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JP2004028490A - Gas humidifier and its method - Google Patents

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JP2004028490A
JP2004028490A JP2002187910A JP2002187910A JP2004028490A JP 2004028490 A JP2004028490 A JP 2004028490A JP 2002187910 A JP2002187910 A JP 2002187910A JP 2002187910 A JP2002187910 A JP 2002187910A JP 2004028490 A JP2004028490 A JP 2004028490A
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humidification
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齋藤 孝博
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Asahi Glass Engineering Co Ltd
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Abstract

【課題】1つのケース本体内において、複数の被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを同時かつ均等に加湿することが可能で、被加湿ガスを低コストにて効率良く加湿することができる気体加湿装置及びその方法を提供する。
【解決手段】加湿ガス導入口7を備えた1つのケース本体3内において、加湿ガス流路8aを形成する複数の加湿領域10,12にそれぞれ、水蒸気透過性高分子膜によって形成された互いに加湿能力の異なる被加湿ガス流路20,25を架設し、該複数の加湿領域10,12を、加湿能力のより低い被加湿ガス流路20,25が架設されている加湿領域10ほど上記加湿ガス導入口7により近接させて、配置形成した。
【選択図】    図3
A gas capable of simultaneously and uniformly humidifying humidified gas flowing through a plurality of humidified gas passages in one case body, and efficiently humidifying the humidified gas at low cost. A humidifier and a method thereof are provided.
In one case body having a humidification gas inlet, humidification regions formed by a water vapor permeable polymer film are formed in a plurality of humidification regions forming a humidification gas flow path. Humidified gas channels 20 and 25 having different capacities are provided, and the plurality of humidified regions 10 and 12 are connected to the humidified region 10 where the humidified gas channels 20 and 25 having a lower humidifying capacity are provided. It was arranged and formed closer to the inlet 7.
[Selection diagram] Fig. 3

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、固体高分子型燃料電池に供給される水素や酸素を含んだ反応ガスを加湿するために使用される、水蒸気透過性高分子膜を用いた気体加湿装置及びその方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は、小型軽量で高効率・高出力密度が期待できることから、電気自動車等の電源として注目されている。
上記燃料電池では、アノード(陽極)とカソード(陰極)との間に、プロトン(水素イオン)のみを透過させる電解質としてのイオン交換性高分子膜を介在させ、アノードに燃料として水素を含むガス、カソードに酸化剤として空気等の酸素を含むガスをそれぞれ供給することにより、両極においてPt等の触媒作用によって次式に示すような反応が行われる。
アノード:H→2H+2e
カソード:2H+1/2O+2e→H
すなわち、アノードにおいて、水素をプロトンと電子とにする反応が行われ、該プロトンが水和状態(H・xHO)となって上記電解質膜を透過し、カソードにおいて、該プロトンと酸素及び電子とから水を生成する反応が行われている。そして、該カソードで生成された水を水蒸気として含むオフガスは、そのまま排気として大気に放出されている。
【0003】
ところで、上記電解質膜は湿潤状態でのみ高いプロトン導電性を示す性質を有しているため、上記反応を連続して行わせるためには、燃料電池本体の電解質膜に対して外部から水分を補給する必要性がある。そこで、上記水素を含むガス及び酸素を含むガスを、それぞれ個別に設けられた外部加湿装置において、燃料電池本体の冷却水等の加湿流体によって予め加湿してから、燃料電池本体の上記アノード及びカソードに供給することが試みられているが、被加湿ガスしての水素を含むガス及び酸素を含むガスの供給路に、外部加湿装置を個別に配置しているため、加湿流体の流路を複数設けたり分岐させたりする必要があり、配管が複雑になるばかりでなく、加湿装置全体が大形化し、コストも嵩むという問題点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、被加湿ガスを低コストにて効率良く加湿することを可能とする気体加湿装置及びその方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る気体加湿装置は、中空のケース本体内に、該ケース本体の加湿ガス導入口から導入された水蒸気を含む加湿ガスが順次流入する複数の加湿領域が形成され、該複数の加湿領域にはそれぞれ、水蒸気透過性を有する高分子膜によって形成された互いに加湿能力の異なる被加湿ガス流路が架設されており、
上記複数の加湿領域が、加湿能力のより低い被加湿ガス流路が架設された加湿領域を上記加湿ガス導入口により近接させて、上記ケース本体内に配置形成されてなることを特徴とするものである。
【0006】
本発明に係る気体加湿装置においては、加湿ガス導入口からケース本体内に供給され、ケース体内の複数の加湿領域に順次流入する加湿ガスによって、該複数の加湿領域にそれぞれ架設された被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスが、上記加湿ガス導入口に近接配置された加湿領域の被加湿ガス流路を流れるものから順次加湿されていく。
その際、上記加湿ガスは複数の加湿領域に順次流入していくに従って、被加湿ガスに水蒸気を奪われて徐々に湿度が低下していくが、水蒸気透過性高分子膜によって形成された被加湿ガス流路の加湿能力が、上記加湿ガス導入口に近接する加湿領域に架設されたものほど低くなるように構成し、各加湿領域における被加湿ガス流路の加湿能力と加湿ガスの湿度とをバランスさせることにより、上記複数の被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを上記加湿ガスによって均等に加湿することが可能となる。
【0007】
したがって、本発明に係る気体加湿装置によれば、1つのケース本体内において、複数の被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを、同時かつ均等に加湿することが可能となり、装置全体をコンパクトに形成することができるばかりでなく、上記被加湿ガスを低コストにて効率良く加湿することができる。
なお、本発明においては、上記被加湿ガス流路を、水蒸気透過性を有する高分子膜からなる中空糸の集合体によって形成することができる。
【0008】
本発明の実施態様においては、上記ケース本体内に二つの加湿領域を形成し、上記加湿ガス導入口側に位置する一方の加湿領域に架設された被加湿ガス流路を、固体高分子型燃料電池のアノードに供給される水素を含むガス(アノードガス)を流すためのアノードガス流路とし、他方の加湿領域に架設された被加湿ガス流路を、該燃料電池のカソードに供給される酸素を含むガス(カソードガス)を流すためのカソードガス流路とすることができる。
その時、上記アノードガス流路を水蒸気選択透過性を有する非多孔質高分子膜によって形成すると、水素がアノードガス流路から外部へとリークする虞がなく安全性に優れ、しかも、加湿ガス中の水蒸気のみをアノードガス流路に供給することができるため、アノードガスの理想的な加湿が可能となる。
ここで、水蒸気選択透過性を有する非多孔質高分子膜とは、水蒸気を透過させるための物理的な孔が形成されておらず、溶解拡散により高分子間の間隙を通じて水蒸気のみを選択的に透過させる性質を有する高分子膜を意味している。そのような高分子膜としては、例えばフッ素系イオン交換膜等があげられる。
【0009】
なお、酸素を含むカソードガスについては水素を含むアノードガスほど気密性を問われないため、上記カソードガス流路を、水蒸気透過性を有する多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜によって形成すると、コストを抑えることもできてより好適である。
ここで、多孔質高分子膜とは、水蒸気を透過させるための孔が物理的に形成された高分子膜を意味しており、微多孔質高分子膜とは、同じく水蒸気を透過させるために、上記多孔質高分子膜の孔よりも小さい微小孔が物理的に形成された高分子膜を意味している。
また、上記加湿ガス導入口から導入される加湿ガスとしては、上記固体高分子型燃料電池のカソードにおいて生成された水を水蒸気として含むオフガスを利用することも可能である。そうすることによって、従来はそのまま排気として大気に放出されていた、水蒸気を含むカソードオフガスを、上記水素を含むアノードガス及び酸素を含むカソードガスの加湿ガスとして利用し、これら反応ガスをより効率的に加湿することが可能となる。
【0010】
更に、上記課題は、水蒸気を含む加湿ガスを、水蒸気透過性を有する高分子膜によって形成された互いに加湿能力の異なる複数の被加湿ガス流路に接触させて、該被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを加湿する気体加湿方法であって、上記加湿ガスを、加湿能力のより低い被加湿ガス流路から順次接触させていくことを特徴とする気体加湿方法によって解決することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、図2,図3に示す上記本発明に係る気体加湿装置2A,2Bを用いて、固体高分子型燃料電池に供給される反応ガスを加湿する場合における、各ガスの流れを示す模式図である。図中1は、固体高分子型燃料電池本体で、アノード(陽極)1a及びカソード(陰極)1bからなる電極と、該電極間に介在させた高分子電解質膜1cとから構成されている。ここで、該高分子電解質膜1cは、フッ素系のイオン交換膜からなっており、プロトン(水素イオンH)のみを透過させ、湿潤状態において高いプロトン導電性を示す性質を有している。
【0012】
そこで、上記電解質膜1cを湿潤状態に維持するため、反応ガス、すなわち上記アノード1aに燃料として供給される水素(H)を含むガス(アノードガス)、及び、カソード1bに酸化剤として供給される空気等の酸素(O)を含むガス(カソードガス)を、共に1つの気体加湿装置2A(2B)を通過させて加湿している。
そして、上記アノード1a及びカソード1bに、上記気体加湿装置2A(2B)で加湿されたアノードガス及びカソードガスをそれぞれ供給することにより、上記従来技術の欄で詳述したように、アノード1aにおいて、プラチナ(Pt)等の触媒作用によって水素をプロトンと電子とに分離する反応が行われ、該プロトンが水和状態(H・xH0)となって上記電解質膜1cを透過し、更に、カソード1bにおいて、該電解質膜1cを透過してきたプロトンを酸素及び電子と結合させて水を生成する反応が行われる。
【0013】
従来においては、該カソード1bで生成された水を水蒸気として含むカソードオフガスは、そのまま排気として大気に排出されていたが、本実施例においては、そのカソードオフガスを加湿ガスとして利用して上記燃料電池本体1に供給されるアノードガス及びカソードガスを加湿している。すなわち、該オフガスを加湿ガスとして上記気体加湿装置2A(2B)に供給することにより、同じく該気体加湿装置2A(2B)に被加湿ガスとして供給される乾燥したアノードガス及びカソードガスを、上記オフガスに含まれる水蒸気で加湿し、上記燃料電池本体1に対して送り出している。
【0014】
このように、上記カソード1bにおいて生成される水を利用し、1つの気体加湿装置2A(2B)内において複数の反応ガスを同時に加湿できるようにしたため、各反応ガスを個別の気体加湿装置で加湿するための複雑な配管を施す必要がなくなり、気体加湿装置2A(2B)をコンパクトにまとめることができ、複数の反応ガスを効率良く低コストにて加湿することが可能となる。
【0015】
図2は、図1において採用されている本発明に係る気体加湿装置の第1実施例を示しており、気体加湿装置2Aは、中空のケース本体3と、その内部に形成された加湿ガス流路としてのオフガス流路8a、及び、複数の被加湿ガス流路としてのアノードガス流路20,カソードガス流路25とから構成されている。
そして、該ケース本体3には、水蒸気を含むカソードオフガスを上記オフガス流路8aに供給するためのオフガス導入口7、及び、被加湿ガスを加湿し終えた上記オフガスを、ケース本体3外へと排出するためのオフガス排出口9aと、被加湿ガスとしてのアノードガスを上記アノードガス流路20に供給するためのアノードガス導入口11、及び、上記オフガスによって加湿されたアノードガスを燃料電池本体1のアノード1aへと送り出すアノードガス排出口13と、同じく被加湿ガスとしてのカソードガスを上記カソードガス流路25に供給するためのカソードガス導入口15、及び、上記オフガスによって加湿されたカソードガスを燃料電池本体1のカソード1bへと送り出すカソードガス排出口17とが設けられている。
【0016】
また、上記ケース本体3の内部空間には、上記オフガス導入口7側から順に第1加湿領域10及び第2加湿領域12が配置形成されており、これらの加湿領域10,12を互いに連通させることにより、上記オフガス流路8aが形成されている。そして、該二つの加湿領域10,12にはそれぞれ、水蒸気透過性高分子膜によって形成された互いに加湿能力の異なるアノードガス流路20及びカソードガス流路25が、上記各導入口11,15と各排出口13,17とをそれぞれ連通させると共に、上記オフガス流路8aを横切って架設されている。ここで、上記オフガス導入口7により近接配置された第1加湿領域10の上記アノードガス流路20の方が、上記第2加湿領域12のカソードガス流路25よりも加湿能力が低くなっている。
【0017】
更に具体的に説明すると、上記ケース本体3は、外周面に上記オフガスの導入口7及び排出口9aが軸l方向に沿って並設開口されている両端開口の外筒5と、上記アノードガスの導入口11及び排出口13と上記カソードガスの導入口15及び排出口17とが開口され、上記外筒5の両端開口に複数のパッキン14を介してそれぞれ装着されたエンドキャップ4,6と、上記外筒5とエンドキャップ4,6とをそれぞれ互いに気密に締結するための締結リング18,19とから構成されている。
【0018】
該ケース本体3内は、その軸l方向に延びる仕切り板22によって、上記オフガスの導入口7及び排出口9aが開口された一方の第1加湿領域10と他方の第2加湿領域12とに区画されており、該二つの加湿領域10,12は、仕切り板22に穿設された複数の流通孔23によって互いに連通され、上記オフガス導入口7から供給されたオフガスが、上記第1加湿領域10から第2加湿領域12を経て再び第1加湿領域10へと戻り、上記オフガス排出口9aへと至るU字状のオフガス流路8aを形成している。なお、U字状のオフガス流路8aをより確実に形成させるために、上記第1加湿領域10におけるオフガス導入口7と排出口9aとの中間位置に、一点鎖線で示すような、該第1加湿領域10をオフガス導入口7側とオフガス排出口9a側とに区画する隔壁24を設けても良い。
【0019】
また、両エンドキャップ4,6における上記第1加湿領域10に対応する部位には、上記アノードガスの導入口11及び排出口13が、一方、両エンドキャップ4,6における上記第2加湿領域12に対応する部位には、上記カソードガスの導入口15及び排出口17が、それぞれ互いに対向するように開口されている。なお、図中においては、外筒5のオフガス排出口9a側開口に装着されたエンドキャップ4には、アノードガス導入口11及びカソードガス導入口15が、外筒5のオフガス導入口7側開口に装着されたエンドキャップ6には、アノードガス排出口13及びカソードガス排出口17が、それぞれ並設されている。そして、これらアノードガスの導入口11及び排出口13とカソードガスの導入口15及び排出口17は、上記両エンドキャップ4,6の内面側に凹設されたマニホールド部11a,13a,15a,17aにそれぞれ連通されている。
【0020】
更に、第1加湿領域10には、両端がそれぞれ上記マニホールド部11a,13aに開口され、上記アノードガス流路20を形成する水蒸気選択透過性の非多孔質高分子膜からなる多数の中空糸21の集合体が、第2加湿領域12には、両端がそれぞれ上記マニホールド部15a,17aに開口され、上記カソードガス流路25を形成する水蒸気透過性の多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜からなる多数の中空糸26の集合体が、それぞれ上記オフガス流路8aを横切って架設されている。
【0021】
ここで、非多孔質高分子膜とは、水蒸気を透過させるための物理的な孔が形成されておらず、溶解拡散により高分子間の間隙を通じて水蒸気のみを選択的に透過させる性質を有する高分子膜を意味している。そのような高分子膜としては、例えばフッ素系イオン交換膜等があげられる。また、多孔質高分子膜とは、水蒸気を透過させるための孔が物理的に形成された高分子膜を、微多孔質高分子膜とは、同じく水蒸気を透過させるために、上記多孔質高分子膜の孔よりも小さい微小孔が物理的に形成された高分子膜を、それぞれ意味しており、例えばフッ素系、ポリイミド系、ポリスルホン系、シリコン系、ポリオレフィン系等の高分子膜があげられる。
すなわち、加湿ガスとしてのカソードオフガスの導入口7が開設された第1加湿領域10のアノードガス流路20と比較して、上記オフガスが第1加湿領域10においてアノードガスを加湿した後に流入する第2加湿領域12のカソードガス流路25の方が、全体として水蒸気透過抵抗が少なく水蒸気透過性に優れており、加湿能力が高くなっている。
【0022】
そして、上記外筒5の両端部内面にはそれぞれ、ポッティングリング30,32が密に嵌合固定されており、該両ポッティングリング30,32内面における上記仕切り板22を挟んだ上記第1加湿領域10及び第2加湿領域12にはそれぞれ、上記中空糸21,26の両端部が埋設支持された熱硬化性樹脂からなるポッティング材34〜37が充填されている。また、上記中空糸21,26の両端開口は、上記ポッティング材34〜37の外側端面において、それぞれ上記マニホールド部11a,13a,15a,17aに対して開口されている。
なお、本第1実施例においては、第1加湿領域10におけるアノードガス流路20の下流側にオフガス導入口7を開設し、その上流側にオフガス排出口9aを開設したが、逆に、第1加湿領域10におけるアノードガス流路20の上流側にオフガス導入口7を開設し、その下流側にオフガス排出口9aを開設しても良いのはもちろんである。
【0023】
次に、このような構造を有する気体加湿装置2Aの作用について詳しく説明する。
上記オフガス導入口7からケース本体3内に加湿ガスとして導入された水蒸気を含むカソードオフガスは、まず第1加湿領域10を通り、仕切り板22の流通孔23を経て、第2加湿領域12へと流入する。
その一方で、アノードガス導入口11及びカソードガス導入口15からケース本体3内に被加湿ガスとして導入された乾燥したアノードガス及びカソードガスはそれぞれ、マニホールド部11a,15aを介して、上記アノードガス流路20及びカソードガス流路25を形成する多数の中空糸21,26内へと導かれる。
【0024】
その時、上記オフガスが最初に流入する第1加湿領域10においては、そこに架設された非多孔質高分子膜からなる中空糸21の集合体が、ケース本体3内に導入された直後のオフガスから水蒸気のみを選択的に透過させて、内部を流れるアノードガスを加湿する。また、オフガスが該第1加湿領域10の次に流入する第2加湿領域12においては、そこに架設された多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜からなる中空糸26の集合体が、アノードガスを加湿し終えたオフガスから水蒸気を無数に設けられた孔を介して取り込み、内部を流れるカソードガスを加湿する。
【0025】
そして、上記のようにして多数の中空糸21,26内で加湿されたアノードガス及びカソードガスはそれぞれ、マニホールド部13a,17aにおいて一旦合流した後、アノードガス排出口13及びカソードガス排出口17から、上記燃料電池本体1のアノード1a及びカソード1bへと送出される。
一方、オフガス導入口7から第1加湿領域10及び第2加湿領域12へと順次流入して、アノードガス及びカソードガスを加湿し終えたカソードオフガスは、図2の破線矢印で示すように、U字状に折り返して再度第1加湿領域10に流入し、該第1加湿領域10に開設されたオフガス排出口9aから気体加湿装置2Aの外部へと排出される。
【0026】
ところで、気体加湿装置2A内に導入されたオフガスは、最初に流入する第1加湿領域10に架設されたアノードガス流路20と接触した際に、水蒸気を奪われて湿度が低下するが、次に接触する第2加湿領域12に架設されたカソードガス流路25の方が、上記アノードガス流路20よりも加湿能力が高いため、アノードガス流路20及びカソードガス流路25の加湿能力とオフガスの湿度とがバランスして、これらの被加湿ガス流路20,25を流れるアノードガス及びカソードガスはそれぞれ均等に加湿される。
【0027】
このように、上記気体加湿装置2Aによれば、被加湿ガスとしてのアノードガス及びカソードガスを、加湿ガスとしてのカソードオフガスが流れる1つケース本体3内で、同時かつ均等に加湿することが可能となり、装置全体をコンパクトに形成することができるばかりでなく、上記両被加湿ガスを低コストにて効率良く加湿することができる。
また、水素を含むアノードガスが流れるアノードガス流路20を、水蒸気のみを選択的に透過させる非多孔質高分子膜によって形成することにより、水素がアノードガス流路20から外部へとリークする虞がなく安全性に優れ、しかも、オフガス中の水蒸気のみをアノードガスに供給することができるため、アノードガスの理想的な加湿が可能となる。また、酸素を含むカソードガスはアノードガス程の気密性が要求されないため、カソードガス流路25を多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜によって形成することができ、気体加湿装置2A全体としての製造コストも抑えることができる。
【0028】
図3は、図1において採用されている本発明に係る気体加湿装置の第2実施例を示している。ここでは、上記図2に示した第1実施例との説明の重複を避けるため、第1実施例と同じ構成部分についてには同じ符号を付してその説明を省略する。
上記第1実施例に係る気体加湿装置2Aにおいては、オフガス導入口7及びオフガス排出口9aを共に外筒5の第1加湿領域10側に開設することにより、オフガス流路8aを図2の破線矢印で示すようにU字状に往復形成したが、本第2実施例に係る気体加湿装置2Bにおいては、オフガス導入口7を外筒5の第1加湿領域10側に開設し、オフガス排出口9bを外筒5の第2加湿領域12側に開設することにより、オフガス流路8bを図3の破線矢印で示すように片道形成している。
【0029】
具体的には、第1加湿領域10におけるアノードガス流路20の下流側の外筒5にオフガス導入口7が開設され、第2加湿領域12におけるカソードガス流路25の上流側の外筒5にオフガス排出口9bが開設されている。
ただし、上記第1加湿領域10におけるアノードガス流路20の上流側にオフガス導入口7を開設し、上記第2加湿領域12におけるカソードガス流路25の下流側にオフガス排出口9bを開設しても良く、また、該オフガスの導入口7及び排出口9bをそれぞれ、各加湿領域10,12における外筒5の軸線l方向中央に開設しても良い。
【0030】
そうすることにより、上記オフガス導入口7から上記ケース本体3内に導入されたオフガスは、図3の破線矢印で示されるように、まず、該第1加湿領域10に架設された上記アノードガス流路20と接触して、該流路20内を流れるアノードガスを加湿し、次に、上記仕切り板22の多数の流通孔23を介して第2加湿領域12に流入し、該第2加湿領域12に架設された上記カソードガス流路25と接触して、該流路25内を流れるカソードガスを加湿しする。そして最後に、これら各加湿領域10,12において各被加湿ガスを加湿し終えたオフガスは、そのまま該第2加湿領域12に開設されたオフガス排出口9bから上記ケース本体3の外部へと排出される。
本第2実施例に係る気体加湿装置2Bにおけるその他の作用効果については、上記第1実施例に係る気体加湿装置2Aと同じであることから、重複を避けるため、ここではその記載を省略する。
【0031】
なお、上記第1実施例及び第2実施例においては、気体加湿装置2A,2Bを、燃料電池本体1に供給するアノードガス及びカソードガスを加湿するのに使用する場合を例にあげて説明したが、上記気体加湿装置2A,2Bは、複数の被加湿ガスを同時かつ均等に加湿する必要性がある他の用途にも使用できるのはもちろんである。
そして、被加湿ガス流路が架設され、上記加湿ガス導入口7から導入された加湿ガスが順次流入する加湿領域の数は、二つのみならず三つ以上であっても良く、その際、各加湿領域に互いに加湿能力の異なる被加湿ガス流路をそれぞれ架設し、加湿能力のより低い被加湿ガス流路が架設された加湿領域を、加湿ガス導入口7により近接させて配置して、加湿ガスの湿度と各被加湿ガス流路の加湿能力とをバランスさせることにより、これらの被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを、一つのケース体3内において同時かつ均等に加湿することが可能となる。
また、上記第1実施例及び第2実施例においては、各加湿領域10,12の間を仕切り板22で仕切っているが、該仕切り板22は必ずしも必要ではなく省略しても良い。
更に、上記第1実施例及び第2実施例においては、アノードガスとカソードガスを図中右側から左側へと同方向に流しているが、図中左側から右側へ或いは互いに逆方向に流しても良いのはもちろんである。
【0032】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る気体加湿装置及びその方法によれば、複数の被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを、同時かつ均等に加湿することが可能となり、複数の被加湿ガスを低コストにて効率良く加湿することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る気体加湿装置を用いた、固体高分子型燃料電池における反応ガスの加湿システムを示す模式図である。
【図2】本発明に係る気体加湿装置の第1実施例を示す断面図である。
【図3】本発明に係る気体加湿装置の第2実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1      固体高分子型燃料電池本体
2A,2B  気体加湿装置
3      ケース本体
7      オフガス導入口(加湿ガス導入口)
10      第1加湿領域
12      第2加湿領域
20      アノードガス流路(被加湿ガス流路)
21      非多孔質高分子膜からなる中空糸
25      カソードガス流路(被加湿ガス流路)
26      多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜からなる中空糸
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas humidifier using a water vapor permeable polymer membrane and a method for humidifying a reaction gas containing hydrogen and oxygen supplied to a polymer electrolyte fuel cell, for example. It is.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Polymer electrolyte fuel cells are attracting attention as power sources for electric vehicles and the like because they can be expected to have high efficiency and high output density with small size and light weight.
In the fuel cell, an ion exchange polymer membrane as an electrolyte that allows only protons (hydrogen ions) to pass therethrough is interposed between an anode (anode) and a cathode (cathode); By supplying a gas containing oxygen such as air as an oxidant to the cathode, a reaction as shown in the following equation is performed by a catalytic action such as Pt at both electrodes.
Anode: H 2 → 2H + + 2e
Cathode: 2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O
That is, at the anode, a reaction to convert hydrogen into protons and electrons is performed, and the protons become hydrated (H + .xH 2 O) and pass through the electrolyte membrane. At the cathode, the protons and oxygen and There is a reaction that produces water from electrons. Then, the off-gas containing water generated as water vapor at the cathode is directly discharged to the atmosphere as exhaust gas.
[0003]
By the way, since the above-mentioned electrolyte membrane has a property of exhibiting high proton conductivity only in a wet state, in order to carry out the above-mentioned reaction continuously, water is externally supplied to the electrolyte membrane of the fuel cell body. There is a need to do. Therefore, the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen are preliminarily humidified by a humidifying fluid such as cooling water for the fuel cell body in separately provided external humidifiers, and then the anode and the cathode of the fuel cell body are humidified. However, since the external humidifiers are individually arranged in the supply paths of the gas containing hydrogen and the gas containing oxygen as the gas to be humidified, the flow path of the humidifying fluid is plural. It is necessary to provide or diverge, so that not only the piping becomes complicated, but also the entire humidifying device becomes large and the cost increases.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas humidifying device and a method thereof that can efficiently humidify a humidified gas at low cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the gas humidifier according to the present invention has a plurality of humidifying regions into which a humidifying gas including water vapor introduced from a humidifying gas introduction port of the case main body sequentially flows in a hollow case main body. Formed in each of the plurality of humidification regions, a humidified gas flow path having a different humidification ability formed by a polymer film having water vapor permeability is provided,
The plurality of humidifying regions are arranged and formed in the case body such that a humidifying region in which a humidified gas flow path having a lower humidifying capacity is provided is closer to the humidifying gas inlet. It is.
[0006]
In the gas humidifying device according to the present invention, the humidified gas supplied into the case body from the humidifying gas inlet and sequentially flowing into the plurality of humidifying regions in the case body, and the humidified gas erected in the plurality of humidifying regions, respectively. The humidified gas flowing through the flow path is humidified sequentially from the one flowing through the humidified gas flow path in the humidified region disposed in proximity to the humidified gas introduction port.
At this time, as the humidified gas sequentially flows into a plurality of humidified regions, the humidified gas deprives the humidified gas of water vapor and the humidity gradually decreases, but the humidified gas formed by the water vapor permeable polymer film is used. The humidifying capacity of the gas flow path is configured to be lower as it is provided in the humidifying area closer to the humidifying gas inlet, and the humidifying capacity of the humidified gas flow path and the humidity of the humidifying gas in each humidifying area. By balancing, the humidified gas flowing through the plurality of humidified gas channels can be uniformly humidified by the humidified gas.
[0007]
Therefore, according to the gas humidifier of the present invention, the humidified gas flowing through the plurality of humidified gas channels can be simultaneously and uniformly humidified in one case main body, and the entire device is made compact. Not only can it be formed, but also the humidified gas can be efficiently humidified at low cost.
In the present invention, the humidified gas flow path can be formed by an aggregate of hollow fibers made of a polymer membrane having water vapor permeability.
[0008]
In an embodiment of the present invention, two humidification regions are formed in the case main body, and a humidified gas flow channel provided in one humidification region located on the humidification gas introduction port side is provided with a solid polymer fuel. An anode gas flow path through which a gas containing hydrogen (anode gas) supplied to the anode of the battery flows, and a humidified gas flow path provided in the other humidification area is provided with oxygen supplied to the cathode of the fuel cell. Can be used as a cathode gas flow path for flowing a gas (cathode gas) containing.
At this time, if the anode gas flow path is formed by a non-porous polymer membrane having a water vapor selective permeability, there is no possibility that hydrogen leaks from the anode gas flow path to the outside, and the safety is excellent. Since only water vapor can be supplied to the anode gas flow path, ideal humidification of the anode gas becomes possible.
Here, the non-porous polymer membrane having water vapor selective permeability has no physical pores for transmitting water vapor, and selectively dissolves only water vapor through gaps between polymers by dissolution and diffusion. It means a polymer membrane having the property of transmitting light. Examples of such a polymer membrane include a fluorine-based ion exchange membrane.
[0009]
Since the cathode gas containing oxygen is not required to be as airtight as the anode gas containing hydrogen, the cathode gas flow path may be formed by a porous polymer film or a microporous polymer film having water vapor permeability. This is more preferable because the cost can be reduced.
Here, the porous polymer membrane means a polymer membrane in which pores for transmitting water vapor are physically formed, and the microporous polymer membrane is also used for transmitting water vapor. This means a polymer membrane in which micropores smaller than the pores of the porous polymer membrane are physically formed.
Further, as the humidifying gas introduced from the humidifying gas inlet, an off-gas containing water generated as water vapor at the cathode of the polymer electrolyte fuel cell can be used. By doing so, the cathode off-gas containing water vapor, which was conventionally released to the atmosphere as exhaust gas, is used as the humidifying gas for the anode gas containing hydrogen and the cathode gas containing oxygen, and these reaction gases are used more efficiently. It can be humidified.
[0010]
Further, the above-mentioned problem is caused by bringing a humidifying gas containing water vapor into contact with a plurality of humidifying gas channels having different humidifying capacities formed by a polymer film having water vapor permeability and flowing through the humidifying gas channel. This problem can be solved by a gas humidification method for humidifying a humidified gas, wherein the humidified gas is sequentially contacted from a humidified gas passage having a lower humidification capacity.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows the flow of each gas when humidifying a reaction gas supplied to a polymer electrolyte fuel cell using the gas humidifiers 2A and 2B according to the present invention shown in FIGS. It is a schematic diagram. In the figure, reference numeral 1 denotes a polymer electrolyte fuel cell main body, which is composed of an electrode comprising an anode (anode) 1a and a cathode (cathode) 1b, and a polymer electrolyte membrane 1c interposed between the electrodes. Here, the polymer electrolyte membrane 1c is formed of a fluorine-based ion exchange membrane, and has a property of transmitting only protons (hydrogen ions H + ) and exhibiting high proton conductivity in a wet state.
[0012]
Therefore, in order to maintain the electrolyte membrane 1c in a wet state, a reaction gas, that is, a gas (anode gas) containing hydrogen (H 2 ) supplied as fuel to the anode 1a and an oxidant to the cathode 1b are supplied. Gas (cathode gas) containing oxygen (O 2 ), such as air, is passed through one gas humidifier 2A (2B) and humidified.
Then, by supplying the anode gas and the cathode gas humidified by the gas humidifier 2A (2B) to the anode 1a and the cathode 1b, respectively, as described in detail in the section of the related art, the anode 1a A reaction of separating hydrogen into protons and electrons is performed by the catalytic action of platinum (Pt) or the like, and the protons become hydrated (H + .xH 20 ) and pass through the electrolyte membrane 1c. At the cathode 1b, a reaction is performed in which protons transmitted through the electrolyte membrane 1c are combined with oxygen and electrons to generate water.
[0013]
Conventionally, the cathode off-gas containing water generated at the cathode 1b as water vapor was directly discharged to the atmosphere as exhaust gas. However, in the present embodiment, the cathode off-gas is used as a humidifying gas to produce the fuel cell. The anode gas and the cathode gas supplied to the main body 1 are humidified. That is, by supplying the off-gas as a humidifying gas to the gas humidifying device 2A (2B), the dried anode gas and cathode gas, which are also supplied as humidifying gases to the gas humidifying device 2A (2B), are converted to the off-gas. And is sent out to the fuel cell main body 1.
[0014]
As described above, the water generated at the cathode 1b is used to humidify a plurality of reaction gases simultaneously in one gas humidifier 2A (2B). Therefore, each reaction gas is humidified by an individual gas humidifier. Therefore, it is not necessary to provide a complicated pipe for performing the process, the gas humidifier 2A (2B) can be compactly assembled, and a plurality of reaction gases can be efficiently humidified at low cost.
[0015]
FIG. 2 shows a first embodiment of the gas humidifier according to the present invention employed in FIG. 1. The gas humidifier 2A includes a hollow case body 3 and a humidified gas flow formed therein. An off-gas passage 8a as a passage, and an anode gas passage 20 and a cathode gas passage 25 as a plurality of humidified gas passages.
Then, the case body 3 is supplied with an off-gas inlet 7 for supplying a cathode off-gas containing water vapor to the above-mentioned off-gas flow path 8a, and the above-mentioned off-gas after humidifying the gas to be humidified, to the outside of the case body 3. An off-gas outlet 9a for discharging, an anode gas inlet 11 for supplying an anode gas as a humidified gas to the anode gas flow path 20, and an anode gas humidified by the off-gas to the fuel cell body 1. An anode gas outlet 13 for sending out to the anode 1a, a cathode gas inlet 15 for supplying a cathode gas also as a gas to be humidified to the cathode gas flow path 25, and a cathode gas humidified by the off gas. A cathode gas outlet 17 for sending out to the cathode 1b of the fuel cell main body 1 is provided.
[0016]
Further, a first humidification region 10 and a second humidification region 12 are arranged and formed in the internal space of the case body 3 in order from the off-gas inlet 7 side, and these humidification regions 10 and 12 communicate with each other. Thereby, the off-gas flow path 8a is formed. An anode gas flow path 20 and a cathode gas flow path 25 formed of a water vapor permeable polymer membrane and having different humidification capacities are respectively provided in the two humidification regions 10 and 12 with the inlets 11 and 15 respectively. Each of the outlets 13 and 17 communicates with each other, and is laid across the off-gas flow path 8a. Here, the anode gas flow path 20 of the first humidification area 10 arranged closer to the off-gas introduction port 7 has a lower humidification capacity than the cathode gas flow path 25 of the second humidification area 12. .
[0017]
More specifically, the case main body 3 includes an outer cylinder 5 having both ends open on the outer peripheral surface of which the off-gas inlet 7 and the outlet 9a are provided side by side along the axis l direction; The inlet ports 11 and outlet ports 13 and the inlet port 15 and outlet port 17 of the cathode gas are opened, and end caps 4 and 6 respectively attached to both ends of the outer cylinder 5 via a plurality of packings 14 are provided. And fastening rings 18 and 19 for hermetically fastening the outer cylinder 5 and the end caps 4 and 6 to each other.
[0018]
The inside of the case main body 3 is partitioned by a partition plate 22 extending in the direction of the axis l into one first humidification region 10 and the other second humidification region 12 in which the inlet 7 and the outlet 9a of the off-gas are opened. The two humidifying regions 10 and 12 are communicated with each other by a plurality of circulation holes 23 formed in the partition plate 22, and the off gas supplied from the off gas inlet 7 is supplied to the first humidifying region 10. To the first humidification area 10 through the second humidification area 12 to form a U-shaped off-gas flow path 8a reaching the off-gas discharge port 9a. In order to more reliably form the U-shaped off-gas flow path 8a, the first humidification area 10 is provided at the intermediate position between the off-gas introduction port 7 and the discharge port 9a, as shown by a one-dot chain line. A partition 24 that partitions the humidification region 10 into the off-gas inlet 7 and the off-gas outlet 9a may be provided.
[0019]
The anode gas inlet 11 and the outlet 13 are located in the end caps 4 and 6 at locations corresponding to the first humidification area 10, while the second humidification area 12 and The cathode gas inlet 15 and the outlet 17 are opened at locations corresponding to the above. In the figure, an anode gas inlet 11 and a cathode gas inlet 15 are provided on the end cap 4 attached to the off-gas outlet 9 a side opening of the outer cylinder 5. An anode gas outlet 13 and a cathode gas outlet 17 are provided side by side in the end cap 6 attached to the end cap 6. The inlet port 11 and outlet port 13 for the anode gas and the inlet port 15 and outlet port 17 for the cathode gas are connected to the manifold portions 11a, 13a, 15a, 17a recessed on the inner surfaces of the end caps 4, 6. Are in communication with each other.
[0020]
Further, in the first humidification region 10, a large number of hollow fibers 21 made of a non-porous polymer membrane having a water vapor selective permeability and having the both ends opened to the manifold portions 11 a and 13 a, respectively, forming the anode gas flow path 20. In the second humidification region 12, both ends are opened to the manifold portions 15a and 17a, respectively, and the water vapor-permeable porous polymer film or the microporous polymer forming the cathode gas flow path 25 is formed. An aggregate of a large number of hollow fibers 26 made of a membrane is laid across the off-gas channel 8a.
[0021]
Here, the non-porous polymer membrane has no physical pores for transmitting water vapor, and has a property of selectively permeating only water vapor through gaps between polymers by dissolution diffusion. Mean molecular film. Examples of such a polymer membrane include a fluorine-based ion exchange membrane. In addition, a porous polymer membrane is a polymer membrane in which pores for allowing water vapor to pass therethrough are physically formed, and a microporous polymer membrane is the same as the porous polymer membrane in order to allow water vapor to pass therethrough. A polymer membrane in which micropores smaller than the pores of the molecular membrane are physically formed means, for example, polymer membranes such as fluorine-based, polyimide-based, polysulfone-based, silicon-based, and polyolefin-based membranes. .
That is, as compared with the anode gas flow path 20 in the first humidification region 10 in which the inlet 7 for the cathode off gas as the humidification gas is opened, the second gas in which the off gas flows after humidifying the anode gas in the first humidification region 10 is used. The cathode gas flow channel 25 in the second humidification region 12 has a lower water vapor transmission resistance as a whole, is superior in water vapor permeability, and has a higher humidification capacity.
[0022]
Potting rings 30 and 32 are tightly fitted and fixed to the inner surfaces of both ends of the outer cylinder 5, respectively, and the first humidifying region sandwiching the partition plate 22 between the inner surfaces of the both potting rings 30 and 32 is provided. The 10 and the second humidified region 12 are filled with potting materials 34 to 37 made of a thermosetting resin, in which both ends of the hollow fibers 21 and 26 are embedded and supported. The openings at both ends of the hollow fibers 21 and 26 are opened to the manifold portions 11a, 13a, 15a and 17a on the outer end surfaces of the potting materials 34 to 37, respectively.
In the first embodiment, the offgas inlet 7 is opened downstream of the anode gas flow path 20 in the first humidification region 10 and the offgas outlet 9a is opened upstream thereof. Of course, the offgas inlet 7 may be opened upstream of the anode gas flow path 20 in the humidification region 10 and the offgas outlet 9a may be opened downstream thereof.
[0023]
Next, the operation of the gas humidifier 2A having such a structure will be described in detail.
The cathode off-gas containing water vapor introduced as a humidifying gas into the case body 3 from the off-gas inlet 7 first passes through the first humidifying region 10, passes through the circulation holes 23 of the partition plate 22, and then to the second humidifying region 12. Inflow.
On the other hand, the dried anode gas and cathode gas introduced as humidified gas into the case main body 3 from the anode gas inlet 11 and the cathode gas inlet 15 through the manifold portions 11a and 15a respectively. It is led into a number of hollow fibers 21 and 26 forming the flow path 20 and the cathode gas flow path 25.
[0024]
At that time, in the first humidification region 10 into which the off-gas first flows, the aggregate of the hollow fibers 21 formed of the non-porous polymer membrane erected therefrom starts from the off-gas immediately after being introduced into the case body 3. The anode gas flowing inside is humidified by selectively permeating only water vapor. In the second humidification region 12 where the off-gas flows in after the first humidification region 10, an aggregate of hollow fibers 26 formed of a porous polymer film or a microporous polymer film provided thereover is Water vapor is taken in from the off-gas after the anode gas has been humidified through countless holes, and the cathode gas flowing inside is humidified.
[0025]
Then, the anode gas and the cathode gas humidified in the large number of hollow fibers 21 and 26 as described above once merge in the manifold portions 13a and 17a, respectively, and then are discharged from the anode gas outlet 13 and the cathode gas outlet 17 respectively. Is delivered to the anode 1a and the cathode 1b of the fuel cell body 1.
On the other hand, the cathode off-gas that has flowed into the first humidification region 10 and the second humidification region 12 sequentially from the off-gas introduction port 7 and has finished humidifying the anode gas and the cathode gas, as shown by the broken arrows in FIG. It returns to the shape of a letter, flows into the first humidification area 10 again, and is discharged to the outside of the gas humidifier 2A from the off-gas discharge port 9a opened in the first humidification area 10.
[0026]
By the way, when the off-gas introduced into the gas humidifier 2A comes into contact with the anode gas flow path 20 erected in the first humidification region 10 that first flows in, the off-gas is deprived of water vapor and the humidity decreases. Since the cathode gas flow channel 25 provided in the second humidification region 12 contacting with the humidifier has a higher humidification capacity than the anode gas flow channel 20, the humidification capability of the anode gas flow channel 20 and the cathode gas flow channel 25 is improved. The anode gas and the cathode gas flowing through the humidified gas passages 20 and 25 are uniformly humidified, respectively, with the balance of the humidity of the off-gas.
[0027]
As described above, according to the gas humidifier 2A, the anode gas and the cathode gas as the humidified gas can be simultaneously and uniformly humidified in one case body 3 in which the cathode off gas as the humidified gas flows. Thus, not only can the entire device be formed compact, but also the humidified gases can be efficiently humidified at low cost.
Further, by forming the anode gas flow path 20 through which the anode gas containing hydrogen flows by a non-porous polymer membrane that selectively allows only water vapor, hydrogen may leak from the anode gas flow path 20 to the outside. Since it is possible to supply only the water vapor in the off-gas to the anode gas without any safety, ideal humidification of the anode gas becomes possible. Further, since the cathode gas containing oxygen does not need to be as gas-tight as the anode gas, the cathode gas flow path 25 can be formed by a porous polymer film or a microporous polymer film, and the entire gas humidifier 2A can be formed. Can also reduce the production cost.
[0028]
FIG. 3 shows a second embodiment of the gas humidifier according to the present invention employed in FIG. Here, in order to avoid duplication of the description with the first embodiment shown in FIG. 2, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
In the gas humidifier 2A according to the first embodiment, the off-gas inlet 8 and the off-gas outlet 9a are both opened on the first humidification region 10 side of the outer cylinder 5 so that the off-gas flow path 8a is broken in FIG. Although the gas humidifier 2B according to the second embodiment is formed in a reciprocating U-shape as indicated by an arrow, the off-gas inlet 7 is opened on the first humidification region 10 side of the outer cylinder 5 and the off-gas outlet is formed. The off-gas flow path 8b is formed one-way as shown by the dashed arrow in FIG. 3 by opening the outer cylinder 5 on the second humidification area 12 side of the outer cylinder 5.
[0029]
Specifically, an off-gas inlet 7 is opened in the outer cylinder 5 on the downstream side of the anode gas flow path 20 in the first humidification area 10, and the outer cylinder 5 on the upstream side of the cathode gas flow path 25 in the second humidification area 12. An off-gas outlet 9b is opened at the end.
However, an off-gas inlet 7 is provided on the upstream side of the anode gas flow path 20 in the first humidification area 10, and an off-gas discharge port 9 b is provided on the downstream side of the cathode gas flow path 25 in the second humidification area 12. Alternatively, the inlet 7 and the outlet 9b of the off-gas may be respectively opened at the center of the outer cylinder 5 in the humidifying regions 10 and 12 in the direction of the axis l.
[0030]
By doing so, the off-gas introduced into the case main body 3 from the off-gas inlet 7 firstly flows through the anode gas flow bridged in the first humidification region 10 as shown by the broken arrow in FIG. In contact with the passage 20, the anode gas flowing in the flow passage 20 is humidified, and then flows into the second humidification region 12 through the large number of circulation holes 23 of the partition plate 22, and is humidified. In contact with the cathode gas flow channel 25 provided in the channel 12, the cathode gas flowing in the flow channel 25 is humidified. Finally, the off-gas that has finished humidifying each humidified gas in each of the humidifying regions 10 and 12 is discharged to the outside of the case body 3 from the off-gas discharge port 9b opened in the second humidifying region 12 as it is. You.
Other functions and effects of the gas humidifier 2B according to the second embodiment are the same as those of the gas humidifier 2A according to the first embodiment, and therefore, description thereof is omitted here to avoid duplication.
[0031]
In the first and second embodiments, the case where the gas humidifiers 2A and 2B are used to humidify the anode gas and the cathode gas supplied to the fuel cell body 1 has been described as an example. However, it goes without saying that the gas humidifiers 2A and 2B can be used for other applications that require simultaneous and uniform humidification of a plurality of humidified gases.
The number of humidifying regions in which the humidified gas flow path is provided and the humidified gas introduced from the humidified gas inlet 7 sequentially flows in is not limited to two, and may be three or more. Humidifying gas channels having different humidifying capabilities are provided in the respective humidifying regions, and the humidifying region in which the humidifying gas channels having a lower humidifying capability are provided is arranged closer to the humidifying gas inlet 7. By balancing the humidity of the humidified gas and the humidifying ability of each humidified gas flow path, the humidified gas flowing through these humidified gas flow paths can be humidified simultaneously and uniformly in one case body 3. It becomes possible.
In the first and second embodiments, the partitioning plate 22 separates the humidifying regions 10 and 12 from each other. However, the partitioning plate 22 is not always necessary and may be omitted.
Further, in the first and second embodiments, the anode gas and the cathode gas flow in the same direction from the right side to the left side in the figure, but may flow from the left side to the right side in the figure or in opposite directions. Of course it is good.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the gas humidifying apparatus and the method thereof according to the present invention, it is possible to simultaneously and uniformly humidify the humidified gas flowing through the plurality of humidified gas channels, and to reduce the plurality of humidified gases. An advantageous effect that humidification can be efficiently performed at a cost can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a reaction gas humidification system in a polymer electrolyte fuel cell using a gas humidifier according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment of the gas humidifier according to the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the gas humidifier according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer electrolyte fuel cell main body 2A, 2B Gas humidifier 3 Case main body 7 Off gas inlet (humidified gas inlet)
10 First humidification area 12 Second humidification area 20 Anode gas flow path (humidification target gas flow path)
21 Hollow fiber made of non-porous polymer membrane 25 Cathode gas channel (humidified gas channel)
26 Hollow fiber consisting of porous polymer membrane or microporous polymer membrane

Claims (8)

中空のケース本体内に、該ケース本体の加湿ガス導入口から導入された水蒸気を含む加湿ガスが順次流入する複数の加湿領域が形成され、
該複数の加湿領域にはそれぞれ、水蒸気透過性を有する高分子膜によって形成された互いに加湿能力の異なる被加湿ガス流路が架設されており、
上記複数の加湿領域が、加湿能力のより低い被加湿ガス流路が架設された加湿領域を上記加湿ガス導入口により近接させて、上記ケース本体内に配置形成されてなることを特徴とする気体加湿装置。
In the hollow case body, a plurality of humidification regions into which the humidification gas including the water vapor introduced from the humidification gas introduction port of the case body sequentially flows are formed,
In each of the plurality of humidifying regions, humidified gas flow paths having different humidifying capabilities formed by a polymer film having water vapor permeability are provided,
The gas, wherein the plurality of humidifying regions are arranged and formed in the case main body, with the humidifying region in which a humidified gas flow path having a lower humidifying capacity is provided closer to the humidifying gas inlet. Humidifier.
請求項1に記載の気体加湿装置において、上記被加湿ガス流路は、水蒸気透過性を有する高分子膜からなる中空糸の集合体であることを特徴とする気体加湿装置。2. The gas humidifier according to claim 1, wherein the gas channel to be humidified is an aggregate of hollow fibers formed of a polymer membrane having water vapor permeability. 請求項1又は2に記載の気体加湿装置において、
上記ケース本体内には二つの加湿領域が形成され、
上記加湿ガス導入口側に位置する一方の加湿領域に架設された被加湿ガス流路が、固体高分子型燃料電池のアノードに供給される水素を含むガスを流すためのアノードガス流路であり、
他方の加湿領域に架設された被加湿ガス流路が、該燃料電池のカソードに供給される酸素を含むガスを流すためのカソードガス流路であることを特徴とする気体加湿装置。
The gas humidifier according to claim 1 or 2,
Two humidification areas are formed in the case body,
The humidified gas flow channel provided in one humidification region located on the humidification gas introduction port side is an anode gas flow channel for flowing a gas containing hydrogen supplied to the anode of the polymer electrolyte fuel cell. ,
A gas humidifier, wherein a humidified gas flow channel provided in the other humidification region is a cathode gas flow channel for flowing a gas containing oxygen supplied to a cathode of the fuel cell.
請求項3に記載の気体加湿装置において、上記アノードガス流路が水蒸気選択透過性を有する非多孔質高分子膜によって形成されていることを特徴とする気体加湿装置。4. The gas humidifier according to claim 3, wherein the anode gas flow path is formed by a non-porous polymer membrane having a water vapor selective permeability. 請求項4に記載の気体加湿装置において、上記非多孔質高分子膜がフッ素系イオン交換膜であることを特徴とする気体加湿装置。The gas humidifier according to claim 4, wherein the non-porous polymer membrane is a fluorine-based ion exchange membrane. 請求項3〜5の何れかに記載の気体加湿装置において、上記カソードガス流路は、水蒸気透過性を有する多孔質高分子膜又は微多孔質高分子膜によって形成されていることを特徴とする気体加湿装置。The gas humidifier according to any one of claims 3 to 5, wherein the cathode gas flow path is formed by a porous polymer membrane or a microporous polymer membrane having water vapor permeability. Gas humidifier. 請求項3〜6の何れかに記載の気体加湿装置において、上記加湿ガス導入口から導入される加湿ガスが、上記固体高分子型燃料電池のカソードにおいて生成された水を水蒸気として含むオフガスであることを特徴とする気体加湿装置。The gas humidifier according to any one of claims 3 to 6, wherein the humidified gas introduced from the humidified gas inlet is an off-gas containing water generated as water vapor at a cathode of the polymer electrolyte fuel cell. A gas humidifier characterized by the above-mentioned. 水蒸気を含む加湿ガスを、水蒸気透過性を有する高分子膜によって形成された互いに加湿能力の異なる複数の被加湿ガス流路に接触させて、該被加湿ガス流路を流れる被加湿ガスを加湿する気体加湿方法であって、
上記加湿ガスを、加湿能力のより低い被加湿ガス流路から順次接触させていくことを特徴とする気体加湿方法。
The humidified gas containing water vapor is brought into contact with a plurality of humidified gas flow paths having different humidification capacities formed by a polymer film having water vapor permeability to humidify the humidified gas flowing through the humidified gas flow path. A gas humidification method,
A gas humidification method, wherein the humidification gas is sequentially contacted from a humidification target gas channel having a lower humidification ability.
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