CN106964241A - 用于在加湿器中使用的多部件介质 - Google Patents

Abstract

公开一种适合用于在加湿器中使用的介质。所述介质是由两个部件组成的水蒸气交换介质。一个部件是用于水蒸气交换的非纺织网。第二部件包括低熔点聚合物纤维，例如聚丙烯非纺织网。第二部件密封第一部件，阻止通过介质的气体交换。所述介质适合用于加湿器部件，例如在燃料电池系统中使用的加湿器部件。

Description

用于在加湿器中使用的多部件介质

技术领域

本发明涉及用于在加湿器中使用的多部件介质，例如用于燃料电池。

背景技术

在DE102009034095A1和EP1261992B1中，用于燃料电池的加湿器被描述为具有多个叠加膜，所述多个叠加膜分开用于运送湿和干空气通过的流动通道。水分子穿过膜从湿空气流到达干空气流，所述干空气流因此富含水分。燃料电池的废气可以被用作湿的入流空气流；所述废气的水分通过膜输送进入新鲜空气流，所述新鲜空气流随后被送至燃料电池系统入口，从而在电化学反应中产生电流。

发明内容

期望提供具有经济性设计的加湿器，通过所述经济性设计，水分能以高效的方式从湿空气流输送到干空气流，其中，气体流互相分开。

此外，期望提供具有将水分高效地输送到干空气流同时限制气体输送到干空气流的加湿器。

在一个实施例中，加湿器包括输送片材、多个第一通道和多个第二通道。输送片材包括具有多个部分的可渗透材料和多层衬隔材料。多个第一通道被构造为允许在第一方向的空气流并阻止在不同于第一方向的第二方向的空气流。多个第二通道被构造为允许在第二方向的空气流并阻止在第一方向的空气流。加湿器包括一堆交替的第一通道和第二通道，所述第一通道被构造为将液体从在至少一个第一通道中流动的空气输送到在至少一个第二通道中流动的空气。第一通道通过将输送片材的第一部分折叠到输送片材的第二部分下方并在其中设置一层衬隔材料形成。第二通道通过将输送片材的第三部分折叠到输送片材的第二部分上方并在其中设置一层衬隔材料形成。

在一个实施例中，制造加湿器元件的方法包括设置包括具有多个部分的可渗透材料的输送片材。输送片材的第一部分被折叠到输送片材的第二部分下方。在输送片材的第一部分和输送片材的第二部分之间设置一层衬隔材料。输送片材的第一部分的边缘被密封到输送片材的第二部分的边缘以形成第一通道，所述第一通道被构造为允许在第一方向的空气流并阻止在不同于第一方向的第二方向的空气流。输送片材的第三部分被折叠到输送片材的第二部分上方。在输送片材的第二部分和输送片材的第三部分之间设置一层衬隔材料。输送片材的第三部分的边缘被密封到输送片材的第二部分的边缘以形成第二通道，所述第二通道被构造为允许在第二方向的空气流并阻止在第一方向的空气流。

从下文实施例的详细描述中将会更加充分理解本发明的这些和其他特征和目标，所述实施例的详细描述应该根据附图阅读。

在这个意义上，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，需要理解的是，本发明在其应用中不限制于在描述中阐述或在附图中说明的构造细节和部件布置。本发明能够有其他实施例并能够以各种方法实行和实施。还需要理解的是，这里应用的用词和术语以及摘要是用于描述的目的，不应该被看作是限制。

如此，本领域技术人员将会领会的是，本公开基于的构思可以易于使用为设计其他用于实施本发明的几个目的的结构、方法和系统的基础。因此重要的是，权利要求被视为包括此种等效的构造，只要其不偏离本发明的精神和范围即可。

在第一实施例中，用于在加湿器中使用的多部件介质包括具有多个股线的至少一层吸收材料，其中，吸收材料包括吸收液体的纤维材料。进一步地，介质具有带有第一侧和第二侧的至少一层非吸收材料，其中，至少一层非吸收材料包括对液体和气体不可渗透的材料。吸收材料连接到非吸收材料的第一侧，从而多个股线中的至少一个股线穿过非吸收材料到达非吸收材料的第二侧。多个股线中的至少一个股线将液体材料从非吸收材料的第一侧输送至非吸收材料的第二侧。

根据多部件介质的另一个实施例，至少一层非吸收材料形成屏障，所述屏障构造为阻止在非吸收材料的第一侧和非吸收材料的第二侧之间输送任何材料，除了通过至少一个股线输送的液体材料。

此外，水分经由毛细作用通过至少一个股线输送是可能的。

在又一个实施例中，吸收材料包括非纺织纤维材料。

根据优选的实施例，吸收材料包括原纤维棉、木质纸浆、天然吸收纤维材料和掺入另一种纤维材料的吸收材料中的至少一个。

此外，又一个实施例预见，多部件介质具有至少两层吸收材料，其中至少一层非吸收材料设置在吸收材料的第一层和吸收材料的第二层之间，多部件介质构造为从第一材料的第一层向第一材料的第二层输送。

在可替代的实施例中，多部件介质可以包括至少两层非吸收材料，其中至少一层吸收材料设置在非吸收材料的第一层和非吸收材料的第二层之间，其中多部件介质构造为从非吸收材料的第一层的一侧向非吸收材料的第二层的一侧输送液体。

在另一个可替代实施例中，多部件介质还包括至少两层吸收材料和至少两层非吸收材料。

非吸收材料可以包括聚合物材料。

例如根据本发明的多部件介质可以在加湿器中设置。加湿器可以在燃料电池系统、全房屋加湿系统、工业加湿系统和房间加湿系统中的至少一个中设置。

最后，至少一层非吸收材料阻止颗粒物通过多部件介质是可能的。

附图说明

这里描述的附图仅用作所选实施例的说明目的，而非用作所有可能的实施方式的说明目的，并且不是为了限制本公开的范围。

图1是加湿器的透视图；

图2是包括可渗透膜的介质的透视图；

图3是介质和衬隔材料的透视图；

图4a是用于密封在其间具有衬隔材料的折叠介质的两个边缘的第一实施例的透视图；

图4b是用于密封在其间具有衬隔材料的折叠介质的两个边缘的第一实施例的另一个透视图；

图4c是用于密封在其间具有衬隔材料的折叠介质的两个边缘的第一实施例的另一个透视图；

图5是说明介质如何折叠以及如何设置衬隔材料以形成加湿器芯部的透视图；

图6是加湿器芯部的透视图；

图7是示出湿空气流和干空气流的加湿器芯部的透视图；

图8说明了用于形成包括可渗透膜的介质的一个实施例；

图9是介质的一个实施例的分解图；

图10说明了用于形成包括可渗透膜的介质的另一个实施例；和

图11是介质的另一个实施例的分解图。

对应的附图标记贯穿附图的几张视图指示对应的部分。

具体实施方式

现在将参考附图更充分地描述示例实施例。

提供示例实施例，从而本公开将是详尽的并充分地向本领域技术人员传达范围。许多特定的细节（例如特定部件、装置和方法的例子）被阐述，从而为本公开的实施例提供彻底的理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要应用特定的细节，示例实施例可以用许多不同的形式实施，而且两者都不应该被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术将不被详细描述。

图1说明了用于燃料电池的加湿器1，富含水分的新鲜空气通过所述加湿器运送至燃料电池，所述新鲜空气具有最低湿度水平。在壳体2中，加湿器1具有用于将废气流7含有的水分输送到干空气流6的盒子3，所述干空气流被运送至燃料电池。盒子3具有堆叠单元，所述堆叠单元具有一个堆叠在另一个上面的大多数透水织物层，每个将不同水分含量的空气流6、7分开。织物层将空气流互相分开，同时允许空气流6、7之间的水分交换，从而干新鲜空气流6从湿废气流7吸收水分。

加湿器1的壳体2设置有新鲜空气通道4，环境空气通过所述新鲜空气通道被作为新鲜空气流6引入。新鲜空气通道4包括在盒子3上游的运送部分4a和在盒子下游的流出部分4b。

壳体2设置有废气通道5，所述废气通道相对于新鲜空气通道4以90度角度偏移，燃料电池的富含水分的废气通过所述通道作为废气流7被引导通过盒子。废气通道5具有在盒子3上游的运送部分5a和在盒子下游的流出部分5b。

新鲜空气流6和废气流7根据通道4和5以90度角度排列而相交；然而，在盒子3中的空气流6和7被透水织物层分开，所述透水织物层仅允许从具有高水分含量的废气流7到干新鲜空气流6的水交换。

两股气流可以在不同于附图中示出的大体上90度的角度布置，例如对流布置，在两股气流之间的角度大体上180度，或者其他有利的设计。

图2说明了在壳体2的盒子3中使用的介质20（见图1）。介质20包括可渗透膜。在装配之前将膜切割成特定的形状能够将电池加湿器芯部合适地折叠以产生交替流动通道。沿着折叠线22（在图中以虚线指示）折叠所述部分，在每个部分之间设置衬隔材料30，使用活页24形成边缘。这在图3中进一步说明。交替的流动通道是在彼此相邻的流动道路中的湿空气和干空气的交替通道。这允许将水分从湿空气输送至干空气。

图3说明了使用介质20的燃料电池加湿器芯部，包括可渗透膜201和起褶的纺粘塑料衬隔材料30，通过一系列折叠和边缘密封过程产生加湿器芯部元件。介质20的部分1沿着折叠线22a折叠到介质的部分2下方，在部分a和部分b之间设置一层衬隔材料30。部分c沿着折叠线22b折叠到部分2上方，在部分b和部分c之间设置另一层衬隔材料。此过程对于所有部分（d到n）重复，直到形成期望大小的加湿器芯部。这在图5中进一步示出。

介质20的可渗透膜201一旦液体饱和时就密封，允许液体从湿通道输送到干通道，而不允许气体在湿通道和干通道之间的输送。衬隔材料30可以是适合于在层间产生期望的间隔而不会扰乱通道中空气流动的任何材料。例如，衬隔材料可以是塑料材料或者弹性体。

图4a到4c说明了用于密封通道边缘的多种方法。在图4a中，热量和压力被应用到捕获可渗透膜201的两侧的折痕的开放端部和衬隔材料30的一部分。所述热量和压力导致衬隔材料结合到可渗透膜的两侧，形成密封边缘9。

在图4b中，密封材料11（例如胶水或环氧树脂）的液滴在折叠膜201之前应用到折痕的开放边缘。膜201被折叠过去，压力被应用到膜的两侧。当密封材料凝固或干时，形成密封边缘。

在图4c中，密封边缘9通过缝合过程形成。使用针12和线121密封膜的两侧，同时将衬隔材料30的一部分固定到膜201。

尽管三种形成密封边缘9的方法被示出，任何合适的密封边缘的方法可以被使用。例如，所述边缘可以通过使用其他已知的紧固技术（比如用钉书钉钉住或应用热熔性胶黏剂）密封。

图5说明了制造加湿器芯部8的方法。所述方法包括设置介质20作为输送片材，所述输送片材包括具有多个部分的可渗透材料。输送片材的第一部分a被折叠到输送片材的第二部分b下方。在输送片材的第一部分a和输送片材的第二部分b之间设置一层衬隔材料30a。输送片材的第一部分a的边缘被密封到输送片材的第二部分b的边缘以形成第一通道，所述第一通道被构造为允许第一方向的空气流并阻止不同于所述第一方向的第二方向的空气流。输送片材的第三部分c被折叠到输送片材的第二部分b的上方。在输送片材的第二部分和输送片材的第三部分之间设置另一层衬隔材料30b。输送片材的第三部分的边缘被密封到输送片材的第二部分的边缘以形成第二通道，所述第二通道被构造为允许第二方向的空气流并阻止第一方向的空气流。此过程对于可渗透输送片材的剩余部分重复，从而形成加湿器元件。当衬隔材料是起褶的片材时，交替层30a和30b设置有在大体上垂直于相邻层的褶的方向的方向延伸的褶。

此方法的优势是可以设置不同大小的可渗透输送介质，导致加湿器元件具有不同尺寸。选择部分的数目以获得期望数目的通道。通道越多，流体从湿空气流到干空气流的输送速率越高。

图6说明了完成的加湿器芯部8的多个视图。加湿器芯部8包括在第一方向或者第二方向具有密封边缘9的交替通道40、42。密封边缘9阻止特定方向的气体流。这使奇数通道40能够允许在一个方向的气体流，使偶数通道42能够允许在垂直于第一方向的第二方向的气体流。相应地，奇数通道仅允许干空气流，偶数通道允许湿空气流。可替代地，奇数通道仅允许湿空气流，偶数通道仅允许干空气流。此特征在图7中说明。

图7示出，奇数通道40允许空气在通过箭头50指示的第一方向流动，同时偶数通道42允许空气在通过箭头52指示的第二方向流动。第一方向大体上垂直于第二方向。如果在第一方向的空气流是“湿”空气且在第二方向的空气流是“干”空气，输送片材将水分从湿空气输送至干空气。

输送片材可以包括任何允许流体或流体蒸汽输送同时阻止气体或空气输送的材料。一些合适的介质和制造所述介质的方法在下文中描述。

在一个实施例中，输送片材包括由两个部件组成的水蒸气交换介质。第一部件是用于水蒸气交换的非纺织网。例如，此材料可以是原纤维化纤维素材料、全天然材料（例如竹子）、或者木质纸浆、或者天然吸收性纤维。第二部件包括低熔点聚合物纤维（例如聚丙烯非纺织网）。第二部件可以是具有低于第一部件熔点的熔点的任何合适的材料。第二部件密封第一部件，阻止通过介质的气体或空气交换。

图8说明了制造两部件输送片材的方法。第二介质80的两个卷800设置有在两者之间设置的第一介质82的一个卷800。三层介质80、82通过缠绕纤维的缠绕机84。使用高压水喷流86缠绕纤维的水力缠绕机被示出。其他缠绕机（例如使用针或者高压气体喷流的机器）也可以被使用。缠绕导致第二材料的纤维被带到第二介质80的底部卷800的底部表面和第二介质80的顶部卷800的顶部层两者。缠绕介质通过加热器88（例如热滚筒），所述加热器加热缠绕介质，导致第二介质80的两层融化并在第一介质82的纤维周围密封。当完成的介质与液体或湿气体接触时，第一介质的纤维膨胀并像吸管一样起作用，允许液体在完成的介质之间通过“吸管”输送，同时阻止气体通过介质输送。

此动作在图9中说明。完成的介质具有干侧61和湿侧71。第一介质82的各“吸管”股线821经由毛细作用将流体从湿侧71输送至干侧61。第二介质80密封第一介质82，阻止空气或其他气体从完成的介质的湿侧71输送至干侧61。

图10说明了另一个实施例，其中第一介质82的两个卷800设置有在两者之间设置的第二介质80的一个卷800。在此实施例中，当材料的卷800通过缠绕机84时，第一介质82的两层从第二介质82的一侧连接到第二介质的另一侧。缠绕介质通过加热器88（例如热滚筒），所述加热器加热缠绕介质，导致第二介质的层融化并在第一介质的纤维周围密封。当完成的介质与液体或湿气体接触时，第一介质的纤维膨胀并像吸管一样起作用，允许液体在完成的介质之间通过“吸管”输送，同时阻止气体通过介质输送。

此动作在图11中说明。完成的介质具有干侧61和湿侧71。在湿侧71上的第一介质82吸收液体（例如水），并经由毛细作用通过各“吸管”股线821将液体输送至干侧61。第二介质80在“吸管”821周围密封，阻止空气或其他气体通过完成的介质输送。

尽管加湿器被描述为在燃料电池系统中设置，此处描述的加湿器可以在任何期望的加湿器系统中使用。例如，加湿器适合于全房屋加湿系统、工业加湿系统和房间加湿系统。

本发明的许多特征和优势从详细的说明中显而易见。因此，所附权利要求旨在覆盖本发明的所有落入本发明真实精神和范围内的此种特征和优势。进一步地，由于许多修改和变化对于本领域技术人员是容易发生的，不期望将本发明限制到说明和描述的确切构造和运行。相应地，所有合适的修改和等同物可以包含在本发明的范围内。

尽管本发明通过参考特定的实施例说明，对本领域技术人员显而易见的是，可以做出在明确落入本发明的范围内的各种改变和修改。本发明旨在在所附权利要求的精神和范围内被广泛地保护。

Claims (14)

1.用于在加湿器（1）中使用的多部件介质（20），包括：

具有多个股线（821）的至少一层吸收材料（82），其中，吸收材料（82）包括吸收液体的纤维材料；和

具有第一侧（801）和第二侧（802）的至少一层非吸收材料（80），其中，所述至少一层非吸收材料（80）包括对液体和气体不可渗透的材料；

其中，吸收材料（82）连接到非吸收材料（80）的第一侧，从而多个股线（821）中的至少一个股线（821）穿过非吸收材料（80）到达非吸收材料的第二侧；

其中，所述多个股线（821）中的至少一个股线（821）将液体材料从非吸收材料（80）的第一侧（801）输送至非吸收材料（80）的第二侧（802）。

2.如权利要求1所述的多部件介质（20），其中，至少一层非吸收材料（80）形成屏障，所述屏障构造为阻止在非吸收材料（80）的第一侧和非吸收材料（80）的第二侧（802）之间输送任何材料，除了通过至少一个股线输送的液体材料。

3.如权利要求2所述的多部件介质（20），其中，水分经由毛细作用通过至少一个股线（821）输送。

4.如权利要求1所述的多部件介质（20），其中，吸收材料（82）包括非纺织纤维材料。

5.如权利要求4所述的多部件介质（20），其中，吸收材料（82）包括原纤维棉、木质纸浆、天然吸收纤维材料和掺入另一种纤维材料的吸收材料中的至少一个。

6.如权利要求1所述的多部件介质（20），还包括至少两层吸收材料（82）。

7.如权利要求6所述的多部件介质（20），其中，至少一层非吸收材料（80）设置在吸收材料（82）的第一层和吸收材料（82）的第二层之间，多部件介质（20）构造为从第一材料的第一层向第一材料的第二层输送。

8.如权利要求1所述的多部件介质（20），还包括至少两层非吸收材料（80）。

9.如权利要求8所述的多部件介质（20），其中，至少一层吸收材料（82）设置在非吸收材料（80）的第一层和吸收材料（82）的第二层之间，其中，多部件介质（20）构造为从非吸收材料（80）的第一层的一侧向非吸收材料（80）的第二层的一侧输送液体。

10.如权利要求1所述的多部件介质（20），还包括至少两层吸收材料（82）；和至少两层非吸收材料（80）。

11.如权利要求1所述的多部件介质（20），其中，非吸收材料（80）包括聚合物材料。

12.如权利要求1所述的多部件介质（20），其中，多部件介质（20）设置在加湿器（1）中。

13.如权利要求12所述的多部件介质（20），其中，加湿器（1）在燃料电池系统、全房屋加湿系统、工业加湿系统和房间加湿系统中的至少一个中设置。

14.如权利要求12所述的多部件介质（20），其中，至少一层非吸收材料（80）阻止颗粒物通过多部件介质（20）。