(57)【要約】　　　（修正有）【課題】装置内の複数のガス流を処理し、そのガス流を改質するための装置および方法を提供する。【解決手段】回転する閉鎖容器１２と閉鎖容器を回転させる装置１８を備え、複数の調整ゾーン１６に分割され、閉鎖容器が周囲大気から圧力密封されている槽内へガス流を通すこと、閉鎖容器内のゾーン内に調整材料６８が存在することによって、閉鎖容器内でガスを処理してガスの特性を改質すること、および改質されたガスを槽の出口に通すことを含む、ガス流コンディショニング方法。【選択図】図２
2004025162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する閉鎖容器と閉鎖容器を回転させる装置とを備え、複数の調整ゾーンに分割され、前記閉鎖容器が周囲大気から圧力密封されている、槽内にガス流を通すステップと、
閉鎖容器内のゾーン内に調整材料が存在することによって、閉鎖容器内でガスを処理してガスの特性を改質するステップと、
改質されたガスを槽の出口へ通すステップとを含む、ガス流コンディショニング方法。
【請求項２】
閉鎖容器を回転させる装置が、モータとモータから延びる軸を備えており、軸が閉鎖容器の最上部から最下部まで延び、閉鎖容器から圧力密封されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
軸が、調整ゾーンおよび槽の周囲の環境から密封されている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
シールがＨ字型であって、Ｈの２本の脚が調整ゾーンに隣接し、Ｈの他の２本の脚が軸または軸の延長部に隣接するシールに隣接する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
槽内で回転可能な閉鎖容器を備え、複数の調整ゾーンに分割され、前記閉鎖容器が周囲大気から圧力密封されている槽と、
ゾーン内に調整材料が存在することによって、ゾーンと接触状態になったガス流の特性を改質することができるゾーンと、
槽内の閉鎖容器を回転させて、ゾーン内でガス流を接触し易くすることができる槽内のモータと、
ガス流の槽への入口および調整されたガス流を槽から通過させる出口とを備えており、
ガス流が入口を通って槽へ入り、次いで閉鎖容器へ入り、閉鎖容器が回転するときゾーン内で改質され、改質された形で閉鎖容器のゾーンから出て、次いで槽から出る、複数のガス流コンディショニング装置。
【請求項６】
モータが実質上槽内に位置する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
モータが、モータに取り付けられた軸を有し、軸がモータから閉鎖容器内に延びるように配置される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
モータが、モータに取り付けられた軸を有し、軸が槽から延びる対合突起に係合するように配置される、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
軸が調整ゾーンおよび槽の周囲の環境から密封される、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
シールがＨ字型シールであって、Ｈの２本の脚が調整ゾーンに隣接し、Ｈの他の２本の脚が軸または軸の延長部に隣接するシールに隣接する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
槽の複数の入口および複数の出口がある、請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装置内の複数のガス流を処理し、そのガス流を改質するための装置、およびそのような改質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス流内の湿度を高めるためのガス流管理システムは、以前から利用可能であった。システムにおける流れの制御は、医薬、食品、または化学工業で利用されている。湿度の制御は、工場施設、貨物船、および精密電子部品の錆または結露を防止するために、特に重要である。さらに、空気流を制御できることは、低湿度での保存が必要な、茶葉、乾燥した海草、木材、きのこ、魚、その他の材料など、ある種の収集物の乾燥に必要である。燃料電池ガス管理システムも、ガスを低湿度に改質する領域である。米国特許第６，０１３，３８５号を参照されたい。
【０００３】
従来の空気流システムに伴う問題は、回転するホイールから大きく離れた摩擦力を利用する回転する空気流チャンバを駆動するために、かなりの機械的作用が必要とされることである。回転する乾燥剤基材を使用して水蒸気を交換するアイデアは、暖房、通気、空調（ＨＶＡＣ）業界で、商用および家庭用として広く使用されている。しかし、燃料電池システム内のガス管理にこの技術を利用することに伴う問題は、燃料電池内のガス流と大気の圧力差が大きいことによるものである。そうした大きな圧力差のため、空気流チャンバを駆動するには、かなりの機械的作用が必要となることがある。大きな圧力差によるガス漏れをなくすために、この空気流チャンバを圧縮して、回転部分に大きな摩擦力を発生させなければならない。
【０００４】
ガス流に伴う問題は、大気とガス流の圧力差が非常に大きいことである。回転槽内のガス圧力を低減し、それによって、湿度制御槽を駆動するモータのサイズを縮小することが望ましい。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第６，０１３，３８５号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
回転する閉鎖容器（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）および閉鎖容器を回転させる装置を備え、複数の調整（ｍｏｄｕｒａｔｉｎｇ）ゾーンに分割され、その閉鎖容器が周囲大気から圧力密封されている槽内へガス流を通すこと、閉鎖容器内のゾーン内に調整材料が存在することによって、閉鎖容器内で入口ガスを処理してガスの特性を改質すること、および改質されたガスを槽の出口へ通過させることを含む、ガス流コンディショニング方法を記載する。
【０００７】
また、回転可能な閉鎖容器を備え、複数の調整ゾーンに分割され、その閉鎖容器が周囲大気から第２の外側の閉鎖容器によって圧力密封されている槽と、
ゾーン内に調整材料が存在することによって、ゾーンと接触状態になったガス流の特質を改質することができるゾーンと、
槽内の閉鎖容器を回転させてゾーン内でガス流を接触し易くすることができる槽内のモータと、
ガス流の槽への好ましくは複数の入口、および調整されたガス流を通すための槽からの好ましくは複数の出口とを備えており、
それによって、ガス流が入口を通って槽へ入り、次いで閉鎖容器へ入り、閉鎖容器が回転するのでゾーン内で改質され、改質された形で閉鎖容器のゾーンから出て、次いで槽から出る、
複数のガス流コンディショニングのための装置を記載する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、装置内の複数のガス流を処理し、そのガス流を改質するための装置、およびそのような改質方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
「コンディショニング」とは、均一にかつ望ましい形でその後のプロセスに応答するように、材料に処理または刺激を与えることを意味する（「ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ　Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｔｅｒｍｓ」、第５版、Ｐａｒｋｅｒ著、１９９４年、ｐ４３４）。
【００１０】
「調整（ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ）」とは、ガス流の特性をある状態から別の状態に調節することによってある状態から別の状態へ徐々に移るプロセスを意味する。
【００１１】
本発明は、内部の端面キャップ隔壁によって半体に分けられたフロー・チャンバ・キャップで両側をキャップしたシェルを対象としている。この端面キャップは、流れの入口および出口を備えており、シールによって槽から分離された圧縮棒を使用して、外側閉鎖容器および内側回転閉鎖容器に対して保持されている。このシールは、端面キャップに静的に取り付けられ、内側回転閉鎖容器に対して堅く押し付けられている。従来技術では、シェルの外側に巻かれ、モータおよび滑車機構によって駆動される摩擦ベルトを介して、槽全体が回転する。そうした設計では、回転するリング・シール、すなわち圧縮棒に、ガス流が大気に漏れるのを防ぐに足る大きい力を加えることが必要とされた。圧縮圧力は、内部ガスの大気への漏れを防止し、内部ガスと大気の圧力差を克服するのに十分な大きさでなければならない。この圧力差は最高３バールである。この圧縮により、回転閉鎖容器と端面キャップの間に大きな摩擦が生じ、閉鎖容器を回転させるモータの必要トルクがより大きくなる。このため、ベルトおよび滑車を用いて閉鎖容器を駆動する、さらに大きなモータが必要となる。また、この設計の性質から、端面キャップの隔壁に取り付けられた静的端面シールの内側部分が、端面キャップとリング・シールの間の漏れを防止するために必要とされるのと同じ圧縮圧力を受けることになる。このため、２つのガス流を分けさえすればよいシールに、不必要な摩擦と圧縮が生じてしまう。回転端面シールは、最高で０．５バールの圧力差を分離できさえすればよいのである。この不必要な摩擦により、駆動モータにさらに大きなトルクが必要とされることになる。
【００１２】
図に示した本発明の設計は、駆動モータおよび閉鎖容器を実質上槽内にある１つのパッケージに組み込むものである。本発明は、意図的に、必要とされる摩擦を減らし、それによって駆動モータのサイズを小さくするために、密封を利用する。本発明は、２つのフロー・チャンバ・キャップの間に圧縮された外側閉鎖容器を利用する。この設計は、調整材料を収容する外側閉鎖容器の内部に追加の閉鎖容器を有する。調整材料を備えるこの内部閉鎖容器は、外側閉鎖容器の内部で回転する。２つのシェルを設けることによって、ガス流の大気への漏れを克服するために必要とされる大きな圧縮圧力を、静的な外側閉鎖容器にのみ加えることが可能になる。内側の回転閉鎖容器は、槽内の調整材料を通る際の圧力低下を克服するために圧縮しさえすればよく、その値は一般にガスと大気の圧力差の１０分の１未満である。このため、回転閉鎖容器・シェルを回転駆動するためのトルクは、約１０分の１未満になる。回転閉鎖容器・シェルと槽の長さの差を変えて、回転閉鎖容器・シェルに加わる圧縮圧力の大きさを変えることができる。圧縮が低減しそれによってトルクが低減することによって、モータのサイズが縮小される。好ましくは、モータを槽に統合することができる。したがって、部品がより少なくなり、より小型のパッケージが得られる。
【００１３】
図１〜１Ａは、複数のガス流、好ましくは２つのガス流を調整するためのユニット１０を示す。このユニットは、外側閉鎖容器４６によって外側の周囲大気１０から密封されている回転閉鎖容器１２を備えている。この回転閉鎖容器は、２つのゾーン１４および１６に仕切られている。このゾーンは、好ましくは同じ材料であるが異なるゾーンに置かれている調整材料１０５および１０６が存在するため、ゾーンと接触状態になったガス流の特性を改質することができる。モータ１８は、実質上槽１０内に、特に頂部端面キャップ２０内に保持される。このモータは、外側閉鎖容器４６内の内部（ｉｎｔｅｒｎａｌ）閉鎖容器１２を回転させて、ゾーン内のガス流を接触し易くすることができる。複数の入口２２および３０と、複数の出口２４および２５がある。基本的には、ガス流は、入口２２および３０を通って仕切られたチャンバ１４および１６に入り（直交流）（ｃｒｏｓｓ　ｆｌｏｗ）、次いでゾーン１０５および１０６内で回転されて改質される。処理されたガスは、次いで、出口２４および２５を通って閉鎖容器・ゾーンから出る。
【００１４】
端面キャップ２０および２１は、係止機構４４によって互いに保持された圧縮棒４０によって互いに固定される。図２で分かるように、ユニット全体は、頂部２０および２１と外側閉鎖容器４６で構成される。ガス流は、入口２２および３０内に入り、ディフューザ（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）４８および１０５によって、それぞれのゾーン１４および１６中に分配される。各ディフューザ４８および１０５は、金属板５０および６０で構成され、それぞれ穴５２および６２が穿孔されている。入口２２および３０に入るガス流は、入口チャンバ分割板１０６および１０７によって分離される。ガスは、内側槽シェル１０８を充填する基材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）６８によって分割された状態にある。この基材は、内側閉鎖容器１２を調整ゾーン１４および１６に分割する。固定された端面キャップおよび回転する内側閉鎖容器の性質によって、ガスを外部環境から密封する必要があるが、これは、図３に最も良く示された外側リング・シール８０によって達成される。キャップ２０のリップ８２は、取付けシールのフランジであるガスケット８６によって、外側閉鎖容器４６の側面シール部材８４に固定されている。
【００１５】
モータ１８は、回転閉鎖容器１２を堅く取り付けた軸延長部２３と係合する軸１９に取り付けられている。
図４、図５および図６は、軸２３を取り囲むシールを示し、これは、回転内側閉鎖容器が、２つの調整ゾーン１４および１６の分割を維持しながら、回転できるようにする。ブシュ（ｂｕｓｈｉｎｇ）９０は、モータ１８から軸１９を取り囲み、フロー・チャンバ分離板１０６および１０７の中心にある。端面シール・マウント（ｍｏｕｎｔ）９２は、図４に概略的に示すように端面シール１００が取り付けられたフロー・チャンバ・キャップ分離板の下に位置する。実際のシールを、図５および図６に詳細に示す。シール部材は、ブロック部分１００および複数のＵ字型延長部１０２および１０４で構成される。本発明では、１対のシール部材９８を、２つの調整ゾーン１４および１６を互いに、また大気から密封するために使用する。２つのＵ字型延長部１０２および１０４が、図５の部材１００によって、別の二重のＵ字型延長部１０２ａおよび１０４ａに接着され、図４に示すように完全なＨ字型端面シール１００を形成する。完全なＨ字型端面シール１００は、１０２ａから１０２へと横切る固定端面シール・マウント９２に結合される。もう１対のＨ字型端面シール１０４および１０４ａは、基材６８に対し、しっかりと押し付けられている。
【００１６】
閉鎖容器１４および１６とそれに対応する基材６８を通るガス流の流れにより、図６で示すように、圧力ＰがＨ字型シールの２つの側面に加えられる。
図６に、Ｈ字型シールの各面に加わる圧力Ｐの性質を示す。圧力はシール１００に作用する。流れが、シールに沿って基材とＵ字型の一部分１０２を覆うシールの間を通る場合、シール延長部１０２の先端部分に低圧力ゾーンが発生する。図６のＰで示すシール１０２の内側にかかる圧力は、シール１０２を押して偏向させ、１０２の先端側にある低圧力ゾーンに向かって動かし、シールが基材に対してシール自体を自然により強く押し付けるようにさせ、それによって直交流を密封する。直交流を防止するための別の方法が、図６で分かる。この図では、渦が「ｅ」で表され、１０２に切り込んだチャネル内で渦巻いている。このチャネルは、乱気流を引き起こす渦流を生じさせ、Ｈ字型端面シールを横切る層流（ｌａｍｉｎａｒ）直交流を減少させる。
【００１７】
この設計では、基材に作用する圧縮圧力を低減して、直交流を減少させる。圧縮圧力が低減すると、閉鎖容器を回転させるために必要なトルクが低減し、したがって、モータの負荷がさらに小さくなる。
【００１８】
本開発の明確な利点は、ディフューザを使用して、より良好に流れを分配し、調整材料基材をより高度に利用し、閉鎖容器の体積を減らすことである。ブッシュ９０の周りのより良好な端面シール、ラビリンス式シールの使用によるフロー・チャンバ分離板１０６および１０７、改良型リップ１０２および１０２ａと１０４および１０４ａにより、交差漏れがより少なくなり、モータの負荷がより小さくなる。側面入口流のために端面キャップ２０および２１内に循環流が生じ、後続の設計に水滴分離を組み込む好機がもたらされる。
【００１９】
この新規な閉鎖容器・シェルおよびアセンブリでは、調整材料閉鎖容器・シェルにかかる圧縮圧力が低減され、したがって、モータの負荷が小さくなる。
モータの負荷がより小さいため、モータのサイズを縮小し、設計全体の中に組み込むことができ、パッケージの量および装置のサイズを縮小することが可能になる。同様に、上記の設計は、高圧力の適用分野でうまく働き、大きい圧力差に対処でき、調整材料の基材のサイズを縮小してより良好な流れの分配を可能にし、水滴分離を組み込んでアセンブリおよび構成部品をさらに少なくする可能性がある。本願の設計は、生産物水準に対する要件および生産効率を高める要件を有する、医薬、化学、肥料および食品加工業で利用することが可能である。発電装置のタービンや船で輸送される貨物を錆から保護する他に、そうした環境の水分含量を下げることが望まれる。低水分環境はまた、電子部品の品質を保ち、保管中の露出フィルムの水分を制御するためにも望ましい。同様に、茶葉、海草、木材、きのこ、魚などの収集物を乾燥した状態に保つことに関しても本件で可能になる。
【００２０】
燃料電池環境では、空気が電極スタックに導入されるとき、大気からの水分が制御される。さらに、スタックからの水分は、大気に排出される前に制御される。こうした環境では、良好な触媒作用に適した湿度を維持することが望ましい。
【００２１】
図４〜６で示す、軸２３の周りのシールの代替方法は、軸を代えて軸１９が閉鎖容器１２を回転させることである。軸１９は分離板９０に接着することができ、また、溝型の関係（ｔｏｎｇｕｅ　ａｎｄ　ｇｒｏｏｖｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）（図示せず）あるいは軸を金属チャネルに固定する他の周知の機構によって固定することもできる。
【００２２】
調整材料は、環境に応じて、多くのタイプ、形態、または形状をとることができる。乾燥剤が必要とされる場合は、周知の市販のゼオライトを使用することができる。回転閉鎖容器は、ゼオライトをその中に保持したガラス繊維のハネカム型チャネルからなる４つの構成要素に分割することができる。乾燥剤は、周知の方法で用意することができる。
【００２３】
本明細書で開示した本発明の諸形態は、現時点の好ましい実施形態を構成するものであるが、他の形態も可能である。本明細書において、本発明の他のすべての可能な同等の形態または派生形態について言及することは、意図していない。本明細書で使用した用語は限定的なものではなく、説明にすぎないものであり、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な修正を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のガス流処理装置の斜視図である。図１Ａは、図１のガス流処理装置の側面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って切断した断面図である。
【図３】本発明のガス流処理槽と本発明の槽に利用される回転端面シールとの相互連結の分解図である。
【図４】隔壁の両側の２つのガス流が隔壁を越えて漏れるのを防止するための、本発明の槽に利用される回転端面シールの分解図である。
【図５】図４に示したアセンブリの簡単なバージョンである、本発明に利用されるラビリンス式端面シールの分解図である。
【図６】図５の一部分の分解図であり、図４に示したアセンブリの簡単なバージョンである、シールを横切る流れを防止し、隔壁の両側の２つの流れが壁を超えて漏れることも防止する渦をもたらすラビリンス式端面シールの分解図である。
【符号の説明】
１０　槽
１２　内側閉鎖容器
１４、１６　ゾーン
１８　モータ
１９　軸
２０、２１　端面キャップ
２２　入口
２３　軸延長部
２４　出口
２５　出口
３０　入口
４０　圧縮棒
４４　係止機構
４６　外側閉鎖容器
４８　ディフューザ
５０　金属板
５２　穴
６０　金属板
６２　穴
６８　基材
８０　リング・シール
８２　リップ
８４　側面シール部材
８６　ガスケット
９０　ブッシュ
９２　端面シール・マウント
１００　端面シール
１０２、１０２ａ、１０４、１０４ａ　Ｕ字型延長部
１０５　ディフューザ
１０６、１０７　チャンバ分割板
【図１】
2004025162.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004025162.tif 000006
【図５】
2004025162.tif 000007
【図６】
2004025162.tif 000008