(57)【要約】【課題】水分交換効率を向上させることができ、好適に加湿可能な加湿器を提供する。【解決手段】筒状のケース１０と、ケース１０に収容された芯部材２０と、複数の中空糸膜１１ａが束ねられてなり、ケース１０と芯部材２０との間に収容された中空糸膜束１１と、を備え、第１流体が中空糸膜１１ａ内を通流し、第１流体と異なる湿度の第２流体が、芯部材２０に設けられた中空部２１から、流出孔２３を通って、中空糸膜束１１に向かって流出し、ケース１０内における中空糸膜１１ａ外を通流する加湿器１であって、第２流体の通流方向における流出孔２３の上流側近傍に、第２流体を旋回させる旋回手段を備えた。【選択図】図２
2010112577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のケースと、
前記ケースに収容された芯部材と、
複数の中空糸膜が束ねられてなり、前記ケースと前記芯部材との間に収容された中空糸膜束と、を含む加湿器本体を備え、
第１流体が前記中空糸膜内を通流し、
前記第１流体と異なる湿度の第２流体が、前記芯部材に設けられた中空部から、当該中空部を囲む周壁の流出孔を通って、前記中空糸膜束に向かって流出し、前記ケース内における前記中空糸膜外を通流する加湿器であって、
第２流体の通流方向における前記流出孔の上流側近傍に、第２流体を旋回させる旋回手段を備えることを特徴とする加湿器。
【請求項２】
前記旋回手段は、第２流体が通流する流路を囲む流路壁に形成された螺旋状の溝部もしくは突部であることを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項３】
前記中空部は底部を有しており、
前記底部には、第２流体を旋回させる他の旋回手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加湿器。
【請求項４】
前記加湿器本体を複数備え、
複数の前記加湿器本体に、第２流体が分配されて流入するように構成されており、
前記旋回手段は、複数の前記加湿器本体に対応して、第２流体の通流方向における前記流出孔の上流側近傍にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の加湿器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池等に供給される空気等の流体を加湿する加湿器に関し、詳しくは、水分透過性の中空糸膜を有する加湿器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池においては、燃料電池を構成する電解質膜の湿潤状態を確保するべく、水素（燃料ガス）、酸素を含む空気（酸化剤ガス）を加湿する加湿器が必要とされる。このような加湿器は、中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束と、中空糸膜束を収容するケースとを備え、例えば、燃料電池に向かう加湿すべき空気（第１流体）が中空糸膜内を、燃料電池のカソードから排出された多湿のカソードオフガス（第２流体）が中空糸膜外を、それぞれ通流する（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
また、中空糸膜内に通流させる第１流体の供給ラインに、流体内に渦運動を生じさせる手段を設け、流体の分散を良好にしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１３２０３８号公報
【特許文献２】特開平８−２７３６８７号公報
【特許文献３】特開２００４−３１１２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の加湿器では、第１流体と第２流体との水分交換効率の更なる向上を図るために、中空糸膜束に流入させる第２流体の流れの改善が望まれていた。
ここで、前記した特許文献３では、対象となる流体は第１流体であるが、前記したように第１流体の供給ラインに対して渦運動を生じさせる手段が設けられている。
しかしながら、この特許文献３では、渦運動を生じさせる手段と中空糸膜束とが、空間となる流入領域を隔てて離間して配置されている。このため、この従来技術では、渦運動を生じた流体を好適に中空糸膜束に対して作用させることができないという難点がある。したがって、加湿効率（水分交換効率）が低下する可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明は、水分交換効率を向上させることができ、好適に加湿可能な加湿器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、筒状のケースと、前記ケースに収容された芯部材と、複数の中空糸膜が束ねられてなり、前記ケースと前記芯部材との間に収容された中空糸膜束と、を含む加湿器本体を備え、第１流体が前記中空糸膜内を通流し、前記第１流体と異なる湿度の第２流体が、前記芯部材に設けられた中空部から、当該中空部を囲む周壁の流出孔を通って、前記中空糸膜束に向かって流出し、前記ケース内における前記中空糸膜外を通流する加湿器であって、第２流体の通流方向における前記流出孔の上流側近傍に、第２流体を旋回させる旋回手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような加湿器によれば、第２流体の通流方向における流出孔の上流側近傍に、第２流体を旋回させる旋回手段が設けられているので、第２流体に対して芯部材の径方向に拡がる旋回方向の速度成分を発生させることができる。
そして、旋回手段は、流出孔の上流側近傍に設けられているので、旋回方向の速度成分を生じた第２流体を、その近傍にある流出孔から中空糸膜に向けて、速度成分を維持しつつ好適に流出させることができる。
これにより、中空糸膜束内に流入した第２流体が、中空糸膜束の断面全体に行き渡るようにして流れることとなる。したがって、中空糸膜束内において水分交換の行われ難いデッドスペースを低減することができるようになり、水分交換効率を向上させることができる。これによって、好適な加湿が実現される。
【０００９】
また、本発明は、前記旋回手段が、第２流体が通流する流路を囲む流路壁に形成された螺旋状の溝部もしくは突部である構成とするのがよい。
【００１０】
このような加湿器によれば、第２流体が通流する流路を囲む流路壁に、螺旋状の溝部もしくは突部を形成するという簡単な構成で、第２流体に容易に旋回方向の速度成分を生じさせることができ、好適な加湿を実現することができる。また、構成が簡単であるのでコストを低く抑えることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記中空部は底部を有しており、前記底部には、第２流体を旋回させる他の旋回手段が設けられている構成とするのがよい。
【００１２】
このような加湿器によれば、中空部の底部に、第２流体を旋回させる他の旋回手段が設けられているので、前記した旋回手段により生じた旋回方向の速度成分に加えて、底部側においても旋回方向の速度成分を生じさせることができ、中空糸膜束の断面全体に第２流体が良好に行き渡るようになる。したがって、中空糸膜束内において水分交換の行われ難いデッドスペースを低減することができるようになり、水分交換効率を向上させることができる。これにより、好適な加湿が実現される。
【００１３】
また、本発明は、前記加湿器本体を複数備え、複数の前記加湿器本体に、第２流体が分配されて流入するように構成されており、前記旋回手段は、複数の前記加湿器本体に対応して、第２流体の通流方向における前記流出孔の上流側近傍にそれぞれ設けられている構成とするのがよい。
【００１４】
このような加湿器によれば、加湿器本体を複数備えた加湿器において、旋回手段が、複数の加湿器本体に対応して、第２流体の通流方向における流出孔の上流側近傍にそれぞれ設けられているので、各加湿器本体において独立して、芯部材の径方向に拡がる旋回方向の速度成分を発生させることができる。したがって、水分交換効率を向上させることができ、好適な加湿が実現される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水分交換効率を向上させることができ、好適に加湿可能な加湿器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る加湿器１が組み込まれた燃料電池システム１００について、図１を参照して説明する。燃料電池システム１００は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されており、燃料電池スタック１１０と、水素タンク１２１と、コンプレッサ１３１と、加湿器１とを備えている。
【００１７】
燃料電池スタック１１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）をセパレータ（図示しない）で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。ＭＥＡは、電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟持するカソード及びアノードとを備えている。
各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路１１１およびカソード流路１１２が形成されている。
【００１８】
そして、水素が、水素タンク１２１から、配管１２１ａ、アノード流路１１１を介してアノードに供給され、酸素を含む空気が、外気を吸気するコンプレッサ１３１から、配管１３１ａ、加湿器１、配管１３１ｂ、カソード流路１１２を介してカソードに供給されると、アノードおよびカソードに含まれる触媒（Ｐｔ等）上で電極反応が起こり、燃料電池スタック１１０が発電可能な状態となる。
【００１９】
このように発電可能な状態の燃料電池スタック１１０と、外部負荷（例えば走行用のモータ）とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１１０が発電するようになっている。
【００２０】
また、アノード流路１１１から排出されたアノードオフガスは、配管１２１ｂを介して、希釈器１３２に排出されるようになっている。一方、カソード流路１１２から排出されたカソードオフガスは、配管１３１ｃ、加湿器１、配管１３２ａを介して、希釈器１３２に排出され、希釈器１３２においてアノードオフガス中の未消費の水素を希釈するようになっている。そして、希釈後のガスは、配管１３２ｂを介して、車外に排出されるようになっている。
なお、カソードオフガスは、カソードにおける電極反応により生成する水蒸気（水分）により多湿である。また、生成した水蒸気の一部は電解質膜をアノード側に透過するので、アノードオフガスも多湿である。
【００２１】
次に、加湿器１の構成について、図２から図５を参照して説明する。ここで、明確に説明するために、図２を基準として、前、後、上、下を設定する。
【００２２】
加湿器１に組み込まれる加湿器本体１Ａは、その外形が図３に示すように略円柱体を呈しており、コンプレッサ１３１（図１参照）からカソード流路１１２（図１参照、以下同じ）に向かう加湿すべき空気（第１流体）を、カソード流路１１２から排出された多湿のカソードオフガス（第２流体）で加湿するものである。すなわち、カソード流路１１２に向かう空気の湿度とカソードオフガスの湿度とは異なっており、カソードオフガスの湿度の方が高くなっている。
なお、加湿器本体１Ａは、例えば、その軸方向が燃料電池自動車の前後（走行）方向に沿うように配置される。
【００２３】
本実施形態の加湿器１は、図３に示した加湿器本体１Ａを、図２に示すように上下方向に２つ並設している。このような加湿器１において、各加湿器本体１Ａ，１Ａは、同様の構成であるので、以下では、一方の（上側に配置される）加湿器本体１Ａについて説明し、適宜、他方の（下側に配置される）加湿器本体１Ａについて説明する。
【００２４】
加湿器１は、前記したように上下方向に２つの加湿器本体１Ａ，１Ａを収容してなり、外ケース２と、外ケース２の前部側に装着されるフロントマニホールド３とで２つの加湿器本体１Ａ，１Ａを覆ってなる。
外ケース２は、上下２つの加湿器本体１Ａ，１Ａをほぼ覆う大きさを有し、有底円筒を２つ組み合わせた形状を呈しており、その内空の上下に加湿器本体１Ａ，１Ａを収容する。
外ケース２の前端部側は図示しないボルト等によってフロントマニホールド３の後端部側に固定されるようになっており、固定された状態で、収容した加湿器本体１Ａ，１Ａの前部がフロントマニホールド３の後部に内包されるようになっている。
外ケース２の後端部側には、配管１３１ａ（図１参照）を介してコンプレッサ１３１（図１参照）からの加湿すべき空気が流入するようになっており、図示しない分岐管を介して外ケース２の底部２ａに形成された流入スペース２ｂ，２ｂに流入するようになっている（太線矢印参照）。流入スペース２ｂ，２ｂに流入した空気は、加湿器本体１Ａ，１Ａの後端部側から後記する中空糸膜束１１内に流入する。
【００２５】
また、外ケース２の底部２ａには、加湿器本体１Ａ，１Ａ内にて水分交換されて排出されたカソードオフガスを導出するための導出口２ｃが取り付けられている。この導出口２ｃは、加湿器本体１Ａ，１Ａの後記する各オフガス流出孔１２に連通している。各オフガス流出孔１２から、導出口２ｃに集められたカソードオフガスは、配管１３２ａ（図１参照）を通じて、希釈器１３２に送られ、その後、配管１３２ｂ（図１参照）を通じて外部に排出される。
【００２６】
フロントマニホールド３は、外ケース２および外ケース２に収容された加湿器本体１Ａ，１Ａの前端部側が取り付けられるカバーであり、その内部には、燃料電池スタック１１０のカソード流路１１２から排出された多湿のカソードオフガスが流れる上流側流路としての配管（流路）１３１ｃ（図１参照）が形成されている。また、フロントマニホールド３には、その内部に、加湿器本体１Ａ，１Ａの各中空糸膜束１１，１１内を通流して加湿された空気を燃料電池スタック１１０のカソード流路１１２に導く配管（流路）１３１ｂ（図１参照）が形成されている。
【００２７】
配管１３１ｃは、上流側が燃料電池スタック１１０の図示しないカソード流路１１２に接続されており、下流側がフロントマニホールド３内において上下２つに分岐され、各加湿器本体１Ａ，１Ａの後記する芯部材２０の中空部２１，２１にそれぞれ接続されている。
そして、この配管１３１ｃの下流端には、旋回手段としての螺旋状の溝部５０が形成されている。
【００２８】
溝部５０は、カソードオフガスの流れ方向に沿って配管１３１ｃの流路壁に螺旋状に形成されており（図４参照）、本実施形態では、１条の螺旋溝で形成されている。この溝部５０は、通流するカソードオフガスに対して、芯部材２０の径方向に拡がる旋回方向の速度成分を発生させるようになっている（図５（ａ）参照）。
すなわち、配管１３１ｃを流れてきたカソードオフガスは、配管１３１ｃの下流端に達したときに、溝部５０によって旋回され、配管１３１ｃの下流端部に接続される芯部材２０の後記する中空部２１に対して、旋回しながら流入するようになっている。
本実施形態では、配管１３１ｃの各下流端に溝部５０，５０がそれぞれ設けられているので、カソードオフガスは、径方向に拡がる旋回方向の速度成分を好適に維持しつつ、配管１３１ｃに連続する各中空部２１，２１に対して流入することとなる。
なお、溝部５０は多条の螺旋溝で形成してもよい。
【００２９】
ここで、配管１３１ｃの下流端は、中空部２１，２１を取り囲む周壁２２に形成された後記する流出孔２３の上流近傍であり、流出孔２３の上流近傍に溝部５０が設けられていることとなる。流出孔２３に対する溝部５０の作用は後記する。
【００３０】
図２に示すように、フロントマニホールド３に形成されるもう一つの配管１３１ｂは、上流側となる流入口１３１ｂ１が中空糸膜束１１の後記するポッティング部１３の前方に開口しており、下流側となる流出口１３１ｂ２が燃料電池スタック１１０のカソード流路１１２に連通している。つまり、各加湿器本体１Ａ，１Ａの各中空糸膜束１１，１１を通って加湿された空気は、配管１３１ｂにより一つに集められ、配管１３１ｂを通じて燃料電池スタック１１０のカソード流路１１２に送られるようになっている。
【００３１】
図３に示すように、加湿器本体１Ａは、略円柱体を呈しており、図２に示すように、円筒状のケース１０と、ケース１０の中心軸線（不図示）上に配置された芯部材２０と、ケース１０に内包されるとともに、ケース１０と芯部材２０との間に充填（収容）された中空糸膜束１１と、を主に備えている。すなわち、芯部材２０は、断面視が環状の中空糸膜束１１の内側であって、ケース１０および中空糸膜束１１の軸心と同心上に配置されている。
【００３２】
ケース１０は、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）等の硬質樹脂から形成される円筒体であって、その後側の周壁に水分交換後のカソードオフガスが流出するオフガス流出孔１２を複数有している（図３参照）。複数のオフガス流出孔１２は、ケース１０の周方向に配置されるとともに、軸方向において複数段（本実施形態では４段、図３参照）で配置されている。
なお、オフガス流出孔１２の形状は、本実施の形態では、長円形としたが、円形や多角形の孔でもよい。
【００３３】
芯部材２０は、その外形が略円筒体であって、前記したように、ケース１０の軸心と同心上に位置している。芯部材２０は、その前側（一方側）に開口した有底筒状の中空部２１を備えている。
中空部２１は、前記したフロントマニホールド３に形成された配管１３１ｃと連通するように配管１３１ｃの下流端に接続されており、本実施形態では、中空部２１を囲む周壁２２の前端部が、配管１３１ｃの後端部に当接する状態で、加湿器本体１Ａ，１Ａを収容した外ケース２が、フロントマニホールド３に固定されるようになっている。
【００３４】
中空部２１を囲む芯部材２０の周壁２２には、中空部２１に流入したカソードオフガスを流出するための複数の流出孔２３が、周方向に、かつ、軸方向において多段で形成されている。
一方、前記したように、中空部２１に流入するカソードオフガスは、流出孔２３の上流近傍に設けられた溝部５０によって、芯部材２０の径方向に拡がる旋回方向の速度成分を発生しているので、その旋回方向の速度成分が維持された状態で中空部２１に流入することとなる。したがって、中空部２１から複数の流出孔２３を通って流出するカソードオフガスは、断面視において、径方向外側に旋回しながら拡がるように流れ（図５（ｂ）参照）、また、図５（ａ）に示すように、中空糸膜束１１の輪切り断面方向に深く行き渡るようにして中空糸膜１１ａ外（中空糸膜束１１内）に流入することとなる。
【００３５】
中空糸膜束１１は、ポリイミド等から形成された中空糸膜１１ａが、複数本（例えば１０００〜１００００本）にて束ねられたものである。そして、中空糸膜束１１は、ケース１０の軸方向に沿って、ケース１０と芯部材２０との間に装填されるとともに、前側および後側のエポキシ樹脂等から形成されるポッティング部１３、１３（封止部）を介して、ケース１０および芯部材２０に固定されている。
すなわち、後側のポッティング部１３は、外ケース２の底部２ａの流入スペース２ｂ内と、加湿器本体１Ａのケース１０内であって中空糸膜１１ａ外の空間とを仕切るとともに、中空糸膜１１ａ内を通流する空気の流通方向において、中空糸膜１１ａの入口側に位置する入口側流路壁として機能している。
これと同様に、前側のポッティング部１３は、フロントマニホールド３内と、加湿器本体１Ａのケース１０内であって中空糸膜１１ａ外の空間とを仕切るとともに、中空糸膜１１ａ内を通流する空気の流通方向において、中空糸膜１１ａの出口側に位置する出口側流路壁として機能している。
したがって、加湿器本体１Ａは、その軸方向において、ポッティング部１３，１３の間に水分交換を行う水分交換領域を有している。
【００３６】
なお、前側のポッティング部１３の後方における中空糸膜束１１の前端内周面には、図４に示すように、最上流側に位置する流出孔２３が開口しており、この最上流側の流出孔２３を通じて、ポッティング部１３の後方直近における中空糸膜束１１にカソードオフガスが流入するようになっている。これにより、ポッティング部１３の後方直近のスペースにカソードオフガスが好適に行き渡るようになり、水分交換の行われ難いデッドスペースが低減される。
【００３７】
そして、中空糸膜１１ａの後側開口は、外ケース２の底部２ａの流入スペース２ｂ内と連通しており、流入スペース２ｂ内から中空糸膜１１ａ内に、加湿すべき空気が流入するようになっている。一方、中空糸膜１１ａの前側開口は、フロントマニホールド３の配管１３１ｂの流入口１３１ｂ１と連通しており、中空糸膜１１ａ内から配管１３１ｂに加湿空気が流出するようになっている。
なお、中空糸膜束１１の外周面とケース１０の内面との間には、僅かながらも隙間が形成されている。
【００３８】
次に、加湿器１の作用効果について、図２、図５（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
燃料電池スタック１１０から排出されたカソードオフガスは、フロントマニホールド３内の配管１３１ｃを通じて２つに分岐され、各加湿器本体１Ａ，１Ａの中空部２１，２１にそれぞれ流入する。
【００３９】
配管１３１ｃの下流端には、溝部５０がそれぞれ形成されているので、カソードオフガスが配管１３１ｃの下流端を通過する際に、溝部５０によって、カソードオフガスに芯部材２０の径方向に拡がる旋回方向の速度成分が発生し、これが、配管１３１ｃに連続して設けられた芯部材２０，２０の中空部２１，２１にそれぞれ流入することとなる。
【００４０】
中空部２１には、周壁２２に流出孔２３が設けられており、また、流出孔２３と溝部５０との位置関係は、流出孔２３の上流側近傍に溝部５０が配置されるものであるので、配管１３１ｃの下流端を通過したカソードオフガスは、前記した旋回方向の速度成分が好適に維持された状態で中空部２１，２１に流入されることとなる。
【００４１】
これにより、中空部２１から複数の流出孔２３を通って流出するカソードオフガスは、断面視において、径方向外側に旋回しながら拡がるように流れ（図５（ｂ）参照）、また、図５（ａ）に示すように、中空糸膜束１１の輪切り断面方向に深く行き渡るようにして中空糸膜１１ａ外（中空糸膜束１１内）に流入する。
【００４２】
このようにして中空糸膜１１ａ外に流入したカソードオフガスは、中空糸膜１１ａ外を後部側へ向けて流れ、その過程で、中空糸膜１１ａ内を流れる空気との間で水分交換される。そして、後部側に流れたカソードオフガスは、中空糸膜１１ａの後部からからオフガス流出孔１２を通じて導出口２ｃに集められ、配管１３２ａ（図１参照）を通じて、希釈器１３２に送られた後、配管１３２ｂ（図１参照）を通じて外部に排出される。
【００４３】
以上説明した本実施形態の加湿器によれば、カソードオフガスの通流方向における流出孔２３の上流側近傍に、旋回手段としての溝部５０が設けられているので、カソードオフガスに対して芯部材２０の径方向に拡がる旋回方向の速度成分を発生させることができる。
そして、溝部５０は、流出孔２３の上流側近傍に設けられているので、旋回方向の速度成分を生じたカソードオフガスを、その近傍にある流出孔２３から中空糸膜１１ａ外（中空糸膜束１１内）に向けて、速度成分を維持しつつ好適に流出させることができる。
これにより、中空糸膜束１１内に流入したカソードオフガスが、中空糸膜束１１の断面全体に行き渡るようにして流れることとなり、中空糸膜束１１内において水分交換の行われ難いデッドスペースを低減することができるようになる。
したがって、水分交換効率を向上させることができ、好適な加湿が実現される。
【００４４】
また、カソードオフガスが通流する配管１３１ｃを囲む流路壁に、溝部５０を形成するという簡単な構成で、カソードガスに容易に旋回方向の速度成分を生じさせることができ、好適な加湿を実現することができる。また、構成が簡単であるのでコストを低く抑えることができる。
【００４５】
また、溝部５０が、２つの加湿器本体１Ａ，１Ａにそれぞれ設けられている（配管１３１ｃにおける分岐点の下流側において流出孔２３，２３の近傍位置）ので、各加湿器本体１Ａ，１Ａにおいて独立して、芯部材２１の径方向に拡がる旋回方向の速度成分を効率よく発生させることができる。したがって、水分交換効率を向上させることができ、好適な加湿が実現される。
【００４６】
図６（ａ）（ｂ）は、変形例の加湿器を示す要部の拡大断面図である。図６（ａ）に示す変形例では、中空部２１の底部に、円錐状の突部２５が形成されている。この突部２５は、中空部２１に流入するカソードオフガスの流れに抗する（対向する）ように突設されており、その傾斜面には、他の旋回手段としての螺旋状の溝部５０Ａが形成されている。この溝部５０Ａは、中空部２１に流入してきたカソードオフガスに径方向に拡がる旋回方向の速度成分を発生させるようになっている。
【００４７】
また、図６（ｂ）に示す変形例では、中空部２１の底部に、円錐状の凹部２６が形成されている。この凹部２６は、中空部２１に流入するカソードオフガスの流れの方向に凹設されており、その傾斜面には、他の旋回手段としての螺旋状の溝部５０Ｂが形成されている。この溝部５０Ｂは、中空部２１に流入してきたカソードオフガスに対して旋回方向の速度成分を発生させるようになっている。
【００４８】
なお、この例では、溝部５０が、配管１３１ｃの下流端から中空部２１の周壁の前端部に亘って連続して形成されており、溝部５０の終端部が、最上流側に位置する流出孔２３にかかる位置まで延設されている。
【００４９】
このような加湿器１によれば、中空部２１の底部に、カソードオフガスを旋回させる溝部５０Ａや５０Ｂが形成されているので、これよりも上流側の溝部５０により生じた旋回方向の速度成分に加えて、底部側においても旋回方向の速度成分を生じさせることができ、中空糸膜束１１の断面全体にカソードオフガスが良好に行き渡るようになる。
したがって、中空糸膜束１１内において水分交換の行われ難いデッドスペースを低減することができるようになり、水分交換効率を向上させることができる。これにより、好適な加湿が実現される。
【００５０】
また、図６（ｂ）に示す変形例では、溝部５０の終端部が、最上流側に位置する流出孔２３にかかる位置まで延設されているので、旋回方向の速度成分を良好に生じさせることができ、中空糸膜束１１の断面全体にカソードオフガスがより良好に行き渡るようになる。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｃ）は、その他の変形例の加湿器を示す要部の拡大断面図である。この例では、図７（ａ）の図中において「Ｃ」で示した部分の変形に係るものであり、図７（ｂ）に示すように、周壁２２に形成された流出孔２３の孔壁２３ａがカソードオフガスの流出方向に沿う傾斜面とされている。
また、図７（ｃ）に示す例では、周壁２２に形成された流出孔２３の孔縁に、カソードオフガスの流出方向に沿うリブ２３ｂが設けられている。
【００５２】
このような加湿器１によれば、上流側の溝部５０により生じた旋回方向の速度成分に加えて、流出孔２３からカソードオフガスが流出する際にも旋回方向の速度成分を生じさせることができるようになり、中空糸膜束１１の断面全体にカソードオフガスが良好に行き渡るようになる。
したがって、中空糸膜束１１内において水分交換の行われ難いデッドスペースをより低減することができるようになり、水分交換効率をより向上させることができる。これにより、好適な加湿が実現される。
【００５３】
また、この例では、図７（ａ）に示すように、溝部５０の終端部が、最下流側に位置する流出孔２３の近傍まで延設されており、これによっても、旋回方向の速度成分を生じさせることができる。
なお、溝部５０の終端位置は、適宜設定することができる。
【００５４】
また、図８に示すように、芯部材２０の外周面に対して螺旋状の溝部５０Ｃを設けてもよい。
このような構成とすることによって、流出孔２３から流出したカソードオフガスに対して旋回方向の速度成分を引き続き生じさせることができ、ケース１０内をカソードオフガスが良好に旋回しつつ下流側に流れることとなる。つまり、カソードオフガスに生じる旋回方向の速度成分が維持されるようになり、中空糸膜１１ａ外を流れる時間が多少なりとも長くなって、その分、水分交換効率が向上するようになる。
【００５５】
なお、図示はしないが、ケース１０の内周面１０ａに対して螺旋状の溝部を設けて、カソードオフガスに生じる旋回方向の速度成分が同様に維持されるように構成してもよい。
【００５６】
また、図９に示すように、流出孔２３をカソードオフガスの螺旋状の流出方向に沿わせて、周壁２２に傾斜させて設けてもよい。
このような構成とすることによって、流出孔２３からスムーズにカソードオフガスが流出するようになり、中空糸膜１１ａ外において旋回方向の速度成分が好適に維持され、水分交換効率が向上するようになる。
【００５７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
前記した実施形態では、空気が中空糸膜１１ａ内を通流し、カソードオフガスが中空糸膜１１ａ外を通流する構成を例示したが、空気が中空糸膜１１ａ外を通流し、湿度の高いカソードオフガスが中空糸膜１１ａ内を通流する構成でもよい。
【００５８】
また、空気およびカソードオフガスの通流方向が、逆向きである構成を例示したが、同方向でもよい。
さらにまた、第１流体が空気、第２流体がカソードオフガスである構成、つまり、第１流体および第２流体がガスである構成を例示したが、例えば、第２流体が水（液体）である構成でもよい。
【００５９】
また、旋回手段として溝部５０等を示したが、これに限らず、カソードオフガスが通流する流路を囲む流路壁に螺旋状の突部を設けてもよい。また、溝部５０等と突部との両方を設けてもよい。
【００６０】
前記した実施形態では、加湿器１が空気とカソードオフガスとの間で水分交換し、燃料電池スタック１１０に向かう空気を加湿する構成を例示したが、その他に例えば、水素とアノードオフガスとの間で水分交換し、燃料電池スタック１１０に向かう水素を加湿する構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態の加湿器が適用される燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る加湿器の縦断面図である。
【図３】同じく加湿器本体を示す斜視図である。
【図４】同じく要部の拡大断面図である。
【図５】（ａ）は上側の加湿器本体における流体の流れを模式的に示した説明図、（ｂ）は加湿器本体の輪切り方向における流体の流れを示した断面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は、変形例の加湿器を示す要部の拡大断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、その他の変形例の加湿器を示す要部の拡大断面図である。
【図８】その他の例の加湿器を示す要部の一部切断断面図である。
【図９】その他の例の加湿器を示す要部の一部切断断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１      加湿器
１Ａ    加湿器本体
１０    ケース
１１    中空糸膜束
１１ａ  中空糸膜
２０    芯部材
２１    中空部
２２    周壁
２３    流出孔
２５    突部
２６    凹部
５０    溝部
５０Ａ  溝部
５０Ｂ  溝部
５０Ｃ  溝部
１００  燃料電池システム
１１０  燃料電池スタック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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