(57)【要約】【課題】簡素な構成で、短時間で液相部の温度変化に追従した露点の加湿ガスを得られるようにする。【解決手段】液体２ａが貯蔵されるタンク１と、液体２ａ内にガス１３を供給するガス供給口３と、液体２ａの液面２ｓを跨ぐようにして液体２ａと液体２ａよりも上方の空間とに亘って配置され、内部が第１区画Ｓ１と第２区画Ｓ２とに仕切られた仕切り容器１５と、ガス１３をタンク１内から取り出すためのガス排出口４と、を備え、第１区画Ｓ１は、第１連通口１６を介して液面２ｓよりも上方の空間と連通し、第２区画Ｓ２は、第１連通口１６よりも上方に設けられた第２連通口Ｈ２を介して第１区画Ｓ１と連通し、ガス排出口４は、第２区画Ｓ２内において第２連通口Ｈ２よりも下方且つ液面２ｓよりも上方に位置し、第２区画Ｓ２内の前記液面２ｓより上方の空間からガス１３を取り出す、ガス加湿装置。【選択図】図１
2020118396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が貯蔵されるタンクと、
前記液体内にガスを供給するガス供給口と、
前記液体の液面を跨ぐようにして前記液体と前記液体よりも上方の空間とに亘って配置され、内部が第１区画と第２区画とに仕切られた仕切り容器と、
前記ガスを前記タンク内から取り出すためのガス排出口と、を備え、
前記第１区画は、第１連通口を介して前記液面よりも上方の空間と連通し、
前記第２区画は、前記第１連通口よりも上方に設けられた第２連通口を介して前記第１区画と連通し、
前記ガス排出口は、前記第２区画内において前記第２連通口よりも下方且つ前記液面より上方に位置し、前記第２区画の前記液面より上方の空間からガスを取り出す、
ガス加湿装置。
【請求項２】
前記第１連通口の総開口面積が、前記第１区画の水平断面の断面積よりも小さい、
請求項１記載のガス加湿装置。
【請求項３】
前記仕切り容器には、
前記液面よりも下方に設けられ、前記タンクの内部と前記第１区画とを連通する第３連通口と、
前記液面よりも下方に設けられ、前記第１区画と前記第２区画とを連通する第４連通口と、が設けられている、
請求項１または２記載のガス加湿装置。
【請求項４】
前記第４連通口は、前記第３連通口より下方に設けられている、
請求項３記載のガス加湿装置。
【請求項５】
前記第１連通口は、前記液面を跨いで配置されている、
請求項１または２記載のガス加湿装置。
【請求項６】
前記仕切り容器の内部に、前記液面より下方に配置された第１の板状部材をさらに備える、
請求項１から５のいずれか１項記載のガス加湿装置。
【請求項７】
前記仕切り容器の内部に、前記液面より上方に配置された第２の板状部材をさらに備える、
請求項１から６のいずれか１項記載のガス加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池等に供給する加湿ガスを製造するガス加湿装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気などの酸素を含有する酸化剤ガスとを、電解質に送り込み、これらの燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させる装置である。
【０００３】
代表的な燃料電池の種類として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池がある。この固体高分子電解質型燃料電池では、固体高分子電解質膜の加湿状態が、燃料電池の出力に対して大きく影響するため、燃料ガスおよび酸化剤ガスを加湿する必要性がある。そして、燃料ガスおよび酸化剤ガスを加湿する時の応答性や、加湿量のバラツキなどにより、燃料電池の出力が変化するため、ガスの加湿状態が非常に重要な要素となる。
【０００４】
燃料電池に送り込む燃料ガスおよび酸化剤ガスを加湿する一般的なガス加湿装置（以下「加湿装置」ともいう）として、バブリング方式がある。バブリング方式の加湿装置は、加湿タンク内の水を一定温度に加熱し、タンクに設けられたガス供給口から、加湿の対象となるガスを送り込み、そのガスをタンク内で水中に設けられたガス噴出ノズルより噴出して、加熱した水の中を通す。これによりガスが加湿される。この加湿されたガス（以下「加湿ガス」ともいう）は、加湿タンクに設けられたガス排出口から取り出される。
【０００５】
このバブリング方式の加湿装置では、ガスを加熱水の中に通すだけで加湿ガスが得られるため、加湿器の構成が簡単で、広く採用されている。
【０００６】
例えば、図８に示す、燃料ガスや酸化剤ガスを加湿する加湿装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
図８に示すように、加湿装置のタンク１０１内には、ある温度に加熱された水１０２（以下「加熱水１０２」という）が貯留されている。ガス供給管１０３ａから、加湿するガス１１３（燃料ガス又は酸化剤ガス）が供給され、このガスは、ガス供給管１０３ａの先端部のガス供給口１０３から加熱水１０２に噴出する。噴出したガス１１３は、気泡となり、加熱装置１０５にて加熱された加熱水１０２の中を、ガス供給口１０３から、加熱水１０２の水面に向かって上昇していく。
【０００８】
噴出したガス１１３は、加熱水１０２の中を上昇していく過程において、加熱水１０２と熱交換すると共に加熱水１０２から水分が付与され、加湿されたガスになる。この加湿されたガス１１３はガス排出口１０４から排出され、ガス排出管１０４ａを介して図外の燃料電池へと送り込まれる。
【０００９】
ここで、タンク１０１内にある加熱水１０２は、タンク１０１の外周部に配置されている加熱装置１０５にて加熱される。この加熱装置１０５は、タンク１０１の外周部に密着し、また、タンク１０１の外周部の下部から上部にわたり配置されている。したがって、タンク１０１内の加熱水１０２を、タンク１０１の下面から上面まで均一に加熱でき、タンク１０１における、下面から上面までの加熱水１０２の温度分布のバラツキを少なくでき、ガス１１３の加湿状態のバラツキを少なくできる。この加湿されたガス１１３はガス排出口１０４から排出され、ガス排出管１０４ａを介して図外の燃料電池へと送り込まれる。
【００１０】
また、図９に示すような加湿装置も知られている（特許文献２参照）。
【００１１】
この加湿装置においては、加熱装置２０５が、タンク２０１内に設置されて加熱水２０２に浸漬されている。ガス供給管２０３ａの先端部のガス供給口２０３から、加湿されるガスが気泡２１３となって加熱水２０２中に供給される。加熱装置２０５により加熱水２０２を直接加熱できるので、タンク２０１内の加熱水２０２を効率的に加熱することができる。また、加熱装置２０５が、気泡２１３に近いため、気泡２１３の加熱も効率的に行える。
【００１２】
上記の様な構成のバブリング方式の加湿装置では、ガスが加熱水の中を流れていく際に接触する加熱水、タンク側壁面及びタンク上面の温度分布が均一であれば、安定して所望の露点温度の加湿ガスを得ることができる。しかしながら、貯水温度（加熱水の温度）を変更して加湿ガスの露点温度を変更する時に、不均一な温度分布が生じた場合には、加湿ガスが所望の露点温度に達するのに時間がかかってしまうという課題がある。
【００１３】
この課題を解決するために、図１０に示す加湿装置３００が提唱されている（特許文献３参照）。
【００１４】
図１０の加湿装置３００は、本体タンク３０１に水３０２（以下「貯留水３０２」ともいう）を貯留し、この貯留水３０２を、加熱と冷却とにより所望の露点温度の加湿ガスが得られる温度に調整している。具体的には、加熱装置３０５による加熱と、冷却ポンプ３０７および冷却用熱交換器３０８で構成された冷却機構３０６による冷却とにより、貯留水３０２を、所望の露点温度の加湿ガスが得られる温度に調整している。ガス供給口３０３よりガスを供給すると、貯留水３０２を通過したガスが気相部３１０に加湿された状態で貯留され、新規ガスの流入により押し出されて、ガス排出口３０４より加湿ガスが排出される。
【００１５】
図１０の加湿装置３００では、加湿されたガスが貯留されている気相部３１０の中を、循環ポンプ３１２を用いて循環流路３１１で貯留水３０２を循環させる。これにより、貯留水３０２（加熱水）と気相部３１０との間で熱交換を行ない、貯留水３０２の温度変化に対する気相部３１０の温度の応答遅れを小さくし、所望の露点温度の加湿ガスを得る時間を短縮している。
【００１６】
気相部３１０と、ガス排出口３０４がある本体タンク上部３０１ａとは、貯留水３０２との熱変換により、それらの温度を貯留水３０２の温度と同一にできる。このため、貯留水３０２の温度調整だけで加湿ガスの露点温度を制御することができる。さらに、循環流路３１１がガス排出口３０４の前を通るように配置されている。すなわち、循環流路３１１がガス排出口３０４の入口近傍に配置されている。これにより、加湿ガスによるガス排出口３０４への水（液滴）の持ち込みを防ぐことを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０００−６７８９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８００１号公報
【特許文献３】特開２００６−４６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、図１０に示す加湿装置３００では、液相部の水、すなわち貯留水３０２を循環させて、貯留水３０２と、気相部３１０及び本体タンク上部３０１ａとを熱交換させる。これにより、気相部３１０及び本体タンク上部３０１ａの温度を、液相部と同じ温度で均一にする。このため、貯留水３０２と、気相部３１０及び本体タンク上部３０１ａとの熱交換を効率良く行うために、この熱交換を行うための循環流路３１１をできるだけ長くし、また、循環流路３１１に必要量の水を流せる循環ポンプ３１２を備えなければならないという課題がある。
【００１９】
また、本体タンク３０１が大きい場合は、気相部３１０及び本体タンク上部３０１ａの熱容量が大きくなり、気相部３１０及び本体タンク上部３０１ａの加熱に必要なエネルギーと時間が増えるという課題がある。
【００２０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡素な構成で、短時間で液相部の温度変化に追従した露点の加湿ガスを得ることができるガス加湿装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明のガス加湿装置は、液体が貯蔵されるタンクと、前記液体内にガスを供給するガス供給口と、前記液体の液面を跨ぐようにして前記液体と前記液体よりも上方の空間とに亘って配置され、内部が第１区画と第２区画とに仕切られた仕切り容器と、前記ガスを前記タンク内から取り出すためのガス排出口と、を備え、前記第１区画は、第１連通口を介して前記液面よりも上方の空間と連通し、前記第２区画は、前記第１連通口よりも上方に設けられた第２連通口を介して前記第１区画と連通し、前記ガス排出口は、前記第２区画内において前記第２連通口よりも下方且つ前記液面より上方に位置し、前記第２区画の前記液面より上方の空間からガスを取り出す。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のガス加湿装置によれば、液相部と温度が近い水面付近から加湿ガスを取り出すことができ、簡素な構成で、短時間で液相部の温度変化に追従した露点の加湿ガスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態におけるガス加湿装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態における加湿ガス排出口部の構成例の縦断面
【図３】図２の構成例の加湿ガス流路部の横断面
【図４】本発明の実施の形態における加湿ガス排出口部の変形例１の縦断面
【図５】本発明の実施の形態における加湿ガス排出口部の変形例２の縦断面と、仕切り壁と仕切り板とを組み立てた斜視図を並べて示す図
【図６】本発明の実施の形態における加湿ガス排出口部の変形例３の縦断面と、仕切り壁と仕切り板とを組み立てた斜視図を並べて示す図
【図７】本発明のガス加湿装置の構成図
【図８】特許文献１に記載された従来のガス加湿装置の構成図
【図９】特許文献２に記載された従来のガス加湿装置の構成図
【図１０】特許文献３に記載された従来のガス加湿装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に示す実施の形態および変形例はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施の形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。また、実施の形態および変形例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、実施の形態および変形例の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００２５】
なお、実施の形態および変形例を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２６】
（１．実施の形態）
（１−１．ガス加湿装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態におけるガス加湿装置（以下「加湿装置」ともいう）の構成図である。
【００２７】
図１に示す加湿装置は、タンク１に水２ａを貯留し、貯留した水２ａにより形成される液相部２を、加熱と冷却とにより、所望の露点温度の加湿ガスが得られる温度に調整する。液相部２の加熱は、加熱ヒーター５により行われる。液相部２の冷却は冷却機構６により行われる。冷却機構６は、ポンプ７と、ポンプ７の作動により冷却水が流通する冷却流路９と、冷却流路９に設けられた冷却水の冷却用の熱交換器８とを備えて構成される。
【００２８】
また、ガス供給管３ａの先端部であるガス供給口３が液相部２内に配置されている。このガス供給口３から液相部２内にガス１３を供給すると、このガス１３は、液相部２を通過し、加湿された状態のガス（以下「加湿ガス」ともいう）となり気相部１０に貯留される。貯留された加湿ガス１３は、その後に気相部１０に流入する加湿ガス１３により押し出されて、ガス排出口４を介してタンク１から排出される。
【００２９】
本実施形態では、タンクふた１ａに、ガス排出管４ａを、タンク１の内側に突き出るように取り付けて、ガス排出管４ａの先端のガス排出口４を気相部１０内に位置させる。そのガス排出管４ａに、ガス排出口４の周囲の気相部１０の空間を分割するようにして円筒状の仕切り容器１５を取り付ける。その仕切り容器１５の側面に、ガス取り出し穴１６（第１連通口）を設け、そのガス取り出し穴１６を通して気相部１０を形成する加湿ガスを、ガス排出口４を介してタンク１から取り出すようにする。
【００３０】
ここで、仕切り容器１５の材料に、タンクの材質として一般的に用いられる材料であるステンレスを使用しても良いが、例えば銅やＣＦＲＰ等の、熱伝導率の高い材料を使用するのが好ましい。
【００３１】
仕切り容器１５は、その底が、タンク内の水２ａ、すなわち液相部２に浸かるように、且つ、そのガス取り出し穴１６が液相部２の水面２ｓ（液面）の少し上になるように、配置する。このような構成の仕切り容器１５を使用することにより、気相部１０の上方にある加湿ガス１３が、ガス排出口４から流れ出るのを防ぎ、水面２ｓ近くの加湿ガス１３が、ガス排出口４から取り出されるようになる。これにより、液相部２の上層部の温度に近い露点の加湿ガス１３を取り出すことができ、液相部２の温度を変化させた場合に、その温度の変化に追従した露点の加湿ガス１３を取り出すことができる。
【００３２】
また仕切り容器１５の底を液層部２に浸けていることで、ガス取り出し穴１６付近の仕切り容器１５の温度は、液相部２の温度変化に迅速に追従するようになる。したがって、ガス取り出し穴１６付近の仕切り容器１５に液滴１４が付着して蒸発することによる露点の変動や、加湿ガス１３が仕切り容器１５に接触して結露することによる露点の変動を、抑制することができる。
【００３３】
また、仕切り容器１５の側面には、ガス取り出し穴１６の他に、仕切り容器１５の底面に近く、液相部２に浸かっている部分に、水通し穴１７（第３連通口）が設けられている。これにより、仕切り容器１５の液相部２に浸かっている部分の内部にも、タンク１に貯留した水２ａが浸入し、この浸入した水２ａが液相部２の一部を形成する。
【００３４】
こうすることで、仕切り容器１５に浮力が作用するのを防ぐことができる。また、仕切り容器１５の内壁面に結露した液滴１４を液相部２に戻すことができる。
【００３５】
また、ガス供給口３から供給された気泡となったガス１３（以下「気泡１３」ともいう）を、仕切り容器１５の底が遮る。このため、仕切り容器１５内の液相部２の水面２ｓに、気泡１３が液相部２から放出されることによる水しぶき１４（以下「液滴１４」ともいう）の発生が防止される。
【００３６】
しかし、仕切り容器１５の外周の液相部２の水面２ｓに、気泡１３の放出により生じた水しぶき１４や波により、ガス取り出し穴１６から仕切り容器１５の内部に余分な液滴１４が入ってくることが考えられる。ガス排出口４を液相部２の水面２ｓ近く（例えば、水面２ｓから５ｍｍ〜１５ｍｍ上方）に設けるため、余分な液滴１４がガス排出口４から流れ出て、この液滴１４が、液相部２よりも高温にしているガス排出管４ａの出口付近で蒸発すると、取り出すガスの露点が変わることになる。
【００３７】
これを防ぐため、仕切り容器１５内部には仕切り壁１８が設けられている。仕切り壁１８は、仕切り容器１５の高さより短い筒状の部材であり、仕切り容器１５内の底面に取り付けられている。仕切り壁１８の上端と仕切り容器１５の上面との間には、加湿ガスが通る隙間を空けられている。
【００３８】
ここで、仕切り容器１５の内周面と仕切り壁１８の外周面との間の空間が本発明の第１区画Ｓ１に相当する。また、仕切り壁１８の内部空間が本発明の第２区画Ｓ２に相当する。また、仕切り壁１８の上端と仕切り容器１５の上面との間の隙間が第２連通口Ｈ２に相当する。
【００３９】
そして、仕切り壁１８には、その下部、詳しくは仕切り容器１５の底面との接続箇所よりも少し上側部分に、水通し穴１７（第４連通口）を設けて、仕切り壁１８の内側も液相部２と通じるようにしておく。すなわち、仕切り壁１８の液相部２に浸かっている部分の内部にも、タンク１に貯留した水２ａが浸入し、この浸入した水２ａが液相部２の一部を形成する。
【００４０】
また、ガス排出口４の位置は、仕切り壁１８の上端よりも下側になるように、ガス排出管４ａの長さと仕切り壁１８の高さとを設定している。これにより、仕切り容器１５の内部で、仕切り容器１５の壁面と仕切り壁１８との間を通って、仕切り壁１８の上側からガス排出口４側に流れた加湿ガスが、仕切り壁１８とガス排出管４ａの壁面との間に形成された流路を流れてから、ガス排出口４にたどり着くようになっている。
【００４１】
ここで、仕切り壁１８の材料には、仕切り容器１５と同様に、例えば銅やＣＦＲＰ等の、熱伝導率の高い材料を使用するのが好ましい。
【００４２】
さらに、タンクふた１ａの上面にはヒーター５ａが設置されており、タンクふた１ａはヒーター５ａによって加熱される。
【００４３】
以上のような構成の仕切り壁１８を設けることにより、液滴１４がガス取り出し穴１６から入ったことで生じる露点の変動を防止できる。つまり、仕切り壁１８の表面に沿って形成された流路を加湿ガス１３が流れ、仕切り壁１８は液相部２に浸かって液相部２と同等の温度になっているため、液滴１４がガス取り出し穴１６から入ったことで生じる露点の変動を防止できる。
【００４４】
上述の本実施形態の加湿装置の構成を纏めると次のような構成となる。
本実施形態の加湿装置は、タンク１と、加熱ヒーター５と、冷却機構６と、ガス供給口３と、ガス排出管４ａと、仕切り容器１５と、仕切り壁１８と、複数個のガス取り出し穴１６と、複数個の水通し穴１７とを備える。
【００４５】
タンク１は、水を貯留する。加熱ヒーター５及び冷却機構６は、貯留した水２ａを任意の温度に調整する。ガス供給口３は、タンク１内の水２ａにガス１３を供給する。ガス排出管４ａは、タンクふた１ａにタンク内側に突き出るように取り付けられ、タンク１内の上部空間から、加湿されたガス１３（加湿されたガス１３を以下「加湿ガス１３」ともいう）を取り出す。仕切り容器１５は、ガス排出管４ａの周囲に取り付けられ、ガス排出管４ａの先端のガス排出口４を覆うようにして吊り下げられ、その下部が水に浸かる状態となっている。仕切り壁１８は、仕切り容器１５の内部で、ガス排出管４ａと仕切り容器１５の側面との間において、仕切り容器１５の底面に取り付けられている。また、仕切り壁１８は、その上端が、仕切り容器１５の高さよりも低い。ガス取り出し穴１６は、仕切り容器１５の側面の水面２ｓの直ぐ上の位置に複数設けられている。水通し穴１７は、仕切り容器１５の側面の水面２ｓよりも下の位置に複数個設けられている。また、水通し穴１７は、仕切り壁１８の水面２ｓよりも下の仕切り容器１５の底面に近い位置にも複数個設けられている。
【００４６】
このような構成により、ガス供給口３から、タンク１に貯留した水２ａにガス１３が供給される。このガス１３は、任意の温度に調整された水２ａの中を通って加湿されて加湿ガス１３となり、タンク１の上部空間の気相部１０に溜まる。気相部１０に溜まった加湿ガス１３の内、水面２ｓ近くの加湿ガス１３を、ガス排出管４ａの先端側に取り付けられた仕切り容器１５の側面のガス取り出し穴１６を通して、仕切り容器１５内部の仕切り壁１８によって構成された流路に流す。この加湿ガス１３は、ガス排出管４ａの先端のガス排出口４から取り出される。水面２ｓ近くの水温に近い露点の加湿ガス１３を、仕切り容器１５の内部で、水２ａに浸かっていることで水温と同等の温度となった仕切り壁１８で構成された流路を通して取り出す。これにより、タンク１の上部空間に生じる水しぶき等の液滴１４の影響を排除し、水温と同等の温度で、水温の変化に迅速に追従する露点温度の加湿ガスを得ることができる。
【００４７】
（１−２．仕切り容器と仕切り壁との構成）
本実施形態のガス排出口４の部分に取り付けた仕切り容器１５と仕切り壁１８の構成例の縦断面を、図２に示す。
【００４８】
図２に示す仕切り容器１５は、加湿装置のタンク１（図１参照）の中央に配置され、その側面のガス取り出し穴１６の位置が水面２ｓの直ぐ上になるように設置される。
【００４９】
ガス取り出し穴１６は、仕切り容器１５の壁面に、周方向に均等に複数個配置され、タンク１の内部の全周から均等にガスを取り入れるようにしている。
【００５０】
ガス取り出し穴１６のサイズは、水面２ｓの変動（水位の変動）によりガス取り出し穴１６が水２ａに塞がれてしまわないように、水２ａのレベルの制御（水位制御）による変動幅よりも大きくしておく必要がある。しかし、ガス取り出し穴１６が大きくなるほど、水面２ｓから離れた加湿ガスを取り込み易くなり、また、気泡１３により水面２ｓ付近に生じる水しぶき１４が、ガス取り出し穴１６から仕切り容器１５の内部に入り易くなる。このため、水位制御の精度を上げて、ガス取り出し穴１６のサイズを、水位制御の変動幅よりも少し大きいサイズ（例えば前記変動幅の１．５倍程度の直径）にし、ガス取り出し穴１６のサイズをできる限り小さくするのが好ましい。
【００５１】
また、ガス取り出し穴１６の開口面積の合計Ａ（総開口面積、１つのガス取り出し穴１６の開口面積×ガス取り出し穴１６の個数）は、仕切り容器１５と仕切り壁１８との間に構成された加湿ガスの流路の横断面積Ｂ（以下「流路断面積Ｂ」ともいう）以下とされる。図２の構成例の加湿ガス流路部の横断面、すなわち仕切り容器１５と仕切り壁１８との横断面を図３に示す。ガス取り出し穴１６の開口面積の合計Ａが、図３の外側のガス流路Ｆｏ（仕切り容器１５と仕切り壁１８との間の流路）の流路断面積Ｂ以下（例えば流路断面積Ｂの１／４〜３／４倍）になるようにする。これにより、仕切り容器１５内のガス流路Ｆｏにおいて、ガス取り出し穴１６から入ってきた加湿ガス１３の流速を遅くすることができ、仕切り容器１５の内部に入ってきた液滴１４がガス流路Ｆｏを上方に流れるのを抑制できる。さらに、ガス流路Ｆｏの中に加湿ガスが留まる時間を長くすることができ、水２ａと同等の温度になる仕切り壁１８に加湿ガス１３が接する時間が長くなり、仕切り壁１８による露点調整機能が効果的に機能するようになる。
【００５２】
図２に示す構成では、仕切り容器１５の水に浸かっている部分と、仕切り壁１８の水に浸かっている部分とに、それぞれ水通し穴１７がある。これらの水通し穴１７を介して、仕切り容器１５の内外で水２ａが行き来できる。これにより、上述したように、仕切り容器１５の内部にも仕切り容器１５の外部と同様に液相部２ができている。また、上述したように、仕切り容器１５内部で結露した液滴１４を水２ａに戻し、仕切り容器１５に浮力が作用しないようにし、仕切り容器１５内の仕切り壁１８の温度が水２ａの温度変化に迅速に追従するようにしている。
【００５３】
仕切り容器１５の水通し穴１７は、タンク１内の液相部２を上昇する気泡１３（図１参照）が、仕切り容器１５の内部に入りづらくなるように、仕切り容器１５の底面ではなく、仕切り容器１５の側面に設けてある。水通し穴１７のサイズは、大きな気泡１３が入ってこないよう、直径数ｍｍ程度の小さなサイズのものが好ましく、水の通りを良くするために開口面積を増やしたい場合は、水通し穴１７の数を増やすようにする。
【００５４】
また、仕切り容器１５の水通し穴１７は仕切り容器１５の底面よりも少し上方に配置されている。仕切り壁１８の水通し穴１７は、仕切り容器１５の水通し穴１７よりも下側に、且つ、周方向の位置を仕切り容器１５の水通し穴１７の位置とずらして配置されている。これにより、仕切り容器１５の内部に入ってきた気泡１３が、仕切り壁１８の内側に入ることを抑制し、ガス排出口４の下の水面２ｓで、水しぶき１４の発生を抑制している。
【００５５】
ここで、仕切り容器１５の水面２ｓ近くの壁面と、仕切り壁１８の温度とが、液相部２の温度変化にできる限り遅れなく追従できるようにしたい。そこで、仕切り容器１５を水２ａに浸ける深さは、仕切り容器１５及び仕切り壁１８と液相部２を形成する水２ａとの熱交換のための接触面積を確保できる深さにする必要がある。
【００５６】
一方、仕切り容器１５の水面２ｓ近くの壁面温度を水温に追従させるために、タンクふた１ａの熱影響を低減する必要がある。タンクふた１ａは、加湿ガス１３の結露を防ぐため水温よりも高温となるように制御されている。タンクふた１ａの熱は、タンクふた１ａに接続されているガス排出管４ａを介して、仕切り容器１５に伝わる。そのため、ガス排出管４ａがタンクふた１ａに接触する部分と仕切り容器１５の水面２ｓに対応する部分との距離は、仕切り容器１５の水面２ｓに対応する部分の温度がタンクふた１ａの温度の影響を受けない程度の距離に設定される必要がある。
【００５７】
これらの２つのバランスがとれるよう、仕切り容器１５の高さと、液相部２の水面２ｓとの位置関係を決定する。例えば、仕切り容器１５をその高さの下１／３〜１／２が水２ａに浸かるようにする。
【００５８】
以上のように、本実施形態における仕切り容器１５の構成は、次の点を特徴としている。
【００５９】
（１）仕切り容器１５の側面のガス取り出し穴１６の直径を、水位制御による液相部２の水面２ｓの変動幅よりも少し大きくて、ガス取り出し穴１６が水により塞がれてしまわないようしてある。さらに、ガス取り出し穴１６の開口面積の合計（１つのガス取り出し穴１６の開口面積×ガス取り出し穴１６の個数）を、仕切り容器１５の側面と仕切り壁１８との間に構成された加湿ガスの流路の断面積以下として、仕切り容器１５内部でのガスの流速を遅くして仕切り壁１８による露点調整が十分に行われるようにしている。
【００６０】
（２）仕切り容器１５と仕切り壁１８とに容器内外で水２ａが行き来できるように水通し穴１７を設けている。これにより、水に浸かっている部分の容器内部が、容器周囲（容器外部）の水２ａと同様の水２ａで満たされるようになり、水２ａと仕切り壁１８との温度差を抑制して、仕切り容器１５に浮力がかからないようにしてある。また、仕切り容器１５の水通し穴１７は、仕切り容器１５の側面に設けられ且つ直径が数ｍｍ程度の小さな穴なので、これらの水通し穴１７から気泡１３が仕切り容器１５内に入り難いようになっている。また、仕切り壁１８の水通し穴１７は、仕切り容器１５の水通し穴１７より下側に且つ周方向の位置を仕切り容器１５の水通し穴１７の位置とずらすことで、仕切り容器１５の内部に入ってきた気泡１３が仕切り壁１８の内側に入らないようにしてある。
【００６１】
（１−３．変形例１）
図２の構成において、ガス取り出し穴１６は、液相部２のレベル（水位）の変動や水面２ｓの波により、ある程度は塞がれることになる。そこで、水面２ｓの基準位置（設計上の位置）をガス取り出し穴１６の中心にして、ガス取り出し穴１６の一部が必ず水の中にある構成にしても良い。その場合の構成例の縦断面を図４に示す。
【００６２】
図４の構成にすることにより、ガス取り出し穴１６から仕切り容器１５内に取り込む加湿ガスを、必ず水面２ｓ上のガスにすることができる。また、ガス取り出し穴１６を通して、水２ａが仕切り容器１５内に入ることができるため、仕切り容器１５の水通し穴１７を無くすことができる。
【００６３】
ただし、図４の構成では、水位制御で水位が最上位の時に、ガス取り出し穴１６が水２ａにより塞がれる面積がおおきくなるため、それを考慮して、ガス取り出し穴１６のサイズは図２の構成よりも大きくする（例えば水位の変動幅の２倍程度の直径にする）必要がある。そうすると、水位が最下位の時には、ガス取り出し穴１６において水２ａにより塞がれない開口面積が、図２の構成の採用時よりも大きくなる。そのため、図３で示す仕切り容器１５内のガス流路Ｆｏの流路断面積もそれに応じて大きくする必要がある。
【００６４】
さらに、ガス取り出し穴１６の開口部の内、水中の開口部が大きくなるため、気泡１３が仕切り容器１５の内側に入ってきて、ガス取り出し穴１６の部分の水面２ｓに波や水しぶき１４を発生することとなる。このため、仕切り容器１５で波や水しぶき１４を遮断して、それらの影響を減らすという効果が弱くなる。
【００６５】
図４に示す構成における、これらの悪影響を減らすには、水位制御の精度を上げて、水位変化を小さくすることにより、ガス取り出し穴１６の大きさを小さくするのが好ましい。
【００６６】
以上のように、図４に示す本発明の実施の形態の変形例における仕切り容器１５は、次の点を特徴とする。
【００６７】
ガス取り出し穴１６は、その一部が必ず水２ａの中にあるように、その中心を水面２ｓの基準位置とする。さらに、水位が最上位でも水２ａがガス取り出し穴１６を塞がず、最下位でもガス取り出し穴１６を通ってガス取り出し穴１６の内外を水２ａが通じているように水位制御を行なう。これにより、ガス取り出し穴１６から、必ず水面２ｓ上の加湿ガスを仕切り容器１５内に取り込めると共に、水２ａも仕切り容器１５内に取り込めるようにする。この結果、仕切り容器１５を水通し穴１７を無くした構成としている。
【００６８】
（１−４．変形例２，３）
図２に示す構成では、加湿ガスは、仕切り容器１５の内部で、ガス取り出し穴１６からガス排出口４に向かって、仕切り壁１８に沿った流路を流れる。加湿ガスは、水に浸かって液相部２の温度と同じ温度になった仕切り壁１８とその間に熱交換することにより、その露点が液相部２の温度からずれないように調整される。そこで、加湿ガスが仕切り壁１８と接触する面積を増やしたり、接触時間を長くしたりすることで、加湿ガスの露点を液相部２の温度に調整する機能を高めることができる。それを実現する構成例（変形例２，３）の縦断面を図５と図６とに示す。
【００６９】
図５に示す変形例２の構成では、仕切り壁１８に複数枚の板状の仕切り板１８ａを取り付けることで、仕切り容器１５と仕切り壁１８との間に形成される流路を流れる加湿ガスと仕切り壁１８との接触面積を増やしている。
【００７０】
仕切り板１８ａは多数の小穴ｈをあけたドーナツ形状の板で、仕切り壁１８に溶接で取り付けることで、仕切り壁１８との熱伝達性を良くして、仕切り壁１８と仕切り板１８ａとの温度差を抑制するようにしている。また、仕切り板１８ａは、仕切り容器１５の側壁に接触しない大きさにすることで、仕切り容器１５から温度の影響を受けないようにしている。
【００７１】
この構成では、加湿ガスが、仕切り容器１５と仕切り壁１８との間の流路を流れる時に、仕切り壁１８と同じ温度の仕切り板１８ａとに接触する。すなわち、加湿ガスが熱交換する接触面積を増やしている。さらに、加湿ガスが仕切り板１８ａの小穴ｈを通ることで、加湿ガスの流れが乱れて流速が落ち、仕切り容器１５及び仕切り壁１８と接触して熱交換する時間を長くしている。
【００７２】
仕切り板１８ａは、仕切り壁１８の液相部２に浸かっている部分にも取り付けてある。これにより、仕切り壁１８と水２ａとの熱交換性を良くすることができ、液相部２の温度変化に対する仕切り壁１８の温度の追従時間を短縮している（応答性を向上させている）。
【００７３】
ここで、複数枚の仕切り板１８ａの内、液相部２の液面よりも下方に配置されたものが、本発明の第１の板状部材に相当し、液相部２の液面よりも上方に配置されたものが、本発明の第２の板状部材に相当する。
【００７４】
図６に示す変形例３の構成では、仕切り壁１８に螺旋状の仕切り板（螺旋板）１８ｂを取り付ける。これにより、仕切り容器１５と仕切り壁１８との間の流路を流れる加湿ガスと、仕切り容器１５および仕切り壁１８と接触して熱交換する時間を増やしている。
【００７５】
螺旋板１８ｂは、薄板を仕切り壁１８の外側面に沿って螺旋状に数周巻いた形状の板である。螺旋板１８ｂは、螺旋１周の形にした薄板を、仕切り壁１８の外側に複数枚を連続させて溶接で取り付けてある。これにより、上述の図５に示す仕切り板１８ａと同様に、仕切り壁１８との熱伝達性を良好にして、仕切り壁１８と螺旋板１８ｂとに温度差ができないようにしてある。また、螺旋板１８ｂは、上述の図５に示す仕切り板１８ａと同様に、仕切り容器１５の側壁に接触しない大きさであり、仕切り容器１５から温度の影響を受けないようにしている。
【００７６】
この構成により、加湿ガスを螺旋に沿って流すことで、仕切り容器１５と仕切り壁１８との間に形成される流路を長くしている。また、加湿ガスを、仕切り壁１８と同じ温度の螺旋板１８ｂと接触させて加湿ガスの加熱面の面積を増やしている。
【００７７】
螺旋板１８ｂも、仕切り壁１８の液相部２に浸かっている部分に延びており、図５の仕切り板１８ａと同様に、液相部２の温度変化に対する仕切り壁１８の温度の追従時間を短縮している。
【００７８】
ここで、螺旋板１８ｂの内、液相部２の液面よりも下方に配置された部位が、本発明の第１の板状部材に相当し、液相部２の液面よりも上方に配置され部位が、本発明の第２の板状部材に相当する。換言すれば、この図６に示す変形例では、本発明の第１の板状部材と第２の板状部材とが、螺旋板１８ｂにより一体に構成されている。
【００７９】
仕切り板１８ａおよび螺旋板１８ｂは、仕切り壁１８と同様に、例えば銅やＣＦＲＰ等の、熱伝導率の高い材料で構成するのが好ましい。
【００８０】
以上のように、本発明の実施の形態の変形例３，４における仕切り容器１５の図５または図６に示す各構成は、次のような特徴を備えている。
【００８１】
仕切り容器１５と仕切り壁１８との間に形成される流路の内部に、数枚の輪状（ドーナッツ状）や螺旋状などの板を仕切り壁１８に取り付けている。これらの輪状や螺旋状などの板により実質的に、仕切り壁１８と水２ａとの接触面積を増やすことができる。これにより、仕切り壁１８を水温の変化に短時間で追従させる機能を高めることと、流路を流れる加湿ガスと仕切り壁１８との接触面積を実質的に増やすことができる。これにより、加湿ガスの露点と仕切り壁１８の温度とに生じる差を抑制して、加湿ガスの露点を短時間で水温に合わせる機能を向上させている。
【００８２】
（２．纏め）
以下、図７を参照して本発明のガス加湿装置の構成について纏める。
【００８３】
本発明のガス加湿装置は、液体が貯蔵されるタンクと、前記液体内にガスを供給するガス供給口と、前記液体の液面を跨ぐようにして前記液体と前記液体よりも上方の空間とに亘って配置され、内部が第１区画と第２区画とに仕切られた仕切り容器と、前記ガスを前記タンク内から取り出すためのガス排出口と、を備え、前記第１区画は、第１連通口を介して前記液面よりも上方の空間と連通し、前記第２区画は、前記第１連通口よりも上方に設けられた第２連通口を介して前記第１区画と連通し、前記ガス排出口は、前記第２区画内において前記第２連通口よりも下方且つ前記液面より上方に位置し、前記第２区画の前記液面より上方の空間からガスを取り出す。
【００８４】
ここで、第１区画は、図１に符合Ｓ１で示す、仕切り容器１５の内周面と仕切り壁１８の外周面との間の空間に相当する。第２区画は、図１に符合Ｓ２で示す仕切り壁１８の内部空間に相当する。第１連通口は、図１，２，４−６に符合１６で示すガス取り出し穴に相当する。第２連通口は、図１に符合Ｈ２で示す、仕切り壁１８の上端と、仕切り容器１５の上面との間の隙間に相当する。
【００８５】
前記第１連通口の総開口面積が、前記第１区画の水平断面の断面積よりも小さいことが好ましい。
【００８６】
前記仕切り容器には、前記液面よりも下方に設けられ、前記タンクの内部と前記第１区画とを連通する第３連通口と、前記液面よりも下方に設けられ、前記第１区画と前記第２区画とを連通する第４連通口と、が設けられていることが好ましい。
【００８７】
ここで、第３連通口は、図１，２，５，６に符合１７で示す水通し穴の内、仕切り容器１５に設けられた水通し穴が相当する。第４連通口は、図１，２，４−６に符合１７で示す水通し穴の内、仕切り壁１８に設けられた水通し穴が相当する。
【００８８】
前記第４連通口は、前記第３連通口より下方に設けられているのが好ましい。
【００８９】
前記第１連通口は、前記液面を跨いで配置されているのが好ましい。
【００９０】
前記仕切り容器の内部に、前記液面より下方に配置された第１の板状部材をさらに備えるのが好ましい。また、前記仕切り容器の内部に、前記液面より上方に配置された第２の板状部材をさらに備えるのが好ましい。
【００９１】
ここで、第１の板状部材は、図５に符合１８ａで示す複数の仕切り板の内、水面２ｓよりも下方に配置されたものが相当し、図６に符合１８ｂで示す螺旋板の内、水面２ｓよりも下方に配置された部位が相当する。第２の板状部材は、図５に符合１８ａで示す複数の仕切り板の内、水面２ｓよりも上方に配置されたものが相当し、図６に符合１８ｂで示す螺旋板の内、水面２ｓよりも上方に配置され部位が相当する。図６に符合１８ｂで示す螺旋板は、第１の板状部材と第２の板状部材とを一体に構成する。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明のガス加湿装置は、バブリング方式のガス加湿装置において、ガスの取り出し口に仕切り容器を設ける。これにより、水面２ｓの直ぐ上の水温に近い露点温度の加湿ガスを、水面２ｓに生じる波や水しぶきの吸い込みを防いで取り出し、仕切り容器を水に浸けて、容器内でガスの温度を水温に近い温度に合わせることができる。この結果、本発明のガス加湿装置は、水温の変化に短時間で追従した露点の加湿ガスを得ることができ、バブリング方式の加湿装置で露点温度を短時間で変更する用途に適用できる。
【００９３】
また、気相部に存在する水しぶき等の液滴を排除して、ガス取り出し穴でガス温度を水温に合わせるようにしている。この結果、水温の調整により露点温度の安定した加湿ガスを取り出すことができるようになるため、本発明のガス加湿装置は、安定した露点の加湿ガスを得る用途に適用できる。
【符号の説明】
【００９４】
１  タンク
１ａ  タンクふた
２  液相部
２ａ  水、加熱水
２ｓ  水面（液面）
３  ガス供給口
３ａ  ガス供給管
４  ガス排出口
４ａ  ガス排出管
５  加熱ヒーター
５ａ  ヒーター
６  冷却機構
７  冷却用ポンプ
８  熱交換器
９  冷却流路
１０  気相部
１１  循環流路
１２  循環ポンプ
１３  ガス、加湿ガス、気泡
１４  液滴、水しぶき
１５  仕切り容器
１６  ガス取り出し穴（第１連通口）
１７  水通し穴（第３連通口、第４連通口）
１８  仕切り壁
１８ａ  仕切り板（第１の板状部材、第２の板状部材）
１８ｂ  螺旋板（第１の板状部材、第２の板状部材）
ｈ  小穴
Ｈ２  第２連通口
Ｓ１  第１区画
Ｓ２  第２区画
【図１】
2020118396.tif 000003
【図２】
2020118396.tif 000004
【図３】
2020118396.tif 000005
【図４】
2020118396.tif 000006
【図５】
2020118396.tif 000007
【図６】
2020118396.tif 000008
【図７】
2020118396.tif 000009
【図８】
2020118396.tif 000010
【図９】
2020118396.tif 000011
【図１０】
2020118396.tif 000012