CN104934618B - 例如用于燃料电池的加湿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及例如用于燃料电池的加湿装置,加湿装置具有至少一层透水的织物层,沿着该织物层在相对而置的侧部处引导带有更高的湿气含量的气流和带有更低的湿气含量的气流。亲水的附加层在带有更高的湿气含量的气流的侧部上置于织物层之前。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前续部分所述的例如用于燃料电池的加湿装置。
背景技术
在文献DE 10 2009 034 095 A1和EP 1 261 992 B1中说明了用于燃料电池的加湿装置,该加湿装置具有多个相叠的薄膜,其隔开用于穿引潮湿的和干燥的空气的流动通道。水分子通过薄膜从潮湿的空气流侵入至干燥的空气流,其因此积聚湿气。作为潮湿的输入空气流可使用燃料电池的排气,其湿气通过薄膜传输给新鲜空气流,将新鲜空气流输送给燃料电池系统的输入部,以便在电化学的反应中产生电流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单建造的加湿装置,利用其可以高效的方式将湿气从潮湿的气流传输给干燥的气流,其中,这些气流彼此隔开。
根据本发明,该目的利用权利要求1的特征实现。从属权利要求给出适宜的改进方案。
借助根据本发明的加湿装置可将湿气从带有更高的湿气份额的气流传输给带有更低的湿气份额的气流。气流尤其为空气流。加湿装置例如用于燃料电池,在其中以电化学的方式产生电流。在此,将在加湿装置中积聚湿气的空气输送给燃料电池的输入部。带有相对很高的湿气含量的排出空气在输出侧离开燃料电池;排出空气被引导通过加湿装置,在其中将湿气交付给引向的新鲜空气流。
加湿装置还可使用在其他的技术领域中,例如用于加湿在封闭的室内或例如在飞机中的舱房中的呼吸空气。
根据本发明的加湿装置具有作为在不同的湿气含量的气流之间的分隔层的织物层。织物层可具有天然纤维,例如棉纤维,并且在与潮湿的气流时膨胀。由此一方面实现分开气流,另一方面可将从带有更高的湿气含量的气流吸收的湿气传输给带有更低的湿气含量的气流。因此,织物层除了在气流之间的湿气传输之外还引起密封的分隔的功能,以便防止气流的混合。由此保证仅仅传输湿气,然而并未在流之间传输气体。
在气流之间设置织物层提供了一种用于实现加湿装置的简单、成本有利的可行性方案。在此,织物层原则上引起和薄膜相同的功能。
附加层在带有更高的湿气份额的气流的侧部上直接置于织物层之前。附加层(其有利地平行于织物层并且至少近似在相同的面积上延伸)具有亲水的特性并且与织物层分开地实施。附加层具有缓存的功能,其在短时间内从带有更高的湿气份额的气流中吸收湿气并且可将湿气由于其直接邻接织物层的位置直接转递给织物层。这实现缩短需要的持续时间,即,织物层吸收湿气和膨胀且因此使两个气流彼此分开,以及将吸收的湿气交付给干燥的气流。持续时间–系统的停机时间–可通过在潮湿的气流的侧部上前置亲水的附加层显著缩短。
附加层可在其物理特性方面与织物层不同。尤其可行的是,为附加层设置不同于用于织物层的材料。因此,附加层例如具有合成纤维,例如胶粘纤维,其中,附加层或者完全包括一种合成材料或包含不同的合成材料(例如胶粘纤维和其他的塑料)的混合物或合成材料和天然纤维的混合物。有利地,附加层具有比织物层更显著的亲水的特性,以便保证从气流中尽可能快地吸收湿气以及将其交付给织物层。湿气的吸收在亲水的附加层中比在织物层中进行得更快,从而以高效的方式在附加层中从气流中吸收湿气。由于紧密的接触,湿气从附加层迅速地传输到织物层上。
湿气传输可通过使用附加层(在其中纤维具有优选方向(Vorzugsrichtung))加速。同样,使用带有非圆形截面的纤维(例如三叶形或五叶形的(tri-或pentalobale)纤维)是有益的,其中,纤维形状本身形成通道,通过其可将水更快地且定向地导引至织物层。
附加层必要时可完全或分区段地与织物层接触。在在附加层与织物层之间带有间距的情况下,其如此小地来分配,即,湿气可高效地从附加层传输到织物层上。
有利地,附加层仅仅点状或分区段地与织物层连接。通过连接提供带有关联的附加层和织物层的多层结构。同时保证在湿气从附加层传输到织物层上时没有或至少没有显著地由于连接部位产生限制。点状或分区段的连接例如通过结合(尤其超声波结合或热结合)实现。但还考虑其他的连接可能性,尤其机械的连接方式(例如缝合)或化学的连接(例如点状或分区段的粘接)。
此外,可使附加层和织物层仅在边缘区域中彼此连接,从而中间的区域没有连接部位。但还可在中间的区域中在附加层织物层之间设置连接部位,然而,在其之间存在没有连接的自由区段,以便可保证在层之间的所期望的湿气传输。
因为附加层并未得到在气流之间的分隔的功能,所以可使用用于附加层的轻的织物,其具有的单位面积重量例如在30g/m2与70g/m2之间。与此相应地,织物层可具有更高的单位面积重量。有利地,附加层的厚度小于织物层的厚度。
不仅考虑包括织物层和附加层的多层结构的平坦的实施方案,而且考虑非平坦的实施方案。在平坦的实施方案中,多层结构的不同的层相应处在一个平面中并且彼此平行地取向。在非平坦的实施方案中,不仅可实现弯曲的或波浪状的实施方案,而且可实现折叠的实施方案;在非平坦的实施方案中,织物层和附加层同样有利地彼此平行。
多层结构具有至少一层附加层,其在潮湿的气流侧上贴靠在织物层处。但还可设置多层附加层,然而其优选所有地处在潮湿的气流侧上。
附加层必要时可构造为包含超级吸收纤维的无纺布,其在湿气渗入的情况下迅速膨胀,由此实现气密性和分隔气流。
附图说明
可由其他的权利要求、附图说明和附图得悉其他的优点和适宜的实施方案。其中:
图1显示了用于燃料电池的加湿装置,加湿装置带有插入壳体中的芯筒(Kartusche),其含有多个彼此平行布置的透水的织物层,该织物层在不同的侧部上由带有不同量的湿气含量的气流流过,
图2显示了带有织物层和附加层的平坦的多层结构的示意性的图示,
图3显示了折叠的多层结构的图示。
具体实施方式
在图1中显示了用于燃料电池的加湿装置1,通过其将积聚有湿气的新鲜空气(其具有最低湿度)输送给燃料电池。加湿装置1在壳体2中具有芯筒3,其用于将包含在排气流7中的湿气传输给干燥的新鲜空气流6,新鲜空气流6被输送给燃料电池。芯筒3具有堆叠单元,其带有多层相叠堆叠的透水的织物层,织物层相应隔开带有不同量的湿气含量的空气流6、7。织物层使空气流彼此分开并且同时实现在空气流6、7之间的湿气交换,从而干燥的新鲜空气流6吸收潮湿的排气流7的湿气。
加湿装置1的壳体2设有新鲜空气通道4,经由其引导作为新鲜空气流6的环境空气。新鲜空气通道4包括在芯筒3上游的供给区段4a以及在芯筒下游的引出区段4b。
相对于新鲜空气通道4错位90°角,壳体2设有排气通道5,通过其将燃料电池的积聚有湿气的排气作为排气流7引导通过芯筒。排气通道5具有在芯筒3上游的供给区段5a和在芯筒下游的引出区段5b。
新鲜空气流6和排气流7相应于通道4和5的取向以90°角度交叉,然而,在芯筒3内的空气流6和7由透水的织物层分开,其仅仅允许以很高的湿气加载的排气流7的水置换到干燥的新鲜空气流6上。
两个气流的布置可以不同于在附图中显示的90°的角度的角度实现,例如作为在逆流中的布置方案以在两个气流之间的角度为180°来实现,或实现其他的有利的实施方案。
在图2中以单个图示显示了织物层9,其为多层结构8的组成部分,此外附加层10属于多层结构8。带有织物层9和附加层10的多层结构8平坦地来构造,织物层9和附加层10直接彼此贴靠。织物层9(其与附加层10一起使排气流7与新鲜空气流6分开)可包括天然纤维材料,例如棉。织物层9在吸收湿气的情况下开始膨胀,由此实现在气流6与7之间的密封性。同时,织物层9从潮湿的排气流7吸收湿气,其被交付给干燥的新鲜空气流6。
附加层10位于织物层9的面向潮湿的排气流7的侧部上。附加层10有利地包括合成纤维(例如胶粘纤维(Viskose))或不同合成材料的纤维的混合物。附加层10适宜地比织物层9构造得更薄且优选具有的单位面积重量为30g/m2至70g/m2。
附加层10具有很强的亲水的特性并且可在短时间内从排气流7吸收湿气。因此,在织物层9的面向排气流7的侧部处出现相对很高的水浓度,这引起在织物层9中快速地吸水。由此总地支持水吸收到织物层9中和织物层的膨胀。与此相应地,还实现在更短的时间内分离气流以及将湿气交付给干燥的新鲜空气流6。
附加层10经由单独的连接部位11与织物层9连接,例如通过超声波结合或热结合。连接部位11仅仅点状地来构造或关于层9和10的总面积在仅仅很小的面积上延伸,以便并未妨碍湿气从附加层10转移到织物层9上。
在图3中示出了带有多层结构8的另一实施例,其包括织物层9和亲水的附加层10。基本的构造和特性相应于根据图2的实施例的构造和特性。然而,根据图3,多层结构8并非平坦地来构造,而是折叠状地来构造,其中,织物层9和亲水的附加层10在所有的折叠区段中彼此平行。
Claims (10)
1.一种用于燃料电池的加湿装置,带有布置在壳体(2)中的至少一层透水的织物层(9),沿着织物层(9)在相对而置的侧部处相应引导带有更高的湿气份额的气流(7)和带有更低的湿气份额的气流(6),其特征在于,分开实施的亲水的附加层(10)在带有更高的湿气份额的气流(7)的侧部上直接置于织物层(9)之前,其中所述附加层(10)与所述织物层(9)点状或分区段地相连接,其中所述织物层具有天然的纤维并且在与潮湿的气流接触时膨胀,并且所述附加层具有合成纤维并且具有比所述织物层更显著的亲水的特性。
2.根据权利要求1所述的加湿装置,其特征在于,所述附加层(10)通过结合与所述织物层(9)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的加湿装置,其特征在于,所述附加层(10)含有胶粘纤维。
4.根据权利要求1或2所述的加湿装置,其特征在于,所述附加层(10)实施为合成纤维混合物。
5.根据权利要求1或2所述的加湿装置,其特征在于,所述附加层(10)具有30g/m2至70g/m2的单位面积重量。
6.根据权利要求1或2所述的加湿装置,其特征在于,所述附加层(10)具有带有通道结构的纤维。
7.根据权利要求1或2所述的加湿装置,其特征在于,所述附加层(10)具有带有优选方向的纤维。
8.根据权利要求1或2所述的加湿装置,其特征在于,所述织物层(9)含有棉。
9.根据权利要求1或2所述的加湿装置,其特征在于,带有所述织物层(9)和所述附加层(10)的多层结构(8)平坦地来构造。
10.根据权利要求1或2所述的加湿装置,其特征在于,带有所述织物层(9)和所述附加层(10)的多层结构(8)折叠地来构造。
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