CN114512693B - 用于加湿设备的堆叠单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加湿设备(2)的堆叠单元(1)，该堆叠单元包括用于两个流体之间湿气交换的膜(4)和用于将膜(4)与加湿设备(2)中相邻的堆叠单元(1)的膜(4)间隔开的间隔件(8)。堆叠单元(1)和相关联的加湿设备(2)的简化且节约成本的制造实现为堆叠单元(1)包括两个粘合带(7)，其中相应的粘合带(7)设置在膜(4)的相反的两个边缘区域(9)中的相关联的一个上。本发明还涉及一种具有多个这种堆叠单元(1)的加湿设备(2)。

Description

用于加湿设备的堆叠单元

技术领域

本发明涉及一种用于加湿设备的堆叠单元，该加湿设备尤其是用于燃料电池系统，该加湿设备包括在堆叠方向上堆叠在彼此之上的多个堆叠单元。此外，本发明涉及一种具有多个这种堆叠单元的加湿设备。

背景技术

在加湿设备中，借助于第二流体加湿第一流体。例如在燃料电池系统中采用这种加湿设备，以便将在相关联的燃料电池运行期间产生的废气中存在的湿气转移到待供应给燃料电池的空气中，从而加湿空气。

为此目的，这种加湿设备通常包括彼此跟随(follow)的多个膜，该膜在彼此背离的侧面上由两种流体绕流并允许流体之间的湿气交换。基本上，这种加湿设备的结构能够通过各自包括膜的多个单元的连续设置来实现。这些单元(其各自也被称为堆叠单元)通常堆叠在彼此之上。

从DE 10 2012 218 303 A1已知一种具有堆叠在彼此之上的堆叠单元的加湿设备。相应的堆叠单元包括两个膜、设置在膜之间的透气扩散层和设置在扩散层之间的能够被流过的流动网。流动网能够至少在一个侧面上具有粘性以便实现流动网与相邻的扩散层的连接。在此，流动网各自在相对的两个侧面上实心地形成并因此流体密封以便实现穿过相应堆叠单元和穿过加湿设备的流体传导。在相关联的加湿设备中，堆叠单元设置在盒中，该盒将堆叠单元密封地压在彼此之上。在此的缺点是相应的堆叠单元和加湿设备的结构复杂和制造成本高。

从DE 10 2014 009 329 A1已知一种具有堆叠单元的加湿设备。相应的堆叠单元包括再成形的S形的膜，该膜在一个侧面上由相关联且单独的边界部分限界。此外，相应的堆叠单元包括设置在膜的一个侧面上的单独的密封元件。在一个侧面上，粘合带附接到密封元件，以便将彼此跟随的堆叠单元彼此连接。因此，相应的堆叠单元的制造是复杂的。此外，相关联的加湿设备的组装是复杂的。

发明内容

因此，本发明的目的在于针对上述类型的堆叠单元和具有多个这种堆叠单元的加湿设备提供改进的或至少其他的实施例，该实施例的特征尤其在于简单且节约成本的结构和/或简化的组装。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的主题解决。有利实施例是从属权利要求的主题。

本发明基于以下总体构思：形成用于借助于第二流体加湿第一流体介质的加湿设备的堆叠单元，该堆叠单元具有包括膜和两个粘合带的装置以及间隔件，其中，膜包括彼此背离的较大的两个平坦侧面(在下文中也称为平坦侧面)，粘合带之一各自侧向地设置在该平坦侧面上并且其中膜与间隔件连接。因此，堆叠单元以简单且节约成本的方式形成。除此之外，堆叠单元能够以该方式插入并安装在相关联的加湿设备中，其中多个这种堆叠单元在堆叠方向上堆叠在彼此之上，使得相关联的加湿设备的制造也被简化且更加节约成本。

根据本发明的构思，堆叠单元包括具有膜和两个粘合带的装置。膜包括彼此背离的平坦侧面，在操作期间流体经由该膜交换湿气。此外，堆叠单元包括间隔件，该间隔件能够被流过并且用于将膜与在加湿设备中相邻的堆叠单元的膜间隔开。在此，粘合带各自设置在膜的平坦侧面中至少一个的相关联的一个的相反的两个边缘区域上。优选地，粘合带设置在膜的相同平坦侧面的相反的边缘区域上。

实际上，膜是透湿性的以便允许流体之间的湿气交换。

粘合带优选地用于将堆叠单元(尤其是膜)与在加湿设备中在堆叠方向上相邻的堆叠单元连接的目的。因此，优选的是堆叠单元构造成使得堆叠单元在堆叠方向上借助于至少与边缘区域中的至少一个相邻的粘合带中的至少一个而具有粘性。这尤其是通过粘合带中的至少一个的构造，即尤其是布置和/或再成形和/或形成来进行。

替代地或附加地，能够采用粘合带的至少一个以便将膜与间隔件粘合在一起。

有利地，相应的粘合带横向于相关联的边缘区域的间隔方向在膜的整个延伸部上延伸。

除了膜和粘合带之外，装置原则上还能够包括另外的组成部分。

优选地，装置只包括膜和粘合带。这尤其意味着装置由膜和粘合带组成。这导致了堆叠单元的设计和制造的进一步简化。这同样适用于加湿设备。

在特别优选的实施例中，装置在边缘区域上各自形成袋状部，该袋状部在边缘侧面上包围间隔件并且间隔件设置在该袋状部中。特别优选地，袋状部在边缘侧面上流体密封间隔件。这样，在相应的加湿设备中，不需要对相应的堆叠单元进行单独地密封，以便将加湿设备中的两个流体的流动路径彼此分离。这因此导致了加湿设备的特别简单且节约成本的制造。

在有利的实施例中，间隔件松散地设置在袋状部中的至少一个中、优选地设置在相应的袋状部中。换言之，不提供并且不需要将间隔件固定在装置上，尤其是借助于粘合带。这也导致了堆叠单元和加湿设备的制造的进一步简化。同时，通过袋状部实现间隔件的充分密封，否则该间隔件能够被流过。在此，堆叠单元在堆叠方向上的机械加载能够在相关联的加湿设备中进行，这导致间隔件被夹持在相应的袋状部中。

能够想到的是，袋状部中的至少一个由粘合带中的相关联的一个形成。为此目的，再成形、尤其是翻转(例如折叠)粘合带。这意味着翻转用于形成袋状部的粘合带，其中，间隔件设置并容纳在由此形成的袋状部中。特别地，两个粘合带能够各自形成这种袋状部。

替代地或附加地，袋状部中的至少一个能够由膜形成。为此目的，对膜进行横向再成形。在该情况下，膜与间隔件的连接能够借助于将间隔件容纳在袋状部中来实现。

相应的粘合带原则上能够以任何方式构造，只要其至少在一个侧面上至少局部具有粘性。这意味着粘合带包括至少在一个侧面上设有粘合剂的基底。这能够是液体硬化粘合剂。替代地，能够想到的是，粘合剂构造成使得其通过活化热被软化从而具有粘性并且随后再次硬化。

基底原则上能够是任意的。优选地，基底是纺织基底，因此，粘合带能够更容易地加工、尤其是再成形。

能够想到的是，粘合带中的至少一个在一个侧面上整体具有粘性。

还能够想到以下实施例，其中粘合带中的至少一个在一个侧面上具有粘性并且再成形成、尤其是翻转成使得通过翻转粘合带的粘性侧面包括在堆叠方向上彼此背离的两个粘性部分。

在此特别优选的是，通过翻转形成袋状部。这意味着粘合带通过翻转形成袋状部。这样，实现了堆叠单元的简单制造，其中，间隔件松散地设置在袋状部中。

同样能够想到的是，粘合带中的至少一个在两个侧面上具有粘性。在此，粘合带的相应的侧面能够整体具有粘性。

替代地，能够想到在两个侧面上具有粘性的粘合带的相应侧面只在局部设有粘合剂。在此，粘合带能够再成形为使得重新成形的粘合带在堆叠方向上包括彼此背离的两个粘性部分。在该方案中，装置的相关联的袋状部也能够通过粘合带的再成形来形成，间隔件容纳在该袋状部中。

应当理解的是，除了堆叠单元之外，具有多个这种堆叠单元的加湿设备也属于本发明的范围。

在此，相关联的流动路径，尤其是对于相应的流体实际上彼此分离的相关联的流动路径引导通过堆叠单元。这意味着用于流体中的第一流体的第一流动路径和与第一流动路径分离的用于流体中的第二流体的第二流动路径引导通过加湿设备。堆叠单元在堆叠方向上彼此跟随地地设置，使得彼此跟随的膜的在堆叠方向上彼此面对的平坦侧面之间各自设置有间隔件，其中，流动路径之一引导通过相应的间隔件。在堆叠方向上彼此跟随的堆叠单元实际上设置成围绕平行于堆叠方向延伸的轴线相对于彼此扭转，使得第一流动路径和第二流动路径沿堆叠方向交替地引导通过相应的间隔件。

原则上能够以任何方式构造该扭转。特别优选的是，彼此跟随的堆叠单元相对于彼此扭转90度。这导致了加湿设备中流体的有利且简单的流动传导以及待加湿的流体的有利且有效的加湿。

原则上，能够在用于加湿相应流体的任何应用中采用该加湿设备。

特别地，在包括至少一个燃料电池的燃料电池系统中采用该加湿设备。在操作期间，燃料电池被供应含氧反应物(例如空气)和含氢反应物，并且生成潮湿的、尤其是含蒸汽的废气。优选地，采用加湿设备以便将包含在废气中的湿气转移到含氧反应物。

本发明的其他重要特征和优点能够从从属权利要求、附图以及通过附图从相关的附图说明中获得。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，以上提到的并且仍将在下文中解释的特征不仅能够以所述的相应组合使用，还能够以其他组合或单独使用。

附图说明

在附图中示出了本发明的优选的实施例，并且在下面的说明中对其进行了详细说明，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。

分别示意性地示出，

图1示出了用于加湿设备的堆叠单元的等距视图，

图2示出了堆叠单元的侧视图，

图3示出了堆叠单元的粘合带的侧视图，

图4和图5示出了堆叠单元在制造期间的侧视图，

图6示出了具有多个堆叠单元的加湿设备在制造期间的等距视图和相应堆叠单元的示意性制造步骤，

图7示出了图6中VII描述的区域的放大表示，

图8示出了图7中VIII描述的区域的放大表示，

图9示出了另一个示例性实施例中的堆叠单元的侧视图，

图10和图11示出了图9的堆叠单元在制造期间的侧视图，

图12示出了图9的堆叠单元的粘合带的侧视图，

图13示出了另一个示例性实施例中的堆叠单元的侧视图，

图14示出了图13的堆叠单元在制造期间的侧视图，

图15示出了图13的堆叠单元的粘合带的侧视图，

图16示出了来自图13的堆叠单元在制造期间的侧视图，

图17示出了另一个示例性实施例中的堆叠单元的侧视图，

图18示出了图17的堆叠单元在制造期间的侧视图，

图19示出了图17的堆叠单元的粘合带的侧视图，

图20示出了图17的堆叠单元在制造期间的侧视图，

图21示出了具有加湿设备的燃料电池系统的高度简化的电路板状的表示。

具体实施方式

在图6至图8以及图21所示的加湿设备2中采用诸如在图1、图2、图6至图9以及图13和图17中可见的堆叠单元1。在加湿设备2中，相应的堆叠单元1用于借助于第二流体加湿第一流体。在加湿设备2中，设置多个这种堆叠单元1，所述多个这种堆叠单元在堆叠方向3上彼此跟随地设置并且堆叠在彼此之上。

为了进行湿气交换，相应的堆叠单元1包括在流体之间适当构造的膜4。膜4设计成平坦的并且包括彼此背离的两个平坦侧面5，经由该膜进行流体的湿气交换。在所示的示例性实施例中，膜4具有扁平长方体的形状，使得平坦侧面5基本上矩形地形成。膜4是堆叠单元1的装置6的一部分，该装置除了膜4之外还包括两个粘合带7。在所示的示例性实施例中，装置6由膜4和两个粘合带7组成。此外，堆叠单元1包括能够被流过的间隔件8，在图中以长方体的方式简化地示出该间隔件。间隔件8用于将膜4与在堆叠方向3上相邻的堆叠单元1的膜4间隔开。此外，在操作期间，流体之一流过间隔件8。

粘合带7设置在膜4的平坦侧面5之一的相反的两个边缘区域9上。这意味着粘合带7设置在膜4的相反的边缘区域9上和平坦侧面5中的一个相关联的平坦侧面上。在此，粘合带7在所示的示例性实施例中并且优选地横向于边缘区域9的间隔方向在膜4的整个延伸部上延伸。在所示的示例性实施例中，相应的粘合带7用于将相关联的堆叠单元1粘合到在加湿设备2中在堆叠方向3上相邻的至少一个堆叠单元1。为此目的，适当地构造相应的堆叠单元1。特别地，相应的粘合带7以如下方式构造，即，设计和/或形成和/或设置，使得相关联的堆叠单元1借助于粘合带7在堆叠方向3上至少与边缘区域9之一相邻地具有粘性。

在所示的示例性实施例中，相应的装置6各自在边缘区域9上形成袋状部10。在此，间隔件8设置在两个袋状部10中，使得间隔件8在边缘侧面上由相应的袋状部10包围。利用相应的袋状部10，除了容纳并且因此将间隔件8与装置6连接之外，还在相应的相关联的边缘侧上对间隔件8进行密封。

在此，相应的袋状部10在图1至图8以及图13和图14的示例性实施例中由粘合带7中的相关联的一个粘合带形成。为此目的，将相应的粘合带7翻转并因此再成形。这尤其是通过折叠粘合带7来进行的。

在图9所示的示例性实施例中，相应的袋状部10由膜4形成。为此目的，将膜4在两个边缘区域9上再成形并翻转。

相应的粘合带7优选为纺织粘合带7，其在至少一个侧面11上至少局部地设有粘合剂12。相应的粘合带7因此具有两个侧面11，其中，侧面11中的至少之一借助于粘合剂12至少局部地具有粘性。在所示的示例性实施例中分别采用相同的粘合带7。这能够是液体硬化粘合剂12。替代地，能够想到的是，粘合剂12以使得其通过活化热被软化从而具有粘性并且随后再次硬化的方式构造。

图3示出了在图1至图8的示例性实施例中采用的两个粘合带7之一。在此值得注意的是，粘合带7在一个侧面上设有粘合剂12从而仅在一个侧面上具有粘性。在图9、13和17的示例性实施例中，采用了在图12、15和19中针对相应的相关联的示例性实施例示出的粘合带7。从这些图中显而易见的是，在这些示例性实施例中的每一个中都采用了双面粘合带7。这意味着粘合带7在相应的侧面11上至少部分地设有粘合剂12。

图3至图5示出了图1和图2所示的堆叠单元1的可能的制造。根据图4，用设有粘合剂12的侧面10将相应的粘合带7设置在相关联的边缘区域9上，使得粘合带7侧向突出超过相关联的边缘区域9。在此之后，将间隔件8设置在粘合带7的无粘合剂12的侧面11上。如图5所示意的，随后通过翻转相应的粘合带7，使得形成相关联的袋状部10，并且使得粘合带7通过翻转包括在堆叠方向3上彼此背离的两个粘合部段13。因此，间隔件8松散地设置在袋状部10中。当堆叠单元1堆叠在彼此之上时，间隔件8由于给定的压力而在该过程中固定在两个袋状部10中。在此，粘合剂12在所示的示例性实施例中设置在粘合带7的整个相关联的侧面11上。粘合部段13之一因此粘合到相关联的边缘区域9。尤其从图6至图8中显而易见的是，利用另一个粘合部段13将相关联的堆叠单元1粘合到在堆叠方向3上相邻的堆叠单元1。

此外，从图6至图8中显而易见的是，在堆叠方向3上彼此跟随的堆叠单元1围绕平行于堆叠方向3延伸的轴线14相对于彼此扭转。在所示的示例性实施例中，在堆叠方向3上彼此跟随的堆叠单元1各自扭转90度。这导致边缘区域9和因此彼此跟随的堆叠单元1的袋状部10相对于彼此扭转，即因此在所示示例中扭转90度。尤其从图8中显而易见的是，这导致流体中的第一流体的流动路径15引导通过加湿设备2，而第二流体的第二流动路径16单独地引导通过加湿设备2。在此，流动路径15、16之一分别引导通过间隔件8之一，其中，在堆叠方向3上，第一流动路径15或第二流动路径16交替地引导通过相应的间隔件8。彼此跟随的堆叠单元1扭转90度的布置导致实现了两个流体交叉流过加湿设备2。在此，袋状部10确保了相应的间隔件8的适当密封从而确保了两个流动路径15、16的可靠分离。

从图6中显而易见的是，相应的堆叠单元1能够简化为由不同的带7、17、18制造。在此，分别提供了两个粘合带7的卷19，即形成膜4的膜带17的卷19和形成间隔件8的间隔带18的卷19。然后根据上面参照图4和图5的描述对它们进行布置和再成形。在此之后，使用切割工具20将堆叠单元1切割成期望的长度。从图6中显而易见的是，相对于彼此扭转并且彼此跟随的堆叠单元1能够各自由相应的相关联的卷19和相关联的切割工具20制造。同样能够想到利用相同的卷19和相同的切割工具20来制造所有堆叠单元1并且相对于彼此扭转堆叠单元以制造加湿设备2。

显然，借助于卷19和带7、17、18实现的堆叠单元1的所述制造能够在图9、图13和图17的示例性实施例中类似地实现。

在图9所示的示例性实施例中，通过将间隔件8和膜4设置在彼此之上来进行从图10和图11中显而易见的制造，其中，膜4以边缘区域9侧向突出超过间隔件8。如图11示意的，随后通过翻转边缘区域9以用于形成袋状部10。在此之后，将两个粘合带7附接在相应的相关联的边缘区域9的背离间隔件8的平坦侧面5上。尤其从图12中显而易见的是，在该示例性实施例中，相应的粘合带7在两个侧面上完全具有粘性。这意味着粘合带7的两个侧面11都完全设有粘合剂12。在该示例性实施例中，间隔件8因此松散地容纳在袋状部10中。当堆叠单元1堆叠在彼此之上时，间隔件8由于给定的压力而在该过程中固定在两个袋状部10中。

在图13所示的堆叠单元1的示例性实施例中，膜4和间隔件8根据图14设置在彼此之上。在此，采用根据图15的粘合带7。这些粘合带7在两个侧面上都具有粘性，其中，相应的侧面11仅在侧面区域中设有粘合剂12。在相关联的边缘区域9中，相应的粘合带7以包括粘合剂12的侧面11之一的区域附接在背离间隔件8的平坦侧面5上。随后，如图16所示，通过翻转相应的粘合带11，使得相应的粘合带7形成袋状部10中的相关联的一个，并且使得粘合带7的设有粘合剂12的另一个侧面11的另一个区域设置在间隔件8的背离膜4的侧面上。在该示例性实施例中，间隔件7因此也松散地位于袋状部10中，其中，在将堆叠单元1堆叠在彼此之上期间，间隔件8由于给定的压力而固定在两个袋状部10中。

在图17所示的示例性实施例中，用于制造如图18所示的堆叠单元1的相应的粘合带11设置在相关联的边缘区域9上并且设置在膜4与间隔件8之间。在此，粘合带7横向突出超过膜4和间隔件8。从图19中显而易见的是，在该示例性实施例中分别采用在两个侧面11上完全设有粘合剂12的粘合带7。相应地，利用相应的粘合带7将间隔件8粘合到膜4。如图20所示，随后通过翻转相应的粘合带7以形成袋状部10中的相关联的一个。在该示例性实施例中，间隔件粘合在相应的袋状部10中。

根据图21，能够在具有燃料电池22的系统21中采用加湿设备2，其中系统21在下文中也被称为燃料电池系统21。在燃料电池系统21中，沿第一流动路径15向燃料电池22供应含氧反应物、尤其是空气。在该过程中，在操作期间产生沿第二流动路径16排出的含有湿气的废气、尤其是蒸汽。在此，流动路径15、16各自彼此分离地穿过加湿设备2，使得废气将湿气转移到含氧反应物的顶部，从而加湿反应物。

Claims (10)

1.一种用于加湿设备(2)的堆叠单元(1)，所述加湿设备包括在堆叠方向(3)上堆叠在彼此之上的多个堆叠单元(1)以用于借助于第二流体加湿第一流体，所述堆叠单元

-具有装置(6)，其包括膜(4)和两个粘合带(7)，

-其中，所述膜(4)包括彼此背离的两个平坦侧面(5)，在操作期间流体经由所述膜交换湿气，

-具有能够被流过并与所述膜(4)连接的间隔件(8)以用于将所述膜(4)与在所述堆叠方向(3)上相邻的堆叠单元(1)的膜(4)间隔开，

-其中，所述粘合带(7)设置在所述膜(4)的平坦侧面(5)中的至少之一的相反的两个边缘区域(9)上，

-其中，所述装置(6)在所述边缘区域(9)上各自形成袋状部(10)，所述袋状部在边缘侧面上包围所述间隔件(8)并且所述间隔件(8)松散地设置在所述袋状部(10)中的至少之一中。

2.根据权利要求1所述的堆叠单元，

其特征在于，

所述堆叠单元(1)构造成使得所述堆叠单元(1)借助于至少与所述边缘区域(9)之一相邻的所述粘合带(7)中的至少一个在所述堆叠方向(3)上具有粘性。

3.根据权利要求1或2所述的堆叠单元，

其特征在于，

所述袋状部(10)中的至少之一由所述粘合带(7)中的相关联的一个形成，其中，用于形成所述袋状部(10)的所述粘合带(7)被翻转。

4.根据权利要求1或2所述的堆叠单元，

其特征在于，

所述袋状部(10)中的至少之一由所述粘合带(7)中的相关联的一个形成，其中，用于形成所述袋状部(10)的所述粘合带(7)被折叠。

5.根据权利要求1或2所述的堆叠单元，

其特征在于，

所述袋状部(10)中的至少之一由所述膜(4)形成，其中，用于形成所述袋状部(10)的所述膜(4)侧向地再成形。

6.根据权利要求1或2所述的堆叠单元，

其特征在于，

所述粘合带(7)中的至少之一在一个侧面上具有粘性并且以如下方式翻转：使得通过翻转所述粘合带(7)的具有粘性的侧面(11)形成在所述堆叠方向(3)上彼此背离的两个粘合部段(13)。

7.根据权利要求3所述的堆叠单元，

其特征在于，

所述粘合带(7)中的至少之一在一个侧面上具有粘性并且以如下方式翻转：使得通过翻转所述粘合带(7)的具有粘性的侧面(11)形成在所述堆叠方向(3)上彼此背离的两个粘合部段(13)，并且

所述粘合带(7)通过所述翻转形成所述袋状部(10)。

8.根据权利要求1或2所述的堆叠单元，

其特征在于，

所述粘合带(7)中的至少之一在两个侧面上具有粘性。

9.一种用于借助于第二流体加湿第一流体的加湿设备(2)，

-其中，用于所述第一流体的第一流动路径(15)和与所述第一流动路径(15)分离的用于所述第二流体的第二流动路径(16)引导通过所述加湿设备(2)，

-具有多个根据权利要求1至8中任一项所述的堆叠单元(1)，所述堆叠单元在所述堆叠方向(3)上彼此跟随地设置，使得在彼此跟随的所述膜(4)的在所述堆叠方向(3)上彼此面对的平坦侧面(5)之间分别设置有间隔件(8)，所述流动路径(15、16)之一引导通过所述间隔件，

-其中，在所述堆叠方向(3)上彼此跟随的堆叠单元(1)设置成围绕平行于所述堆叠方向(3)延伸的轴线(14)相对于彼此扭转，使得所述第一流动路径(15)和所述第二流动路径(16)沿所述堆叠方向(3)交替地引导通过相应的间隔件(8)。

10.根据权利要求9所述的加湿设备(2)，

其特征在于，

所述加湿设备(2)用于燃料电池系统(21)。