(57)【要約】【課題】  除加湿装置の除湿効率あるいは加湿効率を向上する。【解決手段】  加湿装置１は、ハウジング２と、ハウジング２の軸中心に配置されたインナーパイプ３と、ハウジング２とインナーパイプ３の間に収納された多数の中空糸膜と、を備える。ハウジング２には、その周面の軸方向一端寄りに前記第１の流体が流通可能な入口孔１６を設け、他端寄りに前記第１の流体が流通可能な出口孔２０を設ける。インナーパイプ３はその周囲を前記複数の中空糸膜に包囲されている。インナーパイプ３の内部を遮断部２４によって前記第１の流体が流通する入口通路２５と出口通路２６に分離し、ハウジング２の入口孔１６に対応する周面には入口通路２５に連通して第１の流体が流通可能な入口孔２７を設け、ハウジング２の出口孔２０に対応する周面には出口通路２６に連通して第１の流体が流通可能な出口孔２８を設ける。【選択図】    図１
2005056823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中空糸膜を備え、該中空糸膜の外側に第１の流体を流し、該中空糸膜の内側に第２の流体を流し、該中空糸膜を介して第１の流体と第２の流体との間で水分を移動させる除加湿装置において、
前記複数の中空糸膜を収納し、周面の軸方向一端寄りに前記第１の流体が流通可能な第１の流通孔が設けられ、他端寄りに前記第１の流体が流通可能な第２の流通孔が設けられたハウジングと、
前記ハウジングのほぼ軸中心に配置されて周囲を前記複数の中空糸膜に包囲され、内部が遮断部によって前記第１の流体が流通する第１の通路と第２の通路に分離され、前記第１の流通孔が配置されている側の周面には前記第１の通路に連通して第１の流体が流通可能な第３の流通孔が設けられ、前記第２の流通孔が配置されている側の周面には前記第２の通路に連通して第１の流体が流通可能な第４の流通孔が設けられたインナーパイプと、
を備え、前記第１の流体は、前記第１の流通孔および前記第３の流通孔から前記ハウジング内に導入され、前記第２の流通孔および前記第４の流通孔からハウジングの外へ流出することを特徴とする除加湿装置。
【請求項２】
前記第１の流通孔の総開口面積Ｓ１を［数３］に従って補正した補正総開口面積Ｓ１’、前記第２の流通孔の総開口面積Ｓ２を［数４］に従って補正した補正総開口面積Ｓ２’、前記第３の流通孔の総開口面積Ｓ３、前記第４の流通孔の総開口面積Ｓ４との間に、［数１］の不等式と［数２］の不等式とが共に成立することを特徴とする請求項１に記載の除加湿装置。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【数４】
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【請求項３】
前記第１の流体と前記第２の流体の少なくともいずれか一方は、燃料電池の反応ガスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中空糸膜を利用した除湿装置あるいは加湿装置（以下、これらを総称して除加湿装置という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、カソードに酸化剤ガス（例えば酸素あるいは空気）を供給して、これらガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにしたものがある。
【０００３】
この種の燃料電池では、固体高分子電解質膜のイオン伝導性を良好に保持するために、燃料電池に供給する前に予め燃料ガスあるいは酸化剤ガス若しくはこれら両方を加湿装置で加湿し、加湿されたこれら反応ガスを固体高分子電解質膜に供給することにより、固体高分子電解質膜に水分を供給している。
【０００４】
この加湿装置としては、例えば、特許文献１に開示されているように、膜厚方向に水分の透過を許容する中空糸膜を備えた加湿装置が知られている。この加湿装置は、多数の中空糸膜を束ねたものをハウジングに収容して構成されており、中空糸膜の内側と外側にそれぞれ水分含量の異なるガスを供給すると、水分含量の多いガス中の水分が中空糸膜を透過して水分含量の少ないガスへと移動する。すなわち、中空糸膜を介して水分含量の異なるガスの間で水分交換が行われる。
なお、ここでは説明の都合上、便宜的に、水分含量の多いガスを１次側ガス、水分含量の少ないガスを２次側ガスというものとする。
【０００５】
しかしながら、前記特許公報１に開示された従来の中空糸膜型の加湿装置には、中空糸膜の外側を流通するガスの流れに偏流が生じるため、ハウジングに収容されている一部の中空糸膜しか利用されず、加湿装置全体としての加湿効率が悪かった。
そこで、この問題を解決するために、ハウジング内にインナーパイプを備えた加湿装置が考えられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
インナーパイプを備えた加湿装置の基本構成を図６を参照して説明すると、加湿装置５０は、ハウジング５１の軸中心にインナーパイプ５２を設け、ハウジング５１とインナーパイプ５２との間に多数の中空糸膜５３を収納し、中空糸膜５３の両端部を固めて仕切壁として機能するポッティング部５４ａ，５４ｂを形成し、一方のポッティング部５４ａよりも軸方向外側のハウジング５１内を２次側ガス出口室５６とし、他方のポッティング部５４ｂよりも軸方向外側のハウジング５１内を２次側ガス入口室５５とし、両ポッティング部５４ａ，５４ｂ間のハウジング５１内を膜収納室６０とし、また、ポッティング部５４ｂよりも軸方向内側のハウジング５１の内周面に環状通路５７を設け、この環状通路５７に連通する１次側ガス出口孔５８を設け、ポッティング部５４ａよりも軸方向内側に位置するインナーパイプ５２の周面に１次側ガス入口孔５９を設けて構成される。
【０００７】
このように構成された加湿装置５０では、１次側ガスは、膜収納室６０内において１次側ガス入口孔５９から１次側ガス出口孔５８に向かって中空糸膜５３を横切るように流れるようになり、その結果、多数ある中空糸膜５３のほぼ総ての外側を１次側ガスが流れるようになって、加湿装置５０全体としての加湿効率が向上する。
【特許文献１】特開平８−２７３６８７号公報
【特許文献２】特開２００１−２０２９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図６に示す加湿装置５０においても、その構造上、膜収納室６０においてポッティング部５４ａに近い部位の外周部分（図中「Ａ」部）や、膜収納室６０においてポッティング部５４ｂに近い部位のインナーパイプ５２の周辺部分（図中「Ｂ」部）に、１次側ガスが流れにくい淀み部（デッドスペース）が生じるため、改善の余地があった。
【０００９】
また、１次側ガス入口孔５９から膜収納室６０に流出する１次側ガスの流速が速いため、１次側ガス入口孔５９の近くで中空糸膜５３が振動し、笛吹音が生じる。また、場合によっては、その振動により中空糸膜５３が破損することもある。
そこで、この発明は、除湿効率あるいは加湿効率が高く、静粛性、耐久性、信頼性に優れた除加湿装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、複数の中空糸膜（例えば、後述する実施の形態における中空糸膜５）を備え、該中空糸膜の外側に第１の流体を流し、該中空糸膜の内側に第２の流体を流し、該中空糸膜を介して第１の流体と第２の流体との間で水分を移動させる除加湿装置（例えば、後述する実施の形態における加湿装置１）において、前記複数の中空糸膜を収納し、周面の軸方向一端寄りに前記第１の流体が流通可能な第１の流通孔（例えば、後述する実施の形態における入口孔１６）が設けられ、他端寄りに前記第１の流体が流通可能な第２の流通孔（例えば、後述する実施の形態における出口孔２０）が設けられたハウジング（例えば、後述する実施の形態におけるハウジング２）と、前記ハウジングのほぼ軸中心に配置されて周囲を前記複数の中空糸膜に包囲され、内部が遮断部（例えば、後述する実施の形態における遮断部２４）によって前記第１の流体が流通する第１の通路と第２の通路に分離され、前記第１の流通孔が配置されている側の周面には前記第１の通路に連通して第１の流体が流通可能な第３の流通孔（例えば、後述する実施の形態における入口孔２７）が設けられ、前記第２の流通孔が配置されている側の周面には前記第２の通路に連通して第１の流体が流通可能な第４の流通孔（例えば、後述する実施の形態における出口孔２８）が設けられたインナーパイプ（例えば、後述する実施の形態におけるインナーパイプ３）と、を備え、前記第１の流体は、前記第１の流通孔および前記第３の流通孔から前記ハウジング内に導入され、前記第２の流通孔および前記第４の流通孔からハウジングの外へ流出することを特徴とする。
【００１１】
このように構成することにより、第１の流体がハウジングの一端側に流入する際には軸中心側と外周側の両方向から流入し、第１の流体がハウジングの他端側から流出する際には軸中心側と外周側の両方向へ流出するので、ハウジング内の一端側および他端側を含む総ての領域において第１の流体の淀み（デッドスペース）が殆ど生じなくなり、ほぼ総ての中空糸膜の周囲を第１の流体が流れるようになり、ほぼ全ての中空糸膜をそのほぼ全長に亘って除加湿に寄与させることができる。
【００１２】
また、第１の流体がハウジング内に流入する部分の総開口面積を大きくすることができるので、第１の流体のハウジング内への流入速度を低く抑えることができ、また、第１の流体がハウジングから流出する部分の総開口面積を大きくすることができるので、ハウジングからの第１の流体の流出速度を低く抑えることができる。
【００１３】
請求項２係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の流通孔の総開口面積Ｓ１を［数３］に従って補正した補正総開口面積Ｓ１’、前記第２の流通孔の総開口面積Ｓ２を［数４］に従って補正した補正総開口面積Ｓ２’、前記第３の流通孔の総開口面積Ｓ３、前記第４の流通孔の総開口面積Ｓ４との間に、［数１］の不等式と［数２］の不等式とが共に成立することを特徴とする。
【００１４】
【数１】
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【００１５】
【数２】
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【００１６】
【数３】
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【００１７】
【数４】
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【００１８】
このように構成することにより、ハウジング内において第１の流体の多くを、インナーパイプの第３の流通孔から流入させてハウジングの第２の流通孔から流出させることができ、あるいは、ハウジングの第１の流通孔から流入させてインナーパイプの第４の流通孔から流出させることができる。その結果、ハウジング内における第１の流体の移動距離が長くすることができ、中空糸膜との接触時間を長くすることができる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第１の流体と前記第２の流体の少なくともいずれか一方は、燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池７１）の反応ガスであることを特徴とする。
このように構成することにより、燃料電池システムの静粛性、耐久性、信頼性が向上するとともに、燃料電池システムの小型化を図ることができ、さらに、燃料電池を安定した発電状態に保持することが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明によれば、ハウジング内の一端側および他端側を含む総ての領域において第１の流体の淀み部（デッドスペース）が殆ど生じなくなり、ほぼ全ての中空糸膜をそのほぼ全長に亘って除加湿に寄与させることができので、除加湿装置の除湿効率あるいは加湿効率が向上し、除加湿装置の小型化が可能になるという優れた効果が奏される。
また、第１の流体のハウジング内への流入速度を低く抑えることができ、ハウジングから流出する第１の流体の流出速度を低く抑えることができるので、第１の流体の流入速度および流出速度に起因する中空糸膜の振動を抑制することができ、笛吹音の発生を防止することができるとともに、中空糸膜の破損を防止することができるという優れた効果が奏される。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、ハウジング内における第１の流体の移動距離が長くすることができ、中空糸膜との接触時間を長くすることができるので、除加湿装置の除湿効率あるいは加湿効率がさらに向上し、加湿装置１のさらなる小型化が可能になるという効果がある。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、燃料電池システムの静粛性、耐久性、信頼性が向上するとともに、燃料電池システムの小型化を図ることができ、さらに、燃料電池を安定した発電状態に保持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明に係る除加湿装置の一実施例を図１から図５の図面を参照して説明する。なお、この実施例における除加湿装置は、燃料電池車両に搭載された燃料電池システムにおいて燃料電池のカソードに供給される酸化剤ガスとしての空気を加湿する加湿装置としての態様である。
【００２４】
初めに、燃料電池車両に搭載された燃料電池システム７０の概略構成を図３を参照して説明する。
水素タンク７２から供給される燃料ガスとしての水素ガスはエゼクタ７３を経由して、燃料電池７１のアノードに供給される。一方、酸化剤ガスとしての空気はコンプレッサ７４により所定圧力に昇圧され、この発明の特徴部をなす加湿装置（除加湿装置）１で加湿されて燃料電池７１のカソードに供給される（以下、カソードに供給される空気を供給空気という）。
【００２５】
アノードに供給された水素ガスは発電に供された後、燃料電池７１からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス循環流路７５を通ってエゼクタ７３に吸引され、水素タンク７２から供給される新鮮な水素ガスと合流して再び燃料電池７１のアノードに供給される。
また、カソードに供給された空気は発電に供された後、燃料電池７１からカソードオフガスとして排出される。燃料電池７１は発電に伴って水を生成するので、カソードオフガスには水分が多く含まれている。このカソードオフガスを加湿装置１に流通させて、カソードオフガスに含まれる水分を供給空気に移動させることで供給空気を加湿する。加湿装置１によって水分を除去されたカソードオフガスは、圧力制御弁７６を介して排出される。
【００２６】
このように、この加湿装置１は、カソードオフガスの水分を供給空気に移動させることによって供給空気を加湿するものであるが、主体をカソードオフガスにおくと、カソードオフガスを除湿する除湿装置と言うこともできる。
【００２７】
次に、この発明の特徴部をなす加湿装置１の構成を図１および図２を参照して説明する。
加湿装置１は、円筒状のハウジング２と、ハウジング２の軸中心に配置されたインナーパイプ３と、ハウジング２とインナーパイプ３の間に収納された中空糸膜束４と、を備えている。
【００２８】
中空糸膜束４は、図２に示すような細長い中空糸膜５を多数本束ねて構成されている。
中空糸膜５は、例えばペルフルオロスルホン酸ポリマーなどからなり、その内側と外側にそれぞれ水分含量の異なる流体を供給すると、水分含量の多い流体中の水分が中空糸膜を透過して水分含量の少ない流体へと移動する性質を有する。
【００２９】
中空糸膜束４の両端部は樹脂で結束されてポッティング部４ａ，４ｂとされており、ポッティング部４ａ，４ｂにおいて、中空糸膜５の外周面間、中空糸膜５の外周面とハウジング２の内周面の間、中空糸膜５の外周面とインナーパイプ３の外周面の間が閉塞されている。そして、ポッティング部４ａよりも軸方向一端側のハウジング２内が第２の流体の出口室６とされていて、出口室６には第２の流体の排出管７が連結されている。また、ポッティング部４ｂよりも軸方向他端側のハウジング２内が第２の流体の入口室８とされており、ハウジング２の周面には入口室８に連なる複数の入口孔９が周方向均等に配設されていて、さらに、ハウジング２の外周には、全ての入口孔９に連なる環状入口通路１０を形成する環状部材１１が設けられ、環状部材１１に第２の流体の供給管１２が連結されている。
【００３０】
ハウジング２とインナーパイプ３とポッティング部４ａとポッティング部４ｂで囲まれた空間は膜収納室１３となっており、インナーパイプ３はその周囲を膜収納室１３に収納された中空糸膜５によって包囲されている。
【００３１】
ハウジング２の周面であってポッティング部４ａに近い部位（すなわち、ハウジング２の軸方向一端寄り）には、膜収納室１３に連なる複数の入口孔（第１の流通孔）１６が周方向均等に配設されており、さらに、ハウジング２の外周には、全ての入口孔１６に連なる環状入口通路１７を形成する環状部材１８が設けられ、環状部材１８に第１の流体の供給管１９が連結されている。
また、ハウジング２の周面であってポッティング部４ｂに近い部位（すなわち、ハウジング２の軸方向他端寄り）には、膜収納室１３に連なる複数の出口孔（第２の流通孔）２０が周方向均等に配設されており、さらに、ハウジング２の外周には、全ての出口孔２０に連なる環状出口通路２１を形成する環状部材２２が設けられ、環状部材２２に第１の流体の排出管２３が連結されている。
【００３２】
インナーパイプ３は、ハウジング２の一端側から他端側に貫通して取り付けられており、膜収納室１３の中央部に対応する部分に設けられた遮断部２４によってインナーパイプ３の内部通路が二分され、遮断部２４よりも一端側の内部通路が第１の流体の入口通路（第１の通路）とされ、他端側の内部通路が第１の流体の出口通路（第２の通路）２６とされている。
【００３３】
インナーパイプ３の周面であってポッティング部４ａに近い部位には入口通路２５と膜収納室１３とを連通する第１の流体の入口孔（第３の流通孔）２７が周方向均等に複数配設されている。すなわち、入口孔２７は、ハウジング２の入口孔１６が配置されている側のインナーパイプ３の周面に設けられており、インナーパイプ３の入口孔２７とハウジング２の入口孔１６はハウジング２の軸方向においてほぼ対応する位置に設けられている。
【００３４】
また、インナーパイプ３の周面であってポッティング部４ｂに近い部位には出口通路２６と膜収納室１３とを連通する第１の流体の出口孔（第４の流通孔）２８が周方向均等に複数配設されている。すなわち、出口孔２８は、ハウジング２の出口孔２０が配置されている側のインナーパイプ３の周面に設けられており、インナーパイプ３の出口孔２８とハウジング２の出口孔２０はハウジング２の軸方向においてほぼ対応する位置に設けられている。
【００３５】
ここで、ハウジング２の出口孔２０の開口面積を合計した総開口面積Ｓ２は、ハウジング２の入口孔１６の開口面積を合計した総開口面積Ｓ１と同じ若しくはそれよりも大きく設定し（Ｓ２≧Ｓ１）、インナーパイプ３の入口孔２７の開口面積を合計した総開口面積Ｓ３は、インナーパイプ３の出口孔２８の開口面積を合計した総開口面積Ｓ４と同じ若しくはそれよりも大きく設定する（Ｓ３≧Ｓ４）。このように設定することで、［数５］の不等式が成立する。なお、［数５］の不等式において、Ｓ１’は入口孔１６の総開口面積Ｓ１を［数６］に従って補正した補正総開口面積であり、Ｓ２’は出口孔２０の総開口面積Ｓ２を［数７］に従って補正した補正総開口面積である。
【００３６】
【数５】
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【００３７】
【数６】
2005056823.tif 000008
【００３８】
【数７】
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【００３９】
さらに、インナーパイプ３の入口孔２７の総開口面積Ｓ３をハウジング２の入口孔１６の総開口面積Ｓ１と同じ若しくはそれよりも大きく設定し（Ｓ３≧Ｓ１）、ハウジング２の出口孔２０の総開口面積Ｓ２をインナーパイプ３の出口孔２８の総開口面積Ｓ４と同じ若しくはそれよりも大きく設定する（Ｓ２≧Ｓ４）。このように設定することで、［数８］の不等式が成立する。なお、［数８］の不等式におけるＳ１’，Ｓ２’は前記［数５］におけるＳ１’，Ｓ２’と同じである。
【００４０】
【数８】
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【００４１】
なお、この実施例では、ハウジング２における出口孔２０の数を入口孔１６の数よりも多くすることによって、出口孔２０の総開口面積Ｓ２を入口孔１６の総開口面積Ｓ１よりも大きくし（Ｓ２＞Ｓ１）、インナーパイプ３における入口孔２７の数を出口孔２８の数よりも多くすることによって、入口孔２７の総開口面積Ｓ３を出口孔２８の総開口面積Ｓ４よりも大きくしており（Ｓ３＞Ｓ４）、さらに、インナーパイプ３の入口孔２７の総開口面積Ｓ３をハウジング２の入口孔１６の総開口面積Ｓ１よりも大きくし（Ｓ３＞Ｓ１）、ハウジング２の出口孔２０の総開口面積Ｓ２をインナーパイプ３の出口孔２８の総開口面積Ｓ４よりも大きくしている（Ｓ２＞Ｓ４）。
【００４２】
ハウジング２の一端側から突出するインナーパイプ３の端部には、第１の流体の供給管３１がコネクタ３２を介して連結されており、この供給管３１に前述した供給管１９が連結されている。
ハウジング２の他端側から突出するインナーパイプ３の端部には、第１の流体の排出管３３がコネクタ３４を介して接続されており、この排出管３３に前述した排出管２３が接続されている。
【００４３】
次に、この加湿装置１の作用を説明する。
燃料電池７１から排出されるカソードオフガスの水分を燃料電池７１への供給空気に移動させることによって供給空気を加湿するこの実施例の場合には、カソードオフガス（第１の流体）を１次側ガスとして加湿装置１の供給管３１から供給し、供給空気（第２の流体）を２次側ガスとして加湿装置１の供給管１２に供給する。なお、図１において、実線矢印はカソードオフガスの流れを表し、破線矢印は供給空気の流れを表している。
【００４４】
このように各ガスを加湿装置１に供給すると、供給管１２から供給された供給空気は環状入口通路１０の全周に行き渡り、環状入口通路１０から各入口孔９を通って入口室８に流入し、さらに、入口室８から各中空糸膜５の内部を通って出口室６に流出し、排出管７に流出する。
【００４５】
供給管３１から供給されたカソードオフガスは、インナーパイプ３の入口通路２５に流入するものと、供給管１９に流入するものに分かれる。供給管１９に流入したカソードオフガスは環状入口通路１７に流入し、環状入口通路１７の全周に行き渡って、環状入口通路１７から各入口孔１６を通ってハウジング２の外周側から膜収納室１３に流入する。これに対して、インナーパイプ３の入口通路２５に流入したカソードオフガスは、入口孔２７を通ってハウジング２の軸中心側から膜収納室１３に流入する。この結果、カソードオフガスは、膜収納室１３の一端側に流入する際に、軸中心側と外周側の両方向から流入するようになるので、膜収納室１３内の一端側（カソードオフガス入口側）においてカソードオフガスの淀みが生じなくなる。
【００４６】
また、カソードオフガスが膜収納室１３に流入する部分の総開口面積は、ハウジング２の入口孔１６の総開口面積Ｓ１とインナーパイプ３の入口孔２７の総開口面積Ｓ３の総和となるので極めて大きく、カソードオフガスの膜収納室１３への流入速度を低く抑えることができる。すなわち、ハウジング２の入口孔１６だけから膜収納室１３にカソードオフガスを流入させた場合や、インナーパイプ３の入口孔２７だけから膜収納室１３にカソードオフガスを流入させた場合と比較すると、この実施例の場合の方が膜収納室１３へのカソードオフガスの流入速度を低く抑えることができる。その結果、カソードオフガスの流入速度に起因する中空糸膜５の振動を抑制することができ、笛吹音の発生を防止することができるとともに、中空糸膜５の破損を防止することができる。これにより、加湿装置１の静粛性、耐久性、信頼性が向上し、ひいては、燃料電池システム１の静粛性、耐久性、信頼性が向上する。
【００４７】
そして、入口孔１６，２７から膜収納室１３に流入したカソードオフガスは、中空糸膜束４のほぼ総ての中空糸膜５の外側を通ってポッティング部４ｂに向かって流れていき、ハウジング２の各出口孔２０およびインナーパイプ３の各出口孔２８から膜収納室１３の外へ流出する。ハウジング２の各出口孔２０から流出したカソードオフガスは、環状出口通路２１に流入して集合し、排出管２３を流通して排出管３３に流出する。一方、インナーパイプ３の出口孔２８から流出したカソードオフガスは、インナーパイプ３の出口通路２６を流通して排出管３３に流出し、出口孔２０から流出したカソードオフガスと合流する。この結果、カソードオフガスは、膜収納室１３の他端側から流出する際に、軸中心側と外周側の両方向から流出するようになるので、膜収納室１３内の他端側（カソードオフガス出口側）においてカソードオフガスの淀みが生じなくなる。
【００４８】
また、カソードオフガスが膜収納室１３から流出する部分の総開口面積は、ハウジング２の出口孔２０の総開口面積Ｓ２とインナーパイプ３の出口孔２８の総開口面積Ｓ４の総和となるので極めて大きく、カソードオフガスの膜収納室１３からの流出速度を低く抑えることができる。すなわち、ハウジング２の出口孔２０だけからカソードオフガスを流出させた場合や、インナーパイプ３の出口孔２８だけからカソードオフガスを流出させた場合と比較すると、この実施例の場合の方が膜収納室１３からのカソードオフガスの流出速度を低く抑えることができる。その結果、カソードオフガスの流出速度に起因する中空糸膜５の振動を抑制することができ、笛吹音の発生を防止することができるとともに、中空糸膜５の破損を防止することができる。これにより、加湿装置１の静粛性、耐久性、信頼性が向上し、ひいては、燃料電池システム１の静粛性、耐久性、信頼性が向上する。
【００４９】
このように、膜収納室１３内において中空糸膜５の内側を供給空気が流通し中空糸膜５の外側をカソードオフガスが流れることにより、カソードオフガスに含まれる水分が中空糸膜５を透過して供給空気に移動し、供給空気が加湿される。
特に、この加湿装置１の場合には、前述したように、カソードオフガスが膜収納室１３の一端側に流入する際に軸中心側と外周側の両方向から流入し、カソードオフガスが膜収納室１３の他端側から流出する際に軸中心側と外周側の両方向に流出するので、膜収納室１３内に淀み（デッドスペース）が殆ど生じなくなり、中空糸膜束４のほぼ総ての中空糸膜５の周囲をカソードオフガスが流れるようになり、ほぼ全ての中空糸膜５をそのほぼ全長に亘って加湿に寄与させることができる。したがって、加湿装置１の加湿効率が向上し、加湿装置１の小型化が可能になる。
【００５０】
しかも、インナーパイプ３の入口孔２７の総開口面積Ｓ３がハウジング２の入口孔１６の総開口面積Ｓ１よりも大きいので、膜収納室１３へのカソードオフガスの流入量としては、インナーパイプ３の入口孔２７からの流入量の方がハウジング２の入口孔１６からの流入量よりも大きく、また、ハウジング２の出口孔２０の総開口面積Ｓ２がインナーパイプ３の出口孔２８の総開口面積Ｓ４がよりも大きいので、膜収納室１３からのカソードオフガスの流出量としては、ハウジング２の出口孔２０からの流出量の方がインナーパイプ３の出口孔２８からの流出量よりも大きい。
【００５１】
したがって、膜収納室１３内におけるカソードオフガスの流れは、図４の模式図に示すように、その多くがインナーパイプ３の入口孔２７から流入してハウジング２の出口孔２０から流出することとなる。その結果、膜収納室１３内におけるカソードオフガスの移動距離を長くすることができ、中空糸膜５との接触時間を長くすることができるので、加湿装置１の加湿効率がさらに向上し、加湿装置１のさらなる小型化が可能になる。
【００５２】
そして、加湿装置１の加湿効率が向上する結果、燃料電池７１を安定した発電状態に保持することができるとともに、燃料電池システム７０の小型化を図ることができる。これは、搭載スペースに限りがある燃料電池車両に搭載する場合に、極めて有利である。
【００５３】
〔他の実施例〕
なお、この発明は、ハウジング２の入口孔１６の開口面積を合計した総開口面積Ｓ１を、ハウジング２の出口孔２０の開口面積を合計した総開口面積Ｓ２と同じ若しくはそれよりも大きく設定し（Ｓ１≧Ｓ２）、インナーパイプ３の出口孔２８の開口面積を合計した総開口面積Ｓ４を、インナーパイプ３の入口孔２７の開口面積を合計した総開口面積Ｓ３と同じ若しくはそれよりも大きく設定し（Ｓ４≧Ｓ３）、且つ、ハウジング２の入口孔１６の総開口面積Ｓ１をインナーパイプ３の入口孔２７の総開口面積Ｓ３と同じ若しくはそれよりも大きく設定し（Ｓ１≧Ｓ３）、インナーパイプ３の出口孔２８の総開口面積Ｓ４をハウジング２の出口孔２０の総開口面積Ｓ２と同じ若しくはそれよりも大きく設定した（Ｓ４≧Ｓ２）場合にも成立し、このときにも［数９］の不等式と［数１０］の不等式とが共に成立する。なお、［数９］［数１０］の不等式において、Ｓ１’は入口孔１６の総開口面積Ｓ１を［数１１］に従って補正した補正総開口面積であり、Ｓ２’は出口孔２０の総開口面積Ｓ２を［数１２］に従って補正した補正総開口面積である。
【００５４】
【数９】
2005056823.tif 000011
【００５５】
【数１０】
2005056823.tif 000012
【００５６】
【数１１】
2005056823.tif 000013
【００５７】
【数１２】
2005056823.tif 000014
【００５８】
なお、図５は、ハウジング２における入口孔１６の総開口面積Ｓ１を出口孔２０の総開口面積Ｓ２よりも大きく設定し（Ｓ１＞Ｓ２）、インナーパイプ３における出口孔２８の総開口面積Ｓ４を入口孔２７の総開口面積Ｓ３よりも大きく設定し（Ｓ４＞Ｓ３）、さらに、ハウジング２の入口孔１６の総開口面積Ｓ１をインナーパイプ３の入口孔２７の総開口面積Ｓ３よりも大きく設定し（Ｓ１＞Ｓ３）、インナーパイプ３の出口孔２８の総開口面積Ｓ４をハウジング２の出口孔２０の総開口面積Ｓ２よりも大きく設定した（Ｓ４＞Ｓ２）場合において、膜収納室１３内のカソードオフガスの流れを模式的に表した図である。このようにしても、前述同様の作用・効果を得ることができる。
【００５９】
また、カソードオフガスの流れ方向を前述した実施例と逆にすることも可能であり、さらに、供給空気の流れ方向を前述した実施例と逆にすることも可能である。
さらに、前述した入口孔１６，２７の総開口面積Ｓ１，Ｓ３および出口孔２０，２８の総開口面積Ｓ２，Ｓ４の関係について、これら総開口面積を各入口孔１６，２７および各出口孔２０，２８の総圧力損失係数（この係数が大きい方が流体通過時の圧力損失が大きくなる）の逆数として置き換えた形態としてもよい。この形態によれば、見かけの開口面積が大きくとも流体抵抗が予想より大きい、あるいは見かけの開口面積が小さくとも流体抵抗の小さい入口孔や出口孔が設けられていた際にも、前述した実施例と同様な作用・効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、ガスを加湿あるいは除湿するためのあらゆる加湿装置あるいは除湿装置に利用が可能であり、例えば、燃料電池車両等の移動体に搭載される燃料電池や定置式の燃料電池等に供給される反応ガス（燃料ガスや酸化剤ガス）を加湿する加湿装置に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明に係る加湿装置の一実施例における断面図である。
【図２】前記実施例の加湿装置において用いられる中空糸膜の斜視図である。
【図３】前記加湿装置が組み込まれた燃料電池システムの一例を示す構成図である。
【図４】前記実施例における加湿装置の膜収納室でのカソードオフガスの流れを表した模式図である。
【図５】加湿装置の膜収納室でのカソードオフガスの流れを表した別の模式図である。
【図６】従来の加湿装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  加湿装置（除加湿装置）
２  ハウジング
３  インナーパイプ
５  中空糸膜
１６  入口孔（第１の流通孔）
２０  出口孔（第２の流通孔）
２４  遮断部
２５  入口通路（第１の通路）
２６  出口通路（第２の通路）
２７  入口孔（第３の流通孔）
２８  出口孔（第４の流通孔）
７１  燃料電池 
【図１】
2005056823.tif 000019
【図２】
2005056823.tif 000020
【図３】
2005056823.tif 000021
【図４】
2005056823.tif 000022
【図５】
2005056823.tif 000023
【図６】
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