7422329 水蒸気濃縮器、水蒸気濃縮方法、燃料電池自動車、及びガソリン自動車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-18

(45)【発行日】2024-01-26

(54)【発明の名称】水蒸気濃縮器、水蒸気濃縮方法、燃料電池自動車、及びガソリン自動車

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/22 20060101AFI20240119BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20240119BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240119BHJP

   B60L 50/72 20190101ALI20240119BHJP

   B60L 58/30 20190101ALI20240119BHJP

   B60K 11/02 20060101ALI20240119BHJP

   F02D 19/12 20060101ALI20240119BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240119BHJP

【ＦＩ】

B01D53/22

H01M8/00 Z

H01M8/04 N

H01M8/04 Z

B60L50/72

B60L58/30

B60K11/02

F02D19/12 A

H01M8/10 101

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020028824

(22)【出願日】2020-02-21

(65)【公開番号】P2021133264

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-08-16

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】生越 洋一

(72)【発明者】

【氏名】高向 芳典

(72)【発明者】

【氏名】小林 丈博

【審査官】相田 元

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－２０６２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１４６３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－１７６５２６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００２－０７５４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－０３９３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１５４５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１７８８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１５８１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２８９２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５２２０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－５３７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３３９３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／０４－ ８／０６６８

Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５

Ｂ６０Ｌ １／００－ ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００－１３／００

Ｂ０６Ｌ １５／００－５８／４０

Ｂ６０Ｋ １１／００－１５／１０

Ｆ０２Ｄ １３／００－２８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水蒸気含有気体を移送する送風手段と、
移送された前記水蒸気含有気体を加熱する加熱手段と、
加熱された前記水蒸気含有気体から、前記水蒸気含有気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い水蒸気濃縮気体を分離する濃縮手段と、
前記水蒸気濃縮気体を吸引する吸引手段と、
前記濃縮手段と前記吸引手段との間に設けられ、前記水蒸気濃縮気体に含有される水蒸気が凝縮して生じた凝縮水を回収する回収手段と、を備える、
水蒸気濃縮器。

【請求項2】

前記回収手段は、前記凝縮水を溜める貯留容器と、前記貯留容器に設けられ、前記凝縮水を排出する排出弁と、を有する、
請求項１に記載の水蒸気濃縮器。

【請求項3】

水蒸気含有気体を移送する送風手段と、
移送された前記水蒸気含有気体を加熱する加熱手段と、
加熱された前記水蒸気含有気体から、前記水蒸気含有気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い水蒸気濃縮気体を分離する濃縮手段と、
前記水蒸気濃縮気体を吸引する吸引手段と、
前記水蒸気濃縮気体を冷却する冷却手段と、を備え、
前記加熱手段は、ペルチェ素子の発熱部で構成され、前記冷却手段は、前記ペルチェ素子の吸熱部で構成される、
水蒸気濃縮器。

【請求項4】

水蒸気含有気体を移送する送風手段と、
移送された前記水蒸気含有気体を加熱する加熱手段と、
加熱された前記水蒸気含有気体から、前記水蒸気含有気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い水蒸気濃縮気体を分離する濃縮手段と、
前記水蒸気濃縮気体を吸引する吸引手段と、
前記水蒸気濃縮気体を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段により、前記水蒸気濃縮気体に含有される水蒸気が凝縮して生じた凝縮水、及び前記水蒸気濃縮気体を排出する排出手段と、
前記吸引手段と前記排出手段との間に設けられ、前記水蒸気濃縮気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が少ない乾燥気体を、前記水蒸気濃縮気体に混合する混合手段と、を備える、
水蒸気濃縮器。

【請求項5】

水蒸気含有気体を加熱する加熱工程と、
加熱された前記水蒸気含有気体から、前記水蒸気含有気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い水蒸気濃縮気体を分離する分離工程と、
前記水蒸気濃縮気体を吸引する吸引工程と、
前記水蒸気濃縮気体を冷却する冷却工程と、を含む、
水蒸気濃縮方法。

【請求項6】

水素含有気体と酸素含有気体とを電解質に供給して電気化学反応させて発電する燃料電池と、水蒸気濃縮器と、を備え、
前記水蒸気濃縮器は、
水蒸気含有気体を移送する送風手段と、
移送された前記水蒸気含有気体を加熱する加熱手段と、
加熱された前記水蒸気含有気体から、前記水蒸気含有気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い水蒸気濃縮気体を分離する濃縮手段と、
前記水蒸気濃縮気体を吸引する吸引手段と、を含む、
燃料電池自動車。

【請求項7】

エンジンと、水蒸気濃縮器と、を備え、
前記水蒸気濃縮器は、
水蒸気含有気体を移送する送風手段と、
移送された前記水蒸気含有気体を加熱する加熱手段と、
加熱された前記水蒸気含有気体から、前記水蒸気含有気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い水蒸気濃縮気体を分離する濃縮手段と、
前記水蒸気濃縮気体を吸引する吸引手段と、を含む、
ガソリン自動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に水蒸気濃縮器、水蒸気濃縮方法、燃料電池自動車、及びガソリン自動車に関する。より詳細には、本開示は、水蒸気含有気体から水蒸気濃縮気体を分離する水蒸気濃縮器、前記水蒸気濃縮器を用いた水蒸気濃縮方法、燃料電池自動車、及びガソリン自動車に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、酸素富化機が開示されている。この酸素富化機は、酸素富化手段と、送風手段と、吸引手段と、凝縮器と、吐出口部と、を備えている。酸素富化手段は、酸素富化空気を生成する。送風手段は、酸素富化手段に空気を供給する。吸引手段は、送風手段から供給される空気の一部を酸素富化手段を通して吸引する。凝縮器は、電子冷却素子を有し、酸素富化手段にて生成された酸素富化空気を冷却する。吐出口部は、凝縮器で冷却された酸素富化空気を吐出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２１２１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の酸素富化機では、酸素富化空気が、酸素富化手段を透過した直後に凝縮されるおそれがある。これにより、凝縮水が生成し、この凝縮水が酸素富化手段に付着し得る。その結果、酸素富化手段が目詰まりを起こし、酸素富化空気の透過流量が低下するおそれがある。

【0005】

本開示の目的は、濃縮手段による水蒸気濃縮気体の透過流量の低下を抑制することができる水蒸気濃縮器、水蒸気濃縮方法、燃料電池自動車、及びガソリン自動車を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る水蒸気濃縮器は、送風手段と、加熱手段と、濃縮手段と、吸引手段と、を備える。前記送風手段は、水蒸気含有気体を移送する。前記加熱手段は、移送された前記水蒸気含有気体を加熱する。前記濃縮手段は、加熱された前記水蒸気含有気体から、水蒸気濃縮気体を分離する。前記水蒸気濃縮気体は、前記水蒸気含有気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い。前記吸引手段は、前記水蒸気濃縮気体を吸引する。

【0007】

本開示の一態様に係る水蒸気濃縮方法は、加熱工程と、分離工程と、吸引工程と、を含む。前記加熱工程では、水蒸気含有気体を加熱する。前記分離工程では、加熱された前記水蒸気含有気体から、水蒸気濃縮気体を分離する。前記水蒸気濃縮気体は、前記水蒸気含有気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い。前記吸引工程では、前記水蒸気濃縮気体を吸引する。

【0008】

本開示の一態様に係る加湿気体製造方法は、加熱工程と、分離工程と、吸引工程と、混合工程と、を含む。前記加熱工程では、水蒸気含有気体を加熱する。前記分離工程では、加熱された前記水蒸気含有気体から、水蒸気濃縮気体を分離する。前記水蒸気濃縮気体は、前記水蒸気含有気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い。前記吸引工程では、前記水蒸気濃縮気体を吸引する。前記混合工程では、乾燥気体を、前記水蒸気濃縮気体に混合する。前記乾燥気体は、前記水蒸気濃縮気体よりも単位体積当たりの水蒸気量が少ない。

【0009】

本開示の一態様に係る燃料電池自動車は、燃料電池と、前記水蒸気濃縮器と、を備える。前記燃料電池は、水素含有気体と酸素含有気体とを電解質に供給して電気化学反応させて発電する。

【0010】

本開示の一態様に係るガソリン自動車は、エンジンと、前記水蒸気濃縮器と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、濃縮手段による水蒸気濃縮気体の透過流量の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、第１実施形態に係る水蒸気濃縮器を示す概略断面図である。

【図2】図２は、第２実施形態に係る水蒸気濃縮器を示す概略断面図である。

【図3】図３は、第１～第２実施形態に係る水蒸気濃縮器に用いられる濃縮手段を示す概略断面図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る燃料電池自動車を示す概略側面図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係るガソリン自動車を示す概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

１．第１実施形態
（１）概要
第１実施形態に係る水蒸気濃縮器１は、水蒸気含有気体Ｇ１から水蒸気濃縮気体Ｇ２を分離して取り出すための装置である。さらに水蒸気濃縮気体Ｇ２中の水蒸気の一部が凝縮した凝縮水Ｗ（第１凝縮水Ｗ１及び第２凝縮水Ｗ２）を取り出すことも可能である。

【0014】

ここで、水蒸気含有気体Ｇ１は、水蒸気を含有する気体である。例えば、水蒸気含有気体Ｇ１は、水蒸気を含有する空気である。水蒸気濃縮気体Ｇ２は、水蒸気含有気体Ｇ１よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い気体である。

【0015】

図１に示すように、水蒸気濃縮器１は、送風手段２と、加熱手段３と、濃縮手段４と、吸引手段５と、を備える。送風手段２は、水蒸気含有気体Ｇ１を移送する。加熱手段３は、移送された水蒸気含有気体Ｇ１を加熱する。濃縮手段４は、加熱された水蒸気含有気体Ｇ１から水蒸気濃縮気体Ｇ２を分離する。吸引手段５は、水蒸気濃縮気体Ｇ２を吸引する。

【0016】

本実施形態では、加熱手段３により水蒸気含有気体Ｇ１を加熱しているので、加熱していない場合に比べて飽和水蒸気量が増加している。この場合、飽和水蒸気量は、水蒸気含有気体Ｇ１が単位体積当たり含有することのできる最大の水蒸気量である。加熱されて飽和水蒸気量が増加した水蒸気含有気体Ｇ１は、凝縮されにくくなる。

【0017】

そして、加熱された水蒸気含有気体Ｇ１から水蒸気濃縮気体Ｇ２を濃縮手段４により分離する。水蒸気濃縮気体Ｇ２も高い温度に維持されているので、飽和水蒸気量が増加している。このように、結露しにくい状態になっており、凝縮水Ｗが濃縮手段４に付着しにくいので、濃縮手段４が目詰まりを起こしにくい。

【0018】

したがって、濃縮手段４による水蒸気濃縮気体Ｇ２の透過流量の低下を抑制することができる。これにより、効率よく水蒸気濃縮気体Ｇ２を得ることができる。

【0019】

（２）詳細
＜水蒸気濃縮器＞
以下、第１実施形態に係る水蒸気濃縮器１について、図面を参照して説明する。

【0020】

図１に示すように、水蒸気濃縮器１は、送風手段２と、加熱手段３と、濃縮手段４と、吸引手段５と、を備える。濃縮手段４と吸引手段５との間には第１配管５１が設けられている。好ましくは、水蒸気濃縮器１は、冷却手段６を更に備える。好ましくは、水蒸気濃縮器１は、排出手段７を更に備える。吸引手段５と排出手段７との間には第２配管５２が設けられている。好ましくは、水蒸気濃縮器１は、回収手段８を更に備える。以下、詳細に説明する。

【0021】

≪送風手段≫
送風手段２は、第１筐体１１内に設けられている。送風手段２は、水蒸気含有気体Ｇ１を移送する。具体的には、送風手段２は、第１筐体１１の外部から内部へ水蒸気含有気体Ｇ１を移送する。本実施形態において、送風手段２は、ファン２０で構成されている。

【0022】

水蒸気含有気体Ｇ１は、水蒸気を含有する気体である。例えば、水蒸気含有気体Ｇ１は、水蒸気を含有する空気である。本実施形態では、水蒸気含有気体Ｇ１は、横向きに移送される。

【0023】

≪加熱手段≫
加熱手段３は、第１筐体１１内に設けられている。加熱手段３は、送風手段２と対向している。加熱手段３は、送風手段２による水蒸気含有気体Ｇ１の移送方向に存在する。そのため、送風手段２により移送された水蒸気含有気体Ｇ１は、加熱手段３に当たりやすい。加熱手段３は、移送された水蒸気含有気体Ｇ１を加熱する。上述のように、加熱手段３は、送風手段２と対向しているので、第１筐体１１内に取り込まれた水蒸気含有気体Ｇ１を効率よく加熱することができる。

【0024】

加熱温度は、特に限定されない。例えば、送風手段２から加熱手段３へ移送された直後の温度よりも１０℃から３０℃高い温度にまで水蒸気含有気体Ｇ１を加熱する。具体例を挙げると、移送直後の温度が２５℃であれば、４０℃になるまで水蒸気含有気体Ｇ１を加熱する。

【0025】

本実施形態において、加熱手段３は、ペルチェ素子３０（電子冷却素子）の発熱部３１で構成されている。ペルチェ素子３０は、発熱部３１と吸熱部３２とを有し、吸熱部３２の熱を発熱部３１に移動させる素子である。発熱部３１は、ヒートシンクの少なくとも一部である。ヒートシンクはアルミニウム製であることが好ましい。これにより、発熱部３１の放熱性を更に向上させることができる。

【0026】

≪濃縮手段≫
濃縮手段４は、第２筐体１２内に設けられている。第２筐体１２は、第１筐体１１の上部に設けられている。第２筐体１２は、入口４６と、出口４７と、を有する。入口４６と出口４７とは上下方向につながっている。入口４６は下方に位置し、出口４７は上方に位置する。入口４６を介して第１筐体１１の内部と第２筐体１２の内部とは連通されている。出口４７を介して第２筐体１２の内部と水蒸気濃縮器１の外部とは繋がっている。第２筐体１２には、第１配管５１が設けられている。具体的には、第２筐体１２には、第１配管５１の上流側端部が接続されている。第２筐体１２の内部と第１配管５１の内部とは連通されている。

【0027】

濃縮手段４は、加熱された水蒸気含有気体Ｇ１から水蒸気濃縮気体Ｇ２を分離する。水蒸気濃縮気体Ｇ２は、水蒸気含有気体Ｇ１よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い気体である。水蒸気濃縮気体Ｇ２は、濃縮手段４を透過して第１配管５１に移送される。一方、水蒸気含有気体Ｇ１から水蒸気濃縮気体Ｇ２が取り除かれた残りは、水蒸気希釈気体Ｇ３である。水蒸気希釈気体Ｇ３は、水蒸気含有気体Ｇ１よりも単位体積当たりの水蒸気量が少ない気体である。水蒸気希釈気体Ｇ３は、第２筐体１２の内部から出口４７を通って水蒸気濃縮器１の外部へ放散される。

【0028】

本実施形態において、濃縮手段４は、気体分離膜複合体４１で構成されている。以下、気体分離膜複合体４１について説明する。

【0029】

図３に示すように、気体分離膜複合体４１は、支持体４２と、気体分離膜４５と、を有する。気体分離膜４５は、支持体４２に設けられている。水蒸気含有気体Ｇ１は、気体分離膜４５側から入り、支持体４２側から水蒸気濃縮気体Ｇ２として出る。

【0030】

〔気体分離膜〕
気体分離膜４５は、高分子成分４５１と、無機充填材４５２と、を含有する。高分子成分４５１は、高分子鎖を有し、高分子鎖間に空隙が存在する。無機充填材４５２は、高分子鎖に接着されている。なお、気体分離膜４５は、無機充填材４５２を含有しなくてもよい。

【0031】

気体分離膜４５は、２種類以上の気体が混合した混合気体から、特定の気体を選択的に分離して濃縮することができる。気体の種類によって気体分離膜４５を透過する速度に違いがあるため、この速度の違いによって気体を分離して濃縮することができる。例えば、酸素が気体分離膜４５を透過する速度が、窒素が気体分離膜４５を透過する速度よりも速い場合、酸素と窒素とを含む空気から酸素を分離して濃縮することで酸素富化空気を得ることができる。気体分離膜４５を透過する速度が速く、分離されて濃縮される気体を分離気体（本実施形態では水蒸気濃縮気体Ｇ２）という。

【0032】

気体分離膜４５が無機充填材４５２を含有する場合、高温高湿下であっても、気体分離膜４５における分離気体の流量及び濃度が変化しにくく、良好な気体分離性能を保つことができる。その理由は、以下のように考えられる。気体分離膜４５が無機充填材４５２を含有する場合には、熱及び水蒸気等により気体分離膜４５中の高分子成分４５１が収縮しようとするが、高分子鎖に接着した無機充填材４５２同士が接触したとしても、高分子鎖は無機充填材４５２により固定されているため、高分子鎖間の空隙を確保することができる。これにより、高分子成分４５１が収縮しすぎることを抑制することができる。このため、気体分離膜４５中に分離気体が通り抜けるための十分な空間が確保されることで、高温下であっても分離気体の流量及び濃度が低下しにくくなると考えられる。

【0033】

気体分離膜４５は、１層で構成されていてもよく、２層以上の複数の層から構成されていてもよい。気体分離膜４５が複数の層から構成される場合、気体分離膜４５は、気体を分離するための分離層と、分離層を保護するための保護層とを含んでもよい。本実施形態では、図３に示すように気体分離膜４５は分離層のみを含み、分離層そのものが気体分離膜４５として機能する。

【0034】

気体分離膜４５は、上述のように高分子成分４５１を含有する。高分子成分４５１の材料は、特に限定されず、分離気体の透過係数が高くなるように適宜選択することができる。

【0035】

高分子成分４５１は、ポリ（４－メチルペンテン－１）、シロキサン系化合物、一置換ポリジフェニルアセチレン、及び二置換ポリジフェニルアセチレンからなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物を含むことが好ましい。この場合、気体分離膜４５は、例えば水蒸気及び酸素等の気体に対する高い透過係数を有するため、気体分離膜複合体４１の気体分離性能が向上する。

【0036】

気体分離膜４５は、無機充填材４５２を含有する。無機充填材４５２の材料は、特に限定されず、分離気体の透過係数が高くなり、高温下での気体分離性能が低下しにくい材料を適宜選択することができる。

【0037】

無機充填材４５２は、シリカ、アルミナ、酸化チタン、及びガラスフリットからなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物を含むことが好ましい。この場合、無機充填材４５２は、気体分離膜４５中に良好に分散されるため、高分子鎖間の空隙（自由体積）が気体分離膜４５中に均一に形成されやすくなり、高分子成分４５１の収縮がより抑制される。そのため、高温高湿下においても、分離気体の流量及び濃度の低下をより抑制しやすくなり、気体分離膜４５の気体分離性能を良好に保ちやすい。また、無機充填材４５２として上記の化合物を用いることで、高湿環境下において無機充填材４５２が吸湿することにより膨潤し、気体分離膜４５中の高分子成分４５１の収縮が抑制されやすくなる。

【0038】

無機充填材４５２は、ナノ粒子であることが好ましい。無機充填材４５２がナノ粒子であることで、気体分離膜４５中において高分子成分４５１が無機充填材４５２間の空隙に入り込みやすくなり、高温下における高分子成分４５１の収縮をより抑制することができる。これにより、高温下における分離気体の流量及び濃度の低下をより抑制しやすい。

【0039】

無機充填材４５２の平均粒子径は、気体分離膜４５の厚さ未満であることが好ましい。この場合、気体分離膜４５から無機充填材４５２が露出しにくくなるため、均一な気体分離膜４５を得ることができる。また、気体分離膜４５中において高分子成分４５１が無機充填材４５２間の空隙に入り込みやすくなり、高温高湿下における高分子成分４５１の収縮をより抑制することができる。なお、無機充填材４５２の平均粒子径は、ＭａｌｖｅｒｎＰａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製のゼータサイザーナノＺＳを用い、動的光散乱法による粒度分布の測定値から、個数基準による頻度の一番多い粒子径を平均粒子径として求めることができる。

【0040】

無機充填材４５２の平均粒子径は、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、気体分離膜４５中において高分子成分４５１が無機充填材４５２間の空隙に入り込みやすくなるとともに、無機充填材４５２間の空隙が大きくなりすぎて空隙内で高分子成分４５１の高分子鎖間の空隙（自由体積）が収縮することをより抑制しやすくなる。そのため、高温高湿下における高分子成分４５１の収縮をより抑制しやすくなり、高温高湿下における分離気体の流量及び濃度が変化しにくい。

【0041】

無機充填材４５２の平均粒子径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。無機充填材４５２の平均粒子径が１０ｎｍ以上であることで、気体分離膜４５中に無機充填材４５２同士の接触により空隙が確保されやすくなり、高分子成分４５１の収縮がより抑制される。一方、無機充填材４５２の平均粒子径が５０ｎｍ以下であることで、無機充填材４５２間の空隙が大きくなりすぎて空隙内で高分子成分４５１が収縮することをより抑制しやすくなる。無機充填材４５２の平均粒子径は、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが特に好ましい。

【0042】

気体分離膜４５中における無機充填材４５２の含有量は、１００質量部の高分子成分４５１に対して１０質量部以上１００質量部以下であることが好ましい。無機充填材４５２の含有量が、１０質量部以上であることで、気体分離膜４５中に無機充填材４５２同士の接触により空隙が確保されやすくなり、高分子成分４５１の収縮がより抑制される。一方、無機充填材４５２の含有量が１００質量部以下であることで、無機充填材４５２が凝集することを抑制しやすくなり、気体分離膜４５中に無機充填材４５２が均一に分散されやすくなる。このため、無機充填材４５２間の空隙が気体分離膜４５中に均一に形成されやすくなり、高温高湿下においても高分子成分４５１の収縮がより抑制される。気体分離膜４５中における無機充填材４５２の含有量は、１００質量部の高分子成分４５１に対して２０質量部以上７０質量部以下であることがより好ましい。

【0043】

気体分離膜４５は、必要に応じて、酸化防止剤、着色剤、可塑剤、及び分散剤等の添加剤を更に含有してもよい。

【0044】

気体分離膜４５の厚さは、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下の範囲内であることが好ましい。この場合、気体（本実施形態では水蒸気濃縮気体Ｇ２）の透過量が高くなり、気体分離膜複合体４１の気体分離性能が高まる。気体分離膜４５の厚さは、０．０８μｍ以上０．１２μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。なお、気体分離膜４５が複数の層からなる場合、気体分離膜４５の厚さとは、気体分離膜４５を構成するそれぞれの層の厚さの合計を意味する。

【0045】

〔支持体〕
支持体４２の材料は、特に限定されず、気体分離膜複合体４１の気体分離性能に影響を及ぼさず、気体分離膜４５を支持できる強度を有するものを用いればよい。支持体４２は、１層で構成されていてもよく、２層以上の複数の層から構成されていてもよい。

【0046】

図３に示すように、本実施形態では、支持体４２は、２層構造を有する。すなわち、支持体４２は、繊維層４３と、多孔質膜４４と、を含む。支持体４２は、繊維層４３のみの１層構造でもよく、多孔質膜４４のみの１層構造でもよい。支持体４２は、複数の繊維層４３と１つの多孔質膜４４とを有する多層構造でもよく、１つの繊維層４３と複数の多孔質膜４４とを有する多層構造でもよく、複数の繊維層４３と複数の多孔質膜４４とを有する多層構造でもよい。支持体４２は、繊維層４３及び多孔質膜４４以外の、気体分離膜４５を支持可能な１つ又は複数の層で形成されていてもよい。

【0047】

多孔質膜４４は、第１面４４Ａと、第２面４４Ｂと、を有する。第１面４４Ａに気体分離膜４５が設けられている。第２面４４Ｂは、第１面４４Ａの反対側の面である。

【0048】

繊維層４３は、第１面４３Ａと、第２面４３Ｂと、を有する。第１面４３Ａに多孔質膜４４が設けられている。つまり、繊維層４３の第１面４３Ａと、多孔質膜４４の第２面４４Ｂとは同じ面である。繊維層４３の第２面４３Ｂは、第１面４３Ａの反対側の面である。

【0049】

上述のように、本実施形態では、繊維層４３の第１面４３Ａに多孔質膜４４が設けられ、多孔質膜４４の第１面４４Ａに気体分離膜４５が設けられている。支持体４２が繊維層４３を有することで、支持体４２は高い強度を有することができるため、支持体４２は気体分離膜４５を良好に支持することができる。

【0050】

繊維層４３の材料は、特に限定されず、繊維を含む層であればよい。繊維層４３に用いられる繊維には、例えば、ポリエステル、ポリフェニレンスルファイド、ポリアミド、ポリイミド、及びポリアミドイミド等の合成繊維、並びに絹、コットン、ウール、及び麻等の天然繊維が含まれる。繊維層４３は、上記に列挙した繊維のうちの１種のみを含んでもよく、２種類以上を含んでもよい。繊維層４３は、例えば、不織布であってもよく、織布であってもよい。

【0051】

繊維層４３は、ポリエステル（融点約２６５℃）、ポリフェニレンスルファイド（融点約２９５℃）、ポリアミド（融点約２２５℃）、ポリイミド（融点約２６０℃）、及びポリアミドイミド（融点約３００℃）からなる群より選ばれた少なくとも１種の繊維を含有することが好ましい。この場合、繊維層４３を含む支持体４２は、良好な耐熱性を有することができる。繊維層４３は、ポリエステル繊維を含有することがより好ましく、ポリエチレンテレフタラート繊維を含有することが更に好ましい。

【0052】

繊維層４３は、２００℃以上の融点を有する繊維を少なくとも１種含有することが好ましい。この場合、繊維層４３を含む支持体４２は、より優れた耐熱性を有することができるため、支持体４２を有する気体分離膜複合体４１は、高温環境下においても優れた信頼性を有することができる。繊維層４３は、２２５℃以上の融点を有する繊維を少なくとも１種含有することがより好ましい。繊維層４３を構成する繊維の融点の上限は、特に限定されないが、繊維層４３は、例えば３５０℃以下の融点を有する繊維からなっていてよい。繊維層４３は、２００℃以上の融点を有する繊維と２００℃未満の融点を有する繊維との両方を含有してもよく、２００℃以上の融点を有する繊維のみを含有してもよい。繊維層４３が２００℃以上の融点を有する繊維のみを含有する場合、繊維層４３を含む支持体４２は、特に優れた耐熱性を有することができる。

【0053】

繊維層４３の厚さは、１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。繊維層４３の厚さがこの範囲内であることで、支持体４２に十分な強度を付与することができる。繊維層４３の厚さは、５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。

【0054】

繊維層４３は、繊維以外の成分を含有してもよい。例えば、繊維層４３は、撥水剤を含有してもよい。図３に示すように、支持体４２が繊維層４３と多孔質膜４４との両方を含む場合、繊維層４３が撥水剤を含有することで、繊維層４３の第１面４３Ａに多孔質膜４４を設ける際に、多孔質膜４４の形成に用いられるポリエーテルスルホン含有溶液が繊維層４３に染み込みすぎることを抑制することができ、多孔質膜４４を安定して形成することができる。このため、支持体４２の多孔質膜４４の第１面４４Ａに気体分離膜４５を良好に形成することができる。

【0055】

撥水剤としては、特に限定されないが、例えば、シリコーン系撥水剤、フッ素系撥水剤、及びシリコーン系撥水剤とフッ素系撥水剤との混合撥水剤等を用いることができる。撥水剤として、フッ素系撥水剤を用いることが好ましく、フルオロメタアクリレートポリマを含有する撥水剤を用いることが特に好ましい。

【0056】

繊維層４３が撥水剤を含有する場合、撥水剤の含有量は、特に限定されず、繊維層４３の多孔質膜４４が設けられる第１面４３Ａが十分な撥水性を発揮するよう適宜調整すればよい。繊維層４３の第１面４３Ａの撥水性が高すぎると、繊維層４３と多孔質膜４４との密着性が低下するおそれがある。逆に繊維層４３の第１面４３Ａの撥水性が低すぎると、多孔質膜４４が安定的に形成されないおそれがある。このため、撥水剤の含有量は、繊維層４３と多孔質膜４４との密着性を損なわず、多孔質膜４４が安定的に形成されるよう、撥水剤の撥水性能に応じて適宜調整されることが好ましい。

【0057】

繊維層４３は、繊維層４３の表面に撥水剤を塗布することによって撥水剤を含有することができる。繊維層４３の第１面４３Ａに撥水剤を塗布してもよく、第２面４３Ｂに撥水剤を塗布してもよく、第１面４３Ａ及び第２面４３Ｂの両面に撥水剤を塗布してもよい。ただし、第１面４３Ａに直接撥水剤を塗布すると、撥水性が高くなりやすく、繊維層４３と多孔質膜４４との密着性が低下しやすくなるため、撥水剤は、繊維層４３の第２面４３Ｂにのみ塗布されることが好ましい。

【0058】

多孔質膜４４の材料は、特に限定されず、多孔質膜４４中に十分な空洞が形成され、気体分離膜複合体４１の気体分離性能に影響を及ぼしにくい材料であればよい。多孔質膜４４は、例えば、ポリエーテルスルホンを含有することが好ましい。この場合、多孔質膜４４中において、平均表面孔径が比較的小さい緻密層と、平均表面孔径が緻密層よりも大きい空洞層とが安定して形成されるため、支持体４２に十分な強度を確保することができるとともに、多孔質膜４４の圧力損失を低くすることができる。

【0059】

支持体４２が繊維層４３及び多孔質膜４４の両方を含む場合、例えば、ポリエーテルスルホンを溶媒に溶解させたポリエーテルスルホン溶液を繊維層４３の第１面４３Ａに塗工し、ポリエーテルスルホン溶液が塗工された繊維層４３を、水凝固液に浸漬することで、支持体４２を形成することができる。ポリエーテルスルホン溶液の溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、及びＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等を用いることができる。ポリエーテルスルホン溶液中のポリエーテルスルホンの濃度は、特に限定されず、繊維層４３に良好に塗工することができる粘度を有するように適宜調整される。

【0060】

支持体４２が多孔質膜４４を含む場合、多孔質膜４４の厚さは、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。この場合、多孔質膜４４の圧力損失を低くするとともに、十分な強度を確保することができる。多孔質膜４４の厚さは、１５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。

【0061】

支持体４２の厚さは、２０μｍ以上５５０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。この場合、支持体４２は、気体分離膜４５を支持するのに十分な強度を有する。支持体４２の厚さは、６０μｍ以上３５０μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。

【0062】

気体分離膜複合体４１の厚さは、特に限定されないが、例えば、２０μｍ以上５５０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、６０μｍ以上３５０μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。

【0063】

図１に示すように、濃縮手段４（本実施形態では気体分離膜複合体４１）は、第２筐体１２の内部を少なくとも２つの空間に仕切っている。２つの空間は、上流側空間１２ａ、及び下流側空間１２ｂである。気体分離膜複合体４１の気体分離膜４５は、上流側空間１２ａ内に面し、気体分離膜複合体４１の支持体４２（特に繊維層４３）は、下流側空間１２ｂ内に面している。上流側空間１２ａは、入口４６から出口４７に至るまでの空間である。下流側空間１２ｂは、第１配管５１と直接連通する空間である。水蒸気含有気体Ｇ１の一部（つまり水蒸気濃縮気体Ｇ２）は、上流側空間１２ａから、濃縮手段４を透過して、下流側空間１２ｂに移動することができる。水蒸気含有気体Ｇ１の残り（つまり水蒸気希釈気体Ｇ３）は、濃縮手段４を透過せずに、上流側空間１２ａから出口４７を通って水蒸気濃縮器１の外部へ放散される。

【0064】

≪吸引手段≫
吸引手段５は、濃縮手段４の上流側と下流側との間に圧力差を生み出す。具体的には、吸引手段５は、濃縮手段４で仕切られた上流側空間１２ａと下流側空間１２ｂとの間に圧力差を生み出し、この圧力差が、濃縮手段４を介しての分離の駆動力となり得る。

【0065】

吸引手段５は、水蒸気濃縮気体Ｇ２を吸引する。本実施形態において、吸引手段５は、減圧ポンプ５０で構成されている。吸引手段５は、第１配管５１の下流側端部と接続されるとともに、第２配管５２の上流側端部と接続されている。吸引手段５は、第２筐体１２の下流側空間１２ｂ及び第１配管５１の内部を減圧する。これにより、第２筐体１２内の上流側空間１２ａと下流側空間１２ｂとの間に圧力差が生じる。この圧力差により、上流側空間１２ａから濃縮手段４を透過し、下流側空間１２ｂを経て第１配管５１内に、水蒸気濃縮気体Ｇ２が吸引される。第１配管５１内の水蒸気濃縮気体Ｇ２は、吸引手段５により第２配管５２内に吐出される。第２配管５２は、第１筐体１１内を通って第１筐体１１の外部に突出している。

【0066】

ここで、加熱手段３により加熱された水蒸気含有気体Ｇ１の一部が水蒸気濃縮気体Ｇ２として下流側空間１２ｂを経て第１配管５１内に吸引される。すなわち、水蒸気濃縮気体Ｇ２は加熱されて温度が高くなっているので、加熱されていない場合に比べて、飽和水蒸気量が増加している。そのため、水蒸気濃縮気体Ｇ２は、濃縮手段４を透過した直後には凝縮しにくくなっている。つまり、結露しにくい状態になっており、凝縮水Ｗが濃縮手段４に付着しにくいので、濃縮手段４が目詰まりを起こしにくくなっている。したがって、濃縮手段４による水蒸気濃縮気体Ｇ２の透過流量の低下を抑制することができる。これにより、効率よく水蒸気濃縮気体Ｇ２を得ることができる。

【0067】

≪冷却手段≫
冷却手段６は、第１筐体１１内に設けられている。冷却手段６は、第１筐体１１内の第２配管５２と対向している。冷却手段６は、第２配管５２を冷却する。これにより、冷却手段６は、水蒸気濃縮気体Ｇ２を冷却する。すなわち、冷却手段６は、第２配管５２内を流れる水蒸気濃縮気体Ｇ２を冷却することができる。このように、冷却手段６で水蒸気濃縮気体Ｇ２を冷却することで、凝縮水Ｗ（第２凝縮水Ｗ２）を得ることができる。このように、第２凝縮水Ｗ２は、水蒸気濃縮気体Ｇ２に含有される水蒸気が冷却手段６により凝縮して生じる。第２凝縮水Ｗ２は、第２配管５２の下流側端部に向かって流れる。

【0068】

本実施形態において、冷却手段６は、ペルチェ素子３０の吸熱部３２で構成されている。吸熱部３２を含む面は、第２配管５２に近接、好ましくは接触している。上述のように、本実施形態では、加熱手段３及び冷却手段６は、ペルチェ素子３０の発熱部３１及び吸熱部３２で構成されている。このように、ペルチェ素子３０の発熱部３１及び吸熱部３２を有効に利用することで、水蒸気濃縮器１の省スペース化を図ることができる。

【0069】

≪排出手段≫
排出手段７は、第２配管５２の下流側端部に設けられている。本実施形態において、排出手段７は、排出口７０で構成されている。排出口７０は、第２配管５２の下流側端部が開口している部分である。排出手段７は、第２凝縮水Ｗ２、及び水蒸気濃縮気体Ｇ２を排出する。排出手段７により、第２凝縮水Ｗ２及び水蒸気濃縮気体Ｇ２を、水蒸気濃縮器１の外部に排出することができる。

【0070】

≪回収手段≫
回収手段８は、濃縮手段４と吸引手段５との間に設けられる。具体的には、回収手段８は、第１配管５１に設けられる。上述のように、水蒸気濃縮気体Ｇ２は加熱されて温度が高くなっているので、濃縮手段４を透過した直後には凝縮しにくくなっている。ところが、水蒸気濃縮気体Ｇ２は、濃縮手段４から吸引手段５に至るまでの間に放冷されることで、飽和水蒸気量が減少し、凝縮水Ｗ（第１凝縮水Ｗ１）が生じるおそれがある。このように、第１凝縮水Ｗ１は、水蒸気濃縮気体Ｇ２に含有される水蒸気が凝縮して生じる。回収手段８は、第１凝縮水Ｗ１を回収する。このようにして、濃縮手段４と吸引手段５との間で生成した第１凝縮水Ｗ１を回収することができる。

【0071】

本実施形態において、回収手段８は、貯留容器８１と、排出弁８２と、を有する。貯留容器８１は、第１凝縮水Ｗ１を溜める。貯留容器８１は、第１配管５１に一体に設けられている。貯留容器８１の開口部は、第１配管５１の内部に面している。貯留容器８１の底部は、下方に位置する。排出弁８２は、貯留容器８１に設けられている。具体的には、排出弁８２は、貯留容器８１の底部に設けられている。排出弁８２は、必要に応じて開閉可能に設けられている。例えば、貯留容器８１に一定量の第１凝縮水Ｗ１が溜まっていない場合には、排出弁８２は閉じており、貯留容器８１に一定量の第１凝縮水Ｗ１が溜まった場合には、排出弁８２は開いて、第１凝縮水Ｗ１を排出する。排出弁８２の開閉は自動的に行うように構成されている。このように、貯留容器８１により第１凝縮水Ｗ１を溜めることができ、排出弁８２により第１凝縮水Ｗ１を水蒸気濃縮器１の外部に排出することができる。

【0072】

＜水蒸気濃縮方法＞
次に、上述した水蒸気濃縮器１を用いた水蒸気濃縮方法について説明する。水蒸気濃縮方法は、加熱工程と、分離工程と、吸引工程と、を含む。好ましくは、水蒸気濃縮方法は、送風工程を更に含む。好ましくは、水蒸気濃縮方法は、冷却工程を更に含む。

【0073】

≪送風工程≫
送風工程では、送風手段２により、水蒸気濃縮器１の外部に存在する水蒸気含有気体Ｇ１を、水蒸気濃縮器１の内部に移送する。具体的には、送風手段２により水蒸気含有気体Ｇ１を第１筐体１１内に取り込み、水蒸気含有気体Ｇ１を加熱手段３に当てる。

【0074】

≪加熱工程≫
加熱工程では、加熱手段３により水蒸気含有気体Ｇ１を加熱する。加熱された水蒸気含有気体Ｇ１は、第１筐体１１内から入口４６を通って第２筐体１２の上流側空間１２ａ内に入る。

【0075】

≪分離工程≫
分離工程では、濃縮手段４により、加熱された水蒸気含有気体Ｇ１から水蒸気濃縮気体Ｇ２を分離する。濃縮手段４を介しての分離は、上流側空間１２ａと下流側空間１２ｂとの間の圧力差を駆動力として行われる。この駆動力は、吸引手段５が生み出している。吸引手段５により、上流側空間１２ａ内に比べて、下流側空間１２ｂ及び第１配管５１内が減圧される。水蒸気含有気体Ｇ１が入口４６から出口４７まで移送される間に、水蒸気含有気体Ｇ１の一部が濃縮手段４を透過して水蒸気濃縮気体Ｇ２となる。水蒸気含有気体Ｇ１の残りは、水蒸気希釈気体Ｇ３となって、出口４７を通って水蒸気濃縮器１の外部へ放散される。

【0076】

≪吸引工程≫
吸引工程では、吸引手段５により水蒸気濃縮気体Ｇ２を吸引する。濃縮手段４を透過した水蒸気濃縮気体Ｇ２を、吸引手段５により下流側空間１２ｂから第１配管５１内へ送り、さらに第１配管５１内から第２配管５２内に送る。

【0077】

≪冷却工程≫
冷却工程では、冷却手段６により水蒸気濃縮気体Ｇ２を冷却する。具体的には、冷却手段６により第２配管５２を冷却することで、第２配管５２内を流れる水蒸気濃縮気体Ｇ２を冷却する。このように、水蒸気濃縮気体Ｇ２を冷却することで、第２凝縮水Ｗ２を得ることができる。凝縮しなかった水蒸気濃縮気体Ｇ２は、第２凝縮水Ｗ２と共に、排出手段７により、水蒸気濃縮器１の外部に排出される。

【0078】

＜ガソリン自動車＞
次に、上述した水蒸気濃縮器１を用いたガソリン自動車２００について、図面を参照して説明する。

【0079】

図５に示すように、ガソリン自動車２００は、エンジン２５１と、水蒸気濃縮器１と、を備える。好ましくは、ガソリン自動車２００は、客室２１０と、荷室２２０と、タンク室２３０と、燃料タンク２３１と、配管２４０と、エンジン室２５０と、を更に備える。

【0080】

エンジン２５１は、ガソリンと空気との混合気体を燃焼させることにより駆動力を発生させる。

【0081】

燃料タンク２３１は、タンク室２３０内に設けられている。燃料タンク２３１は、燃料としてガソリンを保持している。

【0082】

燃料タンク２３１内のガソリンは、配管２４０を通してエンジン室２５０内のエンジン２５１へ送り込まれる。エンジン２５１で発生した駆動力は、ミッションからプロペラシャフト、デファレンシャルギア、及びドライブシャフトを介してタイヤに伝わり、ガソリン自動車２００を走行させる。

【0083】

水蒸気濃縮器１は、凝縮水Ｗ（第１凝縮水Ｗ１及び第２凝縮水Ｗ２）をエンジン２５１に供給し、凝縮水Ｗでエンジン２５１を冷却する。すなわち、水蒸気濃縮器１は、凝縮水Ｗにより、エンジン２５１を冷却するように構成される。例えば、水蒸気濃縮器１から得られた凝縮水Ｗを、エンジン２５１の燃焼室（シリンダ室）内に噴射して、エンジン２５１を冷却する。ガソリンに着火する直前に、凝縮水Ｗを霧状にしてインテークマニホールド内に噴射し、凝縮水Ｗの気化熱により、エンジン２５１内を直接冷却することができる。これにより、エンジン２５１の燃焼温度を下げて出力を向上させることができる。燃焼温度を下げると混合気体の体積が小さくなり、空気を吸気するとより多くの酸素を取り込めるので、燃焼爆発が良好になり、エンジン２５１の出力を向上させることができる。

【0084】

なお、水蒸気濃縮器１は、ラジエーターの一部としても使用可能である。すなわち、水蒸気濃縮器１から得られた凝縮水Ｗが、エンジン２５１内の水路（ウォータージャケット）を循環するようにして、エンジン２５１を冷却することもできる。

【0085】

水蒸気濃縮器１の濃縮手段４として気体分離膜複合体４１を用いる場合には、イオンをほとんど含有しない凝縮水Ｗ（例えば純水など）を得ることができる。例えば、ミネラルウォーターにはカルシウム等が含有されているが、このようなミネラルウォーターがエンジン２５１内の水路を循環すると、エンジン２５１の内部が石化し、エンジン２５１が損傷するおそれがある。これに対して、本実施形態に係る水蒸気濃縮器１では、上述のようにイオンをほとんど含有しない凝縮水Ｗを得ることができるので、このような凝縮水Ｗがエンジン２５１内の水路を循環しても、エンジン２５１の内部は石化しにくくなり、エンジン２５１の損傷が抑制される。

【0086】

２．第２実施形態
＜水蒸気濃縮器＞
以下、第２実施形態に係る水蒸気濃縮器１について、図面を参照して説明する。第２実施形態では、第１実施形態と同様の構成要素には第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。

【0087】

図２に示すように、水蒸気濃縮器１は、混合手段９を更に備える。このように、第２実施形態に係る水蒸気濃縮器１は、混合手段９を更に備える点で、第１実施形態に係る水蒸気濃縮器１と相違する。混合手段９以外の手段については、上述した水蒸気濃縮器１と同様であるので詳細な説明を省略する。

【0088】

≪混合手段≫
混合手段９は、吸引手段５と排出手段７との間に設けられる。本実施形態では、混合手段９は、吸引手段５と冷却手段６との間に設けられる。混合手段９は、乾燥気体Ｇ４を、水蒸気濃縮気体Ｇ２に混合する。具体的には、第２配管５２内を吸引手段５側から冷却手段６側へ流れる水蒸気濃縮気体Ｇ２に乾燥気体Ｇ４を混合する。乾燥気体Ｇ４は、水蒸気濃縮気体Ｇ２よりも単位体積当たりの水蒸気量が少ない気体である。乾燥気体Ｇ４は、水蒸気含有気体Ｇ１よりも単位体積当たりの水蒸気量が少ない気体でもよい。乾燥気体Ｇ４には、水蒸気を含有しない気体も含まれる。乾燥気体Ｇ４には、例えば、乾燥した水素ガスが含まれる。

【0089】

本実施形態において、混合手段９は、第３配管９３で構成されている。第３配管９３は、第２配管５２に接続されている。第３配管９３の上流側端部は、適宜のポンプに接続されている。第３配管９３の下流側端部は、第２配管５２に接続されている。乾燥気体Ｇ４は、第３配管９３の上流側端部から下流側端部に向かい、第２配管５２内を流れる水蒸気濃縮気体Ｇ２と合流する。このようにして、乾燥気体Ｇ４を加湿気体Ｇ５にすることができる。加湿気体Ｇ５は、水蒸気濃縮気体Ｇ２と、乾燥気体Ｇ４と、を含む混合気体である。そのため、加湿気体Ｇ５は、乾燥気体Ｇ４よりも単位体積当たりの水蒸気量が多くなる。

【0090】

加湿気体Ｇ５は、排出手段７により水蒸気濃縮器１の外部に排出される。加湿気体Ｇ５の一部は、冷却手段６で冷却されてもよいし、冷却されなくてもよい。冷却手段６で冷却されると、排出手段７により加湿気体Ｇ５及び凝縮水Ｗ（第２凝縮水Ｗ２）が排出される。

【0091】

＜加湿気体製造方法＞
次に、上述した水蒸気濃縮器１を用いた加湿気体製造方法について説明する。加湿気体製造方法は、加熱工程と、分離工程と、吸引工程と、混合工程と、を含む。混合工程以外の工程については、上述した水蒸気濃縮方法と同様であるので詳細な説明を省略する。

【0092】

≪混合工程≫
混合工程では、乾燥気体Ｇ４を、水蒸気濃縮気体Ｇ２に混合する。本実施形態では、乾燥気体Ｇ４を第３配管５３の上流側端部から下流側端部に向けて注入する。これにより、乾燥気体Ｇ４は、第３配管５３内を通り、下流側端部から第２配管５２内に入る。乾燥気体Ｇ４は、第２配管５２内を流れる水蒸気濃縮気体Ｇ２と合流し、加湿気体Ｇ５となる。このように、乾燥気体Ｇ４を加湿気体Ｇ５にすることができる。具体例を挙げると、乾燥気体Ｇ４として、乾燥した水素ガスを用いると、加湿気体Ｇ５として、加湿された水素ガスが得られる。

【0093】

＜燃料電池自動車＞
次に、上述した水蒸気濃縮器１を用いた燃料電池自動車１００について、図面を参照して説明する。

【0094】

図４に示すように、燃料電池自動車１００は、燃料電池１５１と、水蒸気濃縮器１と、を備える。好ましくは、燃料電池自動車１００は、客室１１０と、荷室１２０と、タンク室１３０と、燃料タンク１３１と、配管１４０と、燃料電池室１５０と、モータ室１６０と、モータ１６１と、を更に備える。

【0095】

燃料電池１５１は、燃料電池スタックを有する。燃料電池スタックは、複数のセルが積み重ねられたものである。各セルは、燃料極、空気極及び電解質を有する基本単位である。電解質は、固体高分子電解質であり、例えば、ナフィオン膜（ナフィオンは登録商標）である。燃料電池１５１は、燃料電池室１５０内に設けられている。燃料電池１５１は、水素含有気体と酸素含有気体とを電解質に供給して電気化学反応させて発電する。

【0096】

燃料タンク１３１は、タンク室１３０内に設けられている。燃料タンク１３１は、燃料ガスとして水素含有気体（水素ガス）を保持している。

【0097】

燃料タンク１３１内の水素含有気体は、配管１４０を通して燃料電池室１５０内の燃料電池１５１へ送り込まれる。この水素含有気体と、大気中の酸素含有気体（酸素ガス）とを燃料電池１５１内で反応させることにより発電する。

【0098】

モータ１６１は、モータ室１６０内に設けられている。燃料電池１５１が発電した電力でモータ１６１が回転することにより、燃料電池自動車１００を走行させる。

【0099】

水蒸気濃縮器１は、加湿気体Ｇ５（水蒸気濃縮気体Ｇ２と乾燥気体Ｇ４とを含む混合気体）を燃料電池１５１に供給し、加湿気体Ｇ５で電解質を加湿する。すなわち、水蒸気濃縮器１は、加湿気体Ｇ５により、燃料電池１５１における水素含有気体、酸素含有気体、及び電解質を加湿するように構成される。

【0100】

本実施形態では、燃料タンク１３１に保持されている水素含有気体は乾燥していてもよい。つまり、燃料タンク１３１に、乾燥気体Ｇ４（乾燥した水素ガス）が保持されていてもよい。ただし、乾燥気体Ｇ４をそのまま燃料電池１５１に送り込むと、燃料電池１５１の電解質が乾燥するおそれがある。

【0101】

そこで、乾燥気体Ｇ４を燃料電池１５１に送り込む直前に、第２実施形態に係る水蒸気濃縮器１（図２参照）を用いて、乾燥気体Ｇ４を水蒸気濃縮気体Ｇ２に混合して加湿気体Ｇ５（加湿した水素ガス）を得る。そして、この加湿気体Ｇ５を燃料電池１５１に送り込むようにすると、電解質を加湿することができる。

【0102】

また第１実施形態に係る水蒸気濃縮器１（図１参照）を用いてもよい。この場合には、水蒸気濃縮器１により、水蒸気濃縮気体Ｇ２を準備し、この水蒸気濃縮気体Ｇ２を乾燥気体Ｇ４（例えば乾燥した水素ガス）に混合して加湿気体Ｇ５（加湿した水素ガス）を得る。そして、この加湿気体Ｇ５を燃料電池１５１に送り込むようにすると、電解質を加湿することができる。

【0103】

上記のように、第１～第２実施形態に係る水蒸気濃縮器１のいずれを用いても、燃料電池１５１の電解質の乾燥を抑制することができる。これにより、水素及び酸素のイオン化も促進される。

【0104】

３．変形例
第２実施形態に係る水蒸気濃縮器１をガソリン自動車２００に用いてもよい。

【0105】

４．態様
上記実施形態及び変形例から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。

【0106】

第１の態様は、水蒸気濃縮器（１）であって、送風手段（２）と、加熱手段（３）と、濃縮手段（４）と、吸引手段（５）と、を備える。前記送風手段（２）は、水蒸気含有気体（Ｇ１）を移送する。前記加熱手段（３）は、移送された前記水蒸気含有気体（Ｇ１）を加熱する。前記濃縮手段（４）は、加熱された前記水蒸気含有気体（Ｇ１）から、水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を分離する。前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）は、前記水蒸気含有気体（Ｇ１）よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い。前記吸引手段（５）は、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を吸引する。

【0107】

この態様によれば、濃縮手段（４）による水蒸気濃縮気体（Ｇ２）の透過流量の低下を抑制することができる。

【0108】

第２の態様は、第１の態様に基づく水蒸気濃縮器（１）である。第２の態様では、冷却手段（６）を更に備える。前記冷却手段（６）は、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を冷却する。

【0109】

この態様によれば、冷却手段（６）で水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を冷却することで、凝縮水（Ｗ；Ｗ２）を得ることができる。

【0110】

第３の態様は、第２の態様に基づく水蒸気濃縮器（１）である。第３の態様では、排出手段（７）を更に備える。前記排出手段（７）は、凝縮水（Ｗ２）、及び前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を排出する。前記凝縮水（Ｗ２）は、前記冷却手段（６）により、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）に含有される水蒸気が凝縮して生じる。

【0111】

この態様によれば、排出手段（７）により凝縮水（Ｗ；Ｗ２）及び水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を水蒸気濃縮器（１）の外部に排出することができる。

【0112】

第４の態様は、第１～第３の態様のいずれか一つに基づく水蒸気濃縮器（１）である。第４の態様では、回収手段（８）を更に備える。前記回収手段（８）は、前記濃縮手段（４）と前記吸引手段（５）との間に設けられる。前記回収手段（８）は、凝縮水（Ｗ；Ｗ１）を回収する。前記凝縮水（Ｗ；Ｗ１）は、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）に含有される水蒸気が凝縮して生じる。

【0113】

この態様によれば、濃縮手段（４）と吸引手段（５）との間で生成した凝縮水（Ｗ；Ｗ１）を回収することができる。

【0114】

第５の態様は、第４の態様に基づく水蒸気濃縮器（１）である。第５の態様では、前記回収手段（８）は、貯留容器（８１）と、排出弁（８２）と、を有する。前記貯留容器（８１）は、前記凝縮水（Ｗ；Ｗ１）を溜める。前記排出弁（８２）は、前記貯留容器（８１）に設けられ、前記凝縮水（Ｗ；Ｗ１）を排出する。

【0115】

この態様によれば、貯留容器（８１）により凝縮水（Ｗ；Ｗ１）を溜めることができ、排出弁（８２）により凝縮水（Ｗ；Ｗ１）を水蒸気濃縮器（１）の外部に排出することができる。

【0116】

第６の態様は、第２の態様に基づく水蒸気濃縮器（１）である。第６の態様では、前記加熱手段（３）は、ペルチェ素子（３０）の発熱部（３１）で構成される。前記冷却手段（６）は、前記ペルチェ素子（３０）の吸熱部（３２）で構成される。

【0117】

この態様によれば、ペルチェ素子（３０）の発熱部（３１）及び吸熱部（３２）を利用することで、水蒸気濃縮器（１）の省スペース化を図ることができる。

【0118】

第７の態様は、第３の態様に基づく水蒸気濃縮器（１）である。第７の態様では、混合手段（９）を更に備える。前記混合手段（９）は、前記吸引手段（５）と前記排出手段（７）との間に設けられる。前記混合手段（９）は、乾燥気体（Ｇ４）を、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）に混合する。前記乾燥気体（Ｇ４）は、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）よりも単位体積当たりの水蒸気量が少ない。

【0119】

この態様によれば、乾燥気体（Ｇ４）を加湿気体（Ｇ５）にすることができる。

【0120】

第８の態様は、水蒸気濃縮方法であって、加熱工程と、分離工程と、吸引工程と、を含む。前記加熱工程では、水蒸気含有気体（Ｇ１）を加熱する。前記分離工程では、加熱された前記水蒸気含有気体（Ｇ１）から、水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を分離する。前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）は、前記水蒸気含有気体（Ｇ１）よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い。前記吸引工程では、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を吸引する。

【0121】

この態様によれば、水蒸気濃縮気体を効率よく得ることができる。

【0122】

第９の態様は、第８の態様に基づく水蒸気濃縮方法である。第９の態様では、冷却工程を更に含む。前記冷却工程では、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を冷却する。

【0123】

この態様によれば、水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を冷却することで、凝縮水（Ｗ；Ｗ２）を得ることができる。

【0124】

第１０の態様は、加湿気体製造方法であって、加熱工程と、分離工程と、吸引工程と、混合工程と、を含む。前記加熱工程では、水蒸気含有気体（Ｇ１）を加熱する。前記分離工程では、加熱された前記水蒸気含有気体（Ｇ１）から、水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を分離する。前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）は、前記水蒸気含有気体（Ｇ１）よりも単位体積当たりの水蒸気量が多い。前記吸引工程では、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）を吸引する。前記混合工程では、乾燥気体（Ｇ４）を、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）に混合する。前記乾燥気体（Ｇ４）は、前記水蒸気濃縮気体（Ｇ２）よりも単位体積当たりの水蒸気量が少ない。

【0125】

この態様によれば、乾燥気体（Ｇ４）を加湿気体（Ｇ５）にすることができる。

【0126】

第１１の態様は、燃料電池自動車（１００）であって、燃料電池（１５１）と、第１～第７の態様のいずれか一つに基づく水蒸気濃縮器（１）と、を備える。前記燃料電池（１５１）は、水素含有気体と酸素含有気体とを電解質に供給して電気化学反応させて発電する。

【0127】

この態様によれば、燃料電池の電解質の乾燥を抑制することができる。

【0128】

第１２の態様は、ガソリン自動車（２００）であって、エンジン（２５１）と、第１～第７の態様のいずれか一つに基づく水蒸気濃縮器（１）と、を備える。

【0129】

この態様によれば、エンジン（２５１）の出力を向上させることができる。

【符号の説明】

【0130】

１ 水蒸気濃縮器
２ 送風手段
３ 加熱手段
３０ ペルチェ素子
３１ 発熱部
３２ 吸熱部
４ 濃縮手段
５ 吸引手段
６ 冷却手段
７ 排出手段
８ 回収手段
８１ 貯留容器
８２ 排出弁
９ 混合手段
１００ 燃料電池自動車
１５１ 燃料電池
２００ ガソリン自動車
２５１ エンジン
Ｇ１ 水蒸気含有気体
Ｇ２ 水蒸気濃縮気体
Ｇ４ 乾燥気体
Ｇ５ 加湿気体
Ｗ 凝縮水
Ｗ１ 第１凝縮水
Ｗ２ 第２凝縮水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】