專利名稱：加濕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對例如供給燃料電池的氣體進(jìn)行加濕的加濕裝置。
作為這種加濕裝置，公知的有例如特開平8-273687號公報中所公開的，利用中空纖維膜的加濕裝置。
參照圖5，對現(xiàn)有技術(shù)中的加濕裝置進(jìn)行說明。圖5是現(xiàn)有技術(shù)中加濕裝置的模式剖面圖。
如圖所示，現(xiàn)有技術(shù)中的加濕裝置100大體由殼體101、填充在該殼體101中的中空纖維膜束構(gòu)成。
殼體101略呈圓筒形狀，在圓筒的一端具有開口部101a，另一端具有開口部101b，另外，在側(cè)壁面上具有開口部101c、101d。
并且，在該殼體101的內(nèi)部，填充有中空纖維膜束102。中空纖維膜束102的一端僅在開口部101a處對中空內(nèi)部開放，而中空纖維膜的外壁面之間及殼體101的內(nèi)壁面之間被封閉，中空纖維膜束的另一端也同樣，僅在開口部101b處對中空內(nèi)部開放，而中空纖維膜的外壁面之間及殼體101的內(nèi)壁面之間被封閉。
另外，中空纖維膜束102的側(cè)面?zhèn)?，與殼體101之間設(shè)有間隙103。
這樣，從開口部101a側(cè)進(jìn)入中空纖維膜束102的中空纖維膜的中空內(nèi)部(箭頭S0)，通過中空內(nèi)部，到達(dá)中空纖維膜束102的另一端側(cè)(S1)，形成第1路徑。另外，從開口部101d進(jìn)入殼體101內(nèi)(箭頭T0)，通過間隙103，從開口部101c到達(dá)殼體101外部，形成第2路徑。
由此，例如，通過在第1路徑中通入反應(yīng)氣體，在第2路徑中通入水，使第2路徑內(nèi)的水，透過中空纖維膜的膜，擴(kuò)散到第1路徑中，由此加濕了第1路徑中的反應(yīng)氣體。
這樣，因為其構(gòu)成是利用使水透過中空纖維膜的膜來進(jìn)行加濕，所以流動的水接觸中空纖維膜的面積越大，越能促進(jìn)加濕作用。
可是，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，因為其構(gòu)成是將多數(shù)個中空纖維膜形成圓柱狀的束，并使水在其外周壁面流動，所以水被沿著軸線流經(jīng)束的外周表面。因此，存在水不能充分地浸透到束的內(nèi)部，束的中心附近的中空纖維膜不能起到有效的作用，加濕效率低這樣的缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的加濕裝置，具備有底的筒狀的內(nèi)殼體、與該內(nèi)殼體同心設(shè)置的筒狀的外殼體、和填充在該外殼體與內(nèi)殼體之間的環(huán)狀間隙中的中空纖維膜束；其特征在于還具有從上述中空纖維膜束的一端側(cè)通過各中空纖維膜束的中空內(nèi)部到達(dá)另一端側(cè)的第1路徑，和從設(shè)置在上述內(nèi)殼體的側(cè)壁面上的第1開口部通過中空纖維膜束內(nèi)部的各中空纖維膜束外壁面到達(dá)設(shè)置在上述外殼體的側(cè)壁面上的第2開口部的第2路徑；在上述第1路徑及第2路徑中的任意一方中流過加濕對象氣體，而在另一路徑中流過含有水分的流體。
在此，第1路徑的上游側(cè)既可以作為中空纖維膜束的一端側(cè)，也可以作為其另一端側(cè)。另外，第2路徑的上游側(cè)既可以作為設(shè)置在內(nèi)殼體的側(cè)壁面上的第1開口部，也可以作為設(shè)置在外殼體的側(cè)壁面上的第2開口部。
因此，第2路徑由于是以從環(huán)狀間隙的內(nèi)壁側(cè)到達(dá)外壁側(cè)的方式被設(shè)置，所以該路徑，成為從填充在環(huán)狀間隙內(nèi)的中空纖維膜束的內(nèi)徑側(cè)通到外徑側(cè)。
可以將上述第1開口部設(shè)置在中空纖維膜束的一端附近；將上述第2開口部設(shè)置在中空纖維膜束的另一端附近。
由此，第2路徑成為從中空纖維膜束的一端側(cè)通到另一端側(cè)。
上述第1開口部，可以在相對于軸方向的不同位置處設(shè)置多個，同時這些開口部的口徑，以隨著向內(nèi)殼體的底端靠近逐漸縮小的方式設(shè)定。
由此，在使流體在內(nèi)殼體的筒內(nèi)向底部流動的情況下，能夠使流體均勻地從各開口部流入到中空纖維膜束中。
可以在上述內(nèi)殼體的外周面與上述中空纖維膜束的內(nèi)周面之間設(shè)置間隙。
這樣，在使流體從設(shè)置在內(nèi)殼體的第1開口部向中空纖維膜束流動的情況下，能夠使流體均勻地在中空纖維膜束的內(nèi)周面流動。
可以將加濕后的氣體供給給燃料電池。
圖2是顯示本中空纖維膜的端部的立體圖。
圖3是本發(fā)明的第5實(shí)施例中加濕裝置的剖面模式圖。
圖4是本發(fā)明的第6實(shí)施例中加濕裝置的剖面模式圖。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)中加濕裝置的剖面模式圖。
參照

圖1及圖2，對本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的加濕裝置進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的加濕裝置的剖面模式圖，圖2是表示本中空纖維膜的端部的立體圖。
本實(shí)施形態(tài)的加濕裝置1，是對例如固體高分子型燃料電池的反應(yīng)氣體(如上所述的氫等燃料氣體或氧等氧化劑氣體)進(jìn)行加濕的裝置。
并且，加濕裝置1，如圖所示，大體是由內(nèi)殼體3、與該內(nèi)殼體3同心設(shè)置的外殼體4和填充在該等殼體之間的中空纖維膜束2構(gòu)成。
內(nèi)殼體3由有底的筒狀部件構(gòu)成，一端具有開口部32，且側(cè)壁面具有開口部(第1開口部)31。另外，開口部31既可以是單個，也可以是多個(相對圓周方向或軸向的多個)，可以根據(jù)需要而定。再者，通常，設(shè)定的個數(shù)越多，越可以提高加濕裝置的效率。
外殼4由筒狀部件構(gòu)成，在兩端分別具有開口部43、44。但是，在圖示的例子中，以在一端側(cè)的路徑彎折成直角的方式形成開口部44。并且，在側(cè)壁面也設(shè)置開口部(第2開口部)41。
另外，開口部41，設(shè)置在以在中空纖維膜束2的側(cè)面與外殼體4之間形成間隙42的方式使外殼體4的直徑變大的部分的圓周的一部分上。這是為了通過使流經(jīng)第2路徑的流體能夠沿間隙42迂回，來防止流體集中于開口部41附近。
并且，多個中空纖維膜21，被填充在內(nèi)殼體3與外殼體4之間的環(huán)狀間隙中，形成中空纖維膜束2，該中空纖維膜束2形成中空的圓筒形狀的構(gòu)造體。
在此，各中空纖維膜21，形成僅是中空內(nèi)部在臨近外殼體4的兩端的開口部43、44處被開放的構(gòu)造。即，在開口部43側(cè)的端部，各中空纖維膜21的外壁面之間及與外殼體4的內(nèi)壁面之間被密封劑封閉。另外，在開口部44側(cè)的端部，各中空纖維膜21的外壁面之間、與外殼體4的內(nèi)壁面及內(nèi)殼體3的外壁面之間被密封劑封閉。由此，在各中空纖維膜21的兩端，僅中空內(nèi)部朝向開口部開放。
并且，構(gòu)成為設(shè)置于上述的內(nèi)殼體3上的開口部31、及設(shè)置于外殼體4上的開口部41，位于較被密封劑封閉的位置靠內(nèi)側(cè)(沿軸方向的內(nèi)側(cè))處。
這樣，從中空纖維膜束2的一側(cè)端(開口部43側(cè))進(jìn)入中空纖維膜21的中空內(nèi)部(箭頭S0)，通過中空內(nèi)部21，到達(dá)中空纖維膜束2的另一端側(cè)(開口部44側(cè))(箭頭S1)，形成第1路徑。
另外，從開口部32進(jìn)入內(nèi)殼體3(箭頭T0)，從開口部31進(jìn)入內(nèi)殼體3與外殼體4之間的間隙并進(jìn)入中空纖維膜束2的內(nèi)部，通過中空纖維膜21的外壁面之間，由設(shè)置在外殼體4上的開口部41到達(dá)裝置外部，形成第2路徑。
另外，該等第1路徑及第2路徑的箭頭所示的順序路徑，是為了對路徑進(jìn)行說明，并不意味著一定要按照該箭頭所示的方向通入流體(包含加濕對象氣體或水分的流體)。
由這樣的結(jié)構(gòu)，在第1路徑及第2路徑中的一個路徑中通入構(gòu)成加濕對象氣體的反應(yīng)氣體，另一個路徑中通入含有水分的流體。在此，含有水分的流體中，除了水以外，包含濕潤氣體(可應(yīng)用從燃料電池單元中排出的氣體)。
由此，在含有水分的流體沿著中空纖維膜的膜壁面流動的時候，向反應(yīng)氣體的流動通路移動，水分?jǐn)U散到反應(yīng)氣體中，從而氣體被加濕。
這是因為，若在膜的內(nèi)部與外部通入濕度不同的氣體(或水分)時，水分具有從水蒸氣壓力高的方向向低的方向流動的性質(zhì)，且只有水具有透過膜的性質(zhì)。
如上所述，在本實(shí)施形態(tài)中，因為以從形成中空圓筒形狀的構(gòu)造體的中空纖維膜束2的內(nèi)壁面貫穿至外壁面?zhèn)鹊匦纬捎械?路徑，所以從位于中空纖維膜束2的內(nèi)部側(cè)的中空纖維膜至位于外部側(cè)的中空纖維膜，都對加濕作用有利，能夠提高加濕效率。
另外，特別是如圖1所示，通過將開口部31設(shè)置在中空纖維膜束2的一端側(cè)，將開口部41設(shè)置在中空纖維膜束2的另一端側(cè)，因為能夠充分確保第2路徑相對于軸方向的距離，所以更加能夠提高加濕效率。
如上所述，通過本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，使提高加濕效率成為可能。另外，由此，能夠以同等的性能，謀求比現(xiàn)有技術(shù)小型化的裝置或者削減所使用的中空纖維膜的數(shù)量。
例如，如現(xiàn)有技術(shù)中，在將中空纖維膜束作為圓柱形狀的構(gòu)造時，在圓柱構(gòu)造的外徑設(shè)為31mm、長度設(shè)為150mm的情況下，中空纖維膜有必要為1000根。與此相對，如本實(shí)施形態(tài)，在將中空纖維膜束設(shè)為圓筒形狀的構(gòu)造時，在圓筒構(gòu)造的內(nèi)徑為16mm、外徑為32mm、長度為150mm的情況下，中空纖維膜只需750根就夠了，并且還能將加濕性能提高10％。
在此，加濕性能是在以一定的水或濕潤氣體的壓力、流量及欲加濕的干燥氣體的壓力、流量運(yùn)行加濕裝置的情況下的干燥氣體一側(cè)的水蒸氣透過量來進(jìn)行評價的。
另外，為了滿足與現(xiàn)有技術(shù)的情況同等的加濕性能，由于只需將圓筒構(gòu)造的內(nèi)徑設(shè)為13mm、外徑設(shè)為26mm、長度設(shè)為150mm，并只使用550根中空纖維膜即可，所以能夠?qū)⒀b置縮小33％。
接下來，說明幾個基于上述實(shí)施形態(tài)的更具體的實(shí)施例。
第1實(shí)施例中空纖維膜21使用以聚酰亞胺等高分子材料作為材料，外徑在3mm以下(優(yōu)選為0.2～1mm)，壁面上具有多個數(shù)微米的微小孔的中空纖維膜。
并且，束縛例如100～10000根該中空纖維膜21，填充到內(nèi)殼體3與外殼體4之間的環(huán)狀間隙中，形成中空纖維膜束2。該中空纖維膜束2如上所述，呈中空圓筒形狀，但以其外徑為內(nèi)徑的1.2～3倍左右，且比內(nèi)徑大2～100mm左右的方式設(shè)計(例如，內(nèi)徑為10～100mm、外徑為12～200mm)，另外，長度設(shè)為50～500mm左右。
另外，在中空纖維膜束2的兩端，將各中空纖維膜21的外壁面間及與外殼體4的內(nèi)壁面或內(nèi)殼體3的外壁面之間封閉，并且使用環(huán)氧樹脂或氨甲酸酯等粘合劑作為固定中纖維膜束2的密封劑。
并且，作為內(nèi)殼體3，使用用PC(聚碳酸酯)或PPO(對聚苯氧)等硬質(zhì)樹脂制作的芯管。
設(shè)置在該內(nèi)殼體3上的開口部31的個數(shù)及位置，可以如上所述對應(yīng)必要的加濕效率而適當(dāng)設(shè)計，但本實(shí)施例中，在中空纖維膜束2的一端側(cè)附近相對圓周方向均等地設(shè)置多個。另一方面，設(shè)置在外殼體4上的開口部41被設(shè)置在中空纖維膜束2的另一端側(cè)附近的一處。
通過這樣的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在第1路徑中從箭頭S0向箭頭S1通入反應(yīng)氣體，在第2路徑中從箭頭T0向箭頭T1通入水。
由此，因為流經(jīng)第2路徑中的水，從在中空纖維膜束2的一端側(cè)附近處相對圓周方向均等地設(shè)置的開口部31，向設(shè)置在中空纖維膜束2的另一端側(cè)附近處的開口部41流動，所以從中空纖維膜束2的內(nèi)部向外部、且在軸方向流過充分的距離。
從而，被填充的所有的中空纖維膜21分別起到有效的作用。再者，由于設(shè)置有間隙42，滲出到該間隙42的水能夠繞經(jīng)間隙42較容易地從開口部41排出，所以，在開口部41附近不會導(dǎo)致水流集中。
如以上所述，能夠?qū)崿F(xiàn)加濕效率優(yōu)良的加濕裝置。
第2實(shí)施例在本實(shí)施例中，使用與上述第1實(shí)施例同一構(gòu)造的加濕裝置，使第2路徑中流動的水向與第1實(shí)施例的情況相反方向，即，從開口部41側(cè)經(jīng)過開口部31向開口部32側(cè)流動。
這種情況也同樣能夠?qū)崿F(xiàn)加濕效率優(yōu)良的加濕裝置。
第3實(shí)施例在上述第1實(shí)施例中，所表示的是用水作為屬于加濕介質(zhì)的含有水分的流體的情況，但在本實(shí)施例中，使用的是濕潤氣體。
在此，在固體高分子型燃料電池中，因為在電池單元中發(fā)電后排出的氣體保持著較高的濕度，所以可以將該排出的氣體作為加濕介質(zhì)(濕潤氣體)來利用。
這種情況也同樣能夠?qū)崿F(xiàn)加濕效率優(yōu)良的加濕裝置。
第4實(shí)施例在上述第1實(shí)施例中所表示的是在第1路徑中通入反應(yīng)氣體，第2路徑中通入水的情況。但在本實(shí)施例中是在第1路徑中通入水或濕潤氣體，在第2路徑中通入反應(yīng)氣體。另外，各流體的流動方向沒有關(guān)系。
這種情況同樣能夠?qū)崿F(xiàn)加濕效率優(yōu)良的加濕裝置。
第5實(shí)施例參照圖3對本發(fā)明的第5實(shí)施例的加濕裝置進(jìn)行說明。
在上述第1實(shí)施例中，所表示的是將開口部31僅設(shè)在中空纖維膜束2的一端側(cè)附近的情況，但在本實(shí)施例中，是對在軸方向的不同位置處設(shè)置多個的情況進(jìn)行說明。
對于其他的構(gòu)成及作用，因為與第1實(shí)施形態(tài)相同，所以對同樣的構(gòu)成部分使用同樣的符號，其說明省略。
圖3是本發(fā)明的第5實(shí)施例的加濕裝置的剖面模式圖。
如圖所示，本實(shí)施例中的加濕裝置1a，對設(shè)置在內(nèi)殼體3上的開口部，除了設(shè)置在中空纖維膜束2的一端側(cè)附近的開口部31以外，還在軸方向的不同位置處設(shè)有多個，圖示的例子中是還在2處設(shè)置開口部32、33。
并且，這些開口部的口徑，以隨著向有底筒狀的內(nèi)殼體3的底部靠近逐漸縮小的方式設(shè)定。
通過這樣地進(jìn)行構(gòu)成，在第2路徑從箭頭T0向箭頭T1流動水或濕潤氣體時，從各開口部向中空纖維膜束2的內(nèi)部流入水或濕潤氣體時的流入量可以在各開口部處進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在此，若考慮在軸方向的不同位置處設(shè)置多個開口部的情況，則因為越靠近T1的開口部，中空纖維膜束2內(nèi)的流路的阻力越小，所以，假設(shè)開設(shè)多個同樣大小開口部，則在靠近T1的開口部處，會導(dǎo)致流量集中，只有中空纖維膜束2的一部分被有效利用。
因此，通過使靠近底部處的開口部的開口口徑縮小，增大流路的阻力，限制該部分的流量，可從距T1較遠(yuǎn)的開口部開始非常均勻地流入到中空纖維膜束2內(nèi)，能夠有效地利用中空纖維膜束2的全體進(jìn)行加濕。
這樣，通過使開口部的開口口徑逐漸縮小，并且均勻分布，由此能夠最佳地設(shè)定加濕性能。
從而，能夠更進(jìn)一步地有效利用各中空纖維膜21，提高加濕效率。
第6實(shí)施例參照圖4對本發(fā)明的第6實(shí)施例的加濕裝置進(jìn)行說明。
在本實(shí)施例中，是對在內(nèi)殼體3的外周面與筒狀的中空纖維膜束2的內(nèi)周面之間設(shè)置間隙34的情況進(jìn)行說明的。
因為其他的構(gòu)成及作用與第1實(shí)施形態(tài)相同，所以對同樣的構(gòu)成部分用同一符號標(biāo)示，并省略其說明。
圖4是本發(fā)明的第6實(shí)施例的加濕裝置的剖面模式圖。
如圖所示，本實(shí)施例中的加濕裝置1b在內(nèi)殼體3的外周面與筒狀的中空纖維膜束2的內(nèi)周面之間設(shè)置有隙34。從而，在將水或濕潤氣體從箭頭T0向箭頭T1通入到第2路徑中的情況下，從開口部31流出的水或濕潤氣體因為流經(jīng)間隙34，所以能夠?qū)⑺驖駶櫄怏w均勻地環(huán)繞在中空纖維膜束2的內(nèi)周面。
從而，能夠更進(jìn)一步有效地利用各中空纖維膜21，提高加濕效率。
如以上說明，本發(fā)明，因為第2路徑從被填充在環(huán)狀間隙中的中空纖維膜束的內(nèi)徑側(cè)通過到達(dá)外徑側(cè)，所以能夠有效利用從束的內(nèi)部至外部的中空纖維膜，提高加濕效率。
如果將第1開口部設(shè)置在中空纖維膜束的一端附近，將第2開口設(shè)置在中空纖維膜束的另一端附近，則第2路徑即從中空纖維膜束的一端部通過到達(dá)另一端，就能夠更有效地利用中空纖維膜。如果在與軸方向相對的不同位置處設(shè)置多個第1開口部，使這些開口部的開口口徑以隨著向內(nèi)殼體的底部靠近逐漸縮小的方式設(shè)定，則在使流體在內(nèi)殼體的筒內(nèi)向底部流動的情況下，能夠使流體從各開口部非常均勻地流入中空纖維膜束中，從而能夠更進(jìn)一步有效的利用中空纖維膜。
權(quán)利要求
1.一種加濕裝置，該裝置具備有底的筒狀的內(nèi)殼體；與該內(nèi)殼體同心設(shè)置的筒狀的外殼體；及填充在該外殼體與內(nèi)殼體之間的環(huán)狀間隙中的中空纖維膜束；其特征在于還具備從上述中空纖維膜束的一端側(cè)通過各中空纖維膜的中空內(nèi)部到達(dá)另一端側(cè)的第1路徑；和從設(shè)置在上述內(nèi)殼體的側(cè)壁面上的第1開口部通過中空纖維膜束內(nèi)部的各中空纖維膜外壁面間到達(dá)設(shè)置在上述外殼體的側(cè)壁面上的第2開口部的第2路徑；并且在上述第1路徑及第2路徑中的任意一方中流過加濕對象氣體，而在另一路徑中流過含有水分的流體。
2.如權(quán)利要求1所述的加濕裝置，其特征在于將上述第1開口部設(shè)置在中空纖維膜束的一端附近；將上述第2開口部設(shè)置在中空纖維膜束的另一端附近。
3.如權(quán)利要求1所述的加濕裝置，其特征在于上述第1開口部，在相對于軸方向的不同位置被設(shè)置多個，同時這些開口部的開口口徑，以隨著向內(nèi)殼體的底部靠近逐漸縮小的方式被設(shè)定。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的加濕裝置，其特征在于在上述內(nèi)殼體的外周面與上述中空纖維膜束的內(nèi)周面之間設(shè)置有間隙。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項所述的加濕裝置，其特征在于將加濕后的氣體供給給燃料電池。
全文摘要
在有底的筒狀的內(nèi)殼體和與內(nèi)殼體同心設(shè)置的筒狀的外殼體之間的間隙中填充多個中空纖維膜，通過設(shè)置從由成型加工制作成圓筒形狀的中空纖維膜束的束內(nèi)部連通到束外部的流體路徑，從而能夠使所有的中空纖維膜都有助于加濕作用，提高加濕效率。
文檔編號H01M8/10GK1471620SQ01818205
公開日2004年1月28日 申請日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月6日
發(fā)明者岡田啟二 申請人:Nok株式會社