JP2010127583A - 加湿装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】トレードオフの関係にある圧力損失の抑制及び装置の小型化を同時に好適に実現する。
【解決手段】本発明は、加湿装置1において、中空糸膜20を長手方向に二つ折りにした中空糸膜束21と、開口部23に中空糸膜束21の両端21a、21bを配置しつつ中空糸膜束21を填装する内郭ハウジング22と、内郭ハウジング22の外側に設けられ内郭ハウジング22との間で乾燥ガス流路4を形成する外郭ハウジング3と、内郭ハウジング22の周面に設けられた複数の乾燥ガス流通孔22aと、内郭ハウジング22の開口部23aに隣接して設けられた湿潤ガス導入室5と、内郭ハウジング22の開口部23bに隣接しつつ湿潤ガス導入室5と隔壁7を隔てて設けられた湿潤ガス導出室6と、隔壁7に設けられた一又は複数の湿潤ガス流通孔7aと、を備えるようにした。
【選択図】図1
【解決手段】本発明は、加湿装置1において、中空糸膜20を長手方向に二つ折りにした中空糸膜束21と、開口部23に中空糸膜束21の両端21a、21bを配置しつつ中空糸膜束21を填装する内郭ハウジング22と、内郭ハウジング22の外側に設けられ内郭ハウジング22との間で乾燥ガス流路4を形成する外郭ハウジング3と、内郭ハウジング22の周面に設けられた複数の乾燥ガス流通孔22aと、内郭ハウジング22の開口部23aに隣接して設けられた湿潤ガス導入室5と、内郭ハウジング22の開口部23bに隣接しつつ湿潤ガス導入室5と隔壁7を隔てて設けられた湿潤ガス導出室6と、隔壁7に設けられた一又は複数の湿潤ガス流通孔7aと、を備えるようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、加湿装置に関する。
燃料電池に使用される加湿装置には、複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、この中空糸膜間に隙間を形成する結束部材とを備えたクロスフロー式の構造を採用したものが知られている(特許文献1参照)。この構造の加湿装置によれば、加湿するガスと加湿されるガスとをスムーズに流通させることで加湿効率を高めることができる。
特開2006−289297号公報
この構造の加湿装置では、一般に、加湿量(加湿するガスと加湿されるガスとの間の水分交換量)を低すぎない且つ高すぎない最適加湿量にすることが求められる。スタックのドライアウト及びフラッディングの発生を防止するためである。
しかしながら、上記従来の加湿装置で最適加湿量を実現すべく装置を設計すると、圧力損失が増大してしまう。そこで圧力損失を抑制しようとすると装置が大型化してしまう。すなわち、従来の加湿装置ではこのようなトレードオフの関係にある圧力損失の抑制及び装置の小型化を同時に実現できない問題があった。
本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、トレードオフの関係にある圧力損失の抑制及び装置の小型化を同時に好適に実現する加湿装置を提供することを目的とする。
本発明は、加湿装置において、膜外側を被加湿用の乾燥ガスが流れ膜内側を加湿用の湿潤ガスが流れる中空糸膜を複数本束ねて長手方向に二つ折りにした中空糸膜束と、一端にのみ開口部を有する有天略筒状のハウジングであって開口部に中空糸膜束の両端を配置しつつ中空糸膜束を填装する内郭ハウジングと、内郭ハウジングの外側に設けられ乾燥ガスが流れる乾燥ガス流路を内郭ハウジングとの間で形成する外郭ハウジングと、内郭ハウジングの周面に設けられ乾燥ガス流路に供給された乾燥ガスを内郭ハウジングの内部であって中空糸膜の外側に導く複数の乾燥ガス流通孔と、内郭ハウジングの開口部のうちの中空糸膜束の一端側の開口部に隣接して設けられ中空糸膜束の一端に湿潤ガスを導く湿潤ガス導入室と、内郭ハウジングの開口部のうちの中空糸膜束の他端側の開口部に隣接しつつ湿潤ガス導入室と隔壁を隔てて設けられ中空糸膜の他端から流出する湿潤ガスを導く湿潤ガス導出室と、湿潤ガス導入室と湿潤ガス導出室との間の隔壁に設けられ湿潤ガス導入室と湿潤ガス導出室とを連通する一又は複数の湿潤ガス流通孔と、を備えるようにした。
本発明によれば、外郭ハウジングと内郭ハウジングとの間に形成された乾燥ガス流路が中空糸膜の外側を流れる乾燥ガスのバイパス流路を形成し、湿潤ガス導入室と湿潤ガス導出室との間の隔壁に設けられた湿潤ガス流通孔が中空糸膜の内側を流れる湿潤ガスのバイパス流路を形成しているので、大型化を抑制して、乾燥ガス及び湿潤ガスの圧力損失を抑制することができる。
また、内郭ハウジングの周面に設けられた複数の乾燥ガス流通孔によって乾燥ガスは内郭ハウジングの周面全体から内郭ハウジングの内部に流通するので、中空糸膜内外の水蒸気の濃度差が大きい状態で乾燥ガスと湿潤ガスとが水分交換できる。従って、圧力損失の抑制による加湿量に対する跳ね返りを低減することができる。
さらに、あらたに管路を設けずに湿潤ガス流通孔のみで湿潤ガスのバイパス流路を形成しているので、装置の小型化を実現できる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の説明においては、本発明を燃料電池に使用される加湿装置(燃料電池用加湿装置)に適用した場合について説明する(図1参照)。この加湿装置は、中空糸膜束21を備えた中空糸タイプの構成を採用したものである。中空糸膜束21とは、膜外側に被加湿用の乾燥ガス(不図示の燃料電池へ供給する供給ガス)が流れ、膜内側に加湿用の湿潤ガス(不図示の燃料電池から排出された排出ガス)が流れる中空糸膜20を複数本束ねた膜束である。膜外側を流れる乾燥ガスと膜内側を流れる湿潤ガスとが直交流であることを特徴の一つとしている。
[第1の実施形態]
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
(装置の構成及び作用)
図1は、第1の実施形態に係る加湿装置1を説明する図である。図1に示す加湿装置1は、乾燥ガスと湿潤ガスとを水分交換させる加湿器本体としての中空糸膜モジュール(加湿室)2等を備える。
図1は、第1の実施形態に係る加湿装置1を説明する図である。図1に示す加湿装置1は、乾燥ガスと湿潤ガスとを水分交換させる加湿器本体としての中空糸膜モジュール(加湿室)2等を備える。
中空糸膜モジュール2は、複数本の中空糸膜20を束ねた中空糸膜束21を長手方向略中央で二つ折りにして両端を揃えたものを内郭ハウジング22の内部に填装して構成される略筒状のモジュールである。ここで中空糸膜20とは、壁面にスリット状の超微細孔(水蒸気(気体)を通すが水(液体)を通さない孔)が設けられたストロー状の繊維である。また内郭ハウジング22とは、一端にのみ開口部23を有する有天略筒状のハウジング(筐体)である。中空糸膜束21の両端21a、21bは、それぞれ開口部23に隣接するポッティング部24a、24bにおいて各中空糸膜20の膜内のみが外部へ開放されるように及び中空糸膜20間の中空通路を確保するようにポッティング剤等で接着してシールされている。すなわち、中空糸膜束21の両端21a、21bは一つの開口部23に隣接するポッティング部24(ポッティング部24a、24bを総称して「ポッティング部24」という。)に集約されて配置されている。
内郭ハウジング22の外側には、略円筒状の筐体である外郭ハウジング3が設けられている。この外郭ハウジング3には、乾燥ガス供給マニホールド31が接続されている。このような構成により、乾燥ガス供給マニホールド31を通って供給された乾燥ガスは外郭ハウジング3内に流入する。
内郭ハウジング22の周面には、その全体に亘って格子状の円形に配列された多数の貫通孔である乾燥ガス流通孔22aが形成されている。この乾燥ガス流通孔22aは、内郭ハウジング22の内部と内郭ハウジング22の外部とを連通している。このような構成により、外郭ハウジング3内に流入した乾燥ガスの主流成分は、かかる乾燥ガス流通孔22aのうちの乾燥ガス供給マニホールド31の管軸方向の乾燥ガス流通孔22aを通って中空糸膜モジュール2の内部に流入する。
内郭ハウジング22と外郭ハウジング3との間には、乾燥ガスが流れる流路である乾燥ガス流路4が形成されている。乾燥ガス流路4は、内郭ハウジング22と外郭ハウジング3との間に形成された空間であって軸シール9によって密封された空間である。軸シール9は、内郭ハウジング22の開口部23(又はポッティング部24)の側の外壁において全周に亘って設けられたシール部材である。また、外郭ハウジング3は軸シール9を取り付けるためのボス11を備えている。このようにして、乾燥ガス流路4を流れるガスが外に漏れないように乾燥ガス流路4を密封する。このような構成により、外郭ハウジング3内に流入した乾燥ガスの主流以外の成分などは、乾燥ガス流路4を流通する。つまり、乾燥ガス流路4とは、外郭ハウジング3内に流入した乾燥ガスが流通する流路である。
前述のように内郭ハウジング22の周面の全体に亘って複数の乾燥ガス流通孔22aが形成されている。このような構成により、乾燥ガス流路4を流通する乾燥ガスは乾燥ガス流路4を流通する過程において乾燥ガス流通孔22aを通って中空糸膜モジュール2の内部であって中空糸膜20の外側に流入する。
外郭ハウジング3には、乾燥ガス排出マニホールド32が接続されている。このような構成により、中空糸膜モジュール2の内部に流入してから乾燥ガス排出マニホールド32の管軸方向の乾燥ガス流通孔22aを通って乾燥ガス流路4に流出した乾燥ガス又は中空糸膜モジュール2の内部に流入しないで乾燥ガス流路4を流路下流側まで流通した乾燥ガスなどは乾燥ガス排出マニホールド32から外部に排出される。
一方、外郭ハウジング3には、湿潤ガス供給マニホールド33が接続されている。このような構成により、湿潤ガス供給マニホールド33を通って供給された湿潤ガスは外郭ハウジング3内に流入する。
湿潤ガス導入室5が、内郭ハウジング22の開口部23のうちの中空糸膜束21の一端21aの側の開口部23a(又はポッティング部24a)に隣接して設けられている。この湿潤ガス導入室5は、中空糸膜束21の一端21aに湿潤ガスを導く流路を形成する。この湿潤ガス導入室5の外壁において湿潤ガス供給マニホールド33の管軸方向にオフセットした位置には、湿潤ガス供給マニホールド33と湿潤ガス導入室5とを連通する湿潤ガス供給孔5aが形成されている。このような構成により、湿潤ガス供給マニホールド33から外郭ハウジング3内に流入した湿潤ガスは、湿潤ガス供給孔5aを通って湿潤ガス導入室5に導入される。さらに、湿潤ガス導入室5に導入された湿潤ガスは、開口部23aを通って中空糸膜モジュール2の内部に流入する。
湿潤ガス導出室6が、内郭ハウジング22の開口部23のうちの中空糸膜束21の他端21bの側の開口部23b(又はポッティング部24b)に隣接しつつ湿潤ガス導入室5と隔壁7を隔てて設けられている。この湿潤ガス導出室6は、中空糸膜束21の他端21bから流出する湿潤ガスを導く流路を形成する。このような構成により、中空糸膜モジュール2の内部において中空糸膜20の内側を流れた湿潤ガスは、開口部23bを通って湿潤ガス導出室6に流出する。以上のように、湿潤ガスの流れはUターンフローとなっている。
湿潤ガス導入室5と湿潤ガス導出室6との間に設けられた隔壁7には、湿潤ガス導入室5と湿潤ガス導出室6とを連通する一又は複数の湿潤ガス流通孔7a(図1では一つ)が形成されている。このような構成により、湿潤ガス導入室5に導入された湿潤ガスの一部は、この湿潤ガス流通孔7aを通って湿潤ガス導出室6に流通する。つまり、湿潤ガス流通孔7aは、湿潤ガス導入室5に供給された湿潤ガスが中空糸膜モジュール2の内部に流入しないで湿潤ガス導出室6へ流通する流路を形成している。
外郭ハウジング3には、湿潤ガス排出マニホールド34が接続されている。また湿潤ガス導出室6の外壁において湿潤ガス排出マニホールド34の管軸方向にオフセットした位置には、湿潤ガス導出室6と湿潤ガス排出マニホールド34とを連通する湿潤ガス排出孔6aが形成されている。このような構成により、湿潤ガス導出室6に導出された湿潤ガスは、湿潤ガス排出孔6aを通って湿潤ガス排出マニホールド34から外部に排出される。
(効果)
以上説明してきた第1の実施形態に係る加湿装置1によれば、以下のような効果がある。
以上説明してきた第1の実施形態に係る加湿装置1によれば、以下のような効果がある。
(1.圧力損失の抑制について)
第1の効果は、圧力損失を抑制できることである。以下説明する。
第1の効果は、圧力損失を抑制できることである。以下説明する。
以上説明してきた第1の実施形態に係る加湿装置1によれば、乾燥ガス流路4と湿潤ガス流通孔7aとが、それぞれ中空糸膜モジュール2の内部を流通する乾燥ガス、湿潤ガスのバイパス流路を形成している。つまり、加湿装置1はWバイパスの構造になっている。これらバイパス流路を流れるガスは圧力損失を受けないため、各々のガスについて圧力損失を抑制することができる。
また、第1の実施形態に係る加湿装置1によれば、内郭ハウジング22の周面に形成された複数の乾燥ガス流通孔22aが乾燥ガスを内郭ハウジング22の周面全体から分散させて内郭ハウジング22の内部に流通させることを可能にしている。また、この乾燥ガス流通孔22aは格子状の貫通孔であるため、同孔を流通する乾燥ガスの流れを整流(均一化)することができる。また、乾燥ガス流通孔22a付近における乾燥ガスの流速や乾燥ガスの風圧による影響を低減することができる。従って、乾燥ガスについて圧力損失を抑制することができる。
(2.装置の小型化について)
第2の効果は、装置の小型化を実現できることである。
第2の効果は、装置の小型化を実現できることである。
以上説明してきたように第1の実施形態に係る加湿装置1によれば、一つの外郭ハウジング3の内部でWバイパスの構造を実現できる簡素な構造になっている。特に湿潤ガスのバイパス流路は、湿潤ガス流通孔7aのみで形成されている。そのため、装置外部に新たな管路等のバイパス部を設けて大型化させることなく装置の小型化を実現できる。
また、第1の実施形態に係る加湿装置1によれば、図1に示すようにポッティング部24a、24bを一箇所に集約した構成にしたこと、乾燥ガス供給マニホールド31及び湿潤ガス供給マニホールド33を隣接して設けた構成にしたこと、乾燥ガス排出マニホールド32及び湿潤ガス排出マニホールド34を隣接して設けた構成にしたことが、乾燥ガス、湿潤ガスの各々のバイパス流路の距離を短くする点で好適な形状になっている。
さらに、第1の実施形態に係る加湿装置1によれば、軸シール9を用いた密封方法を採用している。このような密封方法にすることにより、ボルト締結用のフランジ、ボスのためのスペースを設ける必要がなく、締結用のボルト点数の削減及び加湿装置1の小型化を実現できる。
(3.加湿効率の向上について)
第3の効果は、加湿効率の向上を実現することである。以下説明する。
第3の効果は、加湿効率の向上を実現することである。以下説明する。
図2は、乾燥ガス流通孔22a付近のガスの流れを説明する図である。図2(a)は従来のガスの流れを、図2(b)は第1の実施形態に係るガスの流れを示している。
従来の加湿装置では、図2(a)のように中空糸膜束21に直交方向から乾燥ガスがあたると中空糸膜束21の中央部21cに膜よれが発生する。かかる膜よれが発生した中央部21cから離れるほど中空糸膜20間の中空通路が狭くなり乾燥ガスが流れにくくなる。従って、中央部21cから離れた位置における加湿効率が低下してしまっていた。一方、第1の実施形態に係る加湿装置1では、上記のように乾燥ガスを内郭ハウジング22の周面全体から分散させて内郭ハウジング22の内部に流通させる構成にしている。そのため、図2(b)のように中空糸膜束21の直交方向以外の方向からも乾燥ガスが中空糸膜束21にあたり、中空糸膜束21の中央部21cに膜よれが発生するのを防止することができる。従って、加湿効率を向上することができる。
また従来の加湿装置では、中空糸膜モジュール2の内部を流通する乾燥ガスは流路下流側にいくほど加湿効率が低下していた。流路下流側を流れる乾燥ガスは既に流路上流側で水分交換されているために中空糸膜20の内外の水蒸気の濃度差が小さくなってしまうからである。一方、第1の実施形態に係る加湿装置1では、上記のように乾燥ガスを内郭ハウジング22の周面全体から分散して内郭ハウジング22内に流通させる構成にしている。そのため、乾燥ガスの流路下流側であっても中空糸膜20内外の水蒸気の濃度差が大きい状態での乾燥ガスと湿潤ガスとの水分交換を可能にしている。従って、加湿効率を向上することができる。
なお、前述したように本実施形態に係る加湿装置1によれば圧力損失が抑制されるが、この圧力損失の抑制に基づく加湿量に対する跳ね返りを低減することができる。つまり、圧力損失の抑制と加湿効率の向上とを同時に実現することができる。
(4.1乃至3の効果のまとめ)
以上、第1から第3の効果として説明してように、本実施形態に係る加湿装置1は、圧力損失の抑制、装置の小型化及び加湿効率の向上を同時に実現することができる。
以上、第1から第3の効果として説明してように、本実施形態に係る加湿装置1は、圧力損失の抑制、装置の小型化及び加湿効率の向上を同時に実現することができる。
図3は、第1の実施形態に係る加湿装置1による効果を説明する図である。図3(a)は従来の加湿装置における装置のサイズと加湿量、圧力損失量との関係を、図3(b)は第1の実施形態に係る加湿装置1における装置のサイズと加湿量、圧力損失量との関係を示している。
グラフB1、B2は、それぞれ従来の加湿装置、第1の実施形態に係る加湿装置1における装置のサイズと圧力損失量との関係を示している。前述の第1の効果(圧力損失の抑制)により、グラフB2の方が装置のサイズの大小に関わらずグラフB1よりも圧力損失量が小さくなっている。なお、グラフAは、従来の加湿装置及び第1の実施形態に係る加湿装置1における装置のサイズと加湿量との関係を示している。
従来の加湿装置では、例えば最適加湿量Xを実現すべく装置を設計すると、圧力損失量が圧損許容値Yよりも大きいY1となる(図3(a)参照)。また、圧損許容値Yになるようにすると装置が大型化してしまうと共に加湿量が最適加湿量Xよりも大きいX1となっていた。一方、第1の実施形態に係る加湿装置1では、加湿量及び圧力損失量のバランスを調整することで最適加湿量Xと圧損許容値Yを同時に実現することができる(図3(b)参照)。すなわち、トレードオフの関係にある圧力損失の抑制及び装置の小型化を同時に実現するとともに最適加湿量を実現することができる。
なお、加湿量及び圧力損失量のバランスは、乾燥ガス流路4の空間容積や湿潤ガス流通孔7aの孔径を適宜変更することにより調整可能である。
(5.その他について)
その他の効果としては、湿潤ガス供給孔5a及び湿潤ガス排出孔6aがそれぞれ湿潤ガス供給マニホールド33、湿潤ガス排出マニホールド34の管軸方向にオフセットした位置にあるため、湿潤ガス導入室5から中空糸膜モジュール2の内部を通って湿潤ガス導出室6に流通する湿潤ガスの流れと湿潤ガス導入室5から湿潤ガス流通孔7aを通って湿潤ガス導出室6に流通する湿潤ガスの流れとのいずれか一方の流れに偏らせないようにすることができることが挙げられる。
その他の効果としては、湿潤ガス供給孔5a及び湿潤ガス排出孔6aがそれぞれ湿潤ガス供給マニホールド33、湿潤ガス排出マニホールド34の管軸方向にオフセットした位置にあるため、湿潤ガス導入室5から中空糸膜モジュール2の内部を通って湿潤ガス導出室6に流通する湿潤ガスの流れと湿潤ガス導入室5から湿潤ガス流通孔7aを通って湿潤ガス導出室6に流通する湿潤ガスの流れとのいずれか一方の流れに偏らせないようにすることができることが挙げられる。
また、乾燥ガス用のバイパス流路(乾燥ガス流路4)と湿潤ガス用のバイパス流路(湿潤ガス流通孔7a)が共に外郭ハウジング3の内部にあるため、両バイパス流路における水の凝縮を防止できることも挙げられる。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係る加湿装置1は、図4(b)に示すように、乾燥ガス排出マニホールド32と外郭ハウジング3との接続部3aにリブ3bを設けた点が第1の実施形態に係る加湿装置1(図1)と異なる。
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係る加湿装置1は、図4(b)に示すように、乾燥ガス排出マニホールド32と外郭ハウジング3との接続部3aにリブ3bを設けた点が第1の実施形態に係る加湿装置1(図1)と異なる。
(装置の構成、作用及び効果)
図4は、第2の実施形態に係る加湿装置1を説明する図である。図4(a)は、加湿装置1の全体を示している。図4(b)は、図4(a)の領域Aを拡大した図を示している。なお、以下では図1と同様の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
図4は、第2の実施形態に係る加湿装置1を説明する図である。図4(a)は、加湿装置1の全体を示している。図4(b)は、図4(a)の領域Aを拡大した図を示している。なお、以下では図1と同様の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
図4(b)に示すリブ3bは、外郭ハウジング3の内壁面において乾燥ガス排出マニホールド32と外郭ハウジング3との接続部3aに設けられ、外郭ハウジング3の内側に向かって突出させた凸状の部材である。このリブ3bは、乾燥ガス排出マニホールド32の管径と同等又は同等以上の大きさの径の円筒型形状で構成されている。
このような構成により、第2の実施形態に係る加湿装置1では、乾燥ガス流路4を通ってきた乾燥ガスがそのまま乾燥ガス排出マニホールド32から排出されるのをリブ3bによって防止することができる。また、リブ3bによって乾燥ガス排出マニホールド32に流通できない乾燥ガスをリブ3bよりも乾燥ガス流路4の流路上流側の乾燥ガス流通孔22aから内郭ハウジング22の内部に流通させるようにすることができる。そのため、乾燥ガス流路4を流れる乾燥ガスの流量を調整したり、乾燥ガスを乾燥ガス流通孔22aから内郭ハウジング22の内部に均一に分配させて流通させたりすることができる。すなわち、このリブ3bは、乾燥ガス流路4における乾燥ガスの流れを制御する乾燥ガス流制御手段を実現している。
以上のように、第2の実施形態に係る加湿装置1によれば、乾燥ガス流路4を通ってきた乾燥ガスがそのまま乾燥ガス排出マニホールド32から排出されるのを防止しているので、第1の実施形態に係る加湿装置1(図1)よりも加湿効率を高めることができる。
なお、第2の実施形態では、リブ3bを乾燥ガス排出マニホールド32と外郭ハウジング3との接続部3aに設けた例を示したが、図4(a)に示す湿潤ガス排出マニホールド34と外郭ハウジング3との接続部3cに設けてもよい。また、このリブ3bの高さ(突き出し長さ)を変更することで加湿装置1における加湿量及び圧力損失のバランスを調整することができる。
[第3の実施形態]
続いて、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態に係る加湿装置1は、図5に示すように、乾燥ガス流通孔22aの孔径が乾燥ガス流路4の流路上流側から流路下流側に向かうほど小さくなる点が第1の実施形態に係る加湿装置1(図1)と異なる。
続いて、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態に係る加湿装置1は、図5に示すように、乾燥ガス流通孔22aの孔径が乾燥ガス流路4の流路上流側から流路下流側に向かうほど小さくなる点が第1の実施形態に係る加湿装置1(図1)と異なる。
(装置の構成、作用及び効果)
図5は、第2の実施形態に係る加湿装置1を説明する図である。なお、以下では図1と同様の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
図5は、第2の実施形態に係る加湿装置1を説明する図である。なお、以下では図1と同様の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
図5に示す乾燥ガス流通孔22aは、乾燥ガス流路4の流路上流側から流路下流側に向かうほど、その孔径が小さくなるよう構成されている。つまり、配設位置に応じて乾燥ガス流通孔22aの孔径を変えている。
このような構成にするのは、内郭ハウジング22の内部において例えば乾燥ガスの流路上流側25aにおける中空糸膜20の外側の圧力と流路下流側25bにおける中空糸膜20の外側の圧力との間に生じる圧力差を調整するためである。なお、このような圧力差は、中空糸膜20の外側を流通する乾燥ガスの圧力損失により生じるものである。
すなわち、乾燥ガス流通孔22aの孔径を乾燥ガス流路4の流路上流側から流路下流側に向かうほど小さくすることにより、乾燥ガス流通孔22aの内外の圧力差を均一に保てるようにしている。そのため、第1の実施形態に係る加湿装置1(図1)よりも乾燥ガスを内郭ハウジング22の周面全体からより均一に分散させて内郭ハウジング22の内部に流通させることができる。
以上のように、第3の実施形態に係る加湿装置1によれば、乾燥ガス流通孔22aの孔径が乾燥ガス流路4の流路上流側から流路下流側に向かうほど小さくなるようにしているので、第1の実施形態に係る加湿装置1(図1)よりも加湿効率を高めることができる。
[第4の実施形態]
続いて、本発明の第4の実施形態について説明する。前述の第1の実施形態乃至第3の実施形態では、中空糸膜束21を長手方向略中央で二つ折りにして内郭ハウジング22に填装する形態について説明してきた。ここでは、図6のように、中空糸膜束21を二つ折りにすることなく内郭ハウジング22に填装する形態について説明する。
続いて、本発明の第4の実施形態について説明する。前述の第1の実施形態乃至第3の実施形態では、中空糸膜束21を長手方向略中央で二つ折りにして内郭ハウジング22に填装する形態について説明してきた。ここでは、図6のように、中空糸膜束21を二つ折りにすることなく内郭ハウジング22に填装する形態について説明する。
(装置の構成及び作用)
図6は、第4の実施形態に係る加湿装置1を説明する図である。なお、以下では図1と同様の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
図6は、第4の実施形態に係る加湿装置1を説明する図である。なお、以下では図1と同様の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
中空糸膜モジュール2は、複数本の中空糸膜20を束ねた中空糸膜束21を内郭ハウジング22の内部に直線状に填装して構成されるモジュールである。ここでの内郭ハウジング22とは、両端に開口部23a、23bが形成された略筒状のハウジング(筐体)である。中空糸膜束21の一端21aは、開口部23aに隣接するポッティング部24aにおいて各中空糸膜20の膜内のみが外部へ開放されるように及び中空糸膜20間の中空通路を確保するようにポッティング剤等で接着してシールされている。同様にして、中空糸膜束21の他端21bは、開口部23bに隣接するポッティング部24bにおいてシールされている。
内郭ハウジング22と外郭ハウジング3との間には、乾燥ガスの流路である乾燥ガス流路4が形成されている。ここでの乾燥ガス流路4は、内郭ハウジング22と外郭ハウジング3との間に形成された空間であって軸シール9a、9bによって密封された空間である。軸シール9a、9bは、それぞれ内郭ハウジング22の開口部23a(又はポッティング部24a)の側の外壁、開口部23b(又はポッティング部24b)の側の外壁において全周に亘って設けられたシール部材である。また、外郭ハウジング3は軸シール9a、9bを取り付けるためのボス11a、11bを備えている。
また、第4の実施形態に係る加湿装置1は、前述の第1乃至第3の実施形態と同様に、湿潤ガス導入室5及び湿潤ガス導出室6を備えている。ここで前述の第1乃至第3の実施形態では、湿潤ガス導入室5と湿潤ガス導出室6とは隔壁7(図1参照)を隔てて設けられていた。一方、第4の実施形態では、湿潤ガス導入室5と湿潤ガス導出室6との間に隔壁7は設けられてはいない。
第4の実施形態では、湿潤ガス導入室5と湿潤ガス導出室6とを連通する湿潤ガス流通管8が設けられている。この湿潤ガス流通管8は、中空糸膜モジュール2の中心部において湿潤ガス導入室5と湿潤ガス導出室6とを連通するよう設けられた例えば中空糸形状の配管である。この湿潤ガス流通管8が、第1乃至第3の実施形態に係る湿潤ガス流通孔7aと同様の機能を果たす。つまり、湿潤ガス流通管8は、湿潤ガス導入室5に供給された湿潤ガスが湿潤ガス導出室6に直接流通する流路を形成している。
(効果)
以上説明してきた第4の実施形態に係る加湿装置1によれば、前述した第1の実施形態に係る効果に加えて、例えば湿潤ガス流通管8の管径を変更することで加湿量及び圧力損失のバランスを調整できることが効果として挙げられる。
以上説明してきた第4の実施形態に係る加湿装置1によれば、前述した第1の実施形態に係る効果に加えて、例えば湿潤ガス流通管8の管径を変更することで加湿量及び圧力損失のバランスを調整できることが効果として挙げられる。
以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記各実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記各実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
例えば、上記説明においては、中空糸膜20の外側に乾燥ガスを流通させ、中空糸膜20の内側に湿潤ガスを流通させる構成を採用したが、この場合には限らない。中空糸膜20の外側に湿潤ガスを流通させ、中空糸膜20の内側に乾燥ガスを流通させる構成でもよい。
また、例えば、上記説明においては、中空糸膜モジュール2は図1のように略筒状の形状を採用しているが、この場合には限らない。その他の一般的に用いられる円筒形状、長円形状を採用してもよい。なお、中空糸膜モジュール2として他の形状を採用する場合であっても軸シール9の取り付け構造など仕様の大幅な変更はない。また、いずれの形状を採用するかは搭載スペースの制約によるものであり、いずれの形状を採用した場合であっても加湿装置1の上部に他の構成物品を締結させる等スペースを有効活用することができる。
また、例えば、上記説明においては、乾燥ガス流通孔22aの形状は円形状である場合を例に説明したが、この場合には限らない。格子状に設けた四角形状、三角形状、長円形状又はこれらの組み合わせであってもよい。
1 加湿装置
2 中空糸膜モジュール
3 外郭ハウジング
3b リブ
4 乾燥ガス流路
5 湿潤ガス導入室
6 湿潤ガス導出室
7 隔壁
7a 湿潤ガス流通孔
8 湿潤ガス流通管
9 軸シール(シール部材)
20 中空糸膜
21 中空糸膜束
22 内郭ハウジング
22a 乾燥ガス流通孔
23、23a、23b 開口部
24、24a、24b ポッティング部
31 乾燥ガス供給マニホールド(乾燥ガス供給管)
32 乾燥ガス排出マニホールド(乾燥ガス排出管)
33 湿潤ガス供給マニホールド(湿潤ガス供給管)
34 湿潤ガス排出マニホールド(湿潤ガス排出管)
2 中空糸膜モジュール
3 外郭ハウジング
3b リブ
4 乾燥ガス流路
5 湿潤ガス導入室
6 湿潤ガス導出室
7 隔壁
7a 湿潤ガス流通孔
8 湿潤ガス流通管
9 軸シール(シール部材)
20 中空糸膜
21 中空糸膜束
22 内郭ハウジング
22a 乾燥ガス流通孔
23、23a、23b 開口部
24、24a、24b ポッティング部
31 乾燥ガス供給マニホールド(乾燥ガス供給管)
32 乾燥ガス排出マニホールド(乾燥ガス排出管)
33 湿潤ガス供給マニホールド(湿潤ガス供給管)
34 湿潤ガス排出マニホールド(湿潤ガス排出管)
Claims (6)
- 膜外側を被加湿用の乾燥ガスが流れ、膜内側を加湿用の湿潤ガスが流れる中空糸膜を複数本束ねて、長手方向に二つ折りにした中空糸膜束と、
一端にのみ開口部を有する筒状のハウジングであって、前記開口部に前記中空糸膜束の両端を配置しつつ前記中空糸膜束を填装する内郭ハウジングと、
前記内郭ハウジングの外側に設けられ、前記乾燥ガスが流れる乾燥ガス流路を前記内郭ハウジングとの間で形成する外郭ハウジングと、
前記内郭ハウジングの周面に設けられ、前記乾燥ガス流路に供給された乾燥ガスを前記内郭ハウジングの内部であって前記中空糸膜の外側に導く複数の乾燥ガス流通孔と、
前記内郭ハウジングの開口部のうちの前記中空糸膜束の一端側の開口部に隣接して設けられ、前記中空糸膜束の一端に前記湿潤ガスを導く湿潤ガス導入室と、
前記内郭ハウジングの開口部のうちの前記中空糸膜束の他端側の開口部に隣接しつつ前記湿潤ガス導入室と隔壁を隔てて設けられ、前記中空糸膜の他端から流出する湿潤ガスを導く湿潤ガス導出室と、
前記湿潤ガス導入室と前記湿潤ガス導出室との間の隔壁に設けられ、前記湿潤ガス導入室と前記湿潤ガス導出室と、を連通する一又は複数の湿潤ガス流通孔と、
を備えたことを特徴とする加湿装置。 - 前記外郭ハウジングには、前記乾燥ガスを排出する乾燥ガス排出管が接続されており、且つ、前記前記乾燥ガス流路を通ってきた乾燥ガスがそのまま前記乾燥ガス排出管から排出されるのを防止するリブが形成されたことを特徴とする請求項1に記載の加湿装置。
- 前記内郭ハウジングの周面に設けられた乾燥ガス流通孔は、前記乾燥ガス流路の流路上流側から流路下流側に向かうほど孔径が小さくなるよう構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の加湿装置。
- 前記外郭ハウジングには、前記湿潤ガスを前記湿潤ガス導入室に供給する湿潤ガス供給管及び前記湿潤ガスを前記湿潤ガス導出室から排出する湿潤ガス排出管が接続されており、
前記湿潤ガス導入室の外壁において前記湿潤ガス供給管の管軸方向にオフセットした位置に設けられ、前記湿潤ガス供給管と、前記湿潤ガス導入室と、を連通する湿潤ガス供給孔と、
前記湿潤ガス導出室の外壁において前記湿潤ガス排出管の管軸方向にオフセットした位置に設けられ、前記湿潤ガス導出室と、前記湿潤ガス排出管と、を連通する湿潤ガス排出孔と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の加湿装置。 - 前記内郭ハウジングの前記開口部の側の外壁の全周に亘って、前記乾燥ガスが前記乾燥ガス流路の外部に流通するのを防止するシール部材が設けられたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の加湿装置。
- 膜外側を被加湿用の乾燥ガスが流れ、膜内側を加湿用の湿潤ガスが流れる中空糸膜を複数本束ねた中空糸膜束と、
少なくとも一つの開口部を有し、前記中空糸膜束を填装する略筒状の内郭ハウジングと、
前記内郭ハウジングの外側に設けられ、前記乾燥ガスが流れる乾燥ガス流路を前記内郭ハウジングとの間で形成する外郭ハウジングと、
前記内郭ハウジングの周面に設けられ、前記乾燥ガス流路に供給された乾燥ガスを前記内郭ハウジングの内部であって前期中空糸膜の外側に導く複数の乾燥ガス流通孔と、
前記外郭ハウジングの内部において前記内郭ハウジングが有する開口部に隣接して設けられ、前記中空糸膜束の一端に前記湿潤ガスを導く湿潤ガス導入室と、
前記外郭ハウジングの内部において前記開口部と同一又は異なる開口部に隣接して設けられ、前記中空糸膜束の他端から流出する湿潤ガスを導く湿潤ガス導出室と、
前記湿潤ガス導入室と前記湿潤ガス導出室との間に設けられ、前記湿潤ガスが前記湿潤ガス導入室から前記湿潤ガス導出室に直接的に流通する湿潤ガス流路と、
を備えたことを特徴とする加湿装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008305462A JP2010127583A (ja) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | 加湿装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008305462A JP2010127583A (ja) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | 加湿装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010127583A true JP2010127583A (ja) | 2010-06-10 |
Family
ID=42328113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008305462A Pending JP2010127583A (ja) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | 加湿装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010127583A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2827074A1 (en) * | 2012-03-13 | 2015-01-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Humidifier |
RU2540885C2 (ru) * | 2013-04-23 | 2015-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие "ТКА" | Генератор влажного газа и способ генерации газа с требуемой влажностью |
JPWO2016013320A1 (ja) * | 2014-07-24 | 2017-04-27 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム及び燃料電池システムの圧力損失推定方法 |
-
2008
- 2008-11-28 JP JP2008305462A patent/JP2010127583A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2827074A1 (en) * | 2012-03-13 | 2015-01-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Humidifier |
EP2827074A4 (en) * | 2012-03-13 | 2015-04-22 | Nissan Motor | HUMIDIFIER |
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