JP4492581B2 - 加湿装置、発電装置及び中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池に供給するガスを加湿することのできる加湿装置、燃料電池式の発電装置及び中空糸膜モジュールの製造方法に関する。
近年では、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ、ＰＤＡ(Personal Digital Assistance)、電子手帳といった小型の電子機器がめざましい進歩・発展を遂げており、
その電源としてアルカリ乾電池、マンガン乾電池といった一次電池やニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウムイオン電池といった二次電池が用いられている。また、これら一次電池及び二次電池の代替品として高いエネルギー利用効率を実現することのできる研究・開発が盛んに行われている。
その電源としてアルカリ乾電池、マンガン乾電池といった一次電池やニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウムイオン電池といった二次電池が用いられている。また、これら一次電池及び二次電池の代替品として高いエネルギー利用効率を実現することのできる研究・開発が盛んに行われている。
燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、将来性に富む有望な電池であると位置づけられている。燃料電池に用いる燃料としては例えば水素が挙げられるが、水素は常温で気体であること等の理由からその取り扱い・貯蔵が難しい。
そこで、アルコールやガソリンといった液体燃料と水蒸気とを高温に加熱しながら反応させて発電に必要な水素を生成する改質装置が開発されている。今日では、改質装置と、燃料電池と、改質装置に供給するための液体燃料を貯蔵した燃料タンクとを、一体化して一つのシステムとして構成された発電装置が開発されている。
このような発電装置において、通常、水素イオンの導電性を高く維持するために加湿器が設けられている。加湿器としては、バブラー内の温水に配管によって水素ガスを導入して水素ガスに加湿するバブラー式の加湿器や、ガスによりスプレーして加湿するスプレー式の加湿器が知られている。バブラー式は、上下が逆転したりする携帯機器では不向きであり、スプレー式は構造上大型となるため、携帯機器には使用できなかった。
このような発電装置において、通常、水素イオンの導電性を高く維持するために加湿器が設けられている。加湿器としては、バブラー内の温水に配管によって水素ガスを導入して水素ガスに加湿するバブラー式の加湿器や、ガスによりスプレーして加湿するスプレー式の加湿器が知られている。バブラー式は、上下が逆転したりする携帯機器では不向きであり、スプレー式は構造上大型となるため、携帯機器には使用できなかった。
一方、加湿器として膜式のものも知られており、膜式の加湿器として水によって加湿するものや燃料電池から排出されたオフガスによって加湿するもの、また、水及びオフガスの両方によって加湿するものが挙げられる。具体的に、水及びオフガスを使用する膜式の加湿器には、水蒸気透過膜によって被加湿ガス室と加湿ガス室とに隔て、被加湿ガス室に
燃料電池の空気極に供給する反応空気を導入し、加湿ガス室に空気極から排出されたオフガスを導入し、同時にこの加湿ガス室に燃料電池の冷却部より排出された電池冷却水を導入することにより、水蒸気透過膜を介してオフガス及び水が反応空気に接触して、反応空気を加湿するようになっている（例えば、特許文献１参照）。このような膜式の加湿器はバブラー式やスプレー式に比して、上記問題点がないため携帯機器には向いている。
特開２００３−１１５３１１号公報
燃料電池の空気極に供給する反応空気を導入し、加湿ガス室に空気極から排出されたオフガスを導入し、同時にこの加湿ガス室に燃料電池の冷却部より排出された電池冷却水を導入することにより、水蒸気透過膜を介してオフガス及び水が反応空気に接触して、反応空気を加湿するようになっている（例えば、特許文献１参照）。このような膜式の加湿器はバブラー式やスプレー式に比して、上記問題点がないため携帯機器には向いている。
しかしながら、上述の膜式の加湿器において、加湿源としてオフガスだけを用いると湿度が低くすぎ、水を加湿源とすると湿度が高すぎるため、湿度の制御が困難であった。また、加湿源としてオフガスと水の両方を用いたものは、加湿器が二つ必要となるために、大型化し、また、湿度制御が困難であることに変わりはなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、一つの装置においてオフガス及び水の両方によって所望の湿度に加湿することができるとともに、従来技術を適応できコストの低減を図ることができ、さらに湿度の制御も容易となる加湿装置、発電装置及び中空糸膜モジュールの製造方法を提供することを目的としている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、一つの装置においてオフガス及び水の両方によって所望の湿度に加湿することができるとともに、従来技術を適応できコストの低減を図ることができ、さらに湿度の制御も容易となる加湿装置、発電装置及び中空糸膜モジュールの製造方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するため、本発明の一の態様によれば、内側と外側とに水蒸気圧が異なる流体を流通させて前記流体間で水分を交換することによって前記流体のうち水蒸気圧が低い流体を加湿する複数の中空糸膜を含み、
前記複数の中空糸膜を備える中空糸膜モジュールと、
内側が空洞とされ該空洞内に前記中空糸膜モジュールを収容するケースと、を備え、
前記中空糸膜モジュールの少なくとも一カ所に、前記ケース内の空間であって且つ前記各中空糸膜の外側の空間を複数に仕切る封止部が設けられ、
前記ケースは、少なくとも一端が前記ケースの内壁面と離間された仕切りを備え、前記仕切りはケース内の空間を仕切ることにより前記ケース内に複数の空洞部を構成するとともに、前記複数の空洞部のうち一の空洞部は少なくとも他の空洞部と連通され、
前記各空洞部に、前記中空糸膜モジュールがそれぞれ収容され、
前記各中空糸膜モジュールの両端部にそれぞれ前記封止部が設けられていることを特徴とする加湿装置が提供される。
前記複数の中空糸膜を備える中空糸膜モジュールと、
内側が空洞とされ該空洞内に前記中空糸膜モジュールを収容するケースと、を備え、
前記中空糸膜モジュールの少なくとも一カ所に、前記ケース内の空間であって且つ前記各中空糸膜の外側の空間を複数に仕切る封止部が設けられ、
前記ケースは、少なくとも一端が前記ケースの内壁面と離間された仕切りを備え、前記仕切りはケース内の空間を仕切ることにより前記ケース内に複数の空洞部を構成するとともに、前記複数の空洞部のうち一の空洞部は少なくとも他の空洞部と連通され、
前記各空洞部に、前記中空糸膜モジュールがそれぞれ収容され、
前記各中空糸膜モジュールの両端部にそれぞれ前記封止部が設けられていることを特徴とする加湿装置が提供される。
好ましくは、前記各中空糸膜の内側に加湿される被加湿流体が流通されるとともに、
前記複数の空間のうち一の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第一の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第一の加湿部とされ、
前記複数の空間のうち別の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第二の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第二の加湿部とされる。
前記複数の空間のうち一の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第一の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第一の加湿部とされ、
前記複数の空間のうち別の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第二の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第二の加湿部とされる。
本発明の他の態様によれば、内側と外側とに水蒸気圧が異なる流体を流通させて前記流体間で水分を交換することによって前記流体のうち水蒸気圧が低い流体を加湿する複数の中空糸膜を含み、
前記複数の中空糸膜を備える中空糸膜モジュールと、
内側が空洞とされ該空洞内に前記中空糸膜モジュールを収容するケースと、を備え、
前記中空糸膜モジュールの少なくとも一カ所に、前記ケース内の空間であって且つ前記各中空糸膜の外側の空間を複数に仕切る封止部が設けられ、
前記ケースは、少なくとも一端が前記ケースの内壁面と離間された仕切りを備え、前記仕切りはケース内の空間を仕切ることにより前記ケース内に複数の空洞部を構成するとともに、前記複数の空洞部のうち一の空洞部は少なくとも他の空洞部と連通され、
前記各空洞部に、前記中空糸膜モジュールがそれぞれ収容され、
前記各中空糸膜モジュールの両端部にそれぞれ前記封止部が設けられていることを特徴とする加湿装置と、
燃料を改質して改質ガスを生成し、生成した改質ガスを前記加湿装置に供給する改質装置と、
前記加湿装置によって加湿された改質ガスを用いて発電する燃料電池とを備えたことを特徴とする発電装置が提供される。
前記複数の中空糸膜を備える中空糸膜モジュールと、
内側が空洞とされ該空洞内に前記中空糸膜モジュールを収容するケースと、を備え、
前記中空糸膜モジュールの少なくとも一カ所に、前記ケース内の空間であって且つ前記各中空糸膜の外側の空間を複数に仕切る封止部が設けられ、
前記ケースは、少なくとも一端が前記ケースの内壁面と離間された仕切りを備え、前記仕切りはケース内の空間を仕切ることにより前記ケース内に複数の空洞部を構成するとともに、前記複数の空洞部のうち一の空洞部は少なくとも他の空洞部と連通され、
前記各空洞部に、前記中空糸膜モジュールがそれぞれ収容され、
前記各中空糸膜モジュールの両端部にそれぞれ前記封止部が設けられていることを特徴とする加湿装置と、
燃料を改質して改質ガスを生成し、生成した改質ガスを前記加湿装置に供給する改質装置と、
前記加湿装置によって加湿された改質ガスを用いて発電する燃料電池とを備えたことを特徴とする発電装置が提供される。
好ましくは、前記各中空糸膜の内側に加湿される被加湿流体が流通されるとともに、
前記複数の空間のうち一の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第一の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第一の加湿部とされ、
前記複数の空間のうち別の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第二の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第二の加湿部とされる。
前記複数の空間のうち一の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第一の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第一の加湿部とされ、
前記複数の空間のうち別の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第二の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第二の加湿部とされる。
本発明の更に他の態様によれば、内側と外側とに水蒸気圧が異なる流体を流通させて前記流体間で水分を交換することによって前記流体のうち水蒸気圧が低い流体を加湿する複数の中空糸膜を束ねる工程と、
前記束ねられた複数の中空糸膜間に前記各中空糸膜を密着させる封止剤を注入する工程と、を含み、
前記封止剤を注入する工程は、前記束ねられた複数の中空糸膜の両端部の間に前記複数の中空糸膜に隙間を形成する工程と、
前記隙間に前記封止剤を注入する工程と、を含むことを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法が提供される。
前記束ねられた複数の中空糸膜間に前記各中空糸膜を密着させる封止剤を注入する工程と、を含み、
前記封止剤を注入する工程は、前記束ねられた複数の中空糸膜の両端部の間に前記複数の中空糸膜に隙間を形成する工程と、
前記隙間に前記封止剤を注入する工程と、を含むことを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法が提供される。
好ましくは、前記封止材を注入する工程は、前記隙間に前記封止剤を注入する工程の後に、前記複数の中空糸膜を前記複数の中空糸膜に前記隙間を形成する前の元の形状に戻す工程を含む。
好ましくは、前記封止材を注入する工程は、前記複数の中空糸膜を元の形状に戻す工程の後に、前記封止剤を型に嵌め込む工程と、次いで、更に前記封止剤を注入すると同時に抜気を行う工程を含む。
好ましくは、前記封止材を注入する工程は、前記複数の中空糸膜を元の形状に戻す工程の後に、前記封止剤を型に嵌め込む工程と、次いで、更に前記封止剤を注入すると同時に抜気を行う工程を含む。
本発明によれば、中空糸膜モジュールがケース内に配置された際に、ケース内を一の流体が流通する一の加湿部と他の流体が流通する他の加湿部とに容易に仕切ることができ、製造面の簡略化を図ることができる。
また、中空糸膜モジュールにおける封止部を設ける位置や、中空糸膜モジュール自体の長さを適宜変更することによって、一の流体用の加湿部及び他の流体用の加湿部の大きさをそれぞれ変更でき、湿度制御が容易となる。
また、中空糸膜モジュールにおける封止部を設ける位置や、中空糸膜モジュール自体の長さを適宜変更することによって、一の流体用の加湿部及び他の流体用の加湿部の大きさをそれぞれ変更でき、湿度制御が容易となる。
以下、本発明の第一〜第三の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第一の実施の形態］
本実施の形態における加湿装置は、例えば燃料電池に供給する水素を含有する改質ガス（被加湿流体）を加湿するものであり、後述する発電装置の一部を構成している。まず、加湿装置の構成について説明する。
図１(a)は、加湿装置３の平断面図、(b)は、切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した際の矢視断面図である。
加湿装置３は、複数の中空糸膜３１が束ねられてなり、中空糸膜３１を挟んでその内側と外側との間で水分を移動させることによって、中空糸膜３１の内側に供給された改質ガスを加湿する中空糸膜モジュール３０１と、中空糸膜モジュール３０１を収容するケース３２とを備えている。
［第一の実施の形態］
本実施の形態における加湿装置は、例えば燃料電池に供給する水素を含有する改質ガス（被加湿流体）を加湿するものであり、後述する発電装置の一部を構成している。まず、加湿装置の構成について説明する。
図１(a)は、加湿装置３の平断面図、(b)は、切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した際の矢視断面図である。
加湿装置３は、複数の中空糸膜３１が束ねられてなり、中空糸膜３１を挟んでその内側と外側との間で水分を移動させることによって、中空糸膜３１の内側に供給された改質ガスを加湿する中空糸膜モジュール３０１と、中空糸膜モジュール３０１を収容するケース３２とを備えている。
ケース３２は、長手方向に延在し、上面に凹部を有するケース本体３２１と、ケース本体３２１を覆う蓋体３２２とから構成されており、ケース本体３２１の凹部を蓋体３２２で覆うことによって内部に長尺な矩形状の空洞３３が形成されている。
ケース本体３２１の左端部の下面には、下面を貫通して空洞３３内に連通し、後述する改質装置２の選択酸化反応器２３（図３参照）で生成された改質ガスを供給するための改質ガス供給管３４１が設けられている。蓋体３２２の右端部の上面には、上面を貫通して空洞３３内に連通し、加湿された改質ガス中の水素を燃料電池４（図３参照）に供給するために排出する改質ガス排出管３４２が設けられている。改質ガスは、後述の燃料カートリッジ１から気化器２１へと燃料を供給するための送りポンプ（図示しない）で発生される圧力によって、上流側の改質ガス供給管３４１から下流側の改質ガス排出管３４２へと送られる。
ケース本体３２１の左端部の下面には、下面を貫通して空洞３３内に連通し、後述する改質装置２の選択酸化反応器２３（図３参照）で生成された改質ガスを供給するための改質ガス供給管３４１が設けられている。蓋体３２２の右端部の上面には、上面を貫通して空洞３３内に連通し、加湿された改質ガス中の水素を燃料電池４（図３参照）に供給するために排出する改質ガス排出管３４２が設けられている。改質ガスは、後述の燃料カートリッジ１から気化器２１へと燃料を供給するための送りポンプ（図示しない）で発生される圧力によって、上流側の改質ガス供給管３４１から下流側の改質ガス排出管３４２へと送られる。
このようにして形成された空洞３３内には、複数の中空糸膜３１が束ねられてなる中空糸膜モジュール３０１が一つ収容されている。
中空糸膜３１は、ポリイミドやフッ素系の高分子膜であり、中心部に空洞を持っている。このような中空糸膜としては、例えば、ＮＯＫ（株）製の微多孔質であるポリフェニールスルホ、ポリエーテルイミドや、旭硝子（株）製の非多孔質であるテトラフルオロエチレン+パーフルオロビニルエーテル等からなるものを用いることができる。また、ポリエチレン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等からなる中空糸膜を用いてもよい。中空糸膜３１の内部に湿度の低い改質ガスを導入するとともに、中空糸膜３１の外部に湿度の高い燃料電池４から排出されたオフガス（第一の流体。オフガスとは、燃料電池４の空気極で生成された水や未反応の酸素等を含むガスであり、上述の改質ガスよりも湿度の高い）又は後述する燃料カートリッジ１から供給される水（第二の流体）を流通させることにより、中空糸膜３１の内外の水蒸気圧差を減少するように、中空糸膜３１を介した水分の交換が行われるため、中空糸膜３１の外部から内部へ水分が移動して改質ガスが加湿されるようになっている。
中空糸膜３１は、ポリイミドやフッ素系の高分子膜であり、中心部に空洞を持っている。このような中空糸膜としては、例えば、ＮＯＫ（株）製の微多孔質であるポリフェニールスルホ、ポリエーテルイミドや、旭硝子（株）製の非多孔質であるテトラフルオロエチレン+パーフルオロビニルエーテル等からなるものを用いることができる。また、ポリエチレン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等からなる中空糸膜を用いてもよい。中空糸膜３１の内部に湿度の低い改質ガスを導入するとともに、中空糸膜３１の外部に湿度の高い燃料電池４から排出されたオフガス（第一の流体。オフガスとは、燃料電池４の空気極で生成された水や未反応の酸素等を含むガスであり、上述の改質ガスよりも湿度の高い）又は後述する燃料カートリッジ１から供給される水（第二の流体）を流通させることにより、中空糸膜３１の内外の水蒸気圧差を減少するように、中空糸膜３１を介した水分の交換が行われるため、中空糸膜３１の外部から内部へ水分が移動して改質ガスが加湿されるようになっている。
このような中空糸膜３１は、複数束ねられて、長手方向両端部及び長手方向中央部より右側寄りの位置で、各中空糸膜３１の外周面と空洞３３を形成する内壁面３３１との間を封止する封止部３５，３５，…がそれぞれ設けられている。これら封止部３５，３５，…によって、空洞３３が、後述のオフガス供給管３８１からオフガスを空洞３３に供給して加湿するオフガス加湿部３６（第一の加湿部）と、後述の水供給管３９１から水を空洞３３に供給して加湿する水加湿部３７（第二の加湿部）とに仕切られている。すなわち、左端部の封止部３５と略中央部の封止部３５と空洞３３の内壁面３３１とで囲まれる空洞がオフガス加湿部３６とされ、右端部の封止部３５と略中央部の封止部３５と空洞３３の内壁面３３１とで囲まれる空洞が水加湿部３７とされている。略中央部の封止部３５は、長手方向中央部より右側寄りの位置にあるため、オフガス加湿部３６は水加湿部３７より長さが長くなっており、オフガスによって加湿される範囲の方が、水によって加湿される範囲よりも広くなっている。
また、左端部の封止部３５と、空洞３３の左端部を形成する内壁面３３１との間の空間は、中空糸膜３１の中空がその空間に連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。同様に、右端部の封止部３５と、空洞３３の右端部を形成する内壁面３３１との間の空間は、中空糸膜３１の中空がその空間に連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。
また、左端部の封止部３５と、空洞３３の左端部を形成する内壁面３３１との間の空間は、中空糸膜３１の中空がその空間に連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。同様に、右端部の封止部３５と、空洞３３の右端部を形成する内壁面３３１との間の空間は、中空糸膜３１の中空がその空間に連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。
オフガス加湿部３６には、オフガス加湿部３６内にオフガスを供給するオフガス供給管３８１と、オフガス加湿部３６からオフガスを排出するオフガス排出管３８２とが設けられている。
オフガス供給管３８１は、その一端がケース本体３２１の正面（図１において加湿装置３の下側）からオフガス加湿部３６内に貫通して設けられるとともに、その他端はオフガスが排出される後述の燃料電池４に接続されている。オフガスは、上述の改質ガスと同様、燃料カートリッジ１から気化器２１へと燃料を供給するための他の送りポンプ（図示しない）で発生される圧力によって、上流側のオフガス供給管３８１から下流側のオフガス排出管３８２へと送られる。
オフガス排出管３８２は、その一端がケース本体３２１の裏面（図１において加湿装置３の上側）で、オフガス供給管３８１よりも右側の位置に、オフガス加湿部３６内に貫通して設けられるとともに、その他端は図示しないオフガス燃焼器に接続されている。
オフガス供給管３８１は、その一端がケース本体３２１の正面（図１において加湿装置３の下側）からオフガス加湿部３６内に貫通して設けられるとともに、その他端はオフガスが排出される後述の燃料電池４に接続されている。オフガスは、上述の改質ガスと同様、燃料カートリッジ１から気化器２１へと燃料を供給するための他の送りポンプ（図示しない）で発生される圧力によって、上流側のオフガス供給管３８１から下流側のオフガス排出管３８２へと送られる。
オフガス排出管３８２は、その一端がケース本体３２１の裏面（図１において加湿装置３の上側）で、オフガス供給管３８１よりも右側の位置に、オフガス加湿部３６内に貫通して設けられるとともに、その他端は図示しないオフガス燃焼器に接続されている。
水加湿部３７には、水加湿部３７内に水を供給する水供給管３９１と、水加湿部３７から水を排出する水排出管３９２とが設けられている。
水供給管３９１は、その一端がケース本体３２１の正面で、オフガス供給管３８１よりも右側の位置に、水加湿部３７内に貫通して設けられるとともに、その他端は水を供給する後述の燃料カートリッジ１に接続されている。水は、後述の燃料カートリッジ１から加湿装置３へと水を送るための送りポンプ（図示しない）で発生される圧力によって、上流側の水供給管３９１から下流側の水排出管３９２へと送られる。
水排出管３９２は、その一端がケース本体３２１の裏面で、水供給管３９１よりもさらに右側の位置に、水加湿部３７内に貫通して設けられるとともに、その他端は図示しない水回収器に接続されるか、又は本加湿装置３を備える機器の外部、すなわち大気に連通されている。
水供給管３９１は、その一端がケース本体３２１の正面で、オフガス供給管３８１よりも右側の位置に、水加湿部３７内に貫通して設けられるとともに、その他端は水を供給する後述の燃料カートリッジ１に接続されている。水は、後述の燃料カートリッジ１から加湿装置３へと水を送るための送りポンプ（図示しない）で発生される圧力によって、上流側の水供給管３９１から下流側の水排出管３９２へと送られる。
水排出管３９２は、その一端がケース本体３２１の裏面で、水供給管３９１よりもさらに右側の位置に、水加湿部３７内に貫通して設けられるとともに、その他端は図示しない水回収器に接続されるか、又は本加湿装置３を備える機器の外部、すなわち大気に連通されている。
したがって、オフガス供給管３８１からオフガス加湿部３６に供給されたオフガスは、オフガス排出管３８２へと送られて、この際にオフガスに含まれる水分が上述の中空糸膜３１内を移動して改質ガスを加湿した後、オフガス排出管３８２から排出される。
また、水供給管３９１から水加湿部３７に供給された水も、水排出管３９２へと送られて、この際に水分が上述の中空糸膜３１の内を移動して改質ガスを加湿した後、水排出管３９２から排出される。
また、水供給管３９１から水加湿部３７に供給された水も、水排出管３９２へと送られて、この際に水分が上述の中空糸膜３１の内を移動して改質ガスを加湿した後、水排出管３９２から排出される。
ここで、中空糸膜モジュール３０１の製造方法について図２を参照しながら説明する。
図２(a)〜(h)は、中空糸膜モジュール３０１の製造方法を示した工程図である。
図２(a)に示すように、まず、複数の中空糸膜３１をゴム等の弾性体からなる仮止め３１５，３１５を用いて円筒状に束ねる。このとき、束ねられる複数の中空糸膜３１は、長さの異なるものを使用し、円筒の内側から外側に向かって徐々に長くなるように配列する。
次いで、図２(b)に示すように、束ねられた複数の中空糸膜３１の両端部に、その両端部の断面と同じ大きさの蓋状のカップ３１１を押し当てて、各中空糸膜３１間に隙間３１４を形成する。そして、中空糸膜３１の長さ方向中央位置の各隙間３１４に封止剤３１２を注入する。ここで、上記隙間３１４を形成するのは、密に配列した複数の中空糸膜３１間に十分に封止剤３１２を行き渡らせるためである。
また、円筒の外側に配置した中空糸膜３１が内側よりも長いため、カップ３１１で押し当てた際に、各中空糸膜３１間の隙間３１４が略均等とされ、封止剤３１２によって確実に固着されることになる。封止剤３１２としては、例えば加熱硬化樹脂、自然硬化する樹脂、光硬化樹脂等が挙げられる。
図２(a)〜(h)は、中空糸膜モジュール３０１の製造方法を示した工程図である。
図２(a)に示すように、まず、複数の中空糸膜３１をゴム等の弾性体からなる仮止め３１５，３１５を用いて円筒状に束ねる。このとき、束ねられる複数の中空糸膜３１は、長さの異なるものを使用し、円筒の内側から外側に向かって徐々に長くなるように配列する。
次いで、図２(b)に示すように、束ねられた複数の中空糸膜３１の両端部に、その両端部の断面と同じ大きさの蓋状のカップ３１１を押し当てて、各中空糸膜３１間に隙間３１４を形成する。そして、中空糸膜３１の長さ方向中央位置の各隙間３１４に封止剤３１２を注入する。ここで、上記隙間３１４を形成するのは、密に配列した複数の中空糸膜３１間に十分に封止剤３１２を行き渡らせるためである。
また、円筒の外側に配置した中空糸膜３１が内側よりも長いため、カップ３１１で押し当てた際に、各中空糸膜３１間の隙間３１４が略均等とされ、封止剤３１２によって確実に固着されることになる。封止剤３１２としては、例えば加熱硬化樹脂、自然硬化する樹脂、光硬化樹脂等が挙げられる。
次いで、図２(c)に示すように、カップ３１１を押し当てるのをやめて、中空糸膜３１を元の形状に戻し、中空糸膜３１の束がばらけないように左右端部寄りの位置で仮止め３１５，３１５を用いて仮止めする。
封止剤３１２が注入された中央位置に型３１３を嵌め込み、さらに封止剤３１２を注入すると同時に抜気と余剰な封止剤の吸出しを行う。抜気を行うのは、封止剤３１２の注入時にできる可能性のある空気層や気泡を排除するためであり、封止剤３１２をより密に確実に充填するためである。
さらに、封止剤３１２を所望の方法で硬化させた後、型３１３を取り外してバリを取ったり削ったりすることで封止部３５を成形する。
封止剤３１２が注入された中央位置に型３１３を嵌め込み、さらに封止剤３１２を注入すると同時に抜気と余剰な封止剤の吸出しを行う。抜気を行うのは、封止剤３１２の注入時にできる可能性のある空気層や気泡を排除するためであり、封止剤３１２をより密に確実に充填するためである。
さらに、封止剤３１２を所望の方法で硬化させた後、型３１３を取り外してバリを取ったり削ったりすることで封止部３５を成形する。
一方、図２(d)に示すように、右側の仮止め３１５を内側に移動して、中空糸膜３１を所望の長さに切断し、端部を切り揃える。この切断によって封止部３５の位置が決まるため、オフガス加湿部３６の長さや水加湿部３７の長さを容易に制御することができる。
次いで、後述する端部への封止剤形成工程において、封止剤３１２が中空糸膜３１内に進入しないように端面を焼いて孔を塞いでおく。
その後、図２(e)に示すように、端面に型３１３を嵌め込み、封止剤３１２を注入後、遠心分離にかける。これは遠心分離にかけることによって端部において封止剤３１２の空気層を排除したり、各中空糸膜３１間に封止剤３１２を行き渡らせるためである。そして、さらに封止剤３１２を所望の方法で硬化する。なお、封止剤３１２を密に形成することができる場合は、遠心分離と加熱硬化とを同時に行っても良い。
そして、型３１３ごと封止剤３１２を注入した箇所を切断して（図２(f)参照）、型３１３を取り外した後、上記中央位置に形成した封止部３５と同様にして、バリを取ったり削ったりすることで封止部３５を成形する（図２(g)参照）。
また、中空糸膜３１の左端部も右端部と同様の方法で封止部３５を形成し、このようにして中空糸膜モジュール３０１が製造される（図２(h)参照）。製造した中空糸膜モジュール３０１は、その中央部より右側の位置に形成された封止部３５と両端部に形成した封止部３５とに接着剤兼封止剤を塗布してから、ケース本体３２１の凹部内に挿入し、蓋体３２２を接着剤又はＯリング等と、ネジで締結する。尚、ケース本体３２１及び蓋体３２２の内壁面と各封止部３５との間の隙間は、上述の接着剤兼封止剤によって気密封止され、加湿装置３とその外部との間は、上述の接着剤又はＯリング等によって気密封止される。
次いで、後述する端部への封止剤形成工程において、封止剤３１２が中空糸膜３１内に進入しないように端面を焼いて孔を塞いでおく。
その後、図２(e)に示すように、端面に型３１３を嵌め込み、封止剤３１２を注入後、遠心分離にかける。これは遠心分離にかけることによって端部において封止剤３１２の空気層を排除したり、各中空糸膜３１間に封止剤３１２を行き渡らせるためである。そして、さらに封止剤３１２を所望の方法で硬化する。なお、封止剤３１２を密に形成することができる場合は、遠心分離と加熱硬化とを同時に行っても良い。
そして、型３１３ごと封止剤３１２を注入した箇所を切断して（図２(f)参照）、型３１３を取り外した後、上記中央位置に形成した封止部３５と同様にして、バリを取ったり削ったりすることで封止部３５を成形する（図２(g)参照）。
また、中空糸膜３１の左端部も右端部と同様の方法で封止部３５を形成し、このようにして中空糸膜モジュール３０１が製造される（図２(h)参照）。製造した中空糸膜モジュール３０１は、その中央部より右側の位置に形成された封止部３５と両端部に形成した封止部３５とに接着剤兼封止剤を塗布してから、ケース本体３２１の凹部内に挿入し、蓋体３２２を接着剤又はＯリング等と、ネジで締結する。尚、ケース本体３２１及び蓋体３２２の内壁面と各封止部３５との間の隙間は、上述の接着剤兼封止剤によって気密封止され、加湿装置３とその外部との間は、上述の接着剤又はＯリング等によって気密封止される。
上述したように形成される加湿装置３によって改質ガスの湿度を制御する原理は以下の通りである。
中空糸膜３１の内側に低湿度の改質ガスを流通させるとともに、中空糸膜３１の外側に高湿度のオフガスのみを流通させた場合、改質ガスは最大で数１０％（第１の湿度）まで加湿できる。一方、中空糸膜３１の外側に水のみを流通させた場合、改質ガスは最大で１００％（第２の湿度）まで加湿できる。また上述の湿度は、オフガス又は水が中空糸膜３１と当接している長さにほぼ比例する一方で、改質ガスは中空糸膜３１内を所定長さ（例えば、数ｃｍ程度）流通する間に、上述の最大の湿度まで加湿できる。
従って、中空糸膜３１の長手方向におけるオフガス加湿部３６の長さを所定長さ以上とすることにより、改質ガスはまずオフガス加湿部３６において上述の第１の湿度まで加湿される。そこで、上述の封止部３５，３５，…を形成する各工程において、封止部３５，３５，…を設ける位置を、水加湿部３７の長さが所定長さより小さい値から上述の所定長さの値までの間となるように適宜変更することによって、改質ガスの湿度を上述の第１の湿度から第２の湿度（１００％）までの所望の湿度とすることができる。このように、改質ガスの湿度を封止部３５，３５，…を形成する位置によって変更することができるので、改質ガスの湿度の制御が容易となる。
中空糸膜３１の内側に低湿度の改質ガスを流通させるとともに、中空糸膜３１の外側に高湿度のオフガスのみを流通させた場合、改質ガスは最大で数１０％（第１の湿度）まで加湿できる。一方、中空糸膜３１の外側に水のみを流通させた場合、改質ガスは最大で１００％（第２の湿度）まで加湿できる。また上述の湿度は、オフガス又は水が中空糸膜３１と当接している長さにほぼ比例する一方で、改質ガスは中空糸膜３１内を所定長さ（例えば、数ｃｍ程度）流通する間に、上述の最大の湿度まで加湿できる。
従って、中空糸膜３１の長手方向におけるオフガス加湿部３６の長さを所定長さ以上とすることにより、改質ガスはまずオフガス加湿部３６において上述の第１の湿度まで加湿される。そこで、上述の封止部３５，３５，…を形成する各工程において、封止部３５，３５，…を設ける位置を、水加湿部３７の長さが所定長さより小さい値から上述の所定長さの値までの間となるように適宜変更することによって、改質ガスの湿度を上述の第１の湿度から第２の湿度（１００％）までの所望の湿度とすることができる。このように、改質ガスの湿度を封止部３５，３５，…を形成する位置によって変更することができるので、改質ガスの湿度の制御が容易となる。
次に、上述の構成からなる加湿装置３の作用について説明する。
後述する選択酸化反応器２３から改質ガス供給管３４１を介してケース３２の空洞３３のうちオフガス加湿部３６に供給された改質ガスは、中空糸膜モジュール３０１の左端部から各中空糸膜３１の中空内に供給される。一方、オフガス供給管３８１からオフガス加湿部３６にオフガスが供給され、このオフガスによって中空糸膜３１の外部から内部へとオフガス中の水分が取り込まれて中空糸膜３１の中空内の改質ガスが加湿される。加湿された改質ガスは、そのまま中空糸膜３１の中空内を流通する。また、オフガス供給管３８１から供給されたオフガスは、オフガス排出管３８２へとケース３２内の圧力差によって排出される。
さらに、水供給管３９１から水加湿部３７に水が供給され、この水によって中空糸膜３１の外部から内部へと水分が取り込まれて、中空糸膜３１を移動し、オフガスによって加湿された改質ガスがさらに加湿される。加湿された改質ガスは、中空糸膜３１の右端部から改質ガス排出管３４２を介してケース３２の外部へ排出される。その後、燃料電池４へ供給される。また、水供給管３９１から供給された水は、水排出管３９２へとケース３２内の圧力差によって排出される。
後述する選択酸化反応器２３から改質ガス供給管３４１を介してケース３２の空洞３３のうちオフガス加湿部３６に供給された改質ガスは、中空糸膜モジュール３０１の左端部から各中空糸膜３１の中空内に供給される。一方、オフガス供給管３８１からオフガス加湿部３６にオフガスが供給され、このオフガスによって中空糸膜３１の外部から内部へとオフガス中の水分が取り込まれて中空糸膜３１の中空内の改質ガスが加湿される。加湿された改質ガスは、そのまま中空糸膜３１の中空内を流通する。また、オフガス供給管３８１から供給されたオフガスは、オフガス排出管３８２へとケース３２内の圧力差によって排出される。
さらに、水供給管３９１から水加湿部３７に水が供給され、この水によって中空糸膜３１の外部から内部へと水分が取り込まれて、中空糸膜３１を移動し、オフガスによって加湿された改質ガスがさらに加湿される。加湿された改質ガスは、中空糸膜３１の右端部から改質ガス排出管３４２を介してケース３２の外部へ排出される。その後、燃料電池４へ供給される。また、水供給管３９１から供給された水は、水排出管３９２へとケース３２内の圧力差によって排出される。
次に、上述の加湿装置３を備えた発電装置１００について説明する。
図３は、発電装置１００の発電システムの基本構成を示したブロック図である。発電装置１００は、発電用燃料等が封入された燃料カートリッジ１から供給される燃料を改質して少なくとも水素及び二酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質装置２と、改質装置２から後述の水槽３１内に改質ガスを供給することによって、改質ガスを加湿する加湿装置３と、加湿された水素を用いて発電する燃料電池４とを備えている。
燃料カートリッジ１に封入された発電用燃料は、メタノール及び水の混合液を用いるものとするが、これに限るものではなく、メタノールに代えてエタノール、ブタノールなどのアルコール系の液体燃料や、常温、常圧下で気体であるジメチルエーテルやイソブタン、天然ガスなどの炭化水素からなる液体燃料を適用することができる。
また、燃料カートリッジ１には、加湿装置３に水を供給するための水も封入されており、加湿装置３の水供給管３９１に接続されている。
図３は、発電装置１００の発電システムの基本構成を示したブロック図である。発電装置１００は、発電用燃料等が封入された燃料カートリッジ１から供給される燃料を改質して少なくとも水素及び二酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質装置２と、改質装置２から後述の水槽３１内に改質ガスを供給することによって、改質ガスを加湿する加湿装置３と、加湿された水素を用いて発電する燃料電池４とを備えている。
燃料カートリッジ１に封入された発電用燃料は、メタノール及び水の混合液を用いるものとするが、これに限るものではなく、メタノールに代えてエタノール、ブタノールなどのアルコール系の液体燃料や、常温、常圧下で気体であるジメチルエーテルやイソブタン、天然ガスなどの炭化水素からなる液体燃料を適用することができる。
また、燃料カートリッジ１には、加湿装置３に水を供給するための水も封入されており、加湿装置３の水供給管３９１に接続されている。
改質装置２は、気化器２１と、水蒸気改質反応器２２と、選択酸化反応器２３とから構成されている。気化器２１、水蒸気改質反応器２２及び選択酸化反応器２３はシリコン、アルミニウム合金やガラスなどからなる小型の基板に形成された溝に液体を流して、この液体を加熱することで気化させるかあるいは液体の少なくとも一部に化学反応を引き起こさせるマイクロリアクタとして機能するものである。
燃料カートリッジ１に貯蔵された燃料は、まず気化器２１に供給される。気化器２１では、供給された燃料が加熱されて気化（蒸発）し、メタノール及び水（水蒸気）のガスとなって水蒸気改質反応器２２に供給される。
水蒸気改質反応器２２では、気化器２１で気化した燃料から水素及び二酸化炭素が生成される。具体的には、化学反応式（１）のように、気化器２１で改質ガスとされたメタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素及び水素が生成される。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２ ・・・ （１）
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２ ・・・ （１）
水蒸気改質反応器２２では、気化器２１で改質ガスとされたメタノールと水蒸気が完全に二酸化炭素及び水素に改質されない場合もあり、この場合、化学反応式（２）のように、改質ガスとされたメタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素、一酸化炭素及び水素が生成される。
２ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→５Ｈ２＋ＣＯ＋ＣＯ２ ・・・ （２）
水蒸気改質反応器２２で生成された水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素は選択酸化反応器２３に供給される。
２ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→５Ｈ２＋ＣＯ＋ＣＯ２ ・・・ （２）
水蒸気改質反応器２２で生成された水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素は選択酸化反応器２３に供給される。
選択酸化反応器２３では、水蒸気改質反応器２２から供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択的に酸化させて改質ガス中から一酸化炭素が除去される。具体的には、水蒸気改質反応器２２から供給された改質ガス中の一酸化炭素と、選択酸化反応器２３に送り込まれた外気中の酸素とが反応して二酸化炭素が生成される。
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２ ・・・ （４）
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２ ・・・ （４）
そして、本実施の形態においては、選択酸化反応器２３から生成された改質ガスを加湿装置３のケース３２内に供給することによって、加湿装置３において改質ガスを加湿する。
このように、燃料が改質装置２の気化器２１、水蒸気改質反応器２２及び選択酸化反応器２３の各反応器での化学反応によって改質ガスが生成され、この生成された改質ガスが加湿装置３を経ることによって加湿された改質ガスが生成される。この加湿された改質ガスは燃料電池４に供給される。
燃料電池４は、燃料極と、固体高分子電解質膜と、空気極（いずれも図示せず）とを備えて構成されている。燃料電池４の燃料極は、電気化学反応式（５）に示すように、燃料極の触媒微粒子の作用により選択酸化反応器２３から加湿装置３を経て供給された改質ガス中の水素ガスを、水素イオンと、電子とに分離させ、さらに、分離された電子を取り出すようになっている。
３Ｈ2→６Ｈ+＋６ｅ- ・・・ （５）
また、固体高分子電解質膜は、分離された水素イオンを透過させて、空気極に伝導させるようになっている。
３Ｈ2→６Ｈ+＋６ｅ- ・・・ （５）
また、固体高分子電解質膜は、分離された水素イオンを透過させて、空気極に伝導させるようになっている。
燃料電池４の空気極には、外部から取り込まれた空気が供給され、電気化学反応式（６）に示すように、空気中の酸素と、イオン伝導膜を透過した水素イオンと、燃料極により取り出された電子とが反応して水が副生成物として生成されるようになっている。
６Ｈ+＋３／２Ｏ2＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ ・・・ （６）
６Ｈ+＋３／２Ｏ2＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ ・・・ （６）
以上のように、燃料電池４では上記電気化学反応式（５）、（６）の電気化学反応が起こることにより電気エネルギーが生成される。
以上、本発明の第一の実施の形態によれば、加湿装置３において、ケース３２の空洞３３に収容された一つの中空糸膜モジュール３０１の長手方向略中央部及び両端部に、各中空糸膜３１の外周面とケース３２の内壁面３３１との間を封止する封止部３５，３５，…がそれぞれ設けられているので、これによって空洞３３がオフガス加湿部３６と水加湿部３７とに仕切られる。そのため、オフガス加湿部３６に供給したオフガスと水加湿部３７に供給した水とが混ざり合うことがなく、まず、オフガス加湿部３６で、中空糸膜３１内に供給された改質ガスがオフガスによって加湿され、その後、水加湿部３７で、水によって加湿される。このように、一つの加湿装置３内で、オフガスと水との両方による加湿を簡単に実現することができ、（数１０〜１００％の範囲で）所望の湿度を得ることができる。その結果、加湿された改質ガス中の水素を燃料電池４の燃料として使用することができる。
また、中空糸膜モジュール３０１の長手方向略中央部及び両端部にそれぞれ封止部３５，３５，…を設けることで、空洞３３をオフガス加湿部３６と水加湿部３７とに容易に且つ気密性を高くして仕切ることができ、オフガス用の加湿装置と水用の加湿装置といった個別の装置を設ける必要がない。そして、本発明の中空糸膜モジュール３０１は、封止部３５，３５，…を設けただけで、従来とほぼ同形状の中空糸膜モジュール３０１であるため、中空糸膜モジュール３０１を収容するケース３２の容積もほとんど変更することなく、従来技術にも容易に適応でき、導入コストや開発コストを低減することができる。
また、中空糸膜モジュール３０１の長手方向略中央部の封止部３５の位置や、中空糸膜モジュール３０１自体の長さを適宜変更することによって、オフガス加湿部３６及び水加湿部３７の大きさを変更でき、湿度制御が容易となる。
また、中空糸膜モジュール３０１の両端部に封止部３５，３５が設けられていることから、中空糸膜モジュール３０１の端部から中空糸膜３１の中空内に供給される改質ガスと、オフガス加湿部３６内のオフガス又は水加湿部３７内の水とが混ざり合うことがない。
さらに、複数の中空糸膜３１間に隙間３１４を形成し、長手方向略中央部の隙間３１４に封止剤３１２を注入した後、型３１３に嵌め込み封止剤３１２の注入と抜気を同時に行うという手順で封止部３５を設けることができるため、製造が容易である。
またさらに、上述の通り、改質ガスはまずオフガス加湿部３６において加湿され、次に水加湿部３７において加湿される。まず最初にオフガスによって改質ガスを加湿することによって、オフガスの湿度（オフガス中に含有される水分の量）を比較的大きく減らすことができる。一方、最初に水によって加湿を行った場合は、改質ガスが予め水によって加湿されているため、改質ガスがオフガス加湿部において加湿される量が減るとともに、オフガス加湿部においてオフガスの湿度が減少する量が低下する。オフガスはオフガス加湿部から排出されると、オフガス燃焼器へと送られて燃焼されるとともにオフガス中から分離された水分が発電システムの系外へと排出されるため、排出されるオフガスの量はできるだけ少なくしておくことが望ましく、上述の実施の形態のような順序で加湿を行うことにより、オフガス加湿部においてオフガスの湿度を比較的大きく低下させることができる。
また、中空糸膜モジュール３０１の長手方向略中央部及び両端部にそれぞれ封止部３５，３５，…を設けることで、空洞３３をオフガス加湿部３６と水加湿部３７とに容易に且つ気密性を高くして仕切ることができ、オフガス用の加湿装置と水用の加湿装置といった個別の装置を設ける必要がない。そして、本発明の中空糸膜モジュール３０１は、封止部３５，３５，…を設けただけで、従来とほぼ同形状の中空糸膜モジュール３０１であるため、中空糸膜モジュール３０１を収容するケース３２の容積もほとんど変更することなく、従来技術にも容易に適応でき、導入コストや開発コストを低減することができる。
また、中空糸膜モジュール３０１の長手方向略中央部の封止部３５の位置や、中空糸膜モジュール３０１自体の長さを適宜変更することによって、オフガス加湿部３６及び水加湿部３７の大きさを変更でき、湿度制御が容易となる。
また、中空糸膜モジュール３０１の両端部に封止部３５，３５が設けられていることから、中空糸膜モジュール３０１の端部から中空糸膜３１の中空内に供給される改質ガスと、オフガス加湿部３６内のオフガス又は水加湿部３７内の水とが混ざり合うことがない。
さらに、複数の中空糸膜３１間に隙間３１４を形成し、長手方向略中央部の隙間３１４に封止剤３１２を注入した後、型３１３に嵌め込み封止剤３１２の注入と抜気を同時に行うという手順で封止部３５を設けることができるため、製造が容易である。
またさらに、上述の通り、改質ガスはまずオフガス加湿部３６において加湿され、次に水加湿部３７において加湿される。まず最初にオフガスによって改質ガスを加湿することによって、オフガスの湿度（オフガス中に含有される水分の量）を比較的大きく減らすことができる。一方、最初に水によって加湿を行った場合は、改質ガスが予め水によって加湿されているため、改質ガスがオフガス加湿部において加湿される量が減るとともに、オフガス加湿部においてオフガスの湿度が減少する量が低下する。オフガスはオフガス加湿部から排出されると、オフガス燃焼器へと送られて燃焼されるとともにオフガス中から分離された水分が発電システムの系外へと排出されるため、排出されるオフガスの量はできるだけ少なくしておくことが望ましく、上述の実施の形態のような順序で加湿を行うことにより、オフガス加湿部においてオフガスの湿度を比較的大きく低下させることができる。
［第二の実施の形態］
図４(a)は、加湿装置３の平断面図、(b)は、切断線IV−IVに沿って切断した際の矢視断面図である。
なお、第二の実施の形態では、加湿装置３Ａにおいてケース３２Ａ内に中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａが長手方向に沿って二つ収容されている点で、上記第一の実施の形態と異なっており、その他の、発電装置１００を構成する改質装置２や燃料電池４は同様の構成であるためその説明を省略する。尚、上記第一の実施の形態における各構成と対応する構成にはそれぞれ符号の末尾に「Ａ」を付加している。
加湿装置３Ａは、二つの中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａと、これら中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａを収容するケース３２Ａとを備えている。ケース３２Ａは、第一の実施の形態と同様に、ケース本体３２１Ａと蓋体３２２Ａとから構成されており、ケース３２Ａには改質ガス供給管３４１Ａ及び改質ガス排出管３４２Ａが接続されている。
図４(a)は、加湿装置３の平断面図、(b)は、切断線IV−IVに沿って切断した際の矢視断面図である。
なお、第二の実施の形態では、加湿装置３Ａにおいてケース３２Ａ内に中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａが長手方向に沿って二つ収容されている点で、上記第一の実施の形態と異なっており、その他の、発電装置１００を構成する改質装置２や燃料電池４は同様の構成であるためその説明を省略する。尚、上記第一の実施の形態における各構成と対応する構成にはそれぞれ符号の末尾に「Ａ」を付加している。
加湿装置３Ａは、二つの中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａと、これら中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａを収容するケース３２Ａとを備えている。ケース３２Ａは、第一の実施の形態と同様に、ケース本体３２１Ａと蓋体３２２Ａとから構成されており、ケース３２Ａには改質ガス供給管３４１Ａ及び改質ガス排出管３４２Ａが接続されている。
ケース３２Ａの空洞３３Ａ内には、その長手方向に沿って二つの中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａが所定間隔を隔てて収容されており、各中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａの両端部に封止部３５Ａ，３５Ａ，…が設けられている。したがって、左側の中空糸膜モジュール３０１Ａの両端部に設けられた封止部３５Ａ，３５Ａと、空洞３３Ａの内壁面３３１Ａとによって囲まれる空洞が、オフガス加湿部３６Ａ（第一の加湿部）とされ、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの両端部に設けられた封止部３５Ａ，３５Ａと、空洞３３Ａの内壁面３３１Ａとによって囲まれる空洞が水加湿部３７Ａ（第二の加湿部）とされている。
また、オフガス加湿部３６Ａは水加湿部３７Ａより長さが長くなっており、オフガスによって加湿される範囲の方が、水によって加湿される範囲よりも広くなっている。
さらに、左側の中空糸膜モジュール３０１Ａの右端部の封止部３５Ａと、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの左端部の封止部３５Ａとの間の空間は、中空糸膜３１Ａの中空が連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。また、左側の中空糸膜モジュール３０１Ａの左端部の封止部３５Ａと、空洞３３Ａの左端部を形成する内壁面３３１Ａとの間の空間及び右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの右端部の封止部３５Ａと、空洞３３Ａの右端部を形成する内壁面３３１Ａとの間の空間は、それぞれ中空糸膜３１Ａの中空がそれぞれの空間に連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。
また、オフガス加湿部３６Ａは水加湿部３７Ａより長さが長くなっており、オフガスによって加湿される範囲の方が、水によって加湿される範囲よりも広くなっている。
さらに、左側の中空糸膜モジュール３０１Ａの右端部の封止部３５Ａと、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの左端部の封止部３５Ａとの間の空間は、中空糸膜３１Ａの中空が連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。また、左側の中空糸膜モジュール３０１Ａの左端部の封止部３５Ａと、空洞３３Ａの左端部を形成する内壁面３３１Ａとの間の空間及び右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの右端部の封止部３５Ａと、空洞３３Ａの右端部を形成する内壁面３３１Ａとの間の空間は、それぞれ中空糸膜３１Ａの中空がそれぞれの空間に連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。
オフガス加湿部３６Ａには、第一の実施の形態と同様に、オフガス供給管３８１Ａ及びオフガス排出管３８２Ａが設けられ、水加湿部３７Ａには、水供給管３９１Ａ及び水排出管３９２Ａが設けられている。なお、オフガス供給管３８１Ａ、オフガス排出管３８２Ａ、水供給管３９１Ａ及び水排出管３９２Ａの長手方向における位置関係は第一の実施の形態と同様に、左から順に、オフガス供給管３８１Ａ、オフガス排出管３８２Ａ、水供給管３９１Ａ、水排出管３９２Ａとなっている。
したがって、オフガス供給管３８１Ａからオフガス加湿部３６Ａに供給されたオフガスに含まれる水分が、中空糸膜３１Ａ内を移動して改質ガスを加湿した後、オフガス排出管３８２Ａから排出される。また、水供給管３９１Ａから水加湿部３７Ａに供給された水中の水分も、中空糸膜３１Ａ内を移動して改質ガス中を加湿した後、水排出管３９２Ａから排出される。
したがって、オフガス供給管３８１Ａからオフガス加湿部３６Ａに供給されたオフガスに含まれる水分が、中空糸膜３１Ａ内を移動して改質ガスを加湿した後、オフガス排出管３８２Ａから排出される。また、水供給管３９１Ａから水加湿部３７Ａに供給された水中の水分も、中空糸膜３１Ａ内を移動して改質ガス中を加湿した後、水排出管３９２Ａから排出される。
なお、中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａの製造方法は、上記第一の実施の形態の中空糸膜モジュール３０１の両端部に形成した封止部３５のみを形成すれば良く、第一の実施の形態と同様の方法のためその説明を省略する。特に、中空糸膜モジュール３０１Ａは、中空糸膜モジュール３０２Ａよりも長さが長くなるように形成する。
そして、製造した中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａは、両端部に形成した封止部３５Ａ，３５Ａ，…に接着剤兼封止剤を塗布してから、ケース本体３２１Ａの凹部内に長手方向に沿って所定間隔を隔てて二つ挿入し、蓋体３２２Ａを接着剤又はＯリング等と、ネジで締結する。尚、ケース本体３２２Ａ及び蓋体３２２Ａの内壁面と各封止部３５Ａとの間の隙間は、上述の接着剤兼封止剤によって気密封止され、加湿装置３Ａとその外部との間は、上述の接着剤又はＯリング等によって気密封止される。
そして、製造した中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａは、両端部に形成した封止部３５Ａ，３５Ａ，…に接着剤兼封止剤を塗布してから、ケース本体３２１Ａの凹部内に長手方向に沿って所定間隔を隔てて二つ挿入し、蓋体３２２Ａを接着剤又はＯリング等と、ネジで締結する。尚、ケース本体３２２Ａ及び蓋体３２２Ａの内壁面と各封止部３５Ａとの間の隙間は、上述の接着剤兼封止剤によって気密封止され、加湿装置３Ａとその外部との間は、上述の接着剤又はＯリング等によって気密封止される。
次に、加湿装置３Ａの作用について説明する。
この加湿装置３Ａでは、まず、選択酸化反応器２３から改質ガス供給管３４１Ａを介してケース３２Ａの空洞３３Ａのうちオフガス加湿部３６Ａに供給された改質ガスが、左側の中空糸膜モジュール３０１Ａの各中空糸膜３１Ａの中空内に供給される。一方、オフガス供給管３８１Ａからオフガス加湿部３６Ａにオフガスが供給され、このオフガスによって中空糸膜３１Ａの外部から内部へとオフガス中の水分が取り込まれて中空糸膜３１Ａの中空内の改質ガス中の水素が加湿される。加湿された水素は、左側の中空糸膜モジュール３０１Ａの右端部の封止部３５Ａと、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの左端部の封止部３５Ａとの間に形成される空間を介して、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの各中空糸膜３１Ａの中空内に再び流入する。また、オフガス供給管３８１Ａから供給されたオフガスは、オフガス排出管３８２Ａへとケース３２Ａ内の圧力差によって排出される。
さらに、水供給管３９１Ａから水加湿部３７Ａに水が供給され、この水によって中空糸膜３１Ａの外部から内部へと水分が取り込まれて、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの中空糸膜３１Ａを移動し、オフガスによって加湿された水素がさらに加湿される。加湿された水素ガスは、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの右端部から改質ガス排出管３４２Ａを介してケース３２Ａの外部へ排出される。その後、燃料電池４へ供給される。また、水供給管３９１Ａから供給された水は、水排出管３９２Ａへとケース３２Ａ内の圧力差によって排出される。
この加湿装置３Ａでは、まず、選択酸化反応器２３から改質ガス供給管３４１Ａを介してケース３２Ａの空洞３３Ａのうちオフガス加湿部３６Ａに供給された改質ガスが、左側の中空糸膜モジュール３０１Ａの各中空糸膜３１Ａの中空内に供給される。一方、オフガス供給管３８１Ａからオフガス加湿部３６Ａにオフガスが供給され、このオフガスによって中空糸膜３１Ａの外部から内部へとオフガス中の水分が取り込まれて中空糸膜３１Ａの中空内の改質ガス中の水素が加湿される。加湿された水素は、左側の中空糸膜モジュール３０１Ａの右端部の封止部３５Ａと、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの左端部の封止部３５Ａとの間に形成される空間を介して、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの各中空糸膜３１Ａの中空内に再び流入する。また、オフガス供給管３８１Ａから供給されたオフガスは、オフガス排出管３８２Ａへとケース３２Ａ内の圧力差によって排出される。
さらに、水供給管３９１Ａから水加湿部３７Ａに水が供給され、この水によって中空糸膜３１Ａの外部から内部へと水分が取り込まれて、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの中空糸膜３１Ａを移動し、オフガスによって加湿された水素がさらに加湿される。加湿された水素ガスは、右側の中空糸膜モジュール３０２Ａの右端部から改質ガス排出管３４２Ａを介してケース３２Ａの外部へ排出される。その後、燃料電池４へ供給される。また、水供給管３９１Ａから供給された水は、水排出管３９２Ａへとケース３２Ａ内の圧力差によって排出される。
以上、本発明の第二の実施の形態によれば、加湿装置３Ａにおいて、空洞３３Ａ内にその長手方向に沿って二つの中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａが収容され、各中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａの両端部に封止部３５Ａ，３５Ａが設けられているので、各中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａの両端部の封止部３５Ａ，３５Ａによって囲まれる空間がそれぞれオフガス加湿部３６Ａと、水加湿部３７Ａとされる。そのため、オフガス加湿部３６Ａに供給したオフガスと水加湿部３７Ａに供給した水とが混ざり合うことがなく、まず、オフガス加湿部３６Ａで、中空糸膜３１Ａ内に供給された改質ガス中の水素がオフガスによって加湿され、その後、水加湿部３７Ａで、水によって加湿される。このように、一つの加湿装置３Ａ内で、オフガスと水との両方による加湿を簡単に実現することができ、（数１０〜１００％の範囲で）所望の湿度を得ることができる。その結果、加湿された改質ガス中の水素を燃料電池４の燃料として使用することができる。
また、両端部に封止部３５Ａ，３５Ａが設けられた中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａを、空洞３３Ａ内に長手方向に沿って収容するだけで、空洞３３Ａをオフガス加湿部３６Ａと水加湿部３７Ａとに容易に且つ気密性を高くして仕切ることができ、オフガス用の加湿装置と水用の加湿装置といった個別の装置を設ける必要がない。したがって、従来技術にも容易に適応でき、導入コストや開発コストを低減することができる。
また、中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａ自体の長さを適宜変更することによって、オフガス加湿部３６Ａ及び水加湿部３７Ａの大きさを変更でき、湿度制御が容易となる。
また、各中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａの両端部に封止部３５Ａ，３５Ａ，…が設けられていることから、中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａの端部から中空糸膜３１Ａの中空内に供給される改質ガスと、オフガス加湿部３６Ａ内のオフガス又は水加湿部３７Ａ内の水とが混ざり合うことがない。
また、両端部に封止部３５Ａ，３５Ａが設けられた中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａを、空洞３３Ａ内に長手方向に沿って収容するだけで、空洞３３Ａをオフガス加湿部３６Ａと水加湿部３７Ａとに容易に且つ気密性を高くして仕切ることができ、オフガス用の加湿装置と水用の加湿装置といった個別の装置を設ける必要がない。したがって、従来技術にも容易に適応でき、導入コストや開発コストを低減することができる。
また、中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａ自体の長さを適宜変更することによって、オフガス加湿部３６Ａ及び水加湿部３７Ａの大きさを変更でき、湿度制御が容易となる。
また、各中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａの両端部に封止部３５Ａ，３５Ａ，…が設けられていることから、中空糸膜モジュール３０１Ａ，３０２Ａの端部から中空糸膜３１Ａの中空内に供給される改質ガスと、オフガス加湿部３６Ａ内のオフガス又は水加湿部３７Ａ内の水とが混ざり合うことがない。
［第三の実施の形態］
図５(a)は、加湿装置３Ｂの平断面図、(b)は、切断線Ｖ−Ｖに沿って切断した際の矢視断面図である。
なお、第三の実施の形態では、加湿装置３Ｂにおいてケース３２Ｂ内の空洞３３Ｂの形状が平面視コ字状をなし、このような空洞３３Ｂ内に中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂが幅方向に二つ収容されている点で、上記第一の実施の形態と異なっており、その他の、発電装置１００を構成する改質装置２や燃料電池４は同様の構成であるためその説明を省略する。尚、上記第一の実施の形態における各構成と対応する構成にはそれぞれ符号の末尾に「Ｂ」を付加している。
加湿装置３Ｂは、二つの中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂと、これら中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂを収容するケース３２Ｂとを備えている。ケース３２Ｂは、長手方向に延在し、上面に凹部を有するケース本体３２１Ｂと、ケース本体３２１Ｂを覆う蓋体３２２Ｂとから構成されており、ケース本体３２１Ｂの凹部を蓋体３２２Ｂで覆うことによって内部に空洞３３Ｂが形成されている。また、ケース３２Ｂには改質ガス供給管３４１Ｂ及び改質ガス排出管３４２Ｂが接続されている。
図５(a)は、加湿装置３Ｂの平断面図、(b)は、切断線Ｖ−Ｖに沿って切断した際の矢視断面図である。
なお、第三の実施の形態では、加湿装置３Ｂにおいてケース３２Ｂ内の空洞３３Ｂの形状が平面視コ字状をなし、このような空洞３３Ｂ内に中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂが幅方向に二つ収容されている点で、上記第一の実施の形態と異なっており、その他の、発電装置１００を構成する改質装置２や燃料電池４は同様の構成であるためその説明を省略する。尚、上記第一の実施の形態における各構成と対応する構成にはそれぞれ符号の末尾に「Ｂ」を付加している。
加湿装置３Ｂは、二つの中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂと、これら中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂを収容するケース３２Ｂとを備えている。ケース３２Ｂは、長手方向に延在し、上面に凹部を有するケース本体３２１Ｂと、ケース本体３２１Ｂを覆う蓋体３２２Ｂとから構成されており、ケース本体３２１Ｂの凹部を蓋体３２２Ｂで覆うことによって内部に空洞３３Ｂが形成されている。また、ケース３２Ｂには改質ガス供給管３４１Ｂ及び改質ガス排出管３４２Ｂが接続されている。
空洞３３Ｂには、その幅方向中央部から前面寄りに長手方向に沿って仕切り壁３３２Ｂが設けられており、これによって空洞３３Ｂの一部が幅方向に仕切られ、二つの空洞部３３３Ｂ，３３４Ｂが幅方向に並ぶとともに幅方向において互いに連通して形成されている。このようにして形成された空洞３３Ｂは平面視略コ字状をなしている。
なお、第三の実施の形態では、幅方向に並ぶ二つの空洞部３３３Ｂ，３３４Ｂのうち、裏面側を向く第一の空洞部３３３Ｂの左端部に接続された改質ガス供給管３４１Ｂから改質ガスが供給され、前面側を向く第二の空洞部３３４Ｂの左端部に接続された改質ガス排出管３４２Ｂから加湿された水素が排出されるようになっている。
なお、第三の実施の形態では、幅方向に並ぶ二つの空洞部３３３Ｂ，３３４Ｂのうち、裏面側を向く第一の空洞部３３３Ｂの左端部に接続された改質ガス供給管３４１Ｂから改質ガスが供給され、前面側を向く第二の空洞部３３４Ｂの左端部に接続された改質ガス排出管３４２Ｂから加湿された水素が排出されるようになっている。
また、第一の空洞部３３３Ｂと第二の空洞部３３４Ｂとに、中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂがそれぞれ収容されている。なお、第一の空洞部３３３Ｂは第二の空洞部３３４Ｂよりも幅が広くなっており、これに伴って第一の空洞部３３３Ｂ内に収容される中空糸膜モジュール３０１Ｂの幅が第二の空洞部３３４Ｂ内に収容される中空糸膜モジュール３０２Ｂの幅よりも広く形成されている。
また、各中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂの両端部には封止部３５Ｂ，３５Ｂ，…が設けられている。したがって、第一の空洞部３３３Ｂ内の中空糸膜モジュール３０１Ｂの両端部に設けられた封止部３５Ｂ，３５Ｂと、第一の空洞部３３３Ｂ内の内壁面３３１Ｂとによって囲まれる空洞が、オフガス加湿部３６Ｂ（第一の加湿部）とされ、第二の空洞部３３４Ｂ内の中空糸膜モジュール３０２Ｂの両端部に設けられた封止部３５Ｂ，３５Ｂと、第二の空洞部３３４Ｂ内の内壁面３３１Ｂとによって囲まれる空洞が、水加湿部３７とされている。したがって、オフガス加湿部３６Ｂは水加湿部３７Ｂよりも幅が広くなっており、オフガスによって加湿される範囲の方が、水によって加湿される範囲よりも広くなっている。
さらに、第一の空洞部３３３Ｂ内の中空糸膜モジュール３０１Ｂの右端部の封止部３５Ｂと、第二の空洞部３３４Ｂ内の中空糸膜モジュール３０２Ｂの右端部の封止部３５Ｂとの間の空間は、中空糸膜３１Ｂの中空が連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。また、第一の空洞部３３３Ｂ内の中空糸膜モジュール３０１Ｂの左端部の封止部３５Ｂと、第一の空洞部３３３Ｂの左端部を形成する内壁面３３１Ｂとの間の空間及び第二の空洞部３３４Ｂ内の中空糸膜モジュール３０２Ｂの左端部の封止部３５Ｂと、第二の空洞部３３４Ｂの左端部を形成する内壁面３３１Ｂとの間の空間は、それぞれ中空糸膜３１Ｂの中空がそれぞれの空間に連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。
さらに、第一の空洞部３３３Ｂ内の中空糸膜モジュール３０１Ｂの右端部の封止部３５Ｂと、第二の空洞部３３４Ｂ内の中空糸膜モジュール３０２Ｂの右端部の封止部３５Ｂとの間の空間は、中空糸膜３１Ｂの中空が連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。また、第一の空洞部３３３Ｂ内の中空糸膜モジュール３０１Ｂの左端部の封止部３５Ｂと、第一の空洞部３３３Ｂの左端部を形成する内壁面３３１Ｂとの間の空間及び第二の空洞部３３４Ｂ内の中空糸膜モジュール３０２Ｂの左端部の封止部３５Ｂと、第二の空洞部３３４Ｂの左端部を形成する内壁面３３１Ｂとの間の空間は、それぞれ中空糸膜３１Ｂの中空がそれぞれの空間に連通しているので、改質ガスのみが流通可能となっている。
オフガス加湿部３６Ｂには、第一の実施の形態と同様に、オフガス供給管３８１Ｂ及びオフガス排出管３８２Ｂが設けられ、水加湿部３７Ｂには、水供給管３９１Ｂ及び水排出管３９２Ｂが設けられている。なお、オフガス供給管３８１Ｂ、オフガス排出管３８２Ｂ、水供給管３９１Ｂ及び水排出管３９２Ｂの位置関係は、第一の実施の形態と異なり、オフガス供給管３８１Ｂ及びオフガス排出管３８２Ｂは、ケース本体３２１Ｂの裏面に設けられ、水供給管３９１Ｂ及び水排出管３９２Ｂは、ケース本体３２１Ｂの前面に設けられている。そして、ケース本体３２１Ｂの長手方向左から順にオフガス供給管３８１Ｂ、水排出管３９２Ｂ、オフガス排出管３８２Ｂ、水供給管３９１Ｂの位置関係となっている。
したがって、オフガス供給管３８１Ｂからオフガス加湿部３６Ｂ（第二の加湿部）に供給されたオフガスに含まれる水分がは、中空糸膜３１Ｂ内を移動して改質ガスを加湿した後、オフガス排出管３８２Ｂから排出される。また、水供給管３９１Ｂから水加湿部３７Ｂに供給された水中の水分も、中空糸膜３１Ｂ内を移動して改質ガスを加湿した後、水排出管３９２Ｂから排出される。
したがって、オフガス供給管３８１Ｂからオフガス加湿部３６Ｂ（第二の加湿部）に供給されたオフガスに含まれる水分がは、中空糸膜３１Ｂ内を移動して改質ガスを加湿した後、オフガス排出管３８２Ｂから排出される。また、水供給管３９１Ｂから水加湿部３７Ｂに供給された水中の水分も、中空糸膜３１Ｂ内を移動して改質ガスを加湿した後、水排出管３９２Ｂから排出される。
なお、中空糸膜モジュール３０１ＢＣ，３０２Ｂの製造方法は、上記第一の実施の形態の中空糸膜モジュール３０１の両端部に形成した封止部３５，３５のみを形成すれば良く、第一の実施の形態と同様の方法で製造することができるためその説明を省略する。特に、第一の空洞部３３３Ｂ内に収容する中空糸膜モジュール３０１Ｂは、第二の空洞部３３４Ｂ内に収容する中空糸膜モジュール３０２Ｂよりも多数の中空糸膜３１Ｂを使用して、幅を広くするように形成する。
そして、製造した中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂは、両端部に形成した封止部３５Ｂ，３５Ｂ，…に接着剤兼封止剤を塗布してから、ケース本体３２１Ｂの第一の空洞部３３３Ｂ内及び第二の空洞部３３４Ｂ内にそれぞれ挿入し、蓋体３２２Ｂを接着剤又はＯリング等と、ネジで締結する。尚、ケース本体３２１Ｂ及び蓋体３２２Ｂの内壁面と各封止部３５Ｂとの間の隙間は、上述の接着剤兼封止剤によって気密封止され、加湿装置３Ｂとその外部との間は、上述の接着剤又はＯリング等によって気密封止される。
そして、製造した中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂは、両端部に形成した封止部３５Ｂ，３５Ｂ，…に接着剤兼封止剤を塗布してから、ケース本体３２１Ｂの第一の空洞部３３３Ｂ内及び第二の空洞部３３４Ｂ内にそれぞれ挿入し、蓋体３２２Ｂを接着剤又はＯリング等と、ネジで締結する。尚、ケース本体３２１Ｂ及び蓋体３２２Ｂの内壁面と各封止部３５Ｂとの間の隙間は、上述の接着剤兼封止剤によって気密封止され、加湿装置３Ｂとその外部との間は、上述の接着剤又はＯリング等によって気密封止される。
次に、加湿装置３Ｂの作用について説明する。
この加湿装置３Ｂでは、まず、選択酸化反応器２３から改質ガス供給管３４１Ｂを介してケース３２Ｂの空洞３３Ｂのうちオフガス加湿部３６Ｂに供給された改質ガスが、第一の空洞部３３３Ｂ内の中空糸膜モジュール３０１Ｂの各中空糸膜３１Ｂの中空内に供給される。一方、オフガス供給管３８１Ｂからオフガス加湿部３６Ｂにオフガスが供給され、このオフガスによって中空糸膜３１Ｂの外部から内部へとオフガス中の水分が取り込まれて中空糸膜３１Ｂの中空内の改質ガス中の水素が加湿される。加湿された水素は、中空糸膜モジュール３０１Ｂの右端部の封止部３５Ｂと、中空糸膜モジュール３０２Ｂの右端部の封止部３５Ｂとの間に形成される空間を介して、中空糸膜モジュール３０２Ｂの各中空糸膜３１Ｂの中空内に再び流入する。また、オフガス供給管３８１Ｂから供給されたオフガスは、オフガス排出管３８２Ｂへとケース３２Ｂ内の圧力差によって排出される。
さらに、水供給管３９１Ｂから水加湿部３７Ｂに水が供給され、この水によって中空糸膜３１Ｂの外部から内部へと水分が取り込まれて、中空糸膜モジュール３０２Ｂの中空糸膜３１Ｂを移動し、オフガスによって加湿された水素がさらに加湿される。加湿された水素は、中空糸膜モジュール３０２Ｂの左端部から改質ガス排出管３４２Ｂを介してケース３２Ｂの外部へ排出される。その後、燃料電池４へ供給される。また、水供給管３９１Ｂから供給された水は、水排出管３９２Ｂへとケース３２Ｂ内の圧力差によって排出される。
この加湿装置３Ｂでは、まず、選択酸化反応器２３から改質ガス供給管３４１Ｂを介してケース３２Ｂの空洞３３Ｂのうちオフガス加湿部３６Ｂに供給された改質ガスが、第一の空洞部３３３Ｂ内の中空糸膜モジュール３０１Ｂの各中空糸膜３１Ｂの中空内に供給される。一方、オフガス供給管３８１Ｂからオフガス加湿部３６Ｂにオフガスが供給され、このオフガスによって中空糸膜３１Ｂの外部から内部へとオフガス中の水分が取り込まれて中空糸膜３１Ｂの中空内の改質ガス中の水素が加湿される。加湿された水素は、中空糸膜モジュール３０１Ｂの右端部の封止部３５Ｂと、中空糸膜モジュール３０２Ｂの右端部の封止部３５Ｂとの間に形成される空間を介して、中空糸膜モジュール３０２Ｂの各中空糸膜３１Ｂの中空内に再び流入する。また、オフガス供給管３８１Ｂから供給されたオフガスは、オフガス排出管３８２Ｂへとケース３２Ｂ内の圧力差によって排出される。
さらに、水供給管３９１Ｂから水加湿部３７Ｂに水が供給され、この水によって中空糸膜３１Ｂの外部から内部へと水分が取り込まれて、中空糸膜モジュール３０２Ｂの中空糸膜３１Ｂを移動し、オフガスによって加湿された水素がさらに加湿される。加湿された水素は、中空糸膜モジュール３０２Ｂの左端部から改質ガス排出管３４２Ｂを介してケース３２Ｂの外部へ排出される。その後、燃料電池４へ供給される。また、水供給管３９１Ｂから供給された水は、水排出管３９２Ｂへとケース３２Ｂ内の圧力差によって排出される。
以上、本発明の第三の実施の形態によれば、加湿装置３Ｂにおいて、ケース３２Ｂの空洞３３Ｂ内の一部が幅方向に仕切られることにより、第一の空洞部３３３Ｂと第二の空洞部３３４Ｂとが幅方向に並ぶとともに幅方向において互いに連通して形成され、これら各空洞部３３３Ｂ，３３４Ｂに中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂがそれぞれ収容され、各中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂの両端部に封止部３５Ｂ，３５Ｂ，…が設けられているので、各中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂの両端部の封止部３５Ｂ，３５Ｂ，…によって囲まれる空間がそれぞれオフガス加湿部３６Ｂと、水加湿部３７Ｂとされる。そのため、オフガス加湿部３６Ｂに供給したオフガスと水加湿部３７Ｂに供給した水とが混ざり合うことがなく、まず、オフガス加湿部３６Ｂで、中空糸膜３１Ｂ内に供給された改質ガス中の水素がオフガスによって加湿され、その後、水加湿部３７Ｂで、水によって加湿される。このように、一つの加湿装置３Ｂ内で、オフガスと水との両方による加湿を簡単に実現することができ、（数１０〜１００％の範囲で）所望の湿度を得ることができる。その結果、加湿された改質ガス中の水素を燃料電池４の燃料として使用することができる。
また、両端部に封止部３５Ｂ，３５Ｂが設けられた中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂを、幅方向に並んで設けられた第一の空洞部３３３Ｂと第二の空洞部３３４Ｂとにそれぞれ収容するだけで、空洞３３Ｂをオフガス加湿部３６Ｂと水加湿部３７Ｂとに容易に且つ気密性を高くして仕切ることができ、オフガス用の加湿装置と水用の加湿装置といった個別の装置を設ける必要がない。したがって、従来技術にも容易に適応でき、導入コストや開発コストを低減することができる。
また、中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂ自体の長さを適宜変更することによって、オフガス加湿部３６Ｂ及び水加湿部３７Ｂの大きさを変更でき、湿度制御が容易となる。
また、各中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂの両端部に封止部３５Ｂ，３５Ｂ，…が設けられていることから、中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂの端部から中空糸膜３１Ｂの中空内に供給される改質ガスと、オフガス加湿部３６Ｂ内のオフガス又は水加湿部３７Ｂ内の水とが混ざり合うことがない。
さらに、中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂは、幅方向に並ぶ第一の空洞部３３３Ｂと第二の空洞部３３４Ｂとにそれぞれ収容されており、第一及び第二の実施の形態の中空糸膜モジュール３０１，３０１Ａ，３０２Ａに比して中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂの長さを長くすることができることから、湿度の微調整が容易となる。
また、両端部に封止部３５Ｂ，３５Ｂが設けられた中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂを、幅方向に並んで設けられた第一の空洞部３３３Ｂと第二の空洞部３３４Ｂとにそれぞれ収容するだけで、空洞３３Ｂをオフガス加湿部３６Ｂと水加湿部３７Ｂとに容易に且つ気密性を高くして仕切ることができ、オフガス用の加湿装置と水用の加湿装置といった個別の装置を設ける必要がない。したがって、従来技術にも容易に適応でき、導入コストや開発コストを低減することができる。
また、中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂ自体の長さを適宜変更することによって、オフガス加湿部３６Ｂ及び水加湿部３７Ｂの大きさを変更でき、湿度制御が容易となる。
また、各中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂの両端部に封止部３５Ｂ，３５Ｂ，…が設けられていることから、中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂの端部から中空糸膜３１Ｂの中空内に供給される改質ガスと、オフガス加湿部３６Ｂ内のオフガス又は水加湿部３７Ｂ内の水とが混ざり合うことがない。
さらに、中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂは、幅方向に並ぶ第一の空洞部３３３Ｂと第二の空洞部３３４Ｂとにそれぞれ収容されており、第一及び第二の実施の形態の中空糸膜モジュール３０１，３０１Ａ，３０２Ａに比して中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂの長さを長くすることができることから、湿度の微調整が容易となる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第三の実施の形態において、第一の空洞部３３３Ｂと第二の空洞部部３３４Ｂとにそれぞれ中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂを収容するとしたが、第一の空洞部３３３Ｂと第２の空洞部３３４Ｂとにそれぞれ跨るようにして一つの中空糸膜モジュール（図示しない）を収容し、第一の実施の形態の中空糸膜モジュール３０１のように、長手方向の略中央部に封止部を設けて、オフガス加湿部と水加湿部とに仕切るようにしても良い（図示しない）。
また、第三の実施の形態において、空洞３３Ｂには仕切り壁３３２Ｂが設けられ、これによって幅方向に二つの空洞部３３３Ｂ，３３４Ｂを形成するように仕切るとしたが、三つ以上の空洞部（図示しない）を形成するように仕切り壁をさらに設けても良い。この場合、オフガス加湿部３６Ｂや水加湿部３７Ｂの長さをさらに長くすることができ、加湿性能の向上を図ることができる。
例えば、第三の実施の形態において、第一の空洞部３３３Ｂと第二の空洞部部３３４Ｂとにそれぞれ中空糸膜モジュール３０１Ｂ，３０２Ｂを収容するとしたが、第一の空洞部３３３Ｂと第２の空洞部３３４Ｂとにそれぞれ跨るようにして一つの中空糸膜モジュール（図示しない）を収容し、第一の実施の形態の中空糸膜モジュール３０１のように、長手方向の略中央部に封止部を設けて、オフガス加湿部と水加湿部とに仕切るようにしても良い（図示しない）。
また、第三の実施の形態において、空洞３３Ｂには仕切り壁３３２Ｂが設けられ、これによって幅方向に二つの空洞部３３３Ｂ，３３４Ｂを形成するように仕切るとしたが、三つ以上の空洞部（図示しない）を形成するように仕切り壁をさらに設けても良い。この場合、オフガス加湿部３６Ｂや水加湿部３７Ｂの長さをさらに長くすることができ、加湿性能の向上を図ることができる。
また、第一〜第三の実施の形態では、初めにオフガスによって加湿し、その後、水によって加湿する構成としたが、反対に水で加湿した後にオフガスで加湿する構成としても構わない。
また、上記第一〜第三の実施の形態における加湿装置３，３Ａ，３Ｂは、改質装置２に接続されて、改質装置２で生成された水素を含有する改質ガスを加湿するとしたが、燃料電池４に供給する酸素を含有する空気を加湿するものとしても良い。
さらに、加湿装置３に供給するオフガスとして、燃料電池４の空気極において（上記電気化学反応式（６）で）生成された水蒸気や未反応の酸素等を含むガスを利用するとしたが、これに限らず、燃料電池４の燃料極における上記電気化学反応式（５）の反応に使用されていない未反応の水素を含むガスを利用しても良い。
さらに、加湿装置３に供給するオフガスとして、燃料電池４の空気極において（上記電気化学反応式（６）で）生成された水蒸気や未反応の酸素等を含むガスを利用するとしたが、これに限らず、燃料電池４の燃料極における上記電気化学反応式（５）の反応に使用されていない未反応の水素を含むガスを利用しても良い。
２ 改質装置
３、３Ａ、３Ｂ 加湿装置
４ 燃料電池
３０１、３０１Ａ、３０２Ａ、３０１Ｂ、３０２Ｂ 中空糸膜モジュール
３１、３１Ａ、３１Ｂ 中空糸膜
３２、３２Ａ、３２Ｂ ケース
３５、３５Ａ、３５Ｂ 封止部
３６、３６Ａ、３６Ｂ オフガス加湿部（第一の加湿部）
３７、３７Ａ、３７Ｂ 水加湿部（第二の加湿部）
１００ 発電装置
３１２ 封止剤
３１３ 型
３１４ 隙間
３３１、３３１Ａ、３３１Ｂ 内壁面
３３３Ｂ 第一の空洞部
３３４Ｂ 第二の空洞部
３、３Ａ、３Ｂ 加湿装置
４ 燃料電池
３０１、３０１Ａ、３０２Ａ、３０１Ｂ、３０２Ｂ 中空糸膜モジュール
３１、３１Ａ、３１Ｂ 中空糸膜
３２、３２Ａ、３２Ｂ ケース
３５、３５Ａ、３５Ｂ 封止部
３６、３６Ａ、３６Ｂ オフガス加湿部（第一の加湿部）
３７、３７Ａ、３７Ｂ 水加湿部（第二の加湿部）
１００ 発電装置
３１２ 封止剤
３１３ 型
３１４ 隙間
３３１、３３１Ａ、３３１Ｂ 内壁面
３３３Ｂ 第一の空洞部
３３４Ｂ 第二の空洞部
Claims (6)
- 内側と外側とに水蒸気圧が異なる流体を流通させて前記流体間で水分を交換することによって前記流体のうち水蒸気圧が低い流体を加湿する複数の中空糸膜を含み、
前記複数の中空糸膜を備える中空糸膜モジュールと、
内側が空洞とされ該空洞内に前記中空糸膜モジュールを収容するケースと、を備え、
前記中空糸膜モジュールの少なくとも一カ所に、前記ケース内の空間であって且つ前記各中空糸膜の外側の空間を複数に仕切る封止部が設けられ、
前記ケースは、少なくとも一端が前記ケースの内壁面と離間された仕切りを備え、前記仕切りはケース内の空間を仕切ることにより前記ケース内に複数の空洞部を構成するとともに、前記複数の空洞部のうち一の空洞部は少なくとも他の空洞部と連通され、
前記各空洞部に、前記中空糸膜モジュールがそれぞれ収容され、
前記各中空糸膜モジュールの両端部にそれぞれ前記封止部が設けられていることを特徴とする加湿装置。 - 請求項１に記載の加湿装置において、
前記各中空糸膜の内側に加湿される被加湿流体が流通されるとともに、
前記複数の空間のうち一の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第一の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第一の加湿部とされ、
前記複数の空間のうち別の空間は、前記各中空糸の外側に前記被加湿流体の水蒸気圧より高い水蒸気圧である第二の流体が供給されて前記被加湿流体を加湿する第二の加湿部とされることを特徴とする加湿装置。 - 請求項１又は２に記載の加湿装置と、
燃料を改質して改質ガスを生成し、生成した改質ガスを前記加湿装置に供給する改質装置と、
前記加湿装置によって加湿された改質ガスを用いて発電する燃料電池とを備えたことを特徴とする発電装置。 - 内側と外側とに水蒸気圧が異なる流体を流通させて前記流体間で水分を交換することによって前記流体のうち水蒸気圧が低い流体を加湿する複数の中空糸膜を束ねる工程と、
前記束ねられた複数の中空糸膜間に前記各中空糸膜を密着させる封止剤を注入する工程と、を含み、
前記封止剤を注入する工程は、前記束ねられた複数の中空糸膜の両端部の間に前記複数の中空糸膜に隙間を形成する工程と、
前記隙間に前記封止剤を注入する工程と、を含むことを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。 - 前記封止材を注入する工程は、前記隙間に前記封止剤を注入する工程の後に、前記複数の中空糸膜を前記複数の中空糸膜に前記隙間を形成する前の元の形状に戻す工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記封止材を注入する工程は、前記複数の中空糸膜を元の形状に戻す工程の後に、前記封止剤を型に嵌め込む工程と、次いで、更に前記封止剤を注入すると同時に抜気を行う工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
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