(57)【要約】      （修正有）【課題】複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束、該中空糸膜束を収容するケース、中空糸膜の中空内部を通る流路および中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を備え、中空糸膜束の両端において、中空糸膜束とケースとの間隙を封止するポッティング部材により中空糸膜束とケースとを一体化すると共に、ケース両端の壁面にそれぞれ中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口と流出口とを設け、ケース側面にそれぞれ中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を構成するための水分供給用空気の入口と出口とを設けた構成としている加湿膜モジュールにおいて、乾燥空気が偏ることなく中空糸膜束全体に流れ込む加湿膜モジュールの提供。【解決手段】ケース端部の壁面に設けられる中空糸膜２の中空内部を通る乾燥空気の流路８を構成するための流入口が、ケース壁面に対して20〜70°の角度(θ)をなしている加湿膜モジュール１。【選択図】図１
2018176095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束、該中空糸膜束を収容するケース、中空糸膜の中空内部を通る流路および中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を備え、中空糸膜束の両端において、中空糸膜束とケースとの間隙を封止するポッティング部材により中空糸膜束とケースとを一体化すると共に、ケース両端の壁面にそれぞれ中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口と流出口とを設け、ケース側面にそれぞれ中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を構成するための水分供給用空気の入口と出口とを設けた構成としている加湿膜モジュールにおいて、ケース端部の壁面に設けられる中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口が、ケース壁面に対して20〜70°の角度(θ)をなしている加湿膜モジュール。
【請求項２】
ケース端部の壁面に設けられる中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口として、ケース方向に流路断面部が大きくなっているものが用いられる請求項１記載の加湿膜モジュール。
【請求項３】
ケース側面に設けられる中空糸膜の外壁面側を通る水分供給用空気の流路を構成するための流入口が、ケース壁面に対して20〜70°の角度(θ)をなしている請求項１または２記載の加湿膜モジュール。
【請求項４】
ケース端部側面に設けられる中空糸膜の外壁面側を通る水分供給用空気の流路を構成するための流入口として、ケース方向に流路断面部が大きくなっているものが用いられる請求項３記載の加湿膜モジュール。
【請求項５】
燃料電池に用いられる請求項１乃至４のいずれかの請求項に記載の加湿膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜モジュールに関する。さらに詳しくは、燃料電池用の加湿膜などとして用いられる中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、燃料電池は大きく分けて固体高分子(PEFC)型と固体酸化物(SOFC)型の2種類が主流となっており、PEFC型には電極として固体高分子電解質膜が用いられている。
【０００３】
この内、固体高分子電解質膜は発電効率を十分に発揮するために、電解質膜部分を加湿する必要がある。また、加湿空気には、金属、塩化物イオン、異物などを含まないことが必要となる。そのため、溶解拡散により水分を透過する特性のあるパーフルオロスルホン酸膜や孔径制御による毛管凝縮機構により水分を透過する特性のあるPPSU(ポリフェニルスルホン)などからなる加湿膜が、水分に対して低溶出性であり、また強度にもすぐれていることから、広く加湿用途に用いられている。
【０００４】
加湿膜モジュールとしては、複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束、該中空糸膜束を収容するケース、中空糸膜の中空内部を通る流路および中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を備え、中空糸膜束の両端において、中空糸膜束とケースとの間隙を封止するポッティング部材により中空糸膜束とケースとを同時に一体化すると共に、ケース両端の壁面にそれぞれ中空糸膜の中空内部を通る流路を構成するための流入口と流出口とを設け、両端付近の側面にそれぞれ中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を構成するための水分供給用空気の入口と出口とを設けた構成としているものなどが提案されている(特許文献１〜３参照)。加湿膜モジュールは目的とする加湿量、あるいは空気流量に応じた本数、例えば数百本から数万本を一纏めとして束とし、ケースにポッティングしてモジュール化を行うことで燃料電池装置に取り付けられる。
【０００５】
加湿膜として用いられるかかる構造からなる中空糸膜モジュールには、乾燥空気を効率よく適切な湿度まで加湿することが求められる。乾燥空気は通常中空糸膜中空部分を通過する際、膜外側からの溶解拡散あるいは毛管凝縮によって、透過した水分を取り込むことで加湿されるため、中空糸膜群全体が効率よく使用されるよう、モジュール内の中空糸膜束の中で流れが偏ることがなく均等な流れとなることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、従来提案されてきたモジュール部に取り付けられた空気流入部分(ポート)形状が、中空糸膜束の長軸方向と同方向にあるいは中空糸膜束の長軸方向に対して垂直になってしまっていると、乾燥空気が中空糸膜束内を通過する際にポート近傍に設置された中空糸膜部分を中心に流れてしまうため、加湿の効率性が低下するようになる。これに対して、ポート内部にメッシュ等からなる板を設け、流れを拡散することも可能ではあるものの、配管内の圧力損失が上昇するといったデメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２０２４７８号公報
【特許文献２】特開２００５−２２４７１９号公報
【特許文献３】特開２００９−２０８０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束、該中空糸膜束を収容するケース、中空糸膜の中空内部を通る流路および中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を備え、中空糸膜束の両端において、中空糸膜束とケースとの間隙を封止するポッティング部材により中空糸膜束とケースとを一体化すると共に、ケース両端の壁面にそれぞれ中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口と流出口とを設け、ケース側面にそれぞれ中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を構成するための水分供給用空気の入口と出口とを設けた構成としている加湿膜モジュールにおいて、乾燥空気が偏ることなく中空糸膜束全体に流れ込むことを可能とし、ひいては各中空糸膜の線速が一定範囲に収まり、中空糸膜が効率よく使用されることを可能とする加湿膜モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる本発明の目的は、上記加湿膜モジュールにおいて、ケース端部の壁面に設けられる中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口が、ケース壁面に対して20〜70°の角度(θ)をなしている加湿膜モジュールによって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束、該中空糸膜束を収容するケース、中空糸膜の中空内部を通る流路および中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を備え、中空糸膜束の両端において、中空糸膜束とケースとの間隙を封止するポッティング部材により中空糸膜束とケースとを一体化すると共に、ケース両端の壁面にそれぞれ中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口と流出口とを設け、ケース側面にそれぞれ中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を構成するための水分供給用空気の入口と出口とを設けた構成としている加湿膜モジュールにおいて、ケース端部の壁面に設けられる中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口が、ケース壁面に対して20〜70°の角度(θ)をなし、好ましくはかかる流入口がケース方向に流路断面部が大きくなっているものを設けることにより、乾燥空気が偏ることなく中空糸膜束全体に流れ込むことを可能とし、ひいては各中空糸膜の線速が一定範囲に収まり、中空糸膜が効率よく使用されることを可能とするといったすぐれた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る加湿膜モジュールの一例を示す図である
【図２】従来の加湿膜モジュールの一例を示す図である
【図３】実施例(図１)におけるＡ−Ｂ間の各中空糸の線速を測定したグラフである
【図４】比較例(図２)におけるＡ−Ｂ間の各中空糸の線速を測定したグラフである
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る加湿膜モジュールは、複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束、該中空糸膜束を収容するケース、中空糸膜の中空内部を通る流路および中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を備え、中空糸膜束の両端において、中空糸膜束とケースとの間隙を封止するポッティング部材により中空糸膜束とケースとを同時に一体化すると共に、ケース両端の壁面にそれぞれ中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口と流出口とを設け、ケース側面にそれぞれ中空糸膜の外壁面側を通る他の流路を構成するための水分供給用空気の入口と出口とを設けた構成としている加湿膜モジュールにおいて、ケース端部の壁面に設けられる中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口が、ケース壁面に対して20〜70°、好ましくは40〜50°の角度をなしている。流入口としては、好ましくは乾燥空気流入口がケース方向に流路断面部が大きくなっているものが設けられる。ケース壁面に対する角度がこれ以外の場合には、中空糸膜束に乾燥空気が偏って供給されることとなり、中空糸膜を効率よく使用することが難しくなる。
【００１３】
また、同様の構成を水分供給用空気流入口に適用することもできる。すなわちケース側面に設けられる中空糸膜の外壁面側を通る水分供給用空気の流入口が、ケース側面に対して20〜70°、好ましくは40〜50°の角度をなして設けられることで、供給された水分が中空糸膜側面にほぼ均一に供給されることが可能となる。ここで、ケース両端付近側面に中空糸膜の水分供給用空気の流入口が設けられる場合、該流入口はケース中心部に向かって、ケース側面に対して20〜70°、好ましくは40〜50°の角度をなして設けられる。なお、ケース端部とは、ケース片端部を0地点、他端部を1地点としたときの0〜0.1の位置を指している。
【００１４】
このような角度を有する流入口は、ケースと共に一体成形される。
【実施例】
【００１５】
次に、実施例について、図面を参照しながら本発明の一例を説明する。
【００１６】
実施例
複数本の中空糸膜２により形成された中空糸膜束、該中空糸膜束を収容するケース３、中空糸膜２の中空内部を通る流路および中空糸膜２の外壁面側を通る他の流路を備え、中空糸膜２束の両端において、中空糸膜束とケースとの間隙を封止するポッティング部材５、５’により中空糸膜２束とケース３とを一体化すると共に、ケース３の両端の壁面にそれぞれ中空糸膜２の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流路８(流入口)と加湿空気流路６’(流出口)とを設け、ケース両端付近の側面にそれぞれ中空糸膜２の外壁面側を通る水分供給用の流路を構成するための入口および出口７、７’を設けた図１に示される構成からなる加湿膜モジュール１を作製した。ここで、ケース端部の壁面に設けられる中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口８として、ケース方向に流路断面部が大きくなっているものが、ケース壁面に対して45°の角度(θ)で設けられた。ここで、流入口８の取り付け箇所は、その中心が図１に示される加湿膜モジュールケース３のＢ点を0地点、Ａ点を1地点としたときの0.3〜0.6の位置に設けられた。
【００１７】
乾燥空気を、乾燥空気を流路８から導入し、Ａ−Ｂ間における各中空糸の線速を測定したところ、図３に示される通り、Ａ−Ｂ間のいずれにおいても一定の範囲内の線速を示しており、中空糸膜全体に乾燥空気がほぼ均一にいきわたっていることが確認された。これは、乾燥空気が保持されるケース内空間の４において、渦状の乾燥空気の流れが生じることによるものと考えられる。ここで各中空糸の線速は、マスフローメーターにより各中空糸の流量を測定後中空糸内径より計算することにより、測定された。
【００１８】
比較例
実施例において、図２に示されるようにケースの両端に設けられる中空糸膜の中空内部を通る乾燥空気の流路を構成するための流入口が、ケース端部の壁面に対して90°の角度で設置されたものが用いられ、同様に乾燥空気を流路６から導入し、Ａ−Ｂ間における各中空糸の線速を測定したところ、図４に示される通り、Ａ−Ｂ間のうち流路６近傍の線速分布が中心に偏ってしまう傾向がみられ、中空糸膜全体に乾燥空気が均一にはいきわたっていないことが確認された。
【符号の説明】
【００１９】
１          加湿膜モジュール
２          中空糸膜
３          ケース
４、４´    ケース内空間
６、８      乾燥空気流路
６´        加湿空気流路
５、５´    ポッティング部材
７、７´    水分供給用空気出入口
【図１】
2018176095.tif 000003
【図２】
2018176095.tif 000004
【図３】
2018176095.tif 000005
【図４】
2018176095.tif 000006