專利名稱：用于燃料電池的潤濕裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的用于燃料電池的潤濕裝置。
背景技術：
在EP I 261 992 BI中記載了一種用于燃料電池的潤濕裝置，其中該潤濕裝置含有可透水的膜片，該膜片將兩個流體通道分開，利用這些流體通道來引導濕潤的或干燥的空氣。待干燥的濕潤空氣流透過所述膜片，空氣流由此富含水分。該空氣流被輸送給燃料電池系統，在該燃料電池系統內，在電化學的反應中產生電流。膜片在兩個框架部分之間張緊，在這些框架部分中開設有流體開口，用于輸入或引出空氣流。可以任選地將多個膜片包括所述框架部分在內上下堆疊成一個堆垛單元，在這種情況下，這些框架部分也用作上下布置的膜片之間的間隔保持件。
發明內容
本發明的目的在于，提出一種在結構上簡單地構造的用于燃料電池的潤濕裝置。根據本發明，所述目的通過權利要求1的特征得以實現。從屬權利要求給出了有利的改進方案。本發明的潤濕裝置用于使得為了進行電化學反應而輸送給燃料電池的流動空氣富含水分，直至實現空氣流中的所要求的最低水分含量。為此，該潤濕裝置具有多個相互平行地間隔開地布置的膜片，這些膜片均可透水，但不透空氣，從而透過這些膜片僅僅進行帶有大量水分的空氣流與帶有少量水分的輸送給燃料電池的空氣流的水交換。堆垛單元包括至少兩個可透水的膜片，但優選包括多于兩個的膜片，必要時包括數十個平行的相互間隔的膜片。在膜片邊緣側設置有密封物質，該密封物質流體密封地將相鄰膜片之間的流體腔室封閉。該密封物質是堆垛單元的組成部分，從而堆垛單元與膜片和邊緣側的密封物質一起形成一個模塊，該模塊可插入到潤濕裝置的殼體中，且在需要時又可從該殼體中取出。密封物質確保流體密封性，從而相鄰膜片之間的內部腔室在密封物質所在的一側流體密封地封閉。密封物質可以是諸如橡膠的密封材料或類似橡膠的材料，采用保證密封性的方式將這種材料設置在膜片的端側面上。附加地或替代地，密封物質也可以與端側面粘接，由此保證防范錯誤空氣流的高安全性。例如可以把粘接劑敷設到密封件上，和/或敷設到膜片的邊緣區域上，從而使得所安置的密封件與膜片粘接。也可以將密封物質設計成粘接劑物質，該粘接劑物質無需額外的粘接劑即可與膜片的邊緣側的區段粘接。這具有可以省去額外的粘接劑的優點。密封物質經過有利的設計，使得密封物質在安裝狀態下具有足夠高的自身強度，進而可以是在堆垛單元中作用的力的承受體。這具有可以省去用于容納和保持膜片的額外措施的優點。密封物質由此也具有能承載膜片的類似框架的功能。在密封物質的最終接合狀態下，堆垛單元形成自我承載的單元。特別是在把密封物質設計成粘接劑物質時，可以有益地針對密封物質使用觸變的(thixotrop)介質，其粘度取決于剪切應力。這意味著，例如在攪動時，觸變的密封物質是液態的，而在攪動結束并敷設到堆垛單元上之后，粘度增大，直至密封物質具有所需要的自身強度，且能夠傳遞力。根據另一有益的設計，每兩個相鄰的膜片在相對的端側面的區域中設有密封物質，而與所述端側面錯開90°角的端側面卻沒有密封物質。這允許連續的流動路徑平行于膜片的平面，其中流動路徑在兩個側面區域被密封物質界定。有利地在堆垛單元中使得密封物質在相繼的膜片上分別錯開90°地布置，由此得到相繼的平行的相互間分別錯開90°角的流動路徑。帶有大量水分的流動空氣沿著端側面輸送至堆垛單元并穿過該堆垛單元，而干燥的流動空氣則錯開90°角地輸送至堆垛單元的端側面并穿過該端側面。這些膜片將用于潤濕空氣的流動路徑和用于干燥空氣的的流動路徑分開，并基于其透水特性允許帶有大量水分的流動空氣的水流至帶有少量水分的在富含水分之后被輸送給燃料電池的流動空氣。 輸送給燃料電池的空氣優選是外界空氣。含有水分的空氣優選是燃料電池的廢氣，其水分應被輸出給干燥的流動空氣。原則上，把密封物質作為間隔保持件設置在相鄰的膜片之間就足夠了，從而可以省去額外的間隔保持件。但根據另一設計，最好在相鄰膜片之間設置這種間隔保持件或間隔保持部件，以便在所有工作條件下都可確保膜片之間的足夠的特別是保持相同的間距。間隔部件例如是至少基本上沿著膜片的面延伸的間隔柵。這里有益的是，使用與相應的流動方向適配的間隔柵，這些間隔柵在縱向或橫向上具有梁，以便在膜片之間的流動腔室內部保證并支持各個流體通道或優選的流動方向。為了改善地把密封物質特別是粘接劑物質敷設到膜片上，特別是為了改善密封物質與膜片之間的連接，可以有益地在敷設之前對膜片邊緣區域進行處理，例如對邊緣區域進行蝕刻或者進行等離子處理、電暈處理(Corona)或燒灼。根據另一有益的設計，堆垛單元容納在殼體密封框架中，該殼體密封框架是堆垛單元的組成部分，或者與堆垛單元一起形成可插入到潤濕裝置殼體中的管筒。待與堆垛單兀連接的殼體密封框架有利地具有殼體罩以及兩個旁側的殼體側翼，該殼體罩有待在端側放置到堆疊的膜片上，從而殼體密封框架在整體上大致呈U形。有益地可以使得殼體側翼從相對于罩彎折90°角的位置向外彎曲若干度，其方式例如為，使得可以側翼與殼體罩之間的連接區域按照薄膜鉸鏈的方式被構造，或者通過凹缺或以其它方式被弱化。殼體側翼的彎曲便于并改善了將殼體密封框架放置到帶有與密封物質連接的膜片的堆垛單元上。有益地將分別帶有殼體罩與兩個殼體側翼的殼體密封框架放置到堆垛單元的相對的端側面上。從相對側放置的殼體密封框架的殼體側翼可以搭疊,從而頂壓位于外部的殼體側翼，由此也使得位于內部的殼體側翼朝向堆垛單元的外部膜片頂壓。其實現方式例如為，將管筒插入到潤濕裝置的殼體中。殼體側翼在與膜片平行的方向上伸展，且分別支撐在堆垛單元中位于外部的膜片。根據又一有益的設計，使支撐件橫向于膜片平面穿過堆垛單元，該支撐件使得堆垛單元具有額外的穩固性。該支撐件尤其為柱形，且穿過凹缺伸入到膜片中，必要時伸入到間隔部件中。支撐件可以任選地與膜片和/或支持部件連接；但據所考察的設計，支撐件在無連接的情況下穿過凹缺伸入到膜片中，必要時伸入到間隔部件中。根據有益的改進，至少兩個支撐件橫向于膜片穿過堆垛單元，其中這些支撐件相互間隔開。這些支撐件有利地位于堆垛單元的相對的端側面的區域中。通過支撐件，必要時可以使得堆垛單元在安裝狀態下支撐在潤濕裝置的殼體內部，其優點是，在堆垛部件中平行于膜片平面作用的縱向力通過支撐件傳遞到潤濕裝置的殼體上。特別是針對因溫度變化和/或濕度變化而使膜片延展度發生變化的情況，在膜片中會產生力，這種力在無支撐件的情況下會導致膜片皺縮或變大，而利用這些支撐件則能至少較小褶皺長度變化，并避免膜片扭曲。支撐件可以是支撐套管，栓銷能移動地在該支撐套管中引導。該栓銷，優選在支撐套管的相對的端側面上的每一個栓銷，有利地被彈性件朝向從支撐套管伸出的位置施加力，其中該彈性件也容納在支撐套管中。在容納性殼體的殼體內壁上給栓銷配設有容納開口，在管筒插入到殼體中時，栓銷能嵌入到所述容納開口中，由此實現把管筒形狀配合地固定在潤濕裝置的潤濕裝置殼體中。在取出管筒時，可以克服作用到栓銷上的彈性件的力將這些栓銷移入到支撐套管中，從而使得栓銷從殼體內壁上的容納開口出來，并取消形狀配合的固定。
其它優點和有利的設計可由其它權利要求
和附圖得到。其中
圖1示出用于燃料電池的潤濕裝置，其帶有插入在殼體中的管筒，該管筒含有多個相互平行地布置的可透水的膜片；
圖2為管筒的立體圖； 圖3為管筒端側區域的放大 圖4為帶有殼體密封框架的管筒的另一視 圖5為管筒頂角區域的立體 圖6示出堆垛單元，它是無殼體密封框架的管筒的組成部分；
圖7-10示出在制造堆垛單元時的各種不同的方法步驟。在這些附圖中，相同的構件標有相同的附圖標記。
具體實施例方式圖1中示出用于燃料電池的潤濕裝置1，經由該潤濕裝置給燃料電池輸送富含水分的具有最小濕度的新鮮空氣。該潤濕裝置I具有可更換的插在殼體2中的管筒3，該管筒用于將廢氣流中含有的水分傳遞至干燥的輸送給燃料電池的新鮮空氣流。管筒3具有堆垛單元，該堆垛單元帶有多個上下堆疊的可透水的膜片。潤濕裝置I的殼體2設有新鮮空氣通道4，外界空氣作為新鮮空氣流經該新鮮空氣通道。新鮮空氣通道4包括位于管筒3上游的輸入區段4a以及位于管筒下游的引出區段4b 0殼體2設有相對于新鮮空氣通道4錯開90°角的廢氣通道5，燃料電池的富含水分的廢氣經由該廢氣通道穿過管筒。廢氣通道5具有位于管筒3上游的輸入區段5a和位于管筒下游的引出區段5b。新鮮空氣流6與廢氣流7按照通道4和5的方向相交成90°角，但氣流6和7在管筒3內部被可透水的膜片分開，這些膜片僅允許從含有大量水分的廢氣流7到干燥的新鮮空氣流6的水交換。圖2所示為管筒3的詳細立體圖，圖3和圖4分別示出管筒3的局部。管筒3包括堆垛單元8，該堆垛單元帶有多個獨立的膜片12，這些膜片均可透水，卻不透空氣，并在堆垛單元8中相互平行地間隔開地布置。在每兩個膜片12之間都有流體腔室或通道在延伸，用于使得新鮮空氣流6以及廢氣流7經過。管筒3還包括殼體密封框架9、環繞框架形式的要安放在端側的殼體罩10和兩個殼體側翼11，該環繞框架能使得廢氣流7流入和引出，這些殼體側翼貼靠在分別位于外面的膜片上。殼體密封框架9大致具有U形狀，其中兩個殼體側翼11形成U形體的邊腿。堆垛單元8被兩個布置在相對的端側面上的殼體密封框架9包夾。特別是如由圖4可見，殼體側翼11可以圍繞其鉸鏈式的與布置在端側的殼體罩10連接的連接區段至少略微擺動。在殼體側翼11與殼體罩10之間的連接區段的區域中，在殼體側翼11中開設一系列凹缺13，這些凹缺使得結構弱化，由此能使得殼體側翼11至少略微地翻起(Aufklappen)。同樣的功能例如也可由薄膜鉸鏈來實現。在背離殼體罩10的一側有一些在端側突出于殼體側翼的栓鎖區段14。這些栓鎖區段14中的多個可以分別布置在殼體側翼11的端側，相對殼體側翼的所述栓鎖區段在安裝時彼此嵌接，使得一個殼體側翼壓靠到相鄰的膜片上，而第二殼體側翼在堆垛單元的相同側也壓靠到膜片上。如果例如將管筒3插入到潤濕裝置I的殼體2中，則形成彎角的殼體側翼11就會與殼體內壁接觸，且頂壓膜片，同時夾住(mitnehmen)第二殼體側翼。在殼體罩10上有一個與殼體側翼11相鄰地布置的環繞的U形密封圈15。該密封圈15在插入狀態下貼靠在潤濕裝置的殼體2的殼體內壁上，并以流體密封的方式使得新鮮空氣流與廢氣流分開。支撐套管形式的支撐件16在橫向上一橫向于膜片12的平面一穿過殼體密封框架9的殼體罩10。在每個殼體罩10的邊緣側都設置有兩個相互平行的間隔開的支撐套管16。在每個支撐套管16中都有兩個栓銷17可移動地引導，這些栓銷利用支撐套管16中的彈性件18相對支撐。彈性件18對栓銷17施加以能使得栓銷從套管中伸出的力，致使栓銷17在無外部作用的情況下越過支撐套管16的端面伸出。在安裝時，克服彈性件18的力將栓銷17壓入到套管16中，并把管筒3插入到殼體中，其中在殼體內壁上設有一些用于容納栓銷17的凹口。一旦到達容納開口，栓銷17就能利用彈性件18的力卡入到這些凹口中。支撐套管16使得堆垛部件8穩定。此外在安裝狀態下，可以在殼體和栓銷以及支撐套管之間進行力傳遞。穿過膜片的這些支撐套管還負責在膜片例如因溫度波動或水分波動而引起皺縮或變大時通過支撐套管和栓銷來吸收拉力，并且還避免膜片波動程度過大。如由圖5和圖6可見，在每兩個相鄰的膜片12之間有一些間隔柵形式的間隔件19，該間隔柵至少近乎沿著膜片12的整個面延伸。此外，在膜片的流入側和流出側的端側面上安置有密封物質20， 該密封物質分別壓力密封地在端側區域將位于膜片之間的流體腔室封閉。該密封物質優選是粘接在膜片端側面上的粘接劑物質。在堆垛單元8的每個端側面上，利用密封物質20在邊緣側將相鄰膜片12之間的每第二個中間腔室封閉。參照相互間夾成90°角地通過堆垛單元8引導的新鮮空氣流6和廢氣流7，密封物質20交替地布置在膜片12之間，從而使得兩個膜片12之間的中間腔室在新鮮空氣流6中在邊緣側被密封物質20封閉，而在同樣的中間腔室中在廢氣流7中并未設置密封物質20。反之，在相鄰膜片之間的中間腔室中，在新鮮空氣流6的邊緣側區域內沒有密封物質，如果在同樣的中間腔室中在廢氣流7的邊緣側區域內已有這種密封物質20。如由圖6可見，可以在堆垛單元8的頂角區域中，在膜片12之間的每個中間腔室內設置有密封物質20。由此確保相應的空氣流直線地要么按照箭頭6要么按照箭頭7流經堆垛單元8。 在圖7至圖10中示出了堆垛單元的結構。首先按照圖7在第一膜片12上在邊緣側區域的左邊和右邊分別敷設附加地具有粘接功能的密封物質20。為了改善粘附，最好能在覆設密封物質之前首先對邊緣區域進行蝕刻，或者實施等離子處理。在膜片12上安置間隔柵19，該間隔柵必要時一直延伸到邊緣區域中，從而在敷設密封物質20的同時還用密封物質填充間隔柵19的邊緣側區域。在根據圖7和圖8的第一位置，間隔柵19具有一種帶縱梁的結構，這些縱梁與邊緣側的密封物質20平行地伸展，由此得到平行于密封物質20的規定的流動方向。在圖8中將第二膜片12放置到間隔柵19以及邊緣側的密封物質20上。第二膜片12被粘接性的密封物質20固定。在膜片12的頂角區域中可以開設出一些用于容納套管狀支撐件的凹缺21。在圖9和圖10中示出了用于構建堆垛單元的另一步驟。在位于上面的膜片12上，同樣在邊緣側區域中，但相對于根據圖7的第一步驟錯開90°地，在相對的端側面上敷設密封物質20。在上面的膜片12上放置另一間隔柵19，該間隔柵設有橫梁，以便能實現在橫向上流動。該間隔柵19在邊緣側區域中被密封物質20遮蓋。根據圖10，安置有另一膜片12，在端側敷設的密封物質20將該膜片固定。
權利要求
1.一種用于燃料電池的潤濕裝置，帶有至少一個堆垛單元(8)，該堆垛單元含有多個相互平行地間隔開地布置的可透水的膜片(12)，其特征在于，在膜片(12)的邊緣側設置有密封物質(20)，該密封物質是堆垛單元(8)的一部分，其中密封物質(20)流體密封地將相鄰膜片(12 )之間的流體腔室封閉。
2.如權利要求1所述的潤濕裝置，其特征在于，密封物質(20)是粘接劑物質，該粘接劑物質與膜片(12)的邊緣側的區段粘接。
3.如權利要求1或2所述的潤濕裝置，其特征在于，密封物質(20)是觸變的介質。
4.如權利要求1一 3中任一項所述的潤濕裝置，其特征在于，每兩個相鄰的膜片(12)在相對的端側面的區域中設有密封物質(20)，而與所述端側面錯開90°角的端側面卻沒有密封物質(20)。
5.如權利要求4所述的潤濕裝置，其特征在于，在堆垛單元(8)中，密封物質(20)在相繼的膜片(12)上分別錯開90°地布置。
6.如權利要求1一 5中任一項所述的潤濕裝置，其特征在于，密封物質(20)同時是間隔保持件，以便保持相鄰膜片(12)的間隔。
7.如權利要求1一 6中任一項所述的潤濕裝置，其特征在于，在相鄰膜片(12)之間設置有間隔部件。
8.如權利要求7所述的潤濕裝置，其特征在于，間隔部件是位于膜片(12)之間的間隔柵(19)。
9.如權利要求1一 8中任一項所述的潤濕裝置，其特征在于，堆垛單元(8)容納在殼體密封框架(9)中。
10.如權利要求9所述的潤濕裝置，其特征在于，殼體密封框架(9)包括殼體罩(10)和兩個旁側的殼體側翼(11 )，該殼體罩有待在端側放置到堆疊的膜片(12)上。
11.如權利要求10所述的潤濕裝置，其特征在于，在堆垛單元(8)的相對的端側面上分別設置有殼體罩(10 )和兩個旁側的殼體側翼(11)。
12.如權利要求9一 11中任一項所述的潤濕裝置，其特征在于，在罩(10)上設置有環繞的密封圈(15)。
13.如權利要求1一 12中任一項所述的潤濕裝置，其特征在于，有個支撐件(16)橫向地穿過膜片(12)。
14.如權利要求13所述的潤濕裝置，其特征在于，在相對的端側面的區域中有多個支撐件(16)穿過膜片(12)。
15.如權利要求13或14所述的潤濕裝置，其特征在于，支撐件(16)是支撐套管，有個栓銷(17 )能移動地在該支撐套管中引導。
16.如權利要求1一 15中任一項所述的潤濕裝置，其特征在于，潤濕裝置(I)具有殼體(2)，至少一個堆垛單元(8)能插入到該殼體中。
17.一種燃料電池，帶有根據權利要求1 一 6中任一項的潤濕裝置(I)。
全文摘要
一種用于燃料電池的潤濕裝置，其具有堆垛單元，該堆垛單元帶有多個相互平行地間隔開地布置的可透水的膜片。在膜片的邊緣側設置有密封物質，該密封物質流體密封地將相鄰膜片之間的流體腔室封閉。
文檔編號B01D53/26GK103066308SQ20121040896
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者M.法佐爾德, M.邁耶 申請人:曼 · 胡默爾有限公司