃ）は要部拡大背面図である。 １つの収容室内におけるカソードオフガスの流れを示す説明図である。 加湿器の要部を示す斜視図であり、（ａ）は流入側を示した一部切断部分斜視図（中空糸膜束は省略）、（ｂ）は流出側を示した一部切断部分斜視図（中空糸膜束は省略）である。

符号の説明

１ 加湿器
１１ 中空糸膜束
１２ 中空糸膜
２３ オフガス導入部
２４ オフガス導出部
２５ 収容部
２６ 仕切り壁
２６ａ 前端切欠部
２６ｂ 後端切欠部
２６ｃ 流入側マニホールド
２６ｄ 流出側マニホールド
２１ ケース
Ｘ 長手方向
Ｙ 短手方向

Claims (7)

1. 複数の中空糸膜が束ねられてなる独立した複数の中空糸膜束と、
   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における前記中空糸膜外を通流する加湿器であって、
   輪切り方向における前記中空糸膜束の断面形状は、長手方向と短手方向とを有する形状とされており、
   前記中空糸膜束と、隣り合う前記中空糸膜束との間のうち少なくとも１箇所は、前記中空糸膜束の延在する方向に形成された壁部で仕切られたことを特徴とする加湿器。
2. 前記第２流体は、前記中空糸膜束の外周面に対して、前記短手方向に沿って流入することを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
3. 前記第２流体は、前記外周面に対して流入したのち、前記短手方向に沿って流出することを特徴とする請求項２に記載の加湿器。
4. 前記中空糸膜束に対する前記第２流体の流入と流出とは、前記中空糸膜束を輪切り方向に挟んだ異なる位置で行われることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の加湿器。
5. 複数の中空糸膜が束ねられてなる独立した複数の中空糸膜束と、
   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における前記中空糸膜外を通流し、
   前記第２流体が、前記ケースに設けられた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、
   輪切り方向における前記ケースの内壁の断面形状は、長手方向と短手方向とを有する形状とされており、
   前記流入部は、前記第２流体が前記短手方向に沿って流入するように形成されていることを特徴とする加湿器。
6. 前記ケースには、前記中空糸膜束に流入した前記第２流体を前記ケース外に流出する流出部が設けられており、前記流出部は、前記第２流体が前記短手方向に沿って流出するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の加湿器。
7. 前記流入部と前記流出部とは、前記中空糸膜束を輪切り方向に挟む前記ケースの内壁に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の加湿器。
   

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