JPH10172592A - Gas humidifying device - Google Patents

Gas humidifying device

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JPH10172592A
JPH10172592A JP8336084A JP33608496A JPH10172592A JP H10172592 A JPH10172592 A JP H10172592A JP 8336084 A JP8336084 A JP 8336084A JP 33608496 A JP33608496 A JP 33608496A JP H10172592 A JPH10172592 A JP H10172592A
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water
gas
humidifying
supply plate
pressure
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成利 杉田
Hidemitsu Ono
秀光 小野
Yuichiro Kosaka
祐一郎 小坂
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure the desired contact pressure in the internal central part of a humidifier device and maintain the humidifying performance effectively. SOLUTION: The first supply plate 12, second supply plate 16, third supply plate 18, another second supply plate 16, and fourth supply plate 20 are laminated one over another while the first to fourth water permeative films 14a-14d are interposed, and at the ends of the laminate, end plates 22a and 22b are furnished. The first 12 and fourth supply plate 20 are provided with the first 26 and the second pressure chamber 74, and the contact pressure of the humidification part can be maintained effectively by supplying a pressure medium to these pressure chambers 26 and 74, and also the humidifying performance can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水透過性膜の一方
の面に被加湿用のガスを導入するとともに、前記水透過
性膜の他方の面に加湿用の水を導入するガスの加湿装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a humidifying gas for introducing a humidifying gas to one surface of a water-permeable membrane and introducing humidifying water to the other surface of the water-permeable membrane. Related to the device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】例えば、固体高分子電解質膜を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構
造体を、セパレータによって挟持して複数積層すること
により構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実
用化されつつある。2. Description of the Related Art For example, a fuel cell has been developed in which a plurality of fuel cell structures each having an anode electrode and a cathode electrode facing each other with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween are sandwiched by separators and stacked. It is being put to practical use for various applications.

【０００３】この種の燃料電池は、燃料ガス（水素）を
アノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス（空気
または酸素）をカソード側電極に供給することにより、
前記燃料ガスがイオン化して固体高分子電解質膜内を流
れ、これにより外部に電気エネルギが得られるように構
成されている。A fuel cell of this type supplies a fuel gas (hydrogen) to an anode electrode and supplies an oxidant gas (air or oxygen) to a cathode electrode.
The fuel gas is ionized and flows through the solid polymer electrolyte membrane, whereby electric energy is obtained outside.

【０００４】この場合、上記燃料電池では、有効な発電
機能を発揮させるために、固体高分子電解質膜を適度な
湿潤状態に維持することが必要とされている。このた
め、燃料ガスや酸化剤ガスを予め水により加湿する加湿
装置を用意し、この加湿装置を燃料電池に連結して構成
することにより、前記加湿された燃料ガスや酸化剤ガス
を燃料電池構造体に供給するものが知られている。In this case, in the fuel cell, it is necessary to maintain the solid polymer electrolyte membrane in an appropriate wet state in order to exhibit an effective power generation function. Therefore, by preparing a humidifying device for humidifying the fuel gas and the oxidizing gas with water in advance and connecting the humidifying device to the fuel cell, the humidifying fuel gas and the oxidizing gas can be used in the fuel cell structure. What supplies the body is known.

【０００５】ところで、加湿装置は、通常、加湿膜の両
面を燃料ガス流路が形成されたセパレータと加湿水流路
が形成されたセパレータとで挟持した第１積層体と、他
の加湿膜の両面を酸化剤ガス流路が形成されたセパレー
タと加湿水流路が形成されたセパレータとで挟持した第
２積層体とを交互に積層し、両端にエンドプレートを設
けてボルトにより一体的に締め付けるように構成されて
いる。In general, a humidifier includes a first laminate in which both surfaces of a humidifying film are sandwiched between a separator having a fuel gas flow path and a separator having a humidifying water flow path, and both surfaces of another humidifying film. The second laminated body sandwiched between the separator in which the oxidizing gas flow path is formed and the separator in which the humidified water flow path is formed is alternately laminated, end plates are provided at both ends, and the two are integrally tightened by bolts. It is configured.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
加湿装置では、両端のエンドプレートとボルトの締め付
け力により面圧を確保しようとしているが、構造上、こ
のボルトを加湿部である第１および第２積層体の中央部
分に設けることができない。これにより、加湿部で所望
の面圧を得ることができず、燃料ガス、酸化剤ガスおよ
び加湿水が、セパレータの各流路を流れずに前記セパレ
ータの導入口から導出口に向かって直接流れるおそれが
ある。従って、加湿部の面積が有効に利用されず、加湿
性能が大幅に低下するという問題が指摘されている。However, in the above humidifying device, the surface pressure is secured by the tightening force of the end plates at both ends and the bolts. However, due to the structure, the bolts are first and second humidifying parts. It cannot be provided at the center of the two-layered structure. As a result, a desired surface pressure cannot be obtained in the humidifying section, and the fuel gas, the oxidizing gas, and the humidifying water flow directly from the inlet of the separator to the outlet without flowing through each flow path of the separator. There is a risk. Therefore, it has been pointed out that the area of the humidifying portion is not effectively used, and the humidifying performance is greatly reduced.

【０００７】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、加湿装置内の中央部分で所望の面圧を確保するこ
とができ、加湿性能を有効に維持することが可能なガス
の加湿装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves this kind of problem, and a gas humidifier capable of securing a desired surface pressure in a central portion in a humidifier and effectively maintaining humidification performance. It is intended to provide a device.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、被加湿用のガスを導入するためのガス
流路が形成された第１セパレータと加湿用の水を導入す
るための水流路が形成された第２セパレータとが、水透
過性膜の両側に配設されるとともに、前記第１および第
２セパレータの少なくとも一方に近接して設けられた圧
力室に導入される圧力媒体の加圧作用下に、前記第１お
よび第２セパレータと前記水透過性膜とが互いに密着さ
れる。このため、加湿部である第１および第２セパレー
タと水透過性膜との中央部分に所望の面圧を確保するこ
とができ、加湿性能を有効に維持することが可能にな
る。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention introduces a first separator having a gas flow passage for introducing a gas to be humidified and water for humidification. And a second separator provided with a water flow path are provided on both sides of the water-permeable membrane, and are introduced into a pressure chamber provided near at least one of the first and second separators. The first and second separators and the water-permeable membrane are adhered to each other under the pressurizing action of a pressure medium. For this reason, a desired surface pressure can be secured at the central portion between the first and second separators, which are humidifying sections, and the water-permeable membrane, and the humidifying performance can be effectively maintained.

【０００９】また、圧力室に供給される圧力媒体の温度
が調整されることにより、加湿装置内の温度分布を均一
化することができ、加湿性能がより一層向上する。Further, by adjusting the temperature of the pressure medium supplied to the pressure chamber, the temperature distribution in the humidifier can be made uniform, and the humidification performance is further improved.

【００１０】さらに、水流路が、加湿用の水を下方から
反重力方向に向かって供給するように構成される。従っ
て、水に含まれている気泡は、水流路内に滞留すること
がなく、速やかに排出される。Further, the water flow path is configured to supply humidifying water from below in the anti-gravity direction. Therefore, the bubbles contained in the water are quickly discharged without staying in the water flow path.

【００１１】さらにまた、被加湿用のガスが、固体高分
子型燃料電池に供給される燃料ガスおよび／または酸化
剤ガスである。これにより、所望の加湿状態に維持され
たガスを燃料電池に確実に供給することが可能になる。Further, the gas to be humidified is a fuel gas and / or an oxidizing gas supplied to the polymer electrolyte fuel cell. This makes it possible to reliably supply the gas maintained in a desired humidified state to the fuel cell.

【００１２】[0012]

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る加湿装置１０の概略縦断面説明図である。加湿装
置１０は、積層方向（矢印Ｘ方向）に向かって、燃料ガ
ス用の第１供給板（第１セパレータ）１２と、第１水透
過性膜１４ａと、加湿水用の第２供給板（第２セパレー
タ）１６と、第２水透過性膜１４ｂと、酸化剤ガスおよ
び燃料ガス用の第３供給板（第１セパレータ）１８と、
第３水透過性膜１４ｃと、前記第２供給板１６と、第４
水透過性膜１４ｄと、酸化剤ガス用の第４供給板（第１
セパレータ）２０とを一体的に配置しており、その積層
方向両端にエンドプレート２２ａ、２２ｂが設けられ
る。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a humidifier 10 according to a first embodiment of the present invention. The humidification device 10 includes a first supply plate (first separator) 12 for fuel gas, a first water-permeable membrane 14a, and a second supply plate for humidification water (in the direction of the arrow X). A second separator 16, a second water-permeable membrane 14 b, a third supply plate (first separator) 18 for oxidizing gas and fuel gas,
A third water-permeable membrane 14c, the second supply plate 16,
A water permeable membrane 14d and a fourth supply plate for oxidant gas (first
20), and end plates 22a and 22b are provided at both ends in the stacking direction.

【００１３】図１および図３に示すように、第１供給板
１２は、その一面側の中央部に比較的広範囲にわたって
第１凹部２４を有し、この第１凹部２４は、前記第１供
給板１２がエンドプレート２２ａ、２２ｂ間に組み付け
られる際に第１圧力室２６を構成する（図１参照）。As shown in FIGS. 1 and 3, the first supply plate 12 has a first concave portion 24 at a central portion on one surface thereof over a relatively wide area, and the first concave portion 24 is provided with the first supply portion. The first pressure chamber 26 is formed when the plate 12 is assembled between the end plates 22a and 22b (see FIG. 1).

【００１４】第１供給板１２の他面側には、図１および
図２に示すように、水平方向に延在する複数の突起２８
を設けることにより、第１水透過性膜１４ａの一方の面
側に鉛直方向に向かって蛇行する燃料ガス流路３０ａが
形成される。第１供給板１２の下部側には、燃料ガス通
路３２ａ、加湿水通路３４ａおよび酸化剤ガス通路３６
ａが形成されるとともに、この第１供給板１２の上部側
には、燃料ガス通路３２ｂ、加湿水通路３４ｂおよび酸
化剤ガス通路３６ｂが形成される。燃料ガス通路３２
ａ、３２ｂは、溝部３７ａ、３７ｂを介して燃料ガス流
路３０ａに連通している。As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of projections 28 extending in the horizontal direction are provided on the other side of the first supply plate 12.
Is provided, a fuel gas flow path 30a meandering vertically is formed on one surface side of the first water-permeable membrane 14a. A fuel gas passage 32a, a humidification water passage 34a, and an oxidizing gas passage 36 are provided on the lower side of the first supply plate 12.
a, a fuel gas passage 32b, a humidification water passage 34b, and an oxidizing gas passage 36b are formed on the upper side of the first supply plate 12. Fuel gas passage 32
a, 32b communicate with the fuel gas flow path 30a via the grooves 37a, 37b.

【００１５】第１供給板１２の両面には、それぞれの下
部および上部に燃料ガス通路３２ａ、加湿水通路３４
ａ、酸化剤ガス通路３６ａと、燃料ガス通路３２ｂ、加
湿水通路３４ｂ、酸化剤ガス通路３６ｂとを囲繞してシ
ール溝３８ａ、３８ｂが形成される。On both sides of the first supply plate 12, a fuel gas passage 32a and a humidification water passage 34
a, seal grooves 38a and 38b are formed to surround the oxidizing gas passage 36a, the fuel gas passage 32b, the humidifying water passage 34b, and the oxidizing gas passage 36b.

【００１６】第１水透過性膜１４ａは、例えばイオン交
換膜で構成されており、その下部側に燃料ガス通路４０
ａ、加湿水通路４２ａおよび酸化剤ガス通路４４ａが貫
通形成される一方、その上部側に燃料ガス通路４０ｂ、
加湿水通路４２ｂおよび酸化剤ガス通路４４ｂが貫通形
成される。第２〜第４水透過性膜１４ｂ〜１４ｄは、第
１水透過性膜１４ａと同様に構成されており、同一の構
成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省
略する。The first water-permeable membrane 14a is made of, for example, an ion exchange membrane, and has a fuel gas passage 40 below it.
a, a humidifying water passage 42a and an oxidizing gas passage 44a are formed therethrough, and a fuel gas passage 40b,
The humidifying water passage 42b and the oxidizing gas passage 44b are formed through. The second to fourth water-permeable membranes 14b to 14d are configured similarly to the first water-permeable membrane 14a, and the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. .

【００１７】第２供給板１６は、両面に水平方向に延在
する複数の突起４６ａ、４６ｂを有し、この突起４６
ａ、４６ｂと第１および第２水透過性膜１４ａ、１４ｂ
の他方の面との間に水流路４８ａ、４８ｂが形成され
る。第２供給板１６の下部側には、燃料ガス通路５０
ａ、加湿水通路５２ａおよび酸化剤ガス通路５４ａが貫
通形成されるとともに、この第２供給板１６の上部側に
は、燃料ガス通路５０ｂ、加湿水通路５２ｂおよび酸化
剤ガス通路５４ｂが貫通形成される。加湿水通路５２
ａ、５２ｂは、第２供給板１６の両面でそれぞれ溝部５
５ａ、５５ｂを介して水流路４８ａ、４８ｂに連通して
いる。第２供給板１６の両面には、その下部側にシール
溝５６ａが形成され、その上部側にシール溝５６ｂが形
成される。The second supply plate 16 has a plurality of projections 46a and 46b extending in the horizontal direction on both surfaces.
a, 46b and the first and second water-permeable membranes 14a, 14b
The water flow paths 48a and 48b are formed between the other surfaces. A fuel gas passage 50 is provided at a lower side of the second supply plate 16.
a, a humidifying water passage 52a and an oxidizing gas passage 54a are formed through the fuel gas passage 50b, a humidifying water passage 52b and an oxidizing gas passage 54b are formed through an upper portion of the second supply plate 16. You. Humidifying water passage 52
a and 52b are grooves 5 on both surfaces of the second supply plate 16, respectively.
It communicates with the water flow paths 48a, 48b via 5a, 55b. On both surfaces of the second supply plate 16, a seal groove 56a is formed on the lower side, and a seal groove 56b is formed on the upper side.

【００１８】第３供給板１８は、その両面に水平方向に
延在する複数の突起５８ａ、５８ｂを有する。突起５８
ａと第２水透過性膜１４ｂの一方の面との間に酸化剤ガ
ス流路６０ａが形成され、突起５８ｂと第３水透過性膜
１４ｃの一方の面との間に燃料ガス流路３０ｂが形成さ
れる。第３供給板１８の下部側および上部側には、燃料
ガス通路６２ａ、６２ｂ、加湿水通路６４ａ、６４ｂお
よび酸化剤ガス通路６６ａ、６６ｂが貫通形成される。
酸化剤ガス通路６６ａ、６６ｂは、図示しない溝部を介
して酸化剤ガス流路６０ａに連通するとともに、燃料ガ
ス通路６２ａ、６２ｂは、溝部６７ａ、６７ｂを介して
燃料ガス流路３０ｂに連通する。第３供給板１８の両面
には、その下部側および上部側にシール溝６８ａ、６８
ｂが形成される。The third supply plate 18 has a plurality of projections 58a and 58b extending in the horizontal direction on both surfaces thereof. Protrusion 58
An oxidant gas flow channel 60a is formed between the protrusion 58b and one surface of the third water-permeable membrane 14c. Is formed. Fuel gas passages 62a and 62b, humidification water passages 64a and 64b, and oxidant gas passages 66a and 66b are formed through the lower and upper sides of the third supply plate 18.
The oxidizing gas passages 66a and 66b communicate with the oxidizing gas flow passage 60a through a not-shown groove, and the fuel gas passages 62a and 62b communicate with the fuel gas flow passage 30b through the grooves 67a and 67b. On both sides of the third supply plate 18, seal grooves 68a, 68
b is formed.

【００１９】図１に示すように、第３水透過性膜１４ｃ
と第４水透過性膜１４ｄとの間に第２供給板１６が配置
される。第２供給板１６の両面と第３および第４水透過
性膜１４ｃ、１４ｄの他方の面との間には、水流路４８
ｃ、４８ｄが形成される。As shown in FIG. 1, the third water-permeable membrane 14c
The second supply plate 16 is arranged between the second supply plate 16 and the fourth water-permeable membrane 14d. A water flow path 48 is provided between both surfaces of the second supply plate 16 and the other surfaces of the third and fourth water-permeable membranes 14c and 14d.
c, 48d are formed.

【００２０】第４供給板２０は、その一面に水平方向に
延在する複数の突起７０を設けることにより、この突起
７０と第４水透過性膜１４ｄの一方の面との間に酸化剤
ガス流路６０ｂが形成される。第４供給板２０の他方の
面には、比較的広範囲にわたって第２凹部７２が設けら
れ、この第２凹部７２には、前記第４供給板２０がエン
ドプレート２２ｂに対応して配置される際、第２圧力室
７４を構成する。The fourth supply plate 20 is provided with a plurality of projections 70 extending in the horizontal direction on one surface thereof, so that an oxidant gas is provided between the projections 70 and one surface of the fourth water-permeable membrane 14d. A channel 60b is formed. The other surface of the fourth supply plate 20 is provided with a second concave portion 72 over a relatively wide area. In the second concave portion 72, when the fourth supply plate 20 is arranged corresponding to the end plate 22b. , The second pressure chamber 74.

【００２１】第４供給板２０の下部側および上部側に
は、燃料ガス通路７６ａ、７６ｂ、加湿水通路７８ａ、
７８ｂおよび酸化剤ガス通路８０ａ、８０ｂが形成さ
れ、この酸化剤ガス通路８０ａ、８０ｂは、図示しない
溝部を介して酸化剤ガス流路６０ｂに連通する。第４供
給板２０の両面には、その下部側および上部側にシール
溝８２ａ、８２ｂが形成される。On the lower and upper sides of the fourth supply plate 20, fuel gas passages 76a and 76b, humidification water passages 78a,
78b and oxidizing gas passages 80a and 80b are formed, and the oxidizing gas passages 80a and 80b communicate with the oxidizing gas flow passage 60b through a groove (not shown). On both surfaces of the fourth supply plate 20, seal grooves 82a and 82b are formed on the lower side and the upper side.

【００２２】図１に示すように、第１〜第４水透過性膜
１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄと、第１〜第４供
給板１２、１６、１８および２０とは、所定の配置状態
でエンドプレート２２ａ、２２ｂを介して挟持され、こ
のエンドプレート２２ａ、２２ｂが締付けボルト８４と
ナット８６とを介して一体的に締め付けられる。シール
溝３８ａ、３８ｂ、５６ａ、５６ｂ、６８ａ、６８ｂお
よび８２ａ、８２ｂには、それぞれシールリング８８が
介装されており、各部材の間に所望のシール状態を維持
している。As shown in FIG. 1, the first to fourth water permeable membranes 14a, 14b, 14c and 14d and the first to fourth supply plates 12, 16, 18 and 20 are arranged in a predetermined arrangement. The end plates 22a and 22b are sandwiched via the end plates 22a and 22b, and the end plates 22a and 22b are integrally tightened via the tightening bolt 84 and the nut 86. A seal ring 88 is interposed in each of the seal grooves 38a, 38b, 56a, 56b, 68a, 68b and 82a, 82b to maintain a desired sealing state between the members.

【００２３】エンドプレート２２ａは、燃料ガスである
水素を燃料ガス通路３２ａ等に導入するための燃料ガス
導入口９０と、酸化剤ガス通路３６ａに酸化剤ガスであ
る空気（または酸素）を導入するための酸化剤ガス導入
口９２とを、その下部側に設けている。エンドプレート
２２ａの上部側には、加湿された水素を燃料ガス通路３
２ｂから図示しない燃料電池に送り出すための燃料ガス
導出口９４と、加湿後の空気を酸化剤ガス通路３６ｂか
ら前記図示しない燃料電池に送り出すための酸化剤ガス
導出口９６とが設けられる。エンドプレート２２ａに
は、さらに第１圧力室２６に連通する圧力媒体導入口９
８および圧力媒体導出口１００が形成される。The end plate 22a introduces a fuel gas inlet 90 for introducing hydrogen as a fuel gas into the fuel gas passage 32a and the like, and introduces air (or oxygen) as an oxidizing gas into the oxidizing gas passage 36a. And an oxidizing gas inlet 92 are provided on the lower side. The humidified hydrogen is supplied to the fuel gas passage 3 on the upper side of the end plate 22a.
A fuel gas outlet 94 for sending out the fuel cell from the fuel cell 2b to the fuel cell (not shown) and an oxidant gas outlet 96 for sending the humidified air from the oxidant gas passage 36b to the fuel cell not shown are provided. The end plate 22 a further has a pressure medium inlet 9 communicating with the first pressure chamber 26.
8 and a pressure medium outlet 100 are formed.

【００２４】エンドプレート２２ｂの下部側には、加湿
水通路７８ａに連通する加湿水導入口１０２が設けら
れ、その上部側には、加湿水通路７８ｂに連通する加湿
水導出口１０４が設けられる。エンドプレート２２ｂの
略中央部下方に第２圧力室７４に連通する圧力媒体導入
口１０６が設けられ、その略中央部上方に前記第２圧力
室７４に連通する圧力媒体導出口１０８が形成される。A humidification water inlet 102 communicating with the humidification water passage 78a is provided below the end plate 22b, and a humidification water outlet 104 communicating with the humidification water passage 78b is provided above the end plate 22b. A pressure medium inlet 106 communicating with the second pressure chamber 74 is provided substantially below the center of the end plate 22b, and a pressure medium outlet 108 communicating with the second pressure chamber 74 is formed substantially above the center. .

【００２５】図４に示すように、加湿装置１０は、圧力
媒体導入口９８、１０６と圧力媒体導出口１００、１０
８とに連通して第１および第２圧力室２６、７４に圧力
媒体を循環供給するための循環系１１０を備える。As shown in FIG. 4, the humidifier 10 has pressure medium inlets 98 and 106 and pressure medium outlets 100 and 10.
And a circulating system 110 for circulating and supplying the pressure medium to the first and second pressure chambers 26 and 74 in communication with the pressure chamber 8.

【００２６】循環系１１０は、圧力媒体として、例えば
圧力水を貯留する水タンク１１２を有し、この水タンク
１１２と加湿装置１０とを連通する循環路１１４には、
水循環用ポンプ１１６と、圧力水の温度調整を行う温度
制御手段を構成するヒータ１１８と、圧力調整レギュレ
ータ１２０と、流量制御バルブ１２２とが配設される。
ヒータ１１８および流量制御バルブ１２２は、ＣＰＵ１
２４を介して駆動制御されており、このＣＰＵ１２４に
は、加湿装置１０内に配置された図示しない温度検出セ
ンサからの温度信号が入力される。The circulating system 110 has a water tank 112 for storing, for example, pressurized water as a pressure medium, and a circulating path 114 connecting the water tank 112 and the humidifier 10 has
A water circulation pump 116, a heater 118 constituting temperature control means for adjusting the temperature of the pressurized water, a pressure adjustment regulator 120, and a flow control valve 122 are provided.
The heater 118 and the flow control valve 122 are connected to the CPU 1
Drive control is performed via the humidifier 10, and a temperature signal from a temperature detection sensor (not shown) disposed in the humidifier 10 is input to the CPU 124.

【００２７】このように構成される加湿装置１０の動作
について、以下に説明する。The operation of the humidifying device 10 thus configured will be described below.

【００２８】先ず、図１に示すように、燃料ガス（水
素）がエンドプレート２２ａの燃料ガス導入口９０に供
給される。燃料ガスは、図２に示すように、第１供給板
１２の燃料ガス通路３２ａから第３供給板１８の燃料ガ
ス通路６２ａに導入され、この第１供給板１２と第１水
透過性膜１４ａの一方の面との間、および前記第３供給
板１８と第３水透過性膜１４ｃとの一方の面との間に形
成された燃料ガス流路３０ａ、３０ｂに沿って反重力方
向に蛇行しながら移動する。First, as shown in FIG. 1, a fuel gas (hydrogen) is supplied to a fuel gas inlet 90 of the end plate 22a. As shown in FIG. 2, the fuel gas is introduced from the fuel gas passage 32a of the first supply plate 12 to the fuel gas passage 62a of the third supply plate 18, and the first supply plate 12 and the first water-permeable membrane 14a Meandering in the anti-gravity direction along fuel gas flow paths 30a, 30b formed between the third supply plate 18 and one surface of the third water permeable membrane 14c. While moving.

【００２９】一方、酸化剤ガス（空気または酸素）がエ
ンドプレート２２ａの酸化剤ガス導入口９２に供給され
ると、この酸化剤ガスは第１供給板１２の酸化剤ガス通
路３６ａから第４供給板２０の酸化剤ガス通路８０ａに
導入される。酸化剤ガスは、第３供給板１８と第２水透
過性膜１４ｂの一方の面との間に形成された酸化剤ガス
流路６０ａ、および第４供給板２０と第４水透過性膜１
４ｄの一方の面との間に形成された酸化剤ガス流路６０
ｂに導入され、反重力方向に蛇行しながら移動する。On the other hand, when the oxidizing gas (air or oxygen) is supplied to the oxidizing gas inlet 92 of the end plate 22a, the oxidizing gas is supplied from the oxidizing gas passage 36a of the first supply plate 12 to the fourth supply gas. It is introduced into the oxidant gas passage 80a of the plate 20. The oxidizing gas flows through the oxidizing gas passage 60a formed between the third supply plate 18 and one surface of the second water-permeable membrane 14b, and the fourth supply plate 20 and the fourth water-permeable membrane 1
Oxidant gas flow path 60 formed between one surface of
b and move while meandering in the anti-gravity direction.

【００３０】また、エンドプレート２２ｂの加湿水導入
口１０２に加湿水が供給されると、この加湿水は、第４
供給板２０の加湿水通路７８ａから第２供給板１６の加
湿水通路５２ａに導入される。この加湿水は、２板の第
２供給板１６と第１〜第４水透過性膜１４ａ〜１４ｄの
他方の面との間に形成された水流路４８ａ〜４８ｄに沿
って反重力方向に蛇行しながら移動する。When the humidifying water is supplied to the humidifying water inlet 102 of the end plate 22b, the humidifying water becomes the fourth humidifying water.
The humidification water passage 78 a of the supply plate 20 is introduced into the humidification water passage 52 a of the second supply plate 16. The humidifying water meanders in the antigravity direction along the water flow paths 48a to 48d formed between the two second supply plates 16 and the other surfaces of the first to fourth water-permeable membranes 14a to 14d. While moving.

【００３１】これにより、第１〜第４水透過性膜１４ａ
〜１４ｄの一方の面に反重力方向に沿って移動する燃料
ガスおよび酸化剤ガスは、前記第１〜第４水透過性膜１
４ａ〜１４ｄの他方の面に沿って反重力方向に移動する
加湿水を介して加湿される。次いで、加湿された燃料ガ
スおよび酸化剤ガスは、エンドプレート２２ａの燃料ガ
ス導出口９４および酸化剤ガス導出口９６から図示しな
い燃料電池内に供給される。Thus, the first to fourth water-permeable membranes 14a
The fuel gas and the oxidizing gas that move along one of the surfaces of the first through fourth water permeable membranes along the antigravity direction
Humidification is performed via humidification water that moves in the antigravity direction along the other surface of 4a to 14d. Next, the humidified fuel gas and oxidizing gas are supplied from a fuel gas outlet 94 and an oxidizing gas outlet 96 of the end plate 22a into a fuel cell (not shown).

【００３２】この場合、本実施形態では、第１および第
４供給板１２、２０の一面側に第１および第２凹部２
４、７２が形成されることにより、この第１および第４
供給板１２、２０とエンドプレート２２ａ、２２ｂとの
間に第１および第２圧力室２６、７４が設けられる。そ
して、図４に示すように、ポンプ１１６の作用下に、水
タンク１１２から循環路１１４に沿って圧力水が圧力媒
体導入口９８、１０６を介して第１および第２圧力室２
６、７４に導入される。In this case, in this embodiment, the first and second recesses 2 are provided on one side of the first and fourth supply plates 12 and 20.
4 and 72 are formed, the first and fourth
First and second pressure chambers 26, 74 are provided between the supply plates 12, 20 and the end plates 22a, 22b. Then, as shown in FIG. 4, under the action of the pump 116, the pressurized water flows from the water tank 112 along the circulation path 114 via the pressure medium introduction ports 98 and 106 to the first and second pressure chambers 2.
6, 74.

【００３３】このため、第１供給板１２、第２供給板１
６、第３供給板１８、第２供給板１６および第４供給板
２０は、第１〜第４水透過性膜１４ａ〜１４ｄを介装し
た状態で積層方向（図１中、矢印Ｘ方向）に加圧され、
互いに密着状態を維持することができる。従って、締付
けボルト８４とナット８６とによりエンドプレート２２
ａ、２２ｂの周縁部のみを締め付け固定するものに比
べ、加湿部である加湿装置１０の中央部分に所望の面圧
を確実に付与することが可能になる。For this reason, the first supply plate 12 and the second supply plate 1
6. The third supply plate 18, the second supply plate 16, and the fourth supply plate 20 are stacked in the stacking direction with the first to fourth water-permeable membranes 14a to 14d interposed therebetween (the direction of arrow X in FIG. 1). Pressurized,
The contact state can be maintained. Therefore, the end plate 22 is formed by the tightening bolt 84 and the nut 86.
A desired surface pressure can be reliably applied to the central portion of the humidifying device 10, which is a humidifying portion, as compared with the case where only the peripheral portions of the a and 22b are tightened and fixed.

【００３４】これにより、例えば、第１供給板１２と第
１水透過性膜１４ａとが中央部分で互いに離間すること
がなく、燃料ガスが燃料ガス流路３０ａに沿って蛇行す
ることなく燃料ガス通路３２ｂに直接排出されることを
阻止することが可能になる。すなわち、燃料ガスは、燃
料ガス流路３０ａに沿って確実に流れることができ、こ
の燃料ガスに加湿水を十分に付与し得る等、ガス加湿性
能を有効に向上させるという効果がある。Thus, for example, the first supply plate 12 and the first water-permeable membrane 14a do not separate from each other at the center, and the fuel gas does not meander along the fuel gas flow path 30a. This makes it possible to prevent discharge directly to the passage 32b. That is, the fuel gas can flow reliably along the fuel gas flow path 30a, and there is an effect that gas humidification performance is effectively improved, for example, humidifying water can be sufficiently supplied to the fuel gas.

【００３５】さらに、第１の実施形態では、加湿装置１
０内の温度が図示しないセンサにより検出され、その温
度信号がＣＰＵ１２４に送られている。このため、ＣＰ
Ｕ１２４は、ヒータ１１８および流量制御バルブ１２２
を制御することにより、加湿装置１０内の温度分布を均
一化することができる。従って、特に加湿装置１０の両
端での温度低下を抑制することが可能になり、ガス加湿
性能がより一層向上するという利点が得られる。Further, in the first embodiment, the humidifier 1
The temperature within 0 is detected by a sensor (not shown), and the temperature signal is sent to the CPU 124. For this reason, CP
U124 includes a heater 118 and a flow control valve 122.
, The temperature distribution in the humidifier 10 can be made uniform. Therefore, in particular, it is possible to suppress a temperature decrease at both ends of the humidifying device 10, and the advantage that the gas humidifying performance is further improved is obtained.

【００３６】さらにまた、加湿装置１０では、加湿水が
エンドプレート２２ｂの下部側に設けられた加湿水導入
口１０２から導入され、反重力方向に移動してこのエン
ドプレート２２ｂの上部側に設けられた加湿水導出口１
０４から排出される。このため、水流路４８ａ〜４８ｄ
内にエアが混入することがなく、第１〜第４水透過性膜
１４ａ〜１４ｄと加湿水との接触面積が有効に増加し、
前記第１〜第４水透過性膜１４ａ〜１４ｄの加湿機能が
向上するという効果がある。Further, in the humidifying device 10, humidifying water is introduced from the humidifying water inlet 102 provided on the lower side of the end plate 22b, moves in the anti-gravity direction, and is provided on the upper side of the end plate 22b. Humidification water outlet 1
Emitted from 04. Therefore, the water flow paths 48a to 48d
No air is mixed into the inside, the contact area between the first to fourth water-permeable membranes 14a to 14d and the humidifying water is effectively increased,
There is an effect that the humidifying function of the first to fourth water-permeable membranes 14a to 14d is improved.

【００３７】なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、エン
ドプレート２２ａの下部側から反重力方向に導入されて
このエンドプレート２２ａの上部側から図示しない燃料
電池に送られるように構成されているが、これとは逆に
重力方向に導入される構成であってもよい。The fuel gas and the oxidizing gas are introduced from the lower side of the end plate 22a in the anti-gravity direction and sent from the upper side of the end plate 22a to a fuel cell (not shown). Conversely, a configuration may be adopted in which it is introduced in the direction of gravity.

【００３８】図５は、本発明の第２の実施形態に係る加
湿装置１６０の概略縦断面説明図である。なお、第１の
実施形態に係る加湿装置１０と同一の構成要素には同一
の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a humidifier 160 according to a second embodiment of the present invention. The same components as those of the humidifier 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【００３９】加湿装置１６０は、エンドプレート２２
ａ、２２ｂと第１および第４供給板１２、２０との間に
加圧板１６２、１６４を介装している。加圧板１６２、
１６４の一面側は平坦状に構成されており、それぞれの
他面側に比較的大きな凹部１６６、１６８が形成され
る。凹部１６６、１６８は、加圧板１６２、１６４がエ
ンドプレート２２ａ、２２ｂ間に維持される際、第１お
よび第２圧力室１７０、１７２を構成する。The humidifying device 160 includes the end plate 22
Pressing plates 162 and 164 are interposed between a and 22b and the first and fourth supply plates 12 and 20. Pressure plate 162,
One surface side of 164 is formed flat, and relatively large concave portions 166 and 168 are formed on the other surface side. Recesses 166, 168 define first and second pressure chambers 170, 172 when pressure plates 162, 164 are maintained between end plates 22a, 22b.

【００４０】加圧板１６２、１６４の下部側および上部
側には、図示しないがそれぞれ加湿水通路、燃料ガス通
路および酸化剤ガス通路が設けられるとともに、シール
リング８８を嵌合するためのシール溝１７４、１７６が
両面のそれぞれの下部側および上部側に形成されてい
る。Although not shown, a humidifying water passage, a fuel gas passage and an oxidizing gas passage are provided on the lower side and the upper side of the pressurizing plates 162 and 164, respectively, and a seal groove 174 for fitting the seal ring 88 is provided. , 176 are formed on the lower and upper sides of each of the two surfaces.

【００４１】このように構成される加湿装置１６０で
は、エンドプレート２２ａ、２２ｂの圧力媒体導入口９
８、１０６に圧力水が導入されると、この圧力水は、加
圧板１６２、１６４と前記エンドプレート２２ａ、２２
ｂとの間に形成された第１および第２圧力室１７０、１
７２に供給される。これにより、加湿部である加湿装置
１６０の中央部分は、第１および第２圧力室１７０、１
７２に供給された圧力水を介して積層方向に加圧され、
所定の面圧を確保することができる。従って、加湿装置
１６０は、第１の実施形態に係る加湿装置１０と同様の
効果が得られる。In the humidifying device 160 thus configured, the pressure medium inlet 9 of the end plates 22a and 22b
When the pressurized water is introduced into the pressurized plates 8 and 106, the pressurized water is applied to the pressurized plates 162 and 164 and the end plates 22a and 22a.
b and the first and second pressure chambers 170, 1
72. As a result, the central part of the humidifier 160, which is the humidifier, is connected to the first and second pressure chambers 170, 1
Pressurized in the stacking direction via the pressurized water supplied to 72,
A predetermined surface pressure can be secured. Therefore, the humidifying device 160 has the same effect as the humidifying device 10 according to the first embodiment.

【００４２】なお、第１および第２の実施形態では、圧
力媒体として圧力水を用いているが、これに限定される
ものではなく、油や空気等の種々の媒体を使用すること
が可能である。また、加湿装置１０、１６０の両側に第
１および第２圧力室２６、１７０および７４、１７２を
設けているが、これに代替し、あるいはこれに付加して
前記加湿装置１０、１６０の中間部分、すなわち第２お
よび第３水透過性膜１４ｂ、１４ｃの間に圧力室を設け
ることもできる。In the first and second embodiments, pressurized water is used as the pressure medium. However, the present invention is not limited to this, and various media such as oil and air can be used. is there. Although the first and second pressure chambers 26, 170 and 74, 172 are provided on both sides of the humidifiers 10, 160, an intermediate part of the humidifiers 10, 160 may be used instead of or in addition to the first and second pressure chambers. That is, a pressure chamber may be provided between the second and third water-permeable membranes 14b and 14c.

【００４３】[0043]

【発明の効果】以上のように本発明に係るガスの加湿装
置では、ガス流路が形成された第１セパレータと水流路
が形成された第２セパレータとが、水透過性膜の両側に
配置されるとともに、圧力室に導入される圧力媒体の加
圧作用下に前記第１および第２セパレータと前記水透過
性膜とが互いに密着される。これにより、第１および第
２セパレータと水透過性膜とは、全体として所望の面圧
を確保することができ、特に加湿部である中央部分を確
実に密着して加湿性能を有効に向上させることが可能に
なる。As described above, in the gas humidifier according to the present invention, the first separator having the gas flow path and the second separator having the water flow path are disposed on both sides of the water permeable membrane. At the same time, the first and second separators and the water-permeable membrane are brought into close contact with each other under a pressurizing action of a pressure medium introduced into the pressure chamber. Thereby, the first and second separators and the water-permeable membrane can secure a desired surface pressure as a whole, and particularly, the central portion which is the humidifying portion is securely adhered to effectively improve the humidifying performance. It becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第１の実施形態に係る加湿装置の概略
縦断面説明図である。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional explanatory view of a humidifying device according to a first embodiment of the present invention.

【図２】前記第１の実施形態に係る加湿装置の一部分解
斜視説明図である。FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the humidifier according to the first embodiment.

【図３】前記第１の実施形態に係る加湿装置を構成する
第１供給板の正面説明図である。FIG. 3 is an explanatory front view of a first supply plate included in the humidifier according to the first embodiment.

【図４】前記第１の実施形態に係る加湿装置に圧力水を
供給するための循環系の概略説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory view of a circulation system for supplying pressurized water to the humidifier according to the first embodiment.

【図５】本発明の第２の実施形態に係る加湿装置の概略
縦断面説明図である。FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional explanatory view of a humidifier according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０、１６０…加湿装置 １２、１６、１
８、２０…供給板 １４ａ〜１４ｄ…水透過性膜 ２２ａ、２２ｂ…
エンドプレート ２４、７２、１６６、１６８…凹部 ２６、７４、１７
０、１７２…圧力室 ３０ａ、３０ｂ…燃料ガス流路 ４８ａ〜４８ｄ…
水流路 ６０ａ、６０ｂ…酸化剤ガス流路 １１０…循環系 １１４…循環路 １１６…ポンプ １１８…ヒータ １２０…圧力調整
レギュレータ １２２…流量制御バルブ １２４…ＣＰＵ １６２、１６４…加圧板10, 160 ... Humidifier 12, 16, 1
8, 20 ... supply plate 14a-14d ... water-permeable membrane 22a, 22b ...
End plate 24, 72, 166, 168 ... recess 26, 74, 17
0, 172: Pressure chambers 30a, 30b: Fuel gas flow paths 48a to 48d:
Water flow passages 60a, 60b Oxidizing gas flow passage 110 Circulation system 114 Circulation passage 116 Pump 118 Heater 120 Pressure regulating regulator 122 Flow control valve 124 CPU 162, 164 Pressing plate

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】水透過性膜の一方の面に被加湿用のガスを
導入するためのガス流路が形成された第１セパレータ
と、 前記水透過性膜の他方の面に加湿用の水を導入するため
の水流路が形成された第２セパレータと、 前記第１および第２セパレータと前記水透過性膜とを互
いに積層方向に密着させるために、内部に圧力媒体を導
入して前記積層方向に加圧力を発生させる圧力室と、 を備えることを特徴とするガスの加湿装置。1. A first separator having a gas flow path for introducing a gas to be humidified on one surface of a water-permeable membrane, and water for humidification provided on the other surface of the water-permeable membrane. A second separator formed with a water flow path for introducing the water, and a pressure medium introduced into the inside to introduce the pressure medium in order to make the first and second separators and the water-permeable membrane adhere to each other in the laminating direction. A pressure chamber for generating a pressure in a direction, and a gas humidifier. 【請求項２】請求項１記載の加湿装置において、前記圧
力室は、前記第１および第２セパレータの少なくとも一
方に近接して設けられることを特徴とするガスの加湿装
置。2. A gas humidifier according to claim 1, wherein said pressure chamber is provided near at least one of said first and second separators. 【請求項３】請求項１記載の加湿装置において、前記圧
力室に供給される前記圧力媒体の温度を調整するための
温度制御手段を備えることを特徴とするガスの加湿装
置。3. The humidifying apparatus according to claim 1, further comprising a temperature control means for adjusting a temperature of said pressure medium supplied to said pressure chamber. 【請求項４】請求項１記載の加湿装置において、前記水
流路は、前記加湿用の水を下方から反重力方向に向かっ
て供給するように構成されることを特徴とするガスの加
湿装置。4. The gas humidifier according to claim 1, wherein the water flow path is configured to supply the humidifying water from below in an anti-gravity direction. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加
湿装置において、前記被加湿用のガスは、固体高分子型
燃料電池に供給される燃料ガスおよび／または酸化剤ガ
スであることを特徴とするガスの加湿装置。5. The humidifying device according to claim 1, wherein the gas to be humidified is a fuel gas and / or an oxidizing gas supplied to a polymer electrolyte fuel cell. A gas humidifier.
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