CN111525157A - 加湿装置 - Google Patents

Abstract

构成能够抑制加湿部的温度变化的加湿装置。加湿装置具备：加湿部(11)，该加湿部将吸入的空气加湿；罩(12Sb)，该罩将加湿部覆盖，在加湿部(11)和罩(12Sb)之间具有空间(S)，该加湿装置还具备供给口(10b)，该供给口将在加湿部(11)被加湿后的加湿空气送出，空间(S)与供给口(10b)连通，通过加湿空气在空间(S)流通而能够将空间(S)内的空气作为隔热层而利用。

Description

加湿装置

技术领域

本发明涉及一种加湿装置。

背景技术

作为加湿装置，在专利文献1中表示了被夹入于两个端板中的多个燃料电池单体，并表示了在两个端板中的一方的外表面具备加湿装置(在文献中是加湿器)的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-60638号公报

发明要解决的问题

专利文献1所记载的加湿装置构成为安装于端板的外表面，并将加湿后的空气经由管路(在文献中是连接管)向燃料电池单元供给。

例如，向燃料电池单体供给的加湿空气需要规定的温度。特别是在加湿装置是容易散热的结构的情况下，由于伴随散热的温度下降而导致燃料电池单体的发电性能的下降。另外，像专利文献1所记载的那样经由管路供给加湿空气的结构中，由于需要用于管路的另外的部件，而导致部件数量的增大，此外由于需要用于进行管路的连接的工序，而存在改善的余地。

发明内容

根据这样的理由，需要一种能够抑制温度变化的加湿装置。

用于解决课题的手段

本发明的加湿装置的特征结构在于，具备：加湿部，该加湿部将吸入的空气加湿；以及罩，该罩将所述加湿部覆盖，在所述加湿部和所述罩之间具有空间，该加湿装置还具备供给口，该供给口将在所述加湿部被加湿后的加湿空气送出，所述空间与所述供给口连通，加湿空气在所述空间流通。

根据该特征结构，由于在加湿部和罩之间形成空间，因此该空间中的空气成为对在罩外部和加湿部之间的热传递进行抑制的隔热层，从而不会引起使加湿部的温度发生变化的不良情况。另外，能够使在加湿部被加湿后的加湿空气在加湿部和罩之间的空间流通并将该加湿空气送至供给口，从该供给口向外部送出。

因此，构成了能够抑制加湿部的温度变化的加湿装置。另外，根据该结构，能够抑制加湿部的温度变化，且抑制从供给口被送出的加湿空气的温度变化。

作为其他的结构，也可以是，构成所述加湿部的面中的与所述罩相对的面具有凹部，该凹部在所述空间中向所述加湿部侧凹陷。

由此，由于罩配置于加湿部中将凹部覆盖的位置，因此扩大了送出加湿空气的空间的容积，使被送至空间的加湿空气层的厚度增大，从而发挥良好的隔热功能。

作为其他的结构，也可以是，加湿装置还具备：吸入口，该吸入口将外部的空气吸入；阀机构，该阀机构对从所述吸入口吸入的空气的流动进行控制；以及旁通路径，该旁通路径使由所述阀机构控制的空气在所述供给口合流，所述阀机构构成为自由切换加湿位置、旁通位置和阻断位置，当所述阀机构处于所述加湿位置时，将流向所述旁通路径的空气的流动阻断，并将来自所述吸入口的空气向所述加湿部供给，当所述发机构处于所述旁通位置时，阻断从所述吸入口流向所述加湿部的空气的流动，并向所述旁通路径供给空气，当所述发机构处于所述阻断位置时，阻断来自所述吸入口的空气。

由此，通过将阀机构操作至加湿位置，能够将外部的空气向加湿装置供给，并将该在加湿装置被加湿后的加湿空气向供给口供给。另外，通过将阀机构操作至旁通位置，能够不将外部的空气向加湿装置供给，而送至旁通路径并向供给口供给。此外，通过将阀机构操作至阻断位置，能够构成不对供给口供给空气和加湿空气的任一种的状态。

作为其他的结构，也可以是，加湿装置还具备加湿口，该加湿口将在所述加湿部被加湿后的加湿空气送出，所述供给口在与形成于端板的吸气孔连接的状态下，被支承于所述端板，所述端板与所述加湿部相邻。

由此，不使用软管、管等的管路而将加湿空气从供给口向端板的吸气孔直接供给成为可能，从而抑制了加湿装置的部件件数的增大，组装也变得容易。

另外，作为其他的结构，也可以是以下的结构来实现上述的效果。即，能够通过构成为来自加湿部的加湿空气通过罩的内表面的隔热构造而被隔热，或者，构成为覆盖加湿部的罩与形成于端板的供给口连接，该供给口一体地形成于端板且该端板设置于燃料电池单元的端部。

附图说明

图1是表示燃料电池单元的气体的路径等的示意性的图。

图2是加湿装置的俯视图。

图3是加湿装置的主视图。

图4是表示对阴极气体进行加湿时的气体的流动的加湿装置的剖视图。

符号说明

1 端板

1a 吸气孔

10 加湿装置

10a 吸入口

10b 供给口

10e 旁通路径

11 加湿部

11a 凹部

12Sb 吸气第二罩(罩)

13 吸气控制阀(阀机构)

S 送出空间(空间)

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

(基本结构)

如图1所示，燃料电池单元FC构成为：在夹在两个端板1中的位置以层叠状态配置有多个燃料电池单体2，在一方的端板1的外表面具备加湿装置10。

该燃料电池单元FC表示是FCV(燃料电池汽车)所具备的燃料电池单元。虽然未图示，但是在燃料电池单元FC的两个端板1中，在与配置有加湿装置10的一侧相反的一侧的端板1的外表面具备对氢气(阳极气体)进行供给的氢供给部。

另外，在该燃料电池单元FC中，来自氢供给部的氢气(阳极气体)被向多个燃料电池单体2的阳极供给，在该供给的同时，外部的空气(以下称作阴极气体)被向多个燃料电池单体2的阴极供给，从而进行发电。

通过该反应，在燃料电池单体2的阴极的氧浓度降低，含有由反应产生的水分的空气(阴极废气)被排出。特别的，由于在阴极气体的反应是发热反应，因此阴极废气的温度上升。阴极废气所含有的水分的温度也上升。

如图1所示，吸入孔1a和排出孔1b形成于配置了加湿装置10的端板1，该吸入孔1a将阴极气体(外部的空气)向多个燃料电池单体2的阴极供给，该排出孔1b将反应后的空气(阴极废气)排出。

在该燃料电池单元FC中，为了能够利用阴极废气所含有的高温的水分，加湿装置10构成为如下的温度湿度交换型：加湿装置10从阴极废气摄入水分和热，并将像这样摄入的水分和热提供给阴极气体。后面将描述该温度湿度交换。

(加湿装置)

如图1-3所示，加湿装置10具备：将外气作为阴极气体而吸入的吸入口10a、将阴极气体向燃料电池单体2供给的供给口10b、接收从燃料电池单体2被排出的阴极废气的导入口10c以及将阴极废气排出的排出口10d。此外，从排出口10d被排出的阴极废气经由车辆的消音器等被向外部排出。

在该实施方式中，将图2、图3的右侧定义为加湿装置10的右侧(右部等)，并将其相反一侧定义为左侧(左部等)，将图2的下侧定义为加湿装置10的前侧(前部等)，并将其相反一侧(接近端板1的一侧)定义为后侧(后部等)，将图3的上侧定义为加湿装置10的上侧(上部等)，并将其相反一侧定义为下侧(下部等)，在以下的说明中，按照该定义来明确加湿装置10的各部的位置关系。

如图2-图4所示，加湿装置10将加湿部11收容于树脂制的外壳12，在外壳12的左外表面具备由三通阀构成的吸气控制阀13(阀机构的一例)，在外壳12的右外表面具备作为调压阀而发挥作用的排气控制阀16。

(加湿装置：加湿部)

虽然图中未详细表示，但是加湿部11构成为将多个加湿单元层叠。加湿单元具有水分保持膜，该水分保持膜的一方的面作为加湿面而发挥作用，另一方的面作为吸湿面而发挥作用，并且，该加湿单元具有将该水分保持膜在一对薄板状的分隔件之间以规定的间隔配置的结构。在该加湿单元中，在分隔件和水分保持膜之间加湿面露出的区域是加湿区域，在分隔件和水分保持膜之间吸湿面露出的区域是吸湿区域。

加湿部11及外壳12具有使得从吸入口10a吸入的阴极气体和从导入口10c导入的阴极废气不会混合的结构。

特别的，如图2-图4所示，加湿部11具有如下结构：以左右方向的中央作为边界，在左侧的块和右侧的块能够使气体在前后方向上流通。另外，在左侧的块中，阴极气体在前表面和后表面之间的加湿区域(多个加湿单元各自的加湿区域)流动，在右侧的块中，阴极废气在前表面和后表面之间的吸湿区域(多个加湿单元各自的吸湿区域)流动。另外，水分保持膜配置于横跨左侧的块和右侧的块的区域。

由此，通过向加湿部11的右侧的块供给阴极废气，阴极废气所含有的高温的水分被水分保持膜摄入，来自阴极废气的水分和热被去除(执行阴极废气的除湿和除热)。并且，通过向加湿部11的左侧的块供给阴极气体，水分保持膜所含有的高温的水分被提供给阴极气体，从而实现阴极气体的加湿和加热。

(加湿装置：吸气控制阀)

如图2-图4所示，吸气控制阀13将以第一阀轴芯X1为中心转动自如的第一阀芯13a(参照图4)内置于树脂制的主体内，并且吸气控制阀13具备主管路14，主管路14是与第一阀轴芯X1正交的姿势。该主管路14配置于将吸气控制阀13贯通的位置，吸入口10a形成于主管路14的一方的端部，供给口10b形成于主管路14的另一方的端部。虽然未在图中表示，但是在吸气控制阀13中，在吸气控制阀13的外表面具备使第一阀芯13a以第一阀轴芯X1为中心转动的电动机。

吸气控制阀13具备从主体将阴极气体送出的分支管路13b。另外，主管路14中，合流管路13c连接于供给口10b的附近。此外，由于主管路14配置于将吸气控制阀13贯通的位置，因此能够在将吸气控制阀13的第一阀芯13a操作至旁通位置(未图示)的情况下，不将来自吸入口10a的阴极气体(外气)向分支管路13b送出，而直接向供给口10b送出，该主管路14作为旁通路径10e而发挥作用。

该吸气控制阀13固定于加湿装置10的外壳12的外表面，输送阴极气体的分支管路13b焊接于外壳12的外表面，输送加湿了的阴极气体的合流管路13c通过焊接而连结于外壳12和主管路14之间。此外，在这些焊接部位，也可以代替焊接而用粘接来连接。

吸气控制阀13构成为：通过第一阀芯13a以第一阀轴芯X1为中心转动而自由切换加湿位置(图4所示位置)、旁通位置(未图示)和阻断位置(未图示)，当吸气控制阀13处于加湿位置时，阻断空气向旁通路径10e的流动，并将来自吸入口10a的阴极气体向加湿部11供给，当吸气控制阀13处于旁通位置时，阻断阴极气体从吸入口10a向加湿部11的流动，并将空气向旁通路径10e供给，当吸气控制阀13处于阻断位置时，阻断来自吸入口10a的空气。

根据这样的结构，在将吸气控制阀13操作至图4所示的加湿位置的情况下，阻断向旁通路径10e的流动，并从吸入口10a将外气作为阴极气体而吸入，经由分支管路13b向外壳12供给，进一步，使在加湿部11被加湿、加热后的阴极气体从合流管路13c向主管路14的后端侧合流，进一步，向供给口10b送出。

另外，在吸气控制阀13被操作至旁通位置的情况下，将从吸入口10a吸入的外气作为阴极气体在不加湿、加热的状态下直接送至供给口10b。即，使主管路14作为旁通路径10e而发挥作用。

并且，在吸气控制阀13被操作至阻断位置的情况下，阻断在吸入口10a的空气的吸入，并停止向供给口10b供给阴极气体。

(加湿装置：排气控制阀)

如图2-图4所示，排气控制阀16作为调压阀而发挥作用，将以第二阀轴芯X2为中心转动自如的第二阀芯16a(参照图4)内置于树脂制的主体内。该排气控制阀16具备将阴极废气送出的树脂制的排出管路17，排出口10d形成于该排出管路17的排出侧的端部。虽然未在图中表示，在排气控制阀16的外表面具备使第二阀芯16a以第二阀轴芯X2为中心转动的电动机。

另外，在外壳12的右侧面具备导入管路18，导入口10c形成于该导入管路18的后端部。并且，外壳12和排气控制阀16之间具备还原管路19。

在加湿装置10中，导入管路18与外壳12的外表面一体化(或者在一体成形后焊接等)，还原管路19焊接于排气控制阀16与外壳12之间，并且，排气控制阀16经由导入管路18和还原管路19被支承于加湿装置10的外壳12。

(加湿装置：罩等)

如图2-图4所示，加湿装置10的外壳12的前部是开放的，并具备将该开放部位覆盖的单一的闭塞部件(罩的一例)。该闭塞部件具有分别配置于外壳12的前部的左侧的下部位置和上部位置的吸气第一罩12Sa和吸气第二罩12Sb，并具有配置于外壳12的前部的右侧的下部位置和上部位置的排气第一罩12Ta和排气第二罩12Tb。

虽然该实施方式中表示了单一的闭塞部件具备四种罩的结构，但是例如，也可以代替使用单一的闭塞部件的结构，在外壳12的前部的左侧的下部位置和上部位置的位置具备吸气第一罩12Sa和吸气第二罩12Sb，在前部的右侧的下部位置和上部位置具备排气第一罩12Ta和排气第二罩12Tb。

如图2-图4所示，吸气第一罩12Sa和吸气第二罩12Sb的左端部从外壳12的左侧面向外方突出，分支管路13b连通于吸气第一罩12Sa的突出部，合流管路13c连通于吸气第二罩12Sb的突出部。

与此相同，排气第一罩12Ta和排气第二罩12Tb的右端部从外壳12的右侧面向外方突出，导入管路18连通于排气第一罩12Ta的突出部，还原管路19连通于排气第二罩12Tb的突出部。吸气第一罩12Sa、吸气第二罩12Sb、排气第一罩12Ta、排气第二罩12Tb在外壳12的前部彼此不连通。

吸气第一罩12Sa、吸气第二罩12Sb、排气第一罩12Ta以及排气第二罩12Tb的每一个都形成为向前侧的外方鼓出的形状，通过该成形而在内侧形成四个平缓凹陷的引导面(吸气第一引导面12Ga、吸气第二引导面12Gb、排气第一引导面12Ha、排气第二引导面12Hb)。

因此，如图4的下段所示，在吸气控制阀13被操作至图4所示的加湿位置的情况下，由吸入口10a吸入的阴极气体通过吸气控制阀13，从分支管路13b被供给至吸气第一罩12Sa的内部。然后，该阴极气体通过与吸气第一罩12Sa的内侧的吸气第一引导面12Ga接触而被引导至加湿部11的前表面，从该前表面以通过加湿部11的内部(多个加湿区域)的方式朝向加湿部11的后方的后表面而向后方流动。此时，阴极气体被加湿、加热。

接着，如图4的上段所示，从加湿部11的后表面流出的阴极气体以在加湿部11的上部从后表面朝向前表面通过加湿部11的内部(多个加湿区域)的方式向加湿部11的前表面流动而从加湿部11脱离。像这样从加湿部11的前表面脱离的阴极气体通过与吸气第二罩12Sb的内侧的吸气第二引导面12Gb接触而被引导向合流管路13c，进一步，在主管路14合流而被供给到供给口10b。

即，通过阴极气体在加湿部11的前表面和后表面之间往复一次而有效地实现了加湿和加热。特别是如图4的上段所示，送出空间S形成于吸气第二罩12Sb的内表面和加湿部11的前表面之间，通过加湿状态的阴极气体在该送出空间S内流动，将该阴极气体(送出空间S)作为隔热层而发挥作用，从而抑制了加湿部11的温度变化。

并且，如图4的上段所示，通过在加湿部11的前表面形成凹部11a而使送出空间S的容积扩大，通过向像这样被扩大的送出空间S输送加湿状态的阴极气体，使该阴极气体的层的厚度增大，从而使该加湿状态的阴极气体的隔热功能进一步提升。

另外，如图4的下段所示，从燃料电池单体2被向导入口10c送出的阴极废气，通过从导入管路18与排气第一罩12Ta的内侧的排气第一引导面12Ha接触而在加湿部11被向前表面引导，并以从该前表面通过加湿部11的内部(多个吸湿区域)的方式朝向加湿部11的后方的后表面流动。此时，阴极废气被除湿、除热。

接着，如图4的上段所示，从加湿部11的后表面流出的阴极废气，以在加湿部11的上部从后表面朝向前表面而通过加湿部11的内部(多个吸湿区域)的方式向加湿部11的前表面流动而从加湿部11脱离。像这样从加湿部11的前表面脱离的阴极废气，通过与排气第二罩12Tb的内侧的排气第二引导面12Hb接触而被向还原管路19引导，进一步，由排气控制阀16从排出口10d排出。

该阴极废气也是通过在加湿部11的前表面和后表面之间往复一次而有效地实现去除水分和热(除湿和除热)。

如图4所示，加湿部11的前表面中，凹部11a形成于从吸气第一罩12Sa被供给阴极气体的部位。与此相同，在加湿部11中，凹部11a也形成于与排气第一罩12Ta和排气第二罩12Tb相对的部位。由此，使将阴极气体向加湿部11供给的空间和将阴极气体送出的空间的容积扩大，并实现将阴极废气向加湿部11供给的空间和将阴极废气送出的空间的容积的扩大。

(实施方式的作用与效果)

在该燃料电池单元FC中，由于加湿部11构成为温度湿度交换型，因此加湿部11进行从吸入口10a吸入的阴极气体的加湿、加热，并将该阴极气体向合流管路13c送出。另外，加湿部11实现如下处理：将包含于来自导入口10c的阴极废气的水分和热去除(进行除湿和除热)，并将该阴极废气向还原管路19送出。

加湿装置10具有将加湿部11收容于外壳12的结构，并且在加湿装置10的外部具备位置固定状态的吸气控制阀13和排气控制阀16，在相对于加湿装置10确定的位置具备供给口10b和导入口10c。因此，将加湿装置10固定于端板1时，容易进行将供给口10b嵌入端板1的吸入孔1a的工序，和将导入口10c嵌入端板1的排出孔1b的工序。特别是在该结构中，例如，与通过安装软管、管而形成输送气体的路径(管路)的结构相比，能够抑制部件件数的增大，也能够降低作业的工序数。

另外，在将加湿装置10固定于端板1的状态下，加湿装置10的外壳12中，与端板1相对的面和端板1之间形成间隙。由此，即使外壳12因热膨胀而变形，也不会发生外壳12的一部分与端板1接触而导致使加湿装置10从设定位置向脱离方向位移的情况。

特别的，由于构成为使在加湿部11被加湿、加热后的阴极气体沿着吸气第二罩12Sb的内侧的吸气第二引导面12Gb流动，因此能够将该吸气第二罩12Sb的内侧的送出空间S作为使阴极气体流通的管路而使用，并且使在该吸气第二罩12Sb的内侧的送出空间S流动的阴极气体作为隔热层而发挥作用。另外，即使外部的温度变化大，也能利用外壳12而抑制加湿部11的温度变化。并且，通过在加湿部11形成凹部11a，从而使送出空间S的容积扩大，实现阴极气体的隔热效果的进一步提升。吸气第一罩12Sa、排气第一罩12Ta、排气第二罩12Tb也和吸气第二罩12Sb一样，能够将罩内侧的空间作为使气体流通的管路而使用，并使流通的气体作为隔热层而发挥作用。

(其他的实施方式)

本发明除了上述的实施方式之外也可以像以下这样构成(对具有和实施方式相同的功能的部件标注和实施方式共同的编号、符号)。

(a)在吸气第二罩12Sb的内表面或者外表面设置隔热材料、使该罩为二重结构或者多层结构而提高隔热效果。通过像这样的结构，能够抑制加湿部11的温度变化，并将燃料电池单体2的发电性能维持得较高。

(b)在实施方式中，在外壳12的前表面配置有吸气第一罩12Sa、吸气第二罩12Sb、排气第一罩12Ta以及排气第二罩12Tb这四种罩，但是加湿装置10构成为在外壳12仅具备相当于吸气第二罩12Sb的罩。

即，向加湿部11供给阴极气体的方式不限于在实施方式中表示的，通过仅在加湿、加热状态的阴极气体被送出的区域配置罩(相当于吸气第二罩12Sb的罩)而形成送出空间S，从而能够在加湿状态的阴极气体在送出空间S流动时，将该阴极气体作为隔热层而发挥作用。

(c)例如，在外壳12的外部一体地形成有向壳体12的内部输送气体的管路，该管路在与外壳12一体地形成的收容空间内收容阀机构(例如，三通阀)等，并且该管路使阀机构的支承強度提高。进一步，供给口10b和导入口10c相对于外壳12一体地形成。

通过像这样的结构，使阀机构的位置稳定，并且在将加湿装置10安装至端板1时，实现供给口10b和导入口10c的位置精度的提高。

(d)构成为：通过将多个开闭阀组合而作为吸气控制阀13，从而起到与三通阀相同的作用。另外，构成为：在排气控制阀16使用三通阀等，例如，将应该被供给到吸入口10a的阴极气体与从排出口10d排出的阴极废气合流。

产业上的利用可能性

本发明能够利用于燃料电池所具备的加湿装置。

Claims (6)

1.一种加湿装置，具备：

加湿部，该加湿部将吸入的空气加湿；以及

罩，该罩将所述加湿部覆盖，

在所述加湿部和所述罩之间具有空间，

该加湿装置还具备供给口，该供给口将在所述加湿部被加湿后的加湿空气送出，

所述空间与所述供给口连通，加湿空气在所述空间流通。

2.根据权利要求1所记载的加湿装置，其中，

构成所述加湿部的面中的与所述罩相对的面具有凹部，该凹部在所述空间中向所述加湿部侧凹陷。

3.根据权利要求1或2所记载的加湿装置，其中，还具备：

吸入口，该吸入口将外部的空气吸入；

阀机构，该阀机构对从所述吸入口吸入的空气的流动进行控制；以及

旁通路径，该旁通路径使由所述阀机构控制的空气在所述供给口合流，

所述阀机构构成为自由切换加湿位置、旁通位置和阻断位置，当所述阀机构处于所述加湿位置时，将流向所述旁通路径的空气的流动阻断，并将来自所述吸入口的空气向所述加湿部供给，当所述阀机构处于所述旁通位置时，阻断从所述吸入口流向所述加湿部的空气的流动，并向所述旁通路径供给空气，当所述阀机构处于所述阻断位置时，阻断来自所述吸入口的空气。

4.根据权利要求1至3任一项所述的加湿装置，其中，

还具备加湿口，该加湿口将在所述加湿部被加湿后的加湿空气送出，

所述供给口在与形成于端板的吸气孔连接的状态下，被支承于所述端板，所述端板与所述加湿部相邻。

5.根据权利要求1所记载的加湿装置，其中，

来自所述加湿部的加湿空气通过所述罩的内表面的隔热构造而被隔热。

6.根据权利要求1所记载的加湿装置，其中，

覆盖所述加湿部的所述罩与形成于端板的供给口连接，所述供给口一体地形成于所述端板且所述端板设置于燃料电池单元的端部。

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