CN104584300A - 尤其用于燃料电池的加湿装置 - Google Patents

Abstract

一种加湿装置具有一叠摞单元，它具有透水蒸气的薄膜和上下叠摞的支承框架，在其间夹紧薄膜。在两个支承框架之间在薄膜侧面上设有进气流路径并且在薄膜的对置侧面上角度错开地设有排气流路径，其中进气流路径的流体孔和排气流路径的流体孔由支承框架限制并且平行于薄膜平面延伸。

Description

尤其用于燃料电池的加湿装置

技术领域

本发明涉及一种尤其用于燃料电池的加湿装置，具有叠摞单元，它含有多个透水蒸气的薄膜，它们平行且相互间隔地设置，其中所述薄膜固定在上下叠摞的支承框架上。

背景技术

例如在EP 1 261 992 B1中描述了一个加湿装置，按照该专利加湿装置附属于燃料电池并且用于，使输送到燃料电池的空气流富含水分。该加湿装置具有透水蒸气的薄膜，它夹紧在框架部件之间，其中在不同水分含量的空气流之间通过薄膜要进行水分交换，不同水分含量的空气流通过框架部件中的空隙导引，这些空隙垂直于薄膜平面延伸。

发明内容

本发明的目的是，给出一个结构上简单构造的加湿装置，通过它使空气流富含水分并且含有多个透水蒸气的薄膜，它们设置在支承框架里面。

这个目的按照本发明通过独立权利要求的特征得以实现。从属权利要求给出适宜的改进方案。

借助于按照本发明的加湿装置可以使流动空气富含水分。所述加湿装置具有至少一叠摞单元，后者具有多个透水蒸气的薄膜，它们平行且相互间隔地设置。要富含水分的进气沿着薄膜的一个侧面流动。沿着薄膜的对置侧面流动排气，它通过透水蒸气的薄膜给出水分。所述薄膜分别在两个上下叠摞的支承框架之间延伸并且在边缘夹紧在支承框架之间。所述支承框架包括薄膜上下叠摞并且形成叠摞单元。所述支承框架可以相互连接。

通过富含水分的空气流达到所需的最小水分含量。所述加湿装置最好用于燃料电池，在其中以电化学反应在使用富含水分的流动空气的条件下产生电流。所述加湿装置的薄膜对于水蒸气是通透的，但是对于空气不通透，由此通过薄膜仅仅产生较高水分的空气流与较低水分的空气流的水交换，空气流作为进气输送到燃料电池。所述叠摞单元必要时可以具有更大量的薄膜包括支承框架。所述加湿装置必要时可以容纳在外壳里面，具有多个叠摞单元里面。

作为另一使用可能性例如考虑在封闭的空间或者小房间里面、例如在飞机或汽车里面对于富集的呼吸空气使用加湿装置。在工业中废气流去湿时同样可以使用所述加湿装置。

所述薄膜分别设置在两个支承框架之间，其中在每个薄膜的第一侧面上形成进气流路径，并且在对置的侧面上形成排气流路径。不仅对进气流路径而且对排气流路径在支承框架里面附设流体孔，通过它们分别流入进气或流出排气。所述流体孔由两个支承框架限制，对支承框架附设位于其间的薄膜，并且流体孔平行于薄膜平面延伸。所述进气流路径和排气流路径相互间错开角度地延伸，因此这些流体路径交叉。

这个结构的优点是，所述流体孔与进气流路径具有相同的取向，由此使进气流在通过流体孔溢出时在平行于薄膜的平面中没有方向变化。这适宜地不仅适用于进气流的流入孔，而且适用于流出孔。

所述排气流路径与其从属的流体孔位于相同的取向，由此在平行于薄膜的平面中流动时无需改变方向。对于排气流也适宜的是，不仅流入孔而且流出孔在对置的支承框架侧面部位上位于与排气流相同的取向上，由此既无需在流入到叠摞单元里面时，也无需从叠摞单元流出时在平行于薄膜的平面中改变方向。因为在平行于薄膜的平面中不发生或者至少减少方向变化，因此通过加湿装置的流阻也降低。

所述流体孔位于外部的支承框架里面，其中由于用于进气和排气的流体路径角度错开地布置，所述叠摞单元在相互间角度错开地布置的侧面上被进气和排气通流。这易于连接在管道系统或流体系统上。

原则上可以使进气流以及排气流的至少一流体孔分别完全或部分地只加入到一个支承框架里面。例如不仅用于进气流的流入孔而且流出孔都加入到一个支承框架里面，而不仅用于排气流的流入孔而且流出孔都可以加入到第二支承框架里面。但是原则上也能够实现这样的结构，其中各不同的支承框架也部分地限制进气流和/或排气流的至少一流体孔。

固定在两个支承框架之间的薄膜有利地形状锁合地夹紧在支承框架之间。在此，在第一支承框架上的第一形状锁合部件形状锁合地嵌接在第二支承框架上的第二形状锁合部件里面，其中所述薄膜夹紧在第一与第二形状锁合部件之间。在第一和第二支承框架上的形状锁合部件例如按照槽-榫原理构成并且包括在一个支承框架里面的槽，在其中嵌入另一支承框架上的凸起，其中所述薄膜被凸起夹紧在槽里面。最好在支承框架中的两个对置侧面上以相同的方式实现薄膜夹紧。在角度错开的侧面部位上所述薄膜适宜地同样形状锁合地夹紧在支承框架之间，优选以相同的方式。通过在支承框架上的角度错开的侧面上不同地定位流体孔实现在薄膜顶面或底面上入流薄膜。通过形状锁合的夹紧也适宜地实现流体密封的密封。

位于上下的支承框架有利地形状锁合地相互连接。优选在平行于薄膜平面或者支承框架平面的两个方向上实现所述形状锁合。也可以在正交于薄膜或支承框架的平面的方向上实现这种形状锁合地相互连接，例如通过位于上下的支承框架具有错开设置的幅带，它们在正交方向上反卡。在支承框架之间尤其在正交方向上的形状锁合的连接必要时可以由此建立，使相互错开设置的幅带通过由附加零部件构成的形状锁合部件连接。所述形状锁合部件例如是长形体、例如杆或类似部件，它定位在错开设置的幅带之间的平面或平行于薄膜的平面里面。

也可以通过第一支承框架的定位钩和第二支承框架上的从属定位空隙建立所述形状锁合，其中所述定位钩嵌入到从属的定位空隙里面。所述定位钩优选可弯曲地构成并且可以在嵌入过程期间弹性地弯曲并且在完成嵌入以后再返回到其初始位置，由此可靠地排除支承框架彼此无意地松开。

按照另一适宜的实施例，所述薄膜支承在支承格栅上，它赋予薄膜附加的稳定性。所述支承格栅固定在一个支承框架上并且必要时可以与支承框架一体地构成。但是也可以考虑所述支承格栅由与支承框架分开构成的零部件构成，它与支承框架连接或者夹紧在两个支承框架之间。

附图说明

其它优点和适宜的实施例由其它权利要求、附图描述和附图给出。附图示出：

图1  用于燃料电池的加湿装置俯视图，具有外壳，在其中容纳叠摞单元，后者具有多个上下叠摞的透水蒸气的薄膜，

图2  加湿装置的叠摞单元立体图，具有多个上下叠摞的支承框架，在其间分别设置透水蒸气的薄膜，

图3  叠摞单元在第一平面中的剖面图，

图4  叠摞单元在另一平面中的剖面图，

图5  叠摞单元侧面部位的放大图，具有相互间形状锁合连接的支承框架，

图6  叠摞单元侧面部位的另一实施例，具有形状锁合连接的支承框架。

在附图中相同的零部件配有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出用于燃料电池的加湿装置1，通过它输送富含水分的新鲜空气到燃料电池，新鲜空气具有最少水分。加湿装置1在外壳2里面具有可更换安装的套件3，它用于使在废气流中含有的水分传递到输送到燃料电池的干燥的新鲜空气流。套件3具有叠摞单元，后者具有许多上下叠摞的、透水的薄膜。

加湿装置1的外壳2配有进气通道或新鲜空气通道4，通过它引入环境空气作为新鲜空气。进气通道4包括位于套件3上游的输入段4a以及位于套件下游的排出段4b。

与进气通道4以90°角错开地使外壳2配有排气通道5，通过它使富含水分的燃料电池排气穿过套件导引。排气通道5具有位于套件3上游的输入段5a和位于套件下游的排出段5b。

进气流6和排气流7对应于通道4和5的取向以90°角交叉，但是空气流6和7在套件3内部由透水的薄膜分开，所述薄膜仅仅允许以高水分加载的排气流7在干燥的进气流6上交换水。

在图2中示出叠摞单元8，具有两个位于上下的支承框架9和10，在其间夹紧透水蒸气的薄膜。向上和向下连接其它支承框架，其中总是分别在两个上下叠摞的支承框架之间设置薄膜。如同通过箭头6和7所示的那样，通过交叉实现通流叠摞单元8，进气流6和排气流7相互间以90°角延伸。在支承框架9和10的外侧面上分别存在许多形状锁合部件，通过它们使支承框架不仅在支承框架或薄膜的平面中、而且也在与其正交的方向上形状锁合地固定，该方向同时是支承框架9和10的装配方向或叠摞方向。

在图3和4中分别示出叠摞单元8的剖面图，其中剖面位于不同的、相互垂直的平面。在图3中示出进气流6，在图4中示出排气流7，分别沿着薄膜12，其中进气流6和排气流7在薄膜12的对置侧面上以及相互间正交地延伸。在按照图3和4的视图中进气流6在薄膜12下方延伸，排气流7在薄膜12上方延伸。在图3和4中还示出支承格栅11，它同样固定在支承框架上或者支承框架之间，并且附设薄膜。支承格栅11赋予薄膜附加的稳定性。支承格栅11可以与支承框架一体地构成；但是也可以考虑由独立的零部件构成，它固定在支承框架上或者夹紧在两个支承框架之间。

薄膜12夹紧在两个支承框架9与10之间。为此形状锁合部件位于支承框架9,10的边缘部位，形状锁合部件由槽13和凸起14构成，其中凸起14嵌入到槽13里面，同时夹紧位于其间的薄膜12。在每个支承框架9,10上分别存在槽13以及凸起14，其中一个支承框架上的凸起14嵌入到另一对置的支承框架上的槽13里面。槽13和凸起14环绕地构成，由此给出由薄膜12撑开的内室与环境的流体密封的密封。

在支承框架9,10上可以成形导引筋15,16，它们支承支承格栅11或薄膜12。

在支承框架9,10的侧面部位里面形成流体孔17以及18，通过它们进气流6流入到叠摞单元8里面以及排气流7从叠摞单元流出。流体孔17和18不仅分别位于流入侧，而且位于流出侧。流体孔17和18至少接近平行于薄膜12的平面延伸，由此不仅在入流时对于通流叠摞单元而且对于排流无需或者只需很少的用于进气流和排气流的方向改变。

在图5中示出在上下叠摞的支承框架9与10之间形状锁合的连接。在边缘部位支承框架9,10分别具有幅带9a,9b,10a,10b，其中幅带9a,10a错开地设置并且伸进到相邻支承框架的平面里面。幅带9b,10b具有滞留带的功能。在装配状态由此在正交或装配方向19得到滞留带10b穿过幅带9a反卡。在倒钩中作为附加的、独立构成的形状锁合部件20使用杆或类似部件，由此排除支承框架9和10在装配方向19上松开。为了拆卸必须首先去掉形状锁合部件20，接着可以相互松开支承框架9和10。

在图6中示出在支承框架9与10之间的另一形状锁合的连接。在装配方向19上在支承框架上形成定位钩21，它可弯曲地构成。对定位钩21分别在另一支承框架上附设定位空隙22，在其中在装配状态定位地嵌入定位钩21。为了建立形状锁合的定位连接可以使定位钩21弹性地弯曲。在定位钩21上并且在定位空隙22里面可以构成起动斜面，它们在相互嵌接过程时产生定位钩21的一定的弯曲运动，直到这个定位钩已经达到其最终的定位位置，并且由于其固有弹性再占据初始位置，在该位置建立定位连接。

Claims (12)

1.一种尤其用于燃料电池的加湿装置，具有至少一叠摞单元（8），它含有多个透水蒸气的薄膜（12），它们平行且相互间隔地设置，其中所述薄膜（12）在两个上下叠摞的支承框架（9,10）之间延伸并且在边缘夹紧在支承框架（9,10）之间，其特征在于，在两个支承框架（9,10）之间在薄膜（12）侧面上延伸进气流路径并且在薄膜（12）的对置侧面上角度错开地延伸排气流路径，其中，进气流路径的流体孔（17）和排气流路径的流体孔（18）由支承框架（9,10）限制并且平行于薄膜（12）平面延伸。

2.如权利要求1所述的加湿装置，其特征在于，在一支承框架里面不仅加入进气流路径的流体孔（17）而且加入排气流路径的流体孔（18）。

3.如权利要求1所述的加湿装置，其特征在于，所述进气流路径的流体孔（17）加入到第一支承框架（9）里面，并且所述排气流路径的流体孔（18）加入到第二支承框架（10）里面。

4.如权利要求1或2所述的加湿装置，其特征在于，所述薄膜（12）形状锁合地、尤其按照槽-榫原理夹紧在支承框架（9,10）之间。

5.如权利要求1至3中任一项所述的加湿装置，其特征在于，所述进气流路径和排气流路径相互间以90°角度错开地设置。

6.如权利要求1至4中任一项所述的加湿装置，其特征在于，位于上下的支承框架（9,10）形状锁合地相互连接，尤其在正交于薄膜（12）平面的方向。

7.如权利要求5所述的加湿装置，其特征在于，所述位于上下的支承框架（9,10）具有错开设置的幅带（9a,9b,10a,10b）并且所述形状锁合部件（20）沿着错开的幅带（9a,9b,10a,10b）延伸。

8.如权利要求5或6所述的加湿装置，其特征在于，在一支承框架（9,10）上的可弯曲的定位钩（21）嵌入到第二支承框架（10）中的从属定位空隙（22）里面。

9.如权利要求1至7中任一项所述的加湿装置，其特征在于，所述薄膜（12）支承在支承格栅（11）上，它固定在支承框架（9,10）上。

10.如权利要求8所述的加湿装置，其特征在于，所述支承格栅（11）与支承框架（9,10）一体地构成。

11.如权利要求1至9中任一项所述的加湿装置，其特征在于，所述加湿装置（1）具有外壳（2），在其中安装至少一叠摞单元（8）。

12.一种燃料电池，具有如权利要求1至10中任一项所述的加湿装置（1）。