(57)【要約】【課題】水分交換効率を向上させることができ、簡単な工程で製造することができる加湿器の製造方法を提供する。【解決手段】第１流体が中空糸膜内を通流し、第１流体と異なる湿度の第２流体がケース２０内における中空糸膜１２外を通流する加湿器１の製造方法であって、ケース２０の内面における中空糸膜束１１の軸線方向に絞り勾配を形成することで第２流体の流速を向上させるための流速向上部Ａを形成する第１工程と、ケース２０における第２流体の流入部Ｒ１に、第２流体の流れを必要な方向に分散する分散部を形成する第２工程と、を含み、第１工程における流速向上部Ａと、第２工程における分散部とをインジェクション成形によりあわせて形成したことを特徴とする。【選択図】図３
2010151339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束と、
前記中空糸膜束を収容する筒状のケースと、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流体が前記ケース内における前記中空糸膜外を通流する加湿器の製造方法であって、
前記ケースの内面における前記中空糸膜束の軸線方向に絞り勾配を形成することで前記第２流体の流速を向上させるための流速向上部を形成する第１工程と、
前記ケースにおける前記第２流体の流入部に、前記第２流体の流れを必要な方向に分散する分散部を形成する第２工程と、を含み、
前記第１工程における前記流速向上部と、前記第２工程における分散部とをインジェクション成形によりあわせて形成することを特徴とする加湿器の製造方法。
【請求項２】
前記インジェクション成形により、
前記中空糸膜束と前記ケースの内面との間において、前記中空糸膜束の軸線方向に延在して前記第２流体が通流する流体通流部をさらに形成することを特徴とする請求項１に記載の加湿器の製造方法。
【請求項３】
前記インジェクション成形により、
前記ケースにおける前記第２流体の流出部において、前記第２流体の推力による前記中空糸膜束の変位で前記流出部が閉塞することを抑制する変位抑制部をさらに形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加湿器の製造方法。
【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の製造方法に関し、詳しくは、水分透過性の中空糸膜を有する加湿器の製造方法に関する。
【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】
【特許文献１】特開平８−２７３６８７号公報
【特許文献２】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】
【０００４】
ところで、加湿器は、その加湿効率を向上させるために、例えば、中空糸膜束が軸線方向に長く形成されて配置されることが好ましい。しかしながら、中空糸膜束が軸線方向に長く形成されて配置されると、オフガス流入部からケース内に流入したカソードオフガスがケースの端部等に行きわたり難く、水分交換率の低下する領域がケースの端部等に形成され易いといった問題があった。
また、オフガス流入部からケース内に流入したカソードオフガスをケース内に良好に分散させて加湿効率を向上させたいという要請があり、さらに、そのような構造を備えた加湿器を簡単な工程によって製造したいという要請があった。
【０００５】
そこで、本発明は、水分交換効率を向上させることができ、簡単な工程で製造することができる加湿器の製造方法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】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は、複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収容する筒状のケースと、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流体が前記ケース内における前記中空糸膜外を通流する加湿器の製造方法であって、前記ケースの内面における前記中空糸膜束の軸線方向に絞り勾配を形成することで、前記第２流体の流速を向上させるための流速向上部を形成する第１工程と、前記ケースにおける前記第２流体の流入部に、前記第２流体の流れを必要な方向に分散する分散部を形成する第２工程と、を含み、前記第１工程における前記流速向上部と、前記第２工程における分散部とをインジェクション成形によりあわせて形成したことを特徴とする。
【０００７】
このような加湿器の製造方法によれば、ケースの内面における中空糸膜束の軸線方向に絞り勾配を形成することで、第２流体の流速を向上させるための流速向上部が形成されるので、その流速向上部によって第２流体の流速を向上させることができ、中空糸膜束に沿わせて第２流体を有効に流すことができる。したがって、ケース内の端部等においても水分交換を良好に行うことができ、水分交換効率の向上された（加湿効率の高い）加湿器が得られる。
【０００８】
また、第２工程により、ケースにおける第２流体の流入部に、第２流体の流れを必要な方向に分散する分散部が形成されるので、第２流体の流れを、中空糸膜束の軸線方向に沿うように分散させることができ、水分交換効率の向上された加湿器が得られる。
【０００９】
また、第１工程における流速向上部と、第２工程における分散部とをインジェクション成形によりあわせて形成したので、製造工程が削減されて加湿器製造の簡易化を図ることができる。したがって、加湿器の製造のコストダウンを図ることができる。
【００１０】
また、本発明は、前記インジェクション成形により、前記中空糸膜束と前記ケースの内面との間において、前記中空糸膜束の軸線方向に延在して前記第２流体が通流する流体通流部をさらに形成する構成とするのがよい。
【００１１】
このような加湿器の製造方法によれば、第２流体が、流体通流部を通流して中空糸膜束の軸線方向に好適に流れるようになり、中空糸膜束の軸線方向に沿わせて第２流体を有効に流すことができる。したがって、ケース内の端部等においても水分交換を良好に行うことができ、水分交換効率をより一層向上させた加湿効率の高い加湿器が得られる。
【００１２】
また、本発明は、前記インジェクション成形により、前記ケースにおける前記第２流体の流出部において、前記第２流体の推力による前記中空糸膜束の変位で前記流出部が閉塞するのを抑制する変位抑制部をさらに形成する構成とするのがよい。
【００１３】
このような加湿器の製造方法によれば、第２流体の流出部に形成された変位抑制部によって、第２流体の推力による中空糸膜束の変位で流出部が閉塞するのを抑制することができ、第２流体のスムーズな流出を確保することができる。このことは、流入部側における第２流体のスムーズな流入を促すこととなり、ケース内における第２流体のスムーズな流れを形成して、水分交換効率の向上された加湿器が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水分交換効率を向上させることができ、簡単な工程で製造することができる加湿器の製造方法を提供することを課題とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る加湿器の製造方法の実施の形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図５を参照して詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る加湿器の製造方法により製造される加湿器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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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（例えば図示しない走行用のモータ）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。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、加湿器１の構成について、図２，図３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、左、右、上、下を設定する。
【００２１】
加湿器１は、コンプレッサ１３１（図１参照、以下同じ）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。加湿器１の外形は図２示すように略直方体を呈している。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、加湿器１は、中空糸膜束１１と、中空糸膜束１１を収容する四角筒状のケース２０とを備えている。なお、中空糸膜束１１とケース２０との軸線方向（長手方向）は一致している。
【００２３】
中空糸膜束１１は、ポリイミド等から形成され、水分透過性を有する中空糸膜１２が、複数本（例えば１０〜１００００本）にて束ねられたものである。なお、各中空糸膜１２は、水分を含むと膨潤し、多少伸張する。
【００２４】
ケース２０は、その内部に中空糸膜束１１を収容する四角筒状の容器であり、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）等の硬質樹脂からなり、後記するインジェクション成形により一体的に形成されている。
【００２５】
ケース２０の上壁２１および下壁２２は、厚みが一定に形成されている。上壁２１は、中空糸膜束１１の軸線方向において、前後端からそれぞれ中央部に向けて下り傾斜状に形成されており、また、下壁２２が、同じく軸線方向において、前後端からそれぞれ中央部に向けて上り傾斜状に形成されている。これによって、ケース２０の上壁面（内面）２１Ａおよび下壁面２２Ａは、ケース２０の中央部分がケース２０の両端部よりも絞られ、その中央部の輪切り方向の断面が、ケース２０の両端部における輪切り方向の断面よりも小さくされて、軸線方向に絞り勾配を有した流速向上部Ａが形成されている。つまり、中央部が絞られて、その絞られた部分である流速向上部Ａに後記する流入部Ｒ１からカソードオフガスが流入して流速が向上され、前後の両端部へ向けてカソードオフガスが勢いをもって流れやすくなっている。
なお、本実施形態では、上壁２１および下壁２２を前記のように傾斜状とすることで流速向上部Ａを形成したが、上壁２１および下壁２２の肉厚を中空糸膜束１１の軸線方向に漸次変更してケース２０の内面が傾斜面となるようにして絞り勾配を持たせるように形成し、これによって前記したような流速向上部Ａが形成されるようにしてもよい。
【００２６】
本実施形態では、ケース２０の軸線方向における上面中央部に、カソードオフガスの流入部Ｒ１が形成されているとともに、その直下となるケース２０の下面中央部にカソードオフガスの流出部Ｒ２が形成されている。つまり、ケース２０の中央部に形成される流速向上部Ａの上下に、流入部Ｒ１および流出部Ｒ２が形成されている。
流入部Ｒ１は、上壁２１の中央部を一段低くした段差壁２１ａを有しており、この段差壁２１ａと上壁２１との高低差による段差を利用して、段差壁２１ａと上壁２１との間には、ケース２０内に通じる流入口として機能する開口２１ｂ，２１ｂが形成されている。
本実施形態では、この段差壁２１ａと開口２１ｂ，２１ｂとによって、流入部Ｒ１に流入したカソードオフガスの流れをケース２０内の必要な方向に向けて分散する分散部を構成している。段差壁２１ａは、上面が平らに形成されており、この上面に対して、配管１３１ｃ（図１参照）からカソードオフガスが略直交する方向に流入するようになっている。
ここで、流入部Ｒ１の周りは図示しない導入口を構成する周壁で囲まれるようになっており、段差壁２１ａに直交する方向に流入したカソードオフガスは、図２（ｂ）に示すように、段差壁２１ａの上面に当って流れる方向を変え、前記した開口２１ｂ，２１ｂを通じてケース２０内に流入するようになっている。つまり、段差壁２１ａはカソードオフガスの流れを必要な方向に向けて分散するじゃま板の役割をなしている。
なお、必要な方向とは、ケース２０内において、カソードオフガスの水分交換が良好に行われる方向であり、具体的には、主としてケース２０の中央部から前後の両端部に向かう方向である。
【００２７】
ここで、ケース２０内には、図３（ａ）に示すように、ケース２０内に後記するようにして配置される中空糸膜束１１の上面と上壁２１の内面との間に、中空糸膜束１１の軸線方向に延在する流体通流部Ｓ１，Ｓ１（隙間）が形成されている。この流体通流部Ｓ１，Ｓ１は、前記した開口２１ｂ，２１ｂにそれぞれ連通しており、これによって、開口２１ｂ，２１ｂからケース２０内に流入したカソードオフガスは、流体通流部Ｓ１，Ｓ１を通じてケース２０内に分散されて流れるようになっている。
なお、上壁２１の上壁面２１Ａに沿うように図示しない内壁を形成し、また、下壁２２の下壁面２２Ａに沿うように図示しない内壁を形成して、これらの間に、流体通流部Ｓ１，Ｓ１を設けるようにしてもよい。この場合に、各内壁には、カソードガス通流用の孔やスリット等を形成して、流体通流部Ｓ１，Ｓ１から中空糸膜束１１内へのカソードガスの通流を図るように構成する。
【００２８】
また、段差壁２１ａは、その下面が断面三角状に下方へ緩やかに膨出して前記した流速向上部Ａの一部を構成しており、ケース２０の軸線方向に絞り勾配を形成している。
【００２９】
一方、流出部Ｒ２は、下壁２２の中央部を一段高くした段差壁２２ａを有しており、この段差壁２２ａと下壁２２との間には、ケース２０内に通じてカソードオフガスの排出口として機能する開口２２ｂ，２２ｂが形成されている。
本実施形態では、この下壁２２の中央部を一段高くした段差壁２２ａによって、カソードオフガスの推力（カソードオフガスが中空糸膜束１１を下向きに押圧する力）による中空糸膜束１１の変位（流出部Ｒ２へ向かう変位）で流出部Ｒ２が閉塞するのを抑制する変位抑制部を形成している。
段差壁２２ａは、前記した段差壁２１ａの上下を反転させた形状を呈しており、その上面が断面三角状に上方へ緩やかに膨出して前記した流速向上部Ａの一部を構成し、ケース２０の軸線方向に絞り勾配を形成している。つまり、段差壁２２ａは、変位抑制部としての機能と流速向上部Ａの一部を構成する機能とを併せ備えている。
【００３０】
また、ケース２０内には、ケース２０内に後記するようにして配置される中空糸膜束１１の下面と下壁２２の内面との間に、中空糸膜束１１の軸線方向に延在する流体通流部Ｓ２，Ｓ２（隙間）が形成されている。この流体通流部Ｓ２，Ｓ２は、前記した開口２２ｂ，２２ｂにそれぞれ連通しており、これによって、ケース２０内の中空糸膜１２外を通流したカソードオフガスは、流体通流部Ｓ２，Ｓ２から開口２２ｂ，２２ｂを通じて流出部Ｒ２に排出されるようになっている。
【００３１】
次に、中空糸膜束１１は、その前側および後側が、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２０に固定されている。そして、中空糸膜束１１の軸線方向中央部は、前記した段差壁２１ａおよび段差壁２２ａで上下から挟まれるようにして絞られている。すなわち、中空糸膜束１１は、その中央部が上下方向に絞られており、前側および後側に向かうほど上下方向に拡がる状態でケース２０内に配置されている。
なお、前記した上壁２１と段差壁２１ａとの段差およびポッティング部１３の高さ方向の厚みで流体通流部Ｓ１の隙間が設定され、また、前記した下壁２２と段差壁２２ａとの段差およびポッティング部１３の高さ方向の厚みで流体通流部Ｓ２の隙間が設定される。
【００３２】
ケース２０の前部には前キャップ１４が取り付けられており、ケース２０の後部には後キャップ１５が取り付けられている。
そして、コンプレッサ１３１からの空気は、図３（ｂ）に示すように、後キャップ１５の空気流入部１５ａから後キャップ１５内を通って各中空糸膜１２内に流入し、各中空糸膜１２内を前方に向かって通流した後、前キャップ１４内を通って、前キャップ１４の空気流出部１４ａから外部（配管１３１ｂ、図１）に流出するようになっている。
【００３３】
一方、カソードオフガスは、図３（ｂ）に示すように、ケース２０の流入部Ｒ１から下方に向かって、つまり、段差壁２１ａの上面に向かって流入し、段差壁２１ａで前後方向（必要な方向）に分散されて各開口２１ｂ，２１ｂからケース２０内の流体通流部Ｓ１，Ｓ１に流入する。そして、充分分散されたカソードオフガスは、流体通流部Ｓ１，Ｓ１から中空糸膜束１１の上面の略全体に流入し、中空糸膜１２外であってケース２０内を下方に向かって通流した後、流体通流部Ｓ２，Ｓ２に流出するようになっている。その後、カソードオフガスは、流体通流部Ｓ２，Ｓ２から開口２２ｂ，２２ｂを通じて流出部Ｒ２に流出し、流出部Ｒ２から外部（配管１３２ａ、図１）に流出するようになっている。
【００３４】
すなわち、加湿すべき燃料電池スタック１１０に向かう空気が中空糸膜１２内を前方に向かって通流し、多湿のカソードオフガスがケース２０の中央部から前後両端へ向かって通流するように構成されている。
そして、ケース２０の内面は、前記のように、ケース２０の中央部からケース２０の両端部へ向けて中空糸膜束１１の軸線方向に絞り勾配を有して流速向上部Ａを有しているので、流入部Ｒ１から流入したカソードオフガスは、流速向上部Ａで流速が向上されて両端部へ流れる。
一方、カソードオフガスが段差壁２１ａによって前後方向に分散され、流入部Ｒ１から流出部Ｒ２に向けて短絡的に流れることが防止される。これによって、カソードオフガスを中空糸膜束１１の全体に行き渡らせることができる。
【００３５】
このように成形されたケース２０を有する加湿器１によれば、ケース２０の内面に中空糸膜束１１の軸線方向に絞り勾配を形成することでカソードオフガスの流速を向上させるための流速向上部Ａが形成されるので、その流速向上部Ａによってカソードオフガスの流速を向上させることができ、中空糸膜束１１に沿わせてケース２０の中央部から前後の両端部へ向けてカソードオフガスを有効に流すことができる。したがって、ケース２０内の前端部や後端部において水分交換を良好に行うことができるようになり、水分交換効率を向上させた加湿器１が得られる。
【００３６】
また、ケース２０におけるカソードオフガスの流入部Ｒ１に、カソードオフガスの流れを必要な方向に分散する段差壁２１ａと開口２１ｂ，２１ｂとからなる分散部が形成されているので、カソードオフガスを、この分散部で中空糸膜束１１に沿う方向、つまり、ケース２０の中央部から前後の両端部へ向けて有効に流すことができる。これにより、水分交換効率を向上させた加湿器１が得られる。
【００３７】
また、ケース２０に流体通流部Ｓ１が形成されるので、カソードオフガスが、流体通流部Ｓ１を通流して中空糸膜束１１の軸線方向に好適に流れるようになり、中空糸膜束１１に沿わせてカソードオフガスを有効に流すことができる。したがって、ケース２０内の前後の両端部においても水分交換を良好に行うことができ、水分交換効率をより一層向上させた加湿器１が得られる。
【００３８】
また、ケース２０の流出部Ｒ２に変位抑制部としての段差壁２２ａが形成されるので、この段差壁２２ａによって、カソードオフガスの推力による中空糸膜束１１の変位で流出部Ｒ２が閉塞するのを抑制することができ、カソードオフガスのスムーズな流出を確保することができる。このことは、流入部Ｒ１側におけるカソードオフガスのスムーズな流入を促し、ケース２０内におけるカソードオフガスのスムーズな流れを形成して、水分交換効率を向上させた加湿器１が得られる。
【００３９】
次に、図４，図５を参照して、インジェクション成形による加湿器１のケース２０の製造方法について説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）は、ケース２０の製造方法について説明する図であり、ケース２０の縦断面方向における模式断面図である。なお、ケース２０の各部については図３（ａ）を適宜参照する。
まず、図４（ａ）に示すように、ケース２０の勾配のある内面を形成するための前後型（可動金型）４０，４１を図中矢印方向にそれぞれスライド移動させて、前後型４０，４１の対向部同士が当接する状態に組み合わせる。そして、図４（ｂ）に示すように、ケース２０の上壁２１を含む上部側を形成するための左上型（可動金型）４２、右上型（可動金型）４３を前後型４０，４１に向けて下降移動させて組み合わせるとともに、ケース２０の下壁２２を含む下部側を形成するための左下型（可動金型）４４、４５を前後型４０，４１に向けて上昇移動させて組み合わせる。
続いて、図４（ｃ）に示すように、ケース２０の流入部Ｒ１を形成するための中央上型（可動金型）４６を前後型４０，４１の当接部位の上部へ向けて下降移動させて組み合わせるとともに、ケース２０の流出部Ｒ２を形成するための中央下型（可動金型）４７を前後型４０，４１の当接部位の下部へ向けて上昇移動させて組み合わせて、これらの型を閉める。
【００４０】
その後、図５（ａ）に示すように、上中央型（可動金型）４６および下中央型（可動金型）４７に形成した湯口４６ａ，４７ａを通じて、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）等の樹脂を射出する。これにより、樹脂が湯口４６ａ，４７ａから各部に回り、段差壁２１ａ（分散部）、段差壁２２ａ（変位抑制部）および上壁２１、下壁２２が同時に形成されて、流速向上部Ａが形成されるとともに、上壁２１が形成されることによる流体通流部Ｓ１の上壁面２１Ａの形成、下壁２２が形成されることによる流体通流部Ｓ２の下壁面２２Ａの形成が同時に行われる。
その後、樹脂が冷えたところで脱型し、図５（ｂ）に示すようなケース２０を得る。
【００４１】
このように、流速向上部Ａと、分散部とをインジェクション成形によりあわせて形成したので、流速向上部Ａの形成および分散部の形成を一つの工程で行うことができるようになり、製造工程が削減されて製造の簡易化を図ることができる。したがって、加湿器１の製造のコストダウンを図ることができる。
【００４２】
また、インジェクション成形により、ケース２０に流体通流部Ｓ１が形成されるので、カソードオフガスが、流体通流部Ｓ１を通流して中空糸膜束１１の軸線方向に好適に流れるようになり、中空糸膜束１１に沿わせてカソードオフガスを有効に流すことができる。したがって、ケース２０内の前後の両端部においても水分交換を良好に行うことができ、水分交換効率をより一層向上させた加湿器１が得られる。
【００４３】
また、インジェクション成形により、ケース２０の流出部Ｒ２に変位抑制部としての段差壁２２ａが形成されるので、この段差壁２２ａによって、カソードオフガスの推力による中空糸膜束１１の変位で流出部Ｒ２が閉塞するのを抑制することができ、カソードオフガスのスムーズな流出を確保することができる。このことは、流入部Ｒ１側におけるカソードオフガスのスムーズな流入を促し、ケース２０内におけるカソードオフガスのスムーズな流れを形成して、水分交換効率を向上させた加湿器１が得られる。
【００４４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６から図８を参照して説明する。
本実施形態が前記第１実施形態と異なるところは、流速向上部（ケース５０の絞れられた領域）Ａ’が、ケース５０の前部側に形成されており、その上方に流入部Ｒ１’が形成されているとともに、後部側に流出部Ｒ２’が形成されている点である。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、流入部Ｒ１’は、ケース５０の前端部よりもやや後方側に位置しており、ケース５０内における流入部Ｒ１’の下方領域が、軸線方向の他の領域に比べて絞られることで、流速向上部Ａ’が形成されている。
ケース５０の上壁５１は、ケース５０における中空糸膜束１１の軸線方向において、前後端から流入部Ｒ１’に向けて下り傾斜状に形成されており、また、下壁５２は、軸線方向において、前後端から流入部Ｒ１’の直下へ向けて上り傾斜状に形成されている。つまり、ケース５０は、流出部Ｒ２’側から流入部Ｒ１’側へ向けて絞られている形状となっている。これによって、ケース５０の内面は、中空糸膜束１１の軸線方向に絞り勾配を有したものとなっており、流速向上部Ａ’で、ケース５０が絞られて、流入部Ｒ１’から流入したカソードオフガスの流速が向上するようになっている。
【００４６】
流入部Ｒ１’は、上壁５１の中央部を一段低くした段差壁５１ａを有しており、この段差壁５１ａと上壁５１との高低差による段差を利用して、段差壁５１ａと上壁５１との間には、ケース５０内に通じる流入口として機能する開口５１ｂが形成されている。これにより、流入部Ｒ１’からのカソードオフガスが開口５１ｂを通じてケース５０内に流れ込むようになっている。
また、段差壁５１ａには、ケース５０の左右方向（図６（ａ）の紙面に直交する方向）にスリット５１ｃが形成されており、段差壁５１ａの上面に対して、略直交する方向に流入するカソードオフガスがスリット５１ｃを通じてケース５０内の必要な方向に分散するようになっている。本実施形態では、段差壁５１ａ、開口５１ｂ、スリット５１ｃによって分散部が構成されている。
なお、段差壁５１ａの前部側には、後記するインジェクション成形時に開口５１ｂが同様に形成されるが、ケース５０内に中空糸膜束１１を収容する際に、ポッティング部１３で閉じられるようになっている。
【００４７】
ケース５０内には、開口５１ｂに連通する流体通流部Ｓ１が中空糸膜束１１の上面と上壁５１の内面との間に軸線方向に延在して形成されており、開口５１ｂを通じてケース５０内に流入したカソードオフガスが、流体通流部Ｓ１を通じてケース５０の後部へ向けて分散されて流れるようになっている。
【００４８】
一方、流出部Ｒ２’は、下壁５２の後端部に貫通孔５２ａを形成することで構成されており、ケース５０内の中空糸膜１２外を通流したカソードオフガスが、貫通孔５２ａを通じて排出されるようになっている。本実施形態では、流出部Ｒ２’が後端部のポッティング部１３に近い位置にあることから、中空糸膜束１１の後部側での変位が生じ難くなっており、第１実施形態で説明したような段差壁２２ａ（図２参照）を設けていない。なお、段差壁２２ａに相当するものを適宜設けるようにしてもよい。
なお、中空糸膜束１１の下面と下壁５２の内面との間には、若干の隙間Ｓ３が形成されており、中空糸膜束１１の下面が下壁５２の内面に密着することが防止されている。
【００４９】
コンプレッサ１３１からの空気は、第１実施形態と同様に、後キャップ１５の空気流入部１５ａから後キャップ１５内を通って各中空糸膜１２内に流入し、各中空糸膜１２内を後方に向かって通流した後、前キャップ１４内を通って、前キャップ１４の空気流出部１４ａから外部（配管１３１ｂ、図１）に流出するようになっている。
【００５０】
一方、カソードオフガスは、前記したように、その一部が段差壁５１ａのスリット５１ｃを通じてケース５０内に流入する。また、カソードオフガスは、段差壁５１ａで後方向に分散されて開口５１ｂからケース５０内の流体通流部Ｓ１に流入し、流体通流部Ｓ１から中空糸膜束１１の上面略全体に流入する。中空糸膜束１１に流入したカソードオフガスは、中空糸膜１２外であってケース５０内を下方に向かって通流した後、流出部Ｒ２（貫通孔５２ａ）から外部（配管１３２ａ、図１）に流出する。
【００５１】
すなわち、加湿すべき燃料電池スタック１１０に向かう空気が中空糸膜１２内を前方に向かって通流し、多湿のカソードオフガスが中空糸膜１２外を後方に向かって通流するように構成されている。つまり、空気の通流方向とカソードオフガスの通流方向とは対向しており、空気が効率的に加湿されるようになっている。
【００５２】
そして、ケース５０の内面は、前記のように、ケース５０の前部からケース５０の後部へ向けて中空糸膜束１１の軸線方向に絞り勾配を有したものとなっており、前端部に流速向上部Ａ’を有したものとなっているので、ケース５０の前端部の流入部Ｒ１’から流入したカソードオフガスは、スリット５１ｃおよび流体通流部Ｓ１から中空糸膜束１１内に流入した後、絞られた流速向上部Ａ’で流速が向上されて後部側へ向けて流れつつケース５０内を下方に向かって通流し、流出部Ｒ２’から流出する。これにより、流入部Ｒ１’から流出部Ｒ２’に向けてカソードオフガスが好適に流れ、カソードオフガスを中空糸膜束１１の全体に行き渡らせることができる。
【００５３】
このように成形されたケース５０を有する加湿器１’によれば、流速向上部Ａ’によってカソードオフガスの流速を向上させることができ、中空糸膜束１１に沿わせてケース５０の前端部から後端部へ向けてカソードオフガスを有効に流すことができる。したがって、ケース５０内の後端部において水分交換を良好に行うことができ、水分交換効率を向上させた加湿器１’が得られる。
【００５４】
また、カソードオフガスを、分散部で中空糸膜束１１に沿う方向、つまり、ケース５０内の前端部から後端部へ向けて有効に流すことができる。これにより、水分交換効率を向上させた加湿器１’が得られる。
【００５５】
また、ケース５０に流体通流部Ｓ１が形成されるので、カソードオフガスが、流体通流部Ｓ１を通流して中空糸膜束１１の軸線方向に好適に流れるようになり、中空糸膜束１１に沿わせてカソードオフガスを有効に流すことができる。したがって、ケース５０内の後端部において水分交換を良好に行うことができ、水分交換効率をより一層向上させた加湿器１’が得られる。
【００５６】
次に、図７を参照して、インジェクション成形による加湿器１’のケース５０の製造方法について説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）は、ケース５０の製造方法について説明する図であり、ケース２０の縦断面方向における模式断面図である。なお、ケース５０の各部については図６（ａ）を適宜参照する。
まず、図７（ａ）に示すように、ケース５０の勾配のある内面を形成するための前後型（可動金型）６０，６１を図中矢印方向にそれぞれスライド移動させて、前後型６０，６１の端部同士が当接する状態に組み合わせる。そして、図７（ｂ）に示すように、ケース５０の上壁５１を含む上部側を形成するための左上型（可動金型）６２、右上型（可動金型）６３を前後型６０，６１に向けて下降移動させて組み合わせるとともに、ケース５０の下壁５２を含む下部側を形成するための下型（可動金型）６４を前後型６０，６１に向けて上昇移動させて組み合わせる。
続いて、図７（ｃ）に示すように、ケース５０の流入部Ｒ１’を形成するための上型（可動金型）６５を前後型６０，６１の当接部位の上部へ向けて下降移動させて組み合わせて、これらの型を閉める。
【００５７】
その後、図８（ａ）に示すように、上型（可動金型）６５に形成した湯口６５ａを通じて、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）等の樹脂を射出する。これにより、樹脂が湯口６５ａから各部に回り、段差壁５１ａ（分散部）、および上壁５１、下壁５２が同時に形成されて、流速向上部Ａ’が形成されるとともに、上壁５１が形成されることによる流体通流部Ｓ１の上壁面５１Ａの形成が同時に行われる。
その後、樹脂が冷えたところで脱型し、図８（ｂ）に示すようなケース５０を得る。
【００５８】
このように、流速向上部Ａ’と、分散部とをインジェクション成形によりあわせて形成したので、流速向上部Ａ’の形成および分散部の形成を一つの工程で行うことができるようになり、製造工程が削減されて製造の簡易化を図ることができる。したがって、加湿器１’の製造のコストダウンを図ることができる。
【００５９】
以上、本発明の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。
前記した各実施形態では、空気が中空糸膜１２内を通流し、カソードオフガスが中空糸膜１２外を通流する構成を例示したが、空気が中空糸膜１２外を通流し、湿度の高いカソードオフガスが中空糸膜１２内を通流する構成でもよい。
【００６０】
また、第２実施形態において、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。
【００６１】
さらに、第１実施形態において、カソードオフガスが、加湿器１の上壁２１側から流入し、加湿器１の下壁２２側から流出する構成を例示したが、カソードオフガスの流入・流出方向はこれに限定されず、例えば、下方から流入し、上方に向かって流出する構成でもよい。
また、第２実施形態において、カソードオフガスが、加湿器１’の上壁５１側から流入し、加湿器１’の下壁５２側から流出する構成を例示したが、カソードオフガスの流入・流出方向はこれに限定されず、例えば、図９に示すように、下方から流入し、上方に向かって流出する構成でもよい。
【００６２】
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。
【００６３】
また、第１実施形態において、段差壁２１ａは、上面が平面とされた板状としたが、第２実施形態で示したような、カソードオフガスが通流可能なスリットを形成しいてもよい。また、スリットに代えて、複数の連通孔を形成してもよい。
【００６４】
また、中空糸膜束１１およびケース２０，５０は、輪切り方向の断面形状が、四角形状としたが、これに限定されず、円形状、楕円形状、長円形状、多辺形状の筒状としてもよい。
【００６５】
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】
【００６６】
【図１】第１実施形態の加湿器の製造方法により製造される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】第１実施形態に係る加湿器の製造方法により製造される加湿器の斜視図である（一部拡大図示）。
【図３】（ａ）は同じく加湿器の断面図、（ｂ）は同じくカソードオフガスの流れを模式的に示した断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は同じく加湿器のケースの成形を示す説明図である。
【図５】（ａ）は同じく加湿器のケースの成形を示す説明図、（ｂ）は同じく成形されたケースの断面図である。
【図６】（ａ）は第２実施形態に係る加湿器の製造方法により製造される加湿器の断面図、（ｂ）は同じくカソードオフガスの流れを模式的に示した断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は同じく加湿器のケースの成形を示す説明図である。
【図８】（ａ）は同じく加湿器のケースの成形を示す説明図、（ｂ）は同じく成形されたケースの断面図である。
【図９】その他の例を示す加湿器の断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１      加湿器
１１    中空糸膜束
１２    中空糸膜
１３    ポッティング部
２０，５０    ケース
２１，５１    上壁
２１ａ，５１ａ  段差壁
２１ｂ，５１ｂ  開口
２２，５２    下壁
２２ａ，５２ａ  段差壁
２２ｂ，５２ｂ  開口
５１ｃ  スリット
１００  燃料電池システム
１１０  燃料電池スタック
Ａ，Ａ’  流速向上部
Ｒ１，Ｒ１’    流入部
Ｒ２，Ｒ２’    流出部
Ｓ１，Ｓ２    流体通流部
【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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