特許 7653515 中空糸膜モジュール

(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】2025-03-19

(45)【発行日】2025-03-28

(54)【発明の名称】中空糸膜モジュール

(51)【国際特許分類】

   B01D 63/02 20060101AFI20250321BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20250321BHJP

   H01M 8/04119 20160101ALI20250321BHJP

【ＦＩ】

B01D63/02

H01M8/04 N

H01M8/04119

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023525689

(86)(22)【出願日】2022-05-11

(86)【国際出願番号】 JP2022019906

(87)【国際公開番号】W WO2022255047

(87)【国際公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-11-07

(31)【優先権主張番号】P 2021092956

(32)【優先日】2021-06-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】山下 松喜

(72)【発明者】

【氏名】伊東 陽祐

【審査官】目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１４３３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２３５１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１２０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０３４２７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１４１０８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ５３／２２

Ｂ０１Ｄ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ１／４４

Ｈ０１Ｍ８／０４－８／０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の部材である内ケースと、
該内ケースを空間を空けて外周側から覆う筒状の部材である外ケースと、
前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間において、前記内ケースに接続するバイパス管を少なくとも１つと、
前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間に設けられる複数の中空糸膜とを備え、
前記内ケースは、前記内ケース及び前記外ケースの延び方向の一方の端の側に、前記内ケースの内部と前記内ケースの外部との間を連通する部分である導入部を有しており、
前記外ケースは、前記延び方向の他方の端の側に、前記外ケースの内部と前記外ケースの外部との間を連通する部分である排出部を有しており、
前記内ケースは、前記導入部よりも前記延び方向の他方の端の側に、前記内ケースを前記内ケースの内部と前記内ケースの外部との間で貫通するバイパス口を少なくとも１つ有しており、
前記バイパス管は、前記バイパス口に連通し、前記バイパス口と前記排出部とを接続する流体経路を形成可能になっており、
前記バイパス管は、前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間において前記外ケースに接続し、前記排出部に連通し、前記バイパス口と前記排出部とを接続することを特徴とする中空糸膜モジュール。

【請求項2】

前記内ケースは、前記一方の端の側の部分である筒状の一端部と、該一端部に前記他方の端の側において接続する前記他方の端の側の部分である筒状の他端部とを有しており、
前記導入部は、前記一端部に設けられており、
前記バイパス口は、前記他端部に設けられており、
前記一端部は、前記延び方向において前記一方の側から前記他方の側に向かうに連れて縮径しており、
前記他端部は、前記延び方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。

【請求項3】

前記バイパス管は、前記延び方向に直交する方向に沿って延びていることを特徴とする
請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。

【請求項4】

前記導入部は、前記内ケースを前記内ケースの内部と前記内ケースの外部との間で貫通する大導入口を少なくとも１つ有しており、また、前記内ケースを前記内ケースの内部と前記内ケースの外部との間で貫通する小導入口を少なくとも１つ有しており、
前記大導入口の開口面積は、前記小導入口の開口面積よりも大きく、
前記大導入口は、前記小導入口に対して、前記延び方向の前記一方の側及び前記他方の側のいずれかの側に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。

【請求項5】

前記内ケースの内部を前記他方の側に開放する前記内ケースの開口を密閉する部材である内ケース封止部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。

【請求項6】

前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間の前記一方の側に開放された開放部を密閉する一端側封止部と、
前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間の前記他方の側に開放された開放部を密閉する他端側封止部とを備え、
前記複数の中空糸膜は、前記延び方向に沿って延びており、前記一端側封止部及び前記他端側封止部を貫通していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。

【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し、特に、除加湿装置に用いられる中空糸膜モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池には、その発電に用いられる反応ガスを加湿することにより電解質膜を加湿するために加湿装置が設けられている。このような燃料電池の加湿装置には、従来から中空糸膜を備える中空糸膜モジュールが用いられている。このような中空糸膜モジュールは、筒状の内ケースと、この内ケースを外周側で覆う外ケースと、この内ケースと外ケースとの間に形成される環状の空間に沿って延びる複数の中空糸膜とを備えており、内ケースの内部から環状の空間を通って外ケースの外部に気体が流れるようになっている。このような中空糸膜モジュールにおいては、発電に用いられた後の水分を含む反応ガス（オフガス）が中空糸膜モジュール内を内ケースの内部から環状の空間を通って外ケースの外部に流れ、中空糸膜の内部を使用前の反応ガスが流れることにより、中空糸膜を介して湿潤なオフガスと乾燥した反応ガスとが接し、中空糸膜による膜分離作用によって湿潤なオフガス中の水分が乾燥した反応ガス側に移動し、反応ガスが加湿される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－２６５１９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような中空糸膜モジュールの加湿性能には、上述のような中空糸膜モジュール内における湿潤ガスの流れが関連しており、湿潤ガスが中空糸膜モジュール内を淀みなく流れることにより、中空糸膜モジュールの加湿性能を向上させることができる。このため従来から、中空糸膜モジュールの加湿性能の向上を図るために、中空糸膜モジュール内を流れる気体の圧力損失を抑制できる構成が求められている。

【0005】

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、中空糸膜モジュール内を流れる気体の圧力損失を抑制することができる中空糸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】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る中空糸膜モジュールは、筒状の部材である内ケースと、該内ケースを空間を空けて外周側から覆う筒状の部材である外ケースと、前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間において、前記内ケースに接続するバイパス管を少なくとも１つと、前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間に設けられる複数の中空糸膜とを備え、前記内ケースは、前記内ケース及び前記外ケースの延び方向の一方の端の側に、前記内ケースの内部と前記内ケースの外部との間を連通する部分である導入部を有しており、前記外ケースは、前記延び方向の他方の端の側に、前記外ケースの内部と前記外ケースの外部との間を連通する部分である排出部を有しており、前記内ケースは、前記導入部よりも前記延び方向の他方の端の側に、前記内ケースを前記内ケースの内部と前記内ケースの外部との間で貫通するバイパス口を少なくとも１つ有しており、前記バイパス管は、前記バイパス口に連通し、前記バイパス口と前記排出部とを接続する流体経路を形成可能になっていることを特徴とする。

【0007】

本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールにおいて、前記バイパス管は、前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間において前記外ケースに接続し、前記排出部に連通し、前記バイパス口と前記排出部とを接続する。

【0008】

本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールにおいて、前記バイパス管は、前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間において、前記排出部の近傍まで延びる。

【0009】

本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールにおいて、前記内ケースは、前記一方の端の側の部分である筒状の一端部と、該一端部に前記他方の端の側において接続する前記他方の端の側の部分である筒状の他端部とを有しており、前記導入部は、前記一端部に設けられており、前記バイパス口は、前記他端部に設けられており、前記一端部は、前記延び方向において前記一方の側から前記他方の側に向かうに連れて縮径しており、前記他端部は、前記延び方向に沿って延びている。

【0010】

本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールにおいて、前記バイパス管は、前記延び方向に直交する方向に沿って延びている。

【0011】

本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールにおいて、前記導入部は、前記内ケースを前記内ケースの内部と前記内ケースの外部との間で貫通する大導入口を少なくとも１つ有しており、また、前記内ケースを前記内ケースの内部と前記内ケースの外部との間で貫通する小導入口を少なくとも１つ有しており、前記大導入口の開口面積は、前記小導入口の開口面積よりも大きく、前記大導入口は、前記小導入口に対して、前記延び方向の前記一方の側及び前記他方の側のいずれかの側に設けられている。

【0012】

本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールは、前記内ケースの内部を前記他方の側に開放する前記内ケースの開口を密閉する部材である内ケース封止部を備える。

【0013】

本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールは、前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間の前記一方の側に開放された開放部を密閉する一端側封止部と、前記内ケースと前記外ケースとの間の前記空間の前記他方の側に開放された開放部を密閉する他端側封止部とを備え、前記複数の中空糸膜は、前記延び方向に沿って延びており、前記一端側封止部及び前記他端側封止部を貫通している。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜モジュール内を流れる気体の圧力損失を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの概略構成を示す、延び方向に沿う断面における断面図である。

【図2】図１に示す中空糸膜モジュールの延び方向に交差する断面における断面図である。

【図3】図１に示す中空糸膜モジュールの内ケースの延び方向に沿う断面における断面図である。

【図4】図３に示す内ケースの平面図である。

【図5】図１に示す中空糸膜モジュールの外ケースの有する排出部の変形例を示す外ケースの破断斜視図である。

【図6】本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの作用を説明するための図であり、本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュールを備える加湿装置の概略構成を示す図である。

【図7】図１に示す中空糸膜モジュールにおけるバイパス管の変形例を示す、中空糸膜モジュールの延び方向に沿う断面における断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【0017】

図１は、本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュール１の概略構成を示す、延び方向（軸線ｘ）に沿う断面における断面図である。図２は、中空糸膜モジュール１の延び方向に交差する断面（Ａ－Ａ断面）における断面図である。以下、説明の便宜上、軸線ｘ方向において矢印ａ方向側を上流側、矢印ｂ方向側を下流側とする。また、軸線ｘに垂直な方向（以下、「径方向」ともいう。）において、軸線ｘから離れる方向（図１の矢印ｃ方向）側を外周側とし、軸線ｘに近づく方向（図１の矢印ｄ方向）側を内周側とする。

【0018】

本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュール１は、除加湿装置の除湿モジュール又は加湿モジュールとして用いられる。例えば、燃料電池の加湿装置の加湿モジュールとして用いられる。具体的には、燃料電池の電解質膜を加湿するための加湿装置の加湿モジュールとして用いられる。例えば、発電のために供給される反応ガスを、発電のための化学反応によって生成された水分を含む発電に用いられた後の反応ガス（オフガス）を用いて、中空糸膜の膜分離作用を利用して加湿する。発電のために供給される反応ガスは、水素等の燃料ガス、及び酸素等の酸化剤ガスである。

【0019】

中空糸膜モジュール１は、図１に示すように、筒状の部材である内ケース１０と、内ケース１０を空間（空間Ｓ）を空けて外周側から覆う筒状の部材である外ケース２０と、内ケース１０と外ケース２０との間の空間Ｓにおいて、内ケース１０に接続するバイパス管４０を少なくとも１つと、内ケース１０と外ケース２０との間の空間Ｓに設けられる複数の中空糸膜３１とを備えている。内ケース１０は、内ケース１０及び外ケース２０の延び方向（軸線ｘ方向）の一方（上流側）の端の側に、内ケース１０の内部と内ケース１０の外部との間を連通する部分である導入部１３を有している。外ケース２０は、延び方向の他方（下流側）の端の側に、外ケース２０の内部と外ケース２０の外部との間を連通する部分である排出部２３を有している。内ケース１０は、導入部１３よりも延び方向の他方の端の側に、内ケース１０を内ケース１０の内部と内ケース１０の外部との間で貫通するバイパス口１４を少なくとも１つ有している。バイパス管４０は、バイパス口１４に連通し、バイパス口１４と排出部２３とを接続する流体経路を形成可能になっている。以下、本願発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュール１の構成について、具体的に説明する。

【0020】

図３は、内ケース１０の延び方向（軸線ｘ）に沿う断面における断面図であり、図４は、内ケース１０の平面図であり、内ケース１０を上流側から見た図である。内ケース１０は、上述のように、筒状の部材であり、例えば、図１，３に示すように、軸線ｘに沿って延びる筒状の部材である。具体的には、内ケース１０は、上流側の部分である筒状の一端部としての上流本体部１１と、上流本体部１１に下流側において接続する下流側の部分である筒状の他端部としての下流本体部１２とを有しており、内ケース１０は、上流本体部１１と下流本体部１２とによって形作られている。

【0021】

上流本体部１１は、軸線ｘに沿って延びており、軸線ｘ方向において上流側から下流側に向かうに連れて縮径しており、例えば、下流側に向かって細くなる円錐台筒状又は略円錐台筒状の形状を有している。上流本体部１１は、中空となっており、上流本体部１１の内部には軸線ｘに沿って空間が延びており、上流本体部１１は、上流側の端部である上流端部１１ａに開口１５を有している。開口１５は、上流側に向かって上流本体部１１の内部空間を上流本体部１１の外部に開放している。つまり、上流本体部１１の内部は、開口１５を介して外部に連通している。また、上流本体部１１の下流側の端部である下流端部１１ｂは、後述する下流本体部１２の上流端部１２ａに接続しており、上流本体部１１の内部は、下流本体部１２の内部に連通している。

【0022】

下流本体部１２は、軸線ｘに沿って延びており、軸線ｘ方向に亘って径方向の幅が一定又は略一定となっており、例えば、軸線ｘに沿って延びる円筒状又は略円筒状の形状を有している。下流本体部１２は、中空となっており、下流本体部１２の内部には軸線ｘに沿って空間が延びており、下流本体部１２は、下流側の端部である下流端部１２ｂに開口１６を有している。開口１６は、下流側に向かって下流本体部１２の内部を下流本体部１２の外部に開放している。つまり、下流本体部１２の内部は、開口１６を介して外部に連通している。また、上述のように、下流本体部１２の上流側の端部である上流端部１２ａは、上流本体部１１の下流端部１１ｂに接続しており、下流本体部１２の内部は、上流本体部１１の内部に連通している。

【0023】

上述の内ケース１０の内部と外部との間を連通する導入部１３は、上流本体部１１に設けられている。具体的には、図３に示すように、上流本体部１１において開口１５よりも下流側に導入部１３は設けられており、導入部１３は、中空糸膜モジュール１において内ケース１０の内部と外ケース２０の内部（空間Ｓ）とを連通している。また、導入部１３は、例えば図１，３，４に示すように、内ケース１０を内部と外部との間で貫通する開口（貫通孔）である大導入口１３ａを少なくとも１つ有しており、また、内ケース１０を内部と外部との間で貫通する開口（貫通孔）である小導入口１３ｂを少なくとも１つ有している。大導入口１３ａの開口面積は、小導入口１３ｂの開口面積よりも大きくなっている。大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂの夫々の開口面積は、大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂが夫々内ケース１０に形成する空間における面の大きさを示すものであり、例えば、内ケース１０の外周面１０ａ又は内周面１０ｂに沿って延びる面の大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂの夫々領域における面積である。大導入口１３ａは、小導入口１３ｂに対して、上流側及び下流側のいずれかの側に設けられている。

【0024】

具体的には、図３，４に示すように、導入部１３は、軸線ｘ方向において同じ位置又は略同じ位置に、周方向に等角度間隔又は略等角度間隔に並べられた複数の大導入口１３ａを有している。各大導入口１３ａは、円弧に沿って延びており、例えば図３，４に示すように、軸線ｘ方向の幅が一定又は略一定に周方向に延びる部分と、その両端の曲面の端部を形成する部分とを有している。大導入口１３ａは他の形状であってもよい。また、導入部１３は、大導入口１３ａが周方向に複数並べられて成る大導入口１３ａ群を複数有している。例えば、図３，４に示すように、内ケース１０には、軸線ｘ方向に等間隔又は略等間隔に３つの大導入口１３ａ群が並べられている。

【0025】

また、図３，４に示すように、導入部１３は、具体的には、軸線ｘ方向において同じ位置又は略同じ位置に、周方向に等角度間隔又は略等角度間隔に並べられた複数の小導入口１３ｂを有している。各小導入口１３ｂは、径方向に見た際の形状が楕円形、略楕円形、又は周方向に広がった円形の形状を有している。小導入口１３ｂは、大導入口１３ａと同様に、円弧に沿って延びており、軸線ｘ方向の幅が一定又は略一定に周方向に延びる部分と、その両端の曲面の端部を形成する部分とを有していてもよい。小導入口１３ｂは他の形状であってもよい。また、導入部１３は、このように、小導入口１３ｂが周方向に複数並べられて成る小導入口１３ｂ群を複数有している。例えば、図３，４に示すように、内ケース１０には、軸線ｘ方向に等間隔又は略等間隔に３つの小導入口１３ｂ群が並べられている。

【0026】

また、図３，４に示すように、内ケース１０において、小導入口１３ｂは、大導入口１３ａが形成されている内ケース１０の部分よりも軸線ｘ方向において下流側の部分に形成されている。内ケース１０において、小導入口１３ｂは、大導入口１３ａが形成されている内ケース１０の部分よりも軸線ｘ方向において上流側の部分に形成されていてもよい。また、内ケース１０において、小導入口１３ｂが形成されている部分と大導入口１３ａが形成されている部分は、軸線ｘ方向において分かれておらず、導入部１３において、大導入口１３ａと小導入口１３ｂとは混在していてもよい。

【0027】

なお、導入部１３の形態は上述の形態に限られない。例えば、導入部１３は、周方向に複数の大導入口１３ａが夫々並べられた３列の大導入口１３ａ群が軸線ｘ方向に並べられて、また、周方向に複数の小導入口１３ｂが夫々並べられた３列の小導入口１３ｂ群が軸線ｘ方向に並べられて形成されているとしたが、導入部１３は、夫々３列の大導入口１３ａ群及び小導入口１３ｂ群によって形成されるものに限られず、夫々１列の大導入口１３ａ群及び小導入口１３ｂ群や、夫々１列又は複数列の大導入口１３ａ群及び小導入口１３ｂ群から形成されるものであってもよい。また、各大導入口１３ａ群及び各小導入口１３ｂ群は夫々複数の大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂから構成される導入口群でなくてもよく、１つの大導入口１３ａ及び１つの小導入口１３ｂから構成されていてもよい。また、各大導入口１３ａ群及び各小導入口１３ｂ群の一方が１つの大導入口１３ａ又は１つの小導入口１３ｂから構成されていて、各大導入口１３ａ群及び各小導入口１３ｂ群の他方が複数の大導入口１３ａ又は複数の小導入口１３ｂから構成されていてもよい。導入部１３の形態は、中空糸膜モジュール１の使用態様に応じて種々の形態を有し得る。

【0028】

上述の内ケース１０を内部と外部との間で貫通するバイパス口１４は、下流本体部１２に設けられている。具体的には、図３に示すように、下流本体部１２において下流端部１２ｂ又はその近傍に設けられている。また、バイパス口１４は、外ケース２０の排出部２３に、径方向において少なくとも部分的に対向する位置に設けられている。例えば図１，３に示すように、バイパス口１４は、下流端部１２ｂの上流側近傍に設けられており、外ケース２０の排出部２３に径方向において対向する位置又はこの対向する位置の近傍に設けられている。内ケース１０の下流本体部１２においてバイパス口１４が設けられる位置はこれに限られない。また、バイパス口１４は、導入部１３よりも下流側であれば内ケース１０の上流本体部１１に設けられていてもよい。

【0029】

内ケース１０は、バイパス口１４を少なくとも１つ有しており、図１，３に示すように、内ケース１０は、軸線ｘ方向において同じ位置又は略同じ位置に、周方向に等角度間隔又は略等角度間隔に並べられた複数のバイパス口１４を有している。図示の例では、内ケース１０は、径方向において対向又は略対向する２つのバイパス口１４を有している。バイパス口１４の径方向から見た形状は、例えば円形又は略円形である。複数のバイパス口１４は互いに同じ形状や大きさであってもよく、互いに同じ形状や大きさでなくてもよい。また、内ケース１０が有するバイパス口１４の数は図示の数に限られず、１つであっても３つ以上であってもよい。また、複数のバイパス口１４は、周方向に等角度間隔に並べられていなくてもよく、他の所定のパターンで並べられていてもよく、また、不規則に並べられていてもよい。また、複数のバイパス口１４は、例えば周方向にジグザグを描くように配置される等、軸線ｘ方向において同じ位置に設けられていなくてもよい。また、バイパス口１４の形状は上述のように円形又は略円形に限られず、矩形や他の形状であってもよい。

【0030】

内ケース１０は、図示のように、周方向に複数のバイパス口１４が並べられて成るバイパス口群を１つ有するものに限られず、内ケース１０には複数のバイパス口群が軸線ｘ方向に並べられていてもよい。この場合、内ケース１０は、互い同じ形状や大きさのバイパス口１４を有していてもよく、互い同じ形状や大きさではないバイパス口１４を有していてもよい。

【0031】

内ケース１０は上述の構造となっており、内ケース１０の内部には、上流側の開口１５から下流側の開口１６まで軸線ｘに沿って空間がつながっており、内ケース１０の内部の空間を分断する壁部等の部材が形成されていない。また、内ケース１０内部の空間は、上流本体部１１に形成されている導入部１３の大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂを介して、外ケース２０の内部の空間である空間Ｓに連通するようになっている。また、内ケース１０の内部の空間は、下流本体部１２に形成されているバイパス口１４を介して、外ケース２０の排出部２３に連通するバイパス管４０の内部に連通するようになっている。このように、中空糸膜モジュール１において、内ケース１０の内部の空間は、上流側において導入部１３の大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂを介して、外ケース２０内部の空間Ｓに連通するようになっている。また、中空糸膜モジュール１において、内ケース１０の内部の空間は、導入部１３よりも下流側においてバイパス口１４を介して、外ケース２０の排出部２３に連通するバイパス管４０の内部に連通するようになっており、内ケース１０の内部の空間は、バイパス口１４を介して、外ケース２０内部の空間Ｓに連通しないようになっている。

【0032】

内ケース１０の形態は、上述の形態に限られず、他の形態であってもよい。例えば、内ケース１０は、上流本体部１１がテーパ状になっておらず、下流本体部１２と同様に円筒状又は略円筒状になっており、内ケース１０が全体として軸線ｘに沿って円筒状又は略円筒状に延びていてもよい。

【0033】

外ケース２０は、上述のように、延び方向に延びる筒状の部材であり、例えば、図１に示すように、軸線ｘに沿って延びる筒状の部材である。具体的には、外ケース２０は、内ケース１０に対応した形態となっており、軸線ｘに関して内ケース１０と同心状に又は略同心状に延びており、軸線ｘ方向の長さが、内ケース１０の軸線ｘ方向の長さと同じ又は略同じとなっている。具体的には、図１に示すように、外ケース２０は、上流側の部分である筒状の上流本体部２１と、上流本体部２１に下流側において接続する下流側の部分である筒状の下流本体部２２とを有している。

【0034】

上流本体部２１は、軸線ｘに沿って延びており、軸線ｘ方向において上流側から下流側に向かうに連れて縮径しており、例えば、下流側に向かって細くなる円錐台筒状又は略円錐台筒状の形状を有している。上流本体部２１は、中空となっており、上流本体部２１の内部には軸線ｘに沿って空間が延びており、上流本体部２１は、上流側の端部である上流端部２１ａに開口２４を有している。開口２４は、上流側に向かって上流本体部２１の内部を上流本体部２１の外部に開放している。つまり、上流本体部２１の内部は、開口２４を介して外部に連通している。また、上流本体部２１の下流側の端部である下流端部２１ｂは、後述する下流本体部２２の上流端部２２ａに接続しており、上流本体部２１の内部は、下流本体部２２の内部に連通している。

【0035】

下流本体部２２は、軸線ｘに沿って延びており、軸線ｘ方向に亘って径方向の幅が一定又は略一定となっており、例えば、軸線ｘに沿って延びる円筒状又は略円筒状の形状を有している。下流本体部２２は、中空となっており、下流本体部２２の内部には軸線ｘに沿って空間が延びており、下流本体部２２は、下流側の端部である下流端部２２ｂに開口２５を有している。開口２５は、下流側に向かって下流本体部２２の内部を下流本体部２２の外部に開放している。つまり、下流本体部２２の内部は、開口２５を介して外部に連通している。また、上述のように、下流本体部２２の上流側の端部である上流端部２２ａは、上流本体部２１の下流端部２１ｂに接続しており、下流本体部２２の内部は、上流本体部２１の内部に連通している。

【0036】

外ケース２０の上流本体部２１の軸線ｘ方向の長さは、内ケース１０の上流本体部１１の軸線ｘ方向の長さと同じ又は略同じになっており、外ケース２０の下流本体部２２の軸線ｘ方向の長さは、内ケース１０の下流本体部１２の軸線ｘ方向の長さと同じ又は略同じになっている。このため、中空糸膜モジュール１において、外ケース２０の上流本体部２１の上流端部２１ａ、上流本体部２１の下流端部２１ｂ、下流本体部２２の上流端部２２ａ、及び下流本体部２２の下流端部２２ｂと、内ケース１０の上流本体部１１の上流端部１１ａ、上流本体部１１の下流端部１１ｂ、下流本体部１２の上流端部１２ａ、及び下流本体部１２の下流端部１２ｂとは、夫々、軸線ｘ方向において同じ又は略同じ位置に位置するようになっている。

【0037】

また、外ケース２０は、内ケース１０に対応した形態となっており、外ケース２０の上流本体部２１は、内ケース１０の上流本体部１１に平行に又は略平行に軸線ｘ方向に延びており、外ケース２０の下流本体部２２は、内ケース１０の下流本体部１２に平行に又は略平行に軸線ｘ方向に延びている。このため、中空糸膜モジュール１において、外ケース２０と内ケース１０とが間に形成する中空筒状の断面環状又はドーナツ状の空間Ｓは、半径方向の幅が軸線ｘ方向の幅に亘って一定又は略一定となっている。

【0038】

外ケース２０の形態は、上述の形態に限られず、他の形態であってもよい。例えば、外ケース２０は、上流本体部２１がテーパ状になっておらず、下流本体部２２と同様に円筒状又は略円筒状になっており、外ケース２０が全体として軸線ｘに沿って円筒状又は略円筒状に延びていてもよい。また、外ケース２０の上流本体部２１は、内ケース１０の上流本体部１１に平行に軸線ｘ方向に延びていなくてもよく、外ケース２０の下流本体部２２は、内ケース１０の下流本体部１２に平行に軸線ｘ方向に延びていなくてもよい。

【0039】

上述の外ケース２０の内部と外部との間を連通する排出部２３は、下流本体部２２に設けられている。具体的には、図１に示すように、下流本体部２２において下流端部２２ｂ又はその近傍に設けられており、開口２５よりも上流側に排出部２３は設けられている。排出部２３は、中空糸膜モジュール１において外ケース２０の内部（空間Ｓ）と外ケース２０の外部とを連通している。また、排出部２３は、軸線ｘ周りに無端環状の帯状に延びる開口を形成している。例えば図１に示すように、排出部２３は、内ケース１０のバイパス口１４に径方向において対向する位置又はこの対向する位置の近傍に設けられている。外ケース２０の下流本体部２２において排出部２３が設けられる位置はこれに限られない。

【0040】

上述のように、排出部２３には、バイパス管４０が夫々接続しており、各バイパス管４０の内部が排出部２３に連通している。このように、中空糸膜モジュール１において、内ケース１０の内部は、各バイパス管４０を介して、外ケース２０の外部に連通している。

【0041】

排出部２３の形態は、軸線ｘ周りに無端環状の帯状に延びる開口を形成するものに限られない。例えば、図５に示すように、排出部２３は、外ケース２０を内部と外部との間で貫通する１つ又は複数の開口（排出口２３ａ）から構成されているものであってもよい。この場合、排出部２３を構成する複数の排出口２３ａは、例えば、軸線ｘ方向において同じ位置又は略同じ位置において、周方向に等角度間隔又は略等角度間隔に並べられる。排出部２３を構成する複数の排出口２３ａの配置は他の配置であってもよい。また、排出部２３が１つ又は複数の排出口２３ａから構成される場合、排出部２３を構成する排出口２３ａは、バイパス管４０に対応した数だけ設けられ、排出部２３を形成する各排出口２３ａには、１つのバイパス管４０が接続される。なお、排出部２３が１つ又は複数の排出口２３ａから構成される場合、排出口２３ａは、バイパス管４０に対応した数だけ設けられていなくてもよく、この場合、各排出口２３ａには、１つ又は複数のバイパス管４０が接続され、バイパス管４０が接続されない排出口２３ａがあってもよい。

【0042】

上述のように、内ケース１０と外ケース２０との間の空間Ｓには、複数の中空糸膜３１が設けられている。具体的には、中空糸膜３１の束である中空糸膜束３０が空間Ｓに充填されている。中空糸膜束３０は、例えば図１，２に示すように筒状である。中空糸膜束３０において、各中空糸膜３１は、軸線ｘ方向に沿って延びており、中空糸膜束３０の上流側に面する端である上流端３０ａに各中空糸膜３１の一端側（上流側）の開口（上流開口３１ａ）が位置しており、中空糸膜束３０の下流側に面する端である下流端３０ｂに各中空糸膜３１の他端側（下流側）の開口（下流開口３１ｂ）が位置している。中空糸膜束３０は、例えば図１に示すように、内周側の境界を形成する中空糸膜３１が内ケース１０の外周面１０ａに沿って延びており、また、外周側の境界を形成する中空糸膜３１が外ケース２０の内周面２０ａに沿って延びており、中空糸膜束３０は、内ケース１０の外周面１０ａ及び外ケース２０の内周面２０ａに沿った形となっている。中空糸膜束３０の形状は、このように内ケース１０の外周面１０ａ及び外ケース２０の内周面２０ａに沿った形状に限られず、他の形状であってもよい。例えば、中空糸膜束３０は、軸線ｘに沿って延びる円筒状又は略円筒状の形状であってもよく、軸線ｘに沿って延びる円錐筒状又は略円錐筒状の形状であってもよい。

【0043】

中空糸膜束３０において、互いに隣接する中空糸膜３１の間には、図２に示すように、流体が通過できるような間隔が形成されている。また、中空糸膜束３０の内周側の境界を形成する中空糸膜３１と内ケース１０の外周面１０ａとの間には、液体又は気体が通過できるような間隔が形成されていることが好ましく、中空糸膜束３０の外周側の境界を形成する中空糸膜３１と外ケース２０の内周面２０ａとの間には、液体又は気体が通過できるような間隔が形成されていることが好ましい。なお、互いに隣接する中空糸膜３１の間には、軸線ｘ方向の全体に亘って、流体が通過できるような間隔が形成されていることが好ましいが、軸線ｘ方向の全体に亘って、流体が通過できるような間隔が形成されていなくてもよい。

【0044】

中空糸膜３１は、中空糸膜３１の内部と外部との間で、湿潤な気体中の水分を乾燥した気体側に移動させる膜分離作用を有するようになっており、中空管状に作られている。中空糸膜３１の材料には、例えば、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を有するＰＰＳＵ（ポリフェニルスルホン）等を好適に用いることができる。なお、ＰＰＳＵと親水性高分子（ポリビニルピロリドン）を添加した製膜溶液を用いて紡糸を行うことで親水性を有する中空糸膜を得ることができる。また、中空糸膜３１の材料には、溶解拡散により水分を透過する特性を有する、ポリテトラフルオロエチレン骨格と、スルホ基を有するパーフルオロ側鎖とを備える高分子（ナフィオン（登録商標）等）を用いることができる。

【0045】

また、図１に示すように、中空糸膜モジュール１は、外ケース２０の開口２４，２５が夫々形成する空間Ｓを中空糸膜モジュール１の外部に開放する開口の密閉を図るための封止部３５，３６（一端側封止部及び他端側封止部）を有している。具体的には、封止部３５は、外ケース２０の上流側の開口２４に設けられており、外ケース２０の開口２４において、外ケース２０の内周面２０ａに全周に亘って接触しており、また、外ケース２０の開口２４において、内ケース１０の外周面１０ａに全周に亘って接触している。また、封止部３５は、外ケース２０の開口２４において、各中空糸膜３１の外周面３１ｃに全周に亘って接触している。また、各中空糸膜３１は、上流側の端部において封止部３５を貫通しており、各中空糸膜３１の上流開口３１ａは、封止部３５の外側の空間に中空糸膜３１の内部を開放している。封止部３６は、同様に、具体的には、外ケース２０の下流側の開口２５に設けられており、外ケース２０の開口２５において、外ケース２０の内周面２０ａに全周に亘って接触しており、また、外ケース２０の開口２５において、内ケース１０の外周面１０ａに全周に亘って接触している。また、封止部３６は、外ケース２０の開口２５において、各中空糸膜３１の外周面３１ｃに全周に亘って接触している。また、各中空糸膜３１は、下流側の端部において封止部３６を貫通しており、各中空糸膜３１の下流開口３１ｂは、封止部３６の外側の空間に中空糸膜３１の内部を開放している。

【0046】

このように、封止部３５によって空間Ｓを上流側において開放する開口（開口２４）の密封が図られており、封止部３６によって空間Ｓを下流側において開放する開口（開口２５）の密封が図られており、一方、各中空糸膜３１の内部の空間は、上流開口３１ａ及び下流開口３１ｂを介して中空糸膜モジュール１の外部に開放されている。また、各中空糸膜３１は、上流側及び下流側の端部において夫々封止部３５，３６によって内ケース１０及び外ケース２０に対して固定されている。この封止部３５，３６による中空糸膜３１の固定によって、中空糸膜３１が束状に固定され、中空糸膜束３０が形成されている。封止部３５，３６は、例えばエポキシ樹脂等のポッティング材料が硬化することにより形成される部材である。

【0047】

また、図１，３に示すように、中空糸膜モジュール１は、内ケース１０の下流端部１２ｂの開口１６の密閉を図る封止部１７（内ケース封止部）を有している。封止部１７は、内ケース１０の開口１６において内ケース１０の内周面１０ｂに全周に亘って接触している。封止部１７は、例えばエポキシ樹脂等のポッティング材料が硬化することにより形成される部材である。封止部１７は、内ケース１０において、バイパス口１４よりも下流側に位置している。

【0048】

また、中空糸膜モジュール１は、上述のようにバイパス管４０を少なくとも１つ有している。バイパス管４０は、中空の管状の部材であり、例えば、直線に沿って延びる筒状の部材である。バイパス管４０は、例えば、円筒状又は略円筒状の部材である。バイパス管４０は、曲線に沿って延びる筒状の部材であってもよく、直線及び曲線の組み合わせから成る線に沿って延びる筒状の部材であってもよい。また、バイパス管４０は、多角形筒状又は略多角形筒状の部材であってもよい。

【0049】

バイパス管４０は、図１に示すように、筒状に延びる本体部４１と、本体部４１の一方の端（端４１ａ）においてバイパス管４０の内部を外部に開放する開口４２と、本体部４１の他方の端（端４１ｂ）においてバイパス管４０の内部を外部に開放する開口４３とを有している。

【0050】

バイパス管４０は、端４１ａが内ケース１０に接続しており、開口４２が内ケース１０のバイパス口１４に連通している。また、バイパス管４０は、端４１ｂが外ケース２０に接続しており、開口４３が外ケース２０の排出部２３に連通している。図５に示すように、排出部２３が排出口２３ａから成る場合、バイパス管４０の開口４３が外ケース２０の排出口２３ａに連通している。バイパス管４０は、中空糸膜束３０を貫通しているが、各中空糸膜３１を分断することはなく、互いに隣接する中空糸膜３１の間を延びている。

【0051】

バイパス管４０は、内ケース１０と同一材料から一体に形成されており、端４１ｂにおいて外ケース２０に接続されている。バイパス管４０は、内ケース１０及び外ケース２０とは別体として形成されていてもよく、バイパス管４０は、外ケース２０と同一材料から一体に形成されており、端４１ａにおいて内ケース１０に接続されていてもよく、また、バイパス管４０は、内ケース１０及び外ケース２０と同一材料から一体に形成されていてもよい。バイパス管４０と内ケース１０及び外ケース２０夫々との接続、外ケース２０又は内ケース１０との接続は、接着や圧接等の密接を図れる接続が好ましい。また、バイパス管４０と内ケース１０及び外ケース２０との接続、外ケース２０又は内ケース１０との接続は、Ｏリング等のシール部材を介して成されてもよい。バイパス管４０は、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）等の樹脂材料から樹脂成形される。これらの樹脂材料はガラス繊維等により強化されていてもよい。また、バイパス管４０の材料は、アルミ等の金属材であってもよい。

【0052】

中空糸膜モジュール１は、上述の構成を有しており、外部と連通する流体経路を２つ有している。一方は第１流体経路Ｆ１であり、各中空糸膜３１が形成する流体経路であり、上流開口３１ａ、中空糸膜３１の内部、及び下流開口３１ｂによって形成される流体経路である。他方は第２流体経路Ｆ２であり、内ケース１０の上流側の開口１５と外ケース２０の排出部２３との間に延びる流体経路であり、内ケース１０の開口１５、内ケース１０の内部空間、内ケース１０の導入部１３、空間Ｓにおける互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇ、及び外ケース２０の排出部２３によって形成される。

【0053】

中空糸膜モジュール１の内ケース１０には、下流側にバイパス口１４が設けられており、バイパス口１４は、外ケース２０の排出部２３に連通するバイパス管４０に連通しており、内ケース１０の内部と外ケース２０の外部とがバイパス管４０を介して連通している。このため、中空糸膜モジュール１は、内ケース１０の内部、内ケース１０のバイパス口１４、バイパス管４０の内部、及び外ケース２０の排出部２３によって形成される第３流体経路Ｆ３を有する。

【0054】

次いで、上述の構成を有する中空糸膜モジュール１の作用について説明する。図６は、中空糸膜モジュール１の作用を説明するための図であり、使用状態における中空糸膜モジュール１が断面で示されている。図６には、第１，２，３流体経路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が概略的に示されている。

【0055】

上述のように、中空糸膜モジュール１は、除加湿装置の除湿モジュール又は加湿モジュールとして用いられる。図示の例においては、中空糸膜モジュール１は、燃料電池の加湿装置の加湿モジュールとして用いられ、燃料電池の加湿装置５０に取り付けられた使用状態となっている。

【0056】

図６に示すように、加湿装置５０は、中空糸膜モジュール１と、湿潤ガス供給装置５１と、乾燥ガス供給装置５２とを備えている。湿潤ガス供給装置５１は、中空糸膜モジュール１の第２流体経路Ｆ２に湿潤ガスを供給するようになっている。また、乾燥ガス供給装置５２は、各中空糸膜３１の形成する第１流体経路Ｆ１に、湿潤ガス供給装置５１から供給される湿潤ガスよりも湿度の低い乾燥ガスを供給するようになっている。湿潤ガス供給装置５１が供給する湿潤ガスは、燃料電池において発電のために供給された反応ガスが化学反応をした後のオフガスであり、乾燥ガス供給装置５２が供給する乾燥ガスは、発電のために供給される反応ガスである。本実施の形態においては、乾燥ガス供給装置５２から供給される乾燥ガスは、反応ガスの内の、酸素等の酸化剤ガスであり、湿潤ガスは、オフガスの内の、酸素等の酸化剤ガスが発電のために用いられた後の酸化剤オフガスである。

【0057】

加湿装置５０が駆動されると、湿潤ガス供給装置５１から中空糸膜モジュール１の第２流体経路Ｆ２に湿潤ガスが供給され、また、乾燥ガス供給装置５２から中空糸膜モジュール１の第１流体経路Ｆ１に乾燥ガスが供給される。これにより、各中空糸膜３１の内部には乾燥ガスが流れ、空間Ｓにおける互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇには湿潤ガスが流れ、中空糸膜３１を介して乾燥ガスと湿潤ガスとが接触する。この際、中空糸膜３１による膜分離作用によって、湿潤ガス中の水分が乾燥ガス側に移動する。これにより、第１流体経路Ｆ１を流れる乾燥ガスは加湿されて、各中空糸膜３１の上流開口３１ａから排出され、中空糸膜モジュール１から排出される。この加湿された乾燥ガス（酸化剤ガス）は、燃料電池の反応ガスとして燃料電池の電解質膜に供給される。これにより、燃料電池の電解質膜が加湿される。一方、乾燥ガスを加湿した湿潤ガスは、中空糸膜モジュール１から排出される。

【0058】

中空糸膜モジュール１は、上述の構成を有しており、外部と連通する流体経路を２つ有している。一方は第１流体経路Ｆ１であり、各中空糸膜３１が形成する流体経路であり、上流開口３１ａ、中空糸膜３１の内部、及び下流開口３１ｂによって形成される流体経路である。他方は第２流体経路Ｆ２であり、内ケース１０の上流側の開口１５と外ケース２０の排出部２３との間に延びる流体経路であり、内ケース１０の開口１５、内ケース１０の内部空間、内ケース１０の導入部１３、空間Ｓにおける互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇ、及び外ケース２０の排出部２３によって形成される。

【0059】

湿潤ガス供給装置５１から供給される湿潤ガスは、具体的には、内ケース１０の上流側の開口１５から内ケース１０の内部に入り、内ケース１０の内部を下流側に進む。そして、内ケース１０の内部を下流側に進む湿潤ガスの一部は、導入部１３の大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂの各々を介して空間Ｓに流れる。導入部１３から空間Ｓに流入した湿潤ガスは、空間Ｓにおいて互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇを流れて中空糸膜３１に接触し、中空糸膜３１による膜分離作用によって中空糸膜３１内を流れる乾燥空気を加湿し、外ケース２０の排出部２３を介して空間Ｓから排出され、中空糸膜モジュール１から排出される。

【0060】

内ケース１０の上流本体部１１は、上流側から下流側に向かうに連れて縮径しており、この上流本体部１１に大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂが形成されている。このため、大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂから空間Ｓに流出する気体は、軸線ｘに対して傾斜した方向に流出する傾向を有する。これにより、大導入口１３ａ及び小導入口１３ｂから空間Ｓに流出した湿潤ガスは、空間Ｓにおいて互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇを軸線ｘに対して傾斜した方向に流れ易くなっており、湿潤ガスが中空糸膜３１の内部を通る乾燥ガスに対向して流れ易くなっている。

【0061】

また、導入部１３において、上流側に設けられた大導入口１３ａの開口面積は、下流側に設けられた小導入口１３ｂの開口面積よりも大きくなっている。このため、開口面積の大きい上流側の大導入口１３ａから空間Ｓに流れ出る気体の流量を、開口面積の小さい下流側の小導入口１３ｂから空間Ｓに流れ出る気体の流量よりも多くすることができる。このように、導入部１３における位置に応じて、空間Ｓに流れ出る気体の流量を調整することができ、これにより、空間Ｓの位置に応じて互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇを流れる気体の流量を調整することができる。中空糸膜モジュール１においては、上述のように導入部１３において上流側の部分から空間Ｓに流れ出る気体の流量が多く、空間Ｓにおいてより外周側に気体が流れ入るようにでき、空間Ｓにおいて外周側の空間Ｇを流れる気体の流量の増大を図ることができる。一方、上述のように導入部１３において下流側の部分から空間Ｓに流れ出る気体の流量は上流側の部分から空間Ｓに流れ出る気体の流量よりも少なく、空間Ｓにおいて内周側の空間Ｇを流れる気体の流量と、空間Ｓにおいてより外周側の空間Ｇに達してそこを流れる気体の流量との平衡を図ることができる。また、この導入部１３から流れ出る気体の流量の上流側と下流側との差からも、導入部１３から空間Ｓに流出する気体が、軸線ｘに対して傾斜した方向に流出する傾向を有するようにできる。

【0062】

また、湿潤ガスは、導入部１３を介して空間Ｓの内周側及び上流側の領域に流入し、排出部２３を介して空間Ｓの外周側及び下流側の領域から排出される。このため、空間Ｓ内に流入した湿潤ガスが、中空糸膜束３０の中空糸膜３１全体に接触するようにでき、中空糸膜束３０の中空糸膜３１全体が膜分離作用を奏するようにできる。

【0063】

このように、中空糸膜モジュール１においては、導入部１３から空間Ｓに流出した湿潤ガスが、中空糸膜３１の内部を通る乾燥ガスに対向して流れ易くなっており、また、中空糸膜束３０における中空糸膜３１全体に湿潤ガスが接触し易くなっており、中空糸膜束３０の中空糸膜３１全体が膜分離作用を奏するよう図られている。このため、中空糸膜モジュール１においては、中空糸膜束３０による膜分離作用が効率的に行われるようになっており、高い加湿性能となっている。

【0064】

一方、乾燥ガス供給装置５２から供給される乾燥ガスは、具体的には、各中空糸膜３１の下流開口３１ｂから中空糸膜３１の内部に入り、中空糸膜３１の内部を上流側に進む。そして、中空糸膜３１の内部を上流側に進む乾燥ガスは、中空糸膜３１による膜分離作用によって中空糸膜３１に接触する湿潤空気により加湿され、中空糸膜３１の上流開口３１ａから排出され、中空糸膜モジュール１から排出される。

【0065】

また、湿潤ガス供給装置５１から供給されて内ケース１０の内部を下流側に進む湿潤ガスの一部は、第３流体経路Ｆ３に流れ入る。具体的には、湿潤ガス供給装置５１から供給されて内ケース１０の内部を下流側に進む湿潤ガスの一部は、導入部１３から空間Ｓに流出せずに内ケース１０の内部を下流側に進み続ける。この内ケース１０の内部を下流側に進み続ける湿潤ガスの一部は、内ケース１０において導入部１３よりも下流側に形成されたバイパス口１４を介してバイパス管４０の内部に流れ込む。このバイパス口１４からバイパス管４０の内部に流出した湿潤ガスは、第２流体経路Ｆ２を流れる湿潤ガスのように空間Ｓにおいて互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇを流れて中空糸膜３１に接触することなく、バイパス管４０の内部を通って外ケース２０の排出部２３から排出され、中空糸膜モジュール１から排出される。

【0066】

上述のように、内ケース１０に供給された湿潤ガスの中で導入部１３から空間Ｓに流出しなかった湿潤ガスは、内ケース１０の内部を下流側に進み続け、バイパス口１４及びバイパス管４０を介して排出部２３から中空糸膜モジュール１の外部に排出される。このため、内ケース１０の内部において導入部１３よりも下流側で湿潤ガスが滞留することが抑制され、また、内ケース１０に供給された湿潤ガスの中で導入部１３から空間Ｓに流出する湿潤ガスの量を低減することができ、調整することができる。

【0067】

内ケース１０の導入部１３から空間Ｓに流出する湿潤ガスの量が多くなると、空間Ｓにおいて互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇに過剰の湿潤ガスが流れ込み、中空糸膜３１の間の空間Ｇを湿潤ガスが流れにくくなり、空間Ｇを流れる湿潤ガスに圧力損失が発生し、湿潤ガスの動圧が下がる。空間Ｇを流れる湿潤ガスの動圧が下がると、空間Ｓの下流側において第２流体経路Ｆ２を流れる湿潤ガスが滞留してしまう。これに対し、中空糸膜モジュール１は、上述のように、バイパス口１４及びバイパス管４０によって形成される第３流体経路Ｆ３に湿潤ガスを流すことにより、内ケース１０に供給された湿潤ガスの中で導入部１３から空間Ｓに流出する湿潤ガスの量を低減することができる。これにより、第２流体経路Ｆ２を流れる湿潤ガスの量が過剰となることを抑制でき、第２流体経路Ｆ２を流れる湿潤ガスの動圧が、空間Ｓにおいて互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇにおいて、低下することが抑制される。これにより、空間Ｓにおいて互いに隣接する中空糸膜３１の間の空間Ｇを流れる湿潤ガスの圧力損失を低下させることができ、第２流体経路Ｆ２を流れる湿潤ガスが滞留することが抑制できる。このため、第２流体経路Ｆ２の湿潤ガスに対する中空糸膜３１の膜分離作用を向上させることができ、乾燥空気の加湿効率を向上させることができる。

【0068】

また、内ケース１０において、テーパ状の上流本体部１１に対して、下流本体部１２は、上流本体部１１の径の小さい側から続き、一定又は略一定の径となっている。このため、下流本体部１２の外周側に空間を確保し易くなっており、空間Ｓにおける下流本体部１２の外周側の部分を大きくし易くなっている。これにより、空間Ｓにおける中空糸膜３１の充填率が高くなることを抑制でき、空間Ｓの下流本体部１２の外周側の領域における流体の圧力損失の抑制を図ることができる。このため、第２流体経路Ｆ２を流れる湿潤ガスの圧力損失を抑制でき、第２流体経路Ｆ２を流れる湿潤ガスが空間Ｓの下流側で滞留することの抑制を図ることができる。

【0069】

このように、本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュール１によれば、中空糸膜モジュール１内を流れる気体の圧力損失を抑制することができる。これにより、乾燥空気の加湿効率の向上を図ることができる。

【0070】

以上、本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュール１について説明したが、本発明に係る中空糸膜モジュールは上述の中空糸膜モジュール１に限定されるものではなく、本発明の概念及び請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様に応じて適宜変更され得る。

【0071】

例えば、中空糸膜モジュール１において、バイパス管４０は径方向に延びるものとしたが、バイパス管４０は、径方向に対して傾斜していてもよい。具体的には、中空糸膜モジュール１において、バイパス口１４が軸線ｘ方向において排出部２３よりも上流側に設けられており、バイパス管４０が外周側に向かって径方向に対して下流側に傾斜して設けられていてもよい。また、中空糸膜モジュール１において、バイパス口１４が軸線ｘ方向において排出部２３よりも下流側に設けられており、バイパス管４０が外周側に向かって径方向に対して上流側に傾斜して設けられていてもよい。また、径方向に延びるバイパス管４０、外周側に向かって径方向に対して下流側に傾斜して設けられるバイパス管４０、及び外周側に向かって径方向に対して上流側に傾斜して設けられるバイパス管４０のいずれか２つ又は全てが混在していてもよい。

【0072】

また、バイパス管４０は、外ケース２０に接続していなくてもよい。例えば、図７に示すように、バイパス管４０は、上述の第３流体経路Ｆ３を形成する範囲において、バイパス管４０の端４１ｂが、外ケース２０の排出部２３に連通しておらず、排出部２３の近傍に位置しており、外ケース２０の排出部２３の近傍まで延びているものであってもよい。また、バイパス管４０の少なくとも１つが外ケース２０の排出部２３の近傍まで延びており、他のバイパス管４０は外ケース２０の排出部２３の近傍まで延びていなくてもよい。また、バイパス管４０は、外ケース２０に接続するものと、外ケース２０に接続しないものとが混在していてもよい。

【0073】

また、中空糸膜モジュール１の内ケース１０には封止部１７が設けられていなくてもよい。例えば、内ケース１０の下流端部１２ｂを先細にし、開口１６を小さくすることにより開口１６の密封又は開口１６からの気体の流出の抑制を図ってもよい。また、例えば、内ケース１０の下流端部１２ｂを変形させることにより、開口１６を小さくし、又は開口１６をつぶして、開口１６の密封又は開口１６からの気体の流出の抑制を図ってもよい。封止部１７が設けられていない中空糸膜モジュール１においても、上述の課題が生じている場合は、上述の本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュール１の場合と同様に、本発明はその作用効果を奏することができる。また、内ケース１０と同じ材料又は異なる材料から形成された封止部１７を、接着剤によって又は嵌着によって内ケース１０の下流側の端に固定し、開口１６の密封を図ってもよい。また、内ケース１０には封止部１７が取り付けられておらず、内ケース１０に開口１６が形成されておらず、内ケース１０の下流側の端に底部を一体的に形成してもよい。つまり封止部１７を内ケース１０の他の部分と同一の材料から一体的に形成してもよい。

【0074】

また、中空糸膜モジュール１の使用状態において、気体は第１流体経路Ｆ１を下流側から上流側に流れるとしたが、気体は第１流体経路Ｆ１を上流側から下流側に流れるものとしてもよい。

【0075】

また、中空糸膜モジュール１の使用状態において、第１流体経路Ｆ１を乾燥ガスが、第２及び第３流体経路Ｆ２，Ｆ３を湿潤ガスが流れるとしたが、第１流体経路Ｆ１を湿潤ガスが、第２及び第３流体経路Ｆ２，Ｆ３を乾燥ガスが流れるようにしてもよい。

【0076】

また、上述の説明において、中空糸膜モジュール１は燃料電池の加湿装置の加湿モジュールに適用されるとしたが、本発明に係る中空糸膜モジュールの適用対象は燃料電池の加湿装置の加湿モジュールに限られず、また、燃料電池に限られない。また、本発明に係る中空糸膜モジュールの適用対象は加湿モジュールに限られず、除湿装置の除湿モジュールであってもよい。本発明に係る中空糸膜モジュールは、その作用効果を利用できるあらゆるものに適用可能である。

【0077】

また、上述の説明において、乾燥ガスは、反応ガスの内の、酸素等の酸化剤ガスであり、湿潤ガスは、オフガスの内の、酸素等の酸化剤ガスが発電のために用いられた後の酸化剤オフガスであるとしたが、乾燥ガスは、反応ガスの内の、水素等の燃料ガスであってもよく、また、湿潤ガスは、オフガスの内の、水素等の燃料ガスが発電のために用いられた後の燃料オフガスであってもよい。

【符号の説明】

【0078】

１…中空糸膜モジュール、１０…内ケース、１０ａ…外周面、１０ｂ…内周面、１１…上流本体部、１１ａ…上流端部、１１ｂ…下流端部、１２…下流本体部、１２ａ…上流端部、１２ｂ…下流端部、１３…導入部、１３ａ…大導入口、１３ｂ…小導入口、１４…バイパス口、１５，１６…開口、１７…封止部、２０…外ケース、２０ａ…内周面、２１…上流本体部、２１ａ…上流端部、２１ｂ…下流端部、２２…下流本体部、２２ａ…上流端部、２２ｂ…下流端部、２３…排出部、２３ａ…排出口、２４，２５…開口、Ｓ…空間、３０…中空糸膜束、３０ａ…上流端、３０ｂ…下流端、３１…中空糸膜、３１ａ…上流開口、３１ｂ…下流開口、３１ｃ…外周面、３５，３６…封止部、４０…バイパス管、４１…本体部、４１ａ，４１ｂ…端、４２，４３…開口、５０…加湿装置、５１…湿潤ガス供給装置、５２…乾燥ガス供給装置、Ｆ１…第１流体経路、Ｆ２…第２流体経路、Ｆ３…第３流体経路、Ｇ，Ｓ…空間、ｘ…軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】