JP2020513659A - 好適には燃料電池システム用の薄膜加湿器 - Google Patents

Abstract

本発明は、重なり合った複数の積層体ユニットを備える、好適には燃料電池システム用の薄膜加湿器であって、個別の積層体ユニットが、流れプレートと、拡散ユニットとを備え、拡散ユニットの周部が、互いに反対の側に位置する２つの第１の縁部側と、互いに反対の側に位置する２つの第２の縁部側とによって形成されており、個別の拡散ユニットが、拡散ユニットの上面にある上側層と、拡散ユニットの下面にある下側層と、湿分透過性の薄膜と、拡散ユニットの上面で、両方の第１の縁部側に設けられた、互いに反対の側に位置する２つの上側の収容エレメントと、拡散ユニットの下面で、両方の第２の縁部側に設けられた、互いに反対の側に位置する２つの下側の収容エレメントとを有し、積層体ユニットの流れプレートが、両方の下側の収容エレメント内に挿入されており、両方の上側の収容エレメント内に、隣の積層体ユニットが挿入されている、薄膜加湿器に関する。

Description

本明細書に開示された技術は、好適には燃料電池システムにおいて使用される薄膜加湿器に関する。

薄膜加湿器は、燃料電池システムにおいて、特に比較的乾燥しているカソード給気を比較的湿潤なカソード排気で加湿するために使用される。薄膜加湿器内では、カソード排気の湿分が湿分透過性の薄膜を通って乾燥しているカソード給気に移行される。

特に薄膜加湿器は、プロトン交換膜（proton exchange membrane、ＰＥＭ）を備える燃料電池のために使用される。このような燃料電池をできるだけ高い性能で運転することができるように、特に８０℃〜９５℃の運転温度が有利である。この高い運転温度は、たとえば低い運転温度のときよりも、冷却手段を介した改善された熱導出を可能にする。プロトン交換膜は、一方では高い温度に基づいて、他方では高出力のために必要な高い空気質量流により、低温のときよりも強く乾燥するので、カソード給気を加湿すると有利である。加湿が行われないと、燃料電池の効率が低下してしまうであろう。例示的な薄膜加湿器は、米国特許出願公開第２００８／０００１３１３号明細書に記載されている。

本明細書に開示された技術の１つの優先的な課題は、既に公知の解決手段の少なくとも１つの欠点を減じるか、または克服することである。

特に本明細書に開示した技術の課題は、簡単かつ廉価な構造でメンテナンスが少なく、かつきちんと機能するように使用可能な薄膜加湿器を提供することである。薄膜加湿器は、特に燃料電池システムにおいて、燃料電池のカソード給気を燃料電池からのカソード排気で加湿するために適していることが望ましい。別の優先的な課題は、本明細書に開示された技術の有利な効果から生じてよい。こ（れら）の課題は、独立請求項に記載の対象により解決される。従属請求項は好適な構成を成す。

本明細書に開示された技術は、特に少なくとも１つの燃料電池を備える燃料電池システムに関する。燃料電池システムは、たとえば自動車のような可動の用途のために、特に自動車を移動させるための少なくとも１つの駆動機械用にエネルギを供給するため想定されている。燃料電池は、その最も簡単な形において、燃料および酸化剤を反応生成物に変換し、その際に電気および熱を生成する電気化学的なエネルギ変換器である。燃料電池は、イオン選択性またはイオン浸透性セパレータによって分離されているアノードおよびカソードを有している。アノードには燃料が供給される。好適な燃料は、水素、低分子アルコール、バイオ燃料または液化天然ガスである。カソードには、酸化剤が供給される。好適な酸化剤は、たとえば空気、酸素および過酸化物である。イオン選択性セパレータは、たとえばプロトン交換膜（proton exchange membrane、ＰＥＭ）として形成されていてよい。好適には、陽イオン選択性の固体高分子電解質膜が使用される。このような薄膜の材料は、たとえばＮａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）およびＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）である。

燃料電池システムは、少なくとも１つの燃料電池の他に、たとえば少なくとも１つの燃料電池の運転時に使用可能な薄膜加湿器のような周辺システム構成要素（ＢＯＰ構成要素）を備えている。通常は、複数の燃料電池が１つの燃料電池積層体またはスタックに纏められている。

上記課題は、好適には燃料電池システムのために使用される薄膜加湿器によって解決される。しかし、薄膜加湿器を別のシステムのために、たとえば住宅の換気における湿度交換のために使用することも可能である。

薄膜加湿器は、重ね合わせられた複数の積層体ユニットを備えている。この場合、多数の積層体ユニットを、積層軸線に沿って互いに重ね合わせることができる。積層体ユニットは、積層軸線に対して垂直方向に位置している。たとえば燃料電池システムにおける使用のために、５０以上の積層体ユニットが組み立てられて１つの薄膜加湿器を形成することができる。個別の積層体ユニットは、好適には全て同一構造であり、この場合最初の積層体ユニットおよび最後の積層体ユニットを異なって構成することもできる。

個別の積層体ユニットは、流れプレートと、拡散ユニットとから組み立てられる。流れプレートには、複数の流れ通路が相並んで配置されている。流れ通路は、構造化されているか、または中断されていてよく、これにより意図的に流れに影響を与えることができる。薄膜加湿器の使用時には、これらの流れ通路を通って、湿潤な気体と、加湿すべき気体とが案内される。流れ通路は、それぞれ同一の積層体ユニットの拡散ユニットに向かって、または隣の積層体ユニットの拡散ユニットに向かって開いているので、湿分は隣接している拡散ユニットにより、隣に位置する流れプレートの流れ通路内に進入することができる。

個別の拡散ユニットの周部は、ここでは互いに反対の側に位置する２つの第１の縁部側と、互いに反対の側に位置する２つの第２の縁部側とにより定義されて形成されている。拡散ユニットのこの周部は、好適には方形であり、特に好適には正方形である。

個別の拡散ユニットは、上側層および下側層を有している。本明細書に開示された技術の簡単で分かり易い説明のためだけに、拡散ユニットのために、「上、上側層、上面」および「下、下側層、下面」という概念が使用される。当然のことながら、上下は交換することができ、または薄膜加湿器は、拡散ユニットと流れプレートとが垂直に位置しているように使用することもできる。

さらに、個別の拡散ユニットは、少なくとも１つの拡散層、好適には上側の拡散層および下側の拡散層を有している。さらに、個別の拡散ユニットは、湿分透過性の薄膜を有している。２つの拡散層の使用時に、薄膜は両拡散層の間に位置している。唯１つの拡散層しか使用しない場合、薄膜はこの１つの拡散層に当て付けられている。特に薄膜は少なくとも１つの拡散層に接触している。

好適な構成では、拡散ユニットの上側層が、上側の拡散層を有している。拡散ユニットの下側層は、下側の拡散層を有している。薄膜は、上側層または下側層に対応配置されてよい。

唯１つの拡散層しか使用されない場合、この拡散層は、上側層または下側層を形成する。対応して、薄膜は、他方の層、つまり下側層または上側層を形成する。

薄膜は、特に、両気体流の間で、湿分を収容しながらできるだけ媒体交換が行われないように、形成されている。少なくとも１つの拡散層は、特に媒体透過性であり、第１には、薄膜の確実な収容および位置決めのために役立つ。この場合、両方の拡散層は、特に材料および厚さに関して互いに異なって形成されていてよい。

さらに、個別の拡散ユニットは、互いに反対の側に位置する２つの上側の収容エレメントを有している。両方の上側の収容エレメントは、両方の第１の縁部側に位置している。さらに、拡散ユニットは、互いに反対の側に位置する２つの下側の収容エレメントを有している。両方の下側の収容エレメントは、両方の第２の縁部側に位置している。明確にするためだけに、収容エレメントは、拡散ユニットの上面および下面に対応して、「上側の収容エレメント」および「下側の収容エレメント」と呼ばれる。重要であるのは、第１の縁部側に設けられた一方の収容エレメントが一方の側に位置し、第２の縁部側に設けられた他方の収容エレメントが他方の側に位置していることである。

１つの積層体ユニットの流れプレートは、両方の下側の収容エレメント内に、または両方の下側の収容エレメントの間に挿入されている。両方の上側の収容エレメント内に、または両方の上側の収容エレメントの間には、隣の積層体ユニットが挿入されている。

拡散ユニットでの収容エレメントの使用は、それぞれの流れプレートへの、かつ隣にある積層体ユニットへの簡単な結合を可能にする。上側の収容エレメントの領域では、特に薄膜加湿器の個別のエレメントの接着が省略される。下側の収容エレメントは、流れプレートを収容する。有利な構成では、流れプレートは、下側の収容エレメント内に材料結合式に、特に接着または溶接によって取り付けられている。

この技術の枠内では、収容エレメントを構成するための２つの態様が説明される。したがって、収容エレメントは好適には、上側層もしくは下側層の変形加工、特に折曲げによって形成されるか、または特にプラスチック、好適にはシール材料から成るフレームエレメントの接合によって形成することができる。これら両方の態様では、個別のエレメントの、特定の領域において密な積層が生じる。

個別の収容エレメントは、好適には溝として、またはアングル形状に形成される。溝は、積層軸線に対して垂直な方向に開いており、これにより積層軸線に対して垂直な平面で開いた１つのスリットを形成する。収容エレメントのアングル形の構成は、好適には側面と、この側面に対して曲げられた載置面とによって形成されている。載置面は、特に積層軸線に対して垂直方向に延びており、側面は積層軸線に対して平行に延びている。

既に説明したように、上側の収容エレメントは、上に配置された隣の積層体ユニットのための収容部を形成し、下側の収容エレメントは、同じ積層体ユニットの流れプレートのための収容部を形成している。１つの積層体ユニットの、互いに反対側に位置する両方の上側の収容エレメントは、互いに異なって形成されていてよい。つまり、たとえば両方の第１の縁部側のうちの一方の第１の縁部側では、上側の収容エレメントが溝として構成され、他方の第１の縁部側では、上側の収容エレメントがアングル形に構成されることも規定されている。さらに、たとえば両方の第２の縁部側のうちの一方の第１の縁部側では、下側の収容エレメントが溝として構成され、他方の第２の縁部側では、下側の収容エレメントがアングル形に構成されることが規定されている。これにより、収容エレメントのここで説明した構成は、１つの積層体ユニット内で互いに組み合わせることもできる。

好適な構成では、両方の上側の収容エレメントのうちの少なくとも１つの上側の収容エレメントが溝であることが規定されている。好適には、両方の上側の収容エレメントが溝として形成されていて、互いに向かって開いている。

好適な構成では、上側の溝のうちの少なくとも１つの溝は、下側層、好適には下側の拡散層の折り曲げられた縁部によって形成されていることが規定されている。溝を形成するために、下側層は好適には２回、特に約９０°だけ折り曲げられる。

下側層が、単に薄膜によって形成されている場合、薄膜は上側の溝を形成するために折り曲げられる。下側層が下側の拡散層および薄膜によって形成されている場合、下側の拡散層および／または薄膜が折り曲げられる。さらに、下側層に対して付加的に、上側層も同じ方向に折り曲げることも常に可能であり、これにより溝は上側層および下側層によって形成される。

上側の溝としての少なくとも１つの上側の収容エレメントの構成により、この上側の溝は、好適には同じ積層体ユニットの上側層、特に薄膜および上側の拡散層の縁部と、上側層上に配置されている隣の積層体ユニット全体とを取り囲んでいる。

好適な構成では、両方の下側の収容エレメントのうちの少なくとも１つの下側の収容エレメントが溝であることが規定されている。好適には、両方の下側の収容エレメントが溝として形成されていて、互いに向かって開いている。

好適な構成では、下側の溝のうちの少なくとも１つの下側の溝が、上側層、好適には上側の拡散層の折り曲げられた縁部によって形成されることが規定されている。溝を形成するために、上側層は好適には２回、特に９０°だけ折り曲げられる。

上側層が、専ら薄膜によって形成されている場合、薄膜が下側の溝を形成するために折り曲げられる。上側層が上側の拡散層および薄膜によって形成されている場合、上側の拡散層および／または薄膜が折り曲げられる。さらに、上側層に対して付加的に、下側層も同じ方向に折り曲げることも常に可能であり、これにより、溝は下側層および上側層によって形成される。

下側の溝としての少なくとも１つの下側の収容エレメントの構成により、この下側の溝は、好適には同じ積層体ユニットの流れプレートの縁部、特に薄膜および下側の拡散層も取り囲む。

アングル形の収容エレメントの構成は、上側層または下側層の縁部の変形加工によって形成することができる。

拡散層は、好適には、熱可塑性の不織布から製造されている。この材料は、溝またはアングル形の収容エレメントを変形加工によって構成するために特に適している。特に、熱可塑性の不織布は、収容エレメントを構成するために加熱され、これにより、比較的容易な変形加工を可能にする。しかし、別の多孔性の、特に熱可塑性の材料から成る拡散層を使用することも規定されている。

少なくとも１つの拡散層または薄膜の変形加工された縁部は、好適には、特に環状に延びる型押し加工部によって構造化されて形成されており、これにより、流れプレートの高さ、流れプレートおよび拡散層の材料厚さならびに公差の結果生じる高さ差を補償することができる。

たとえば同様に環状に延びる型押し加工部による流れプレートのシール縁部の好適な構造化も、同一の目的を満たす。

既に説明したように、両方の上側の収容エレメントのうちの少なくとも１つの上側の収容エレメントがアングル形であり、したがって上に配置された隣の積層体ユニットのために側面と、この側面に対して好適には９０°曲げられた載置面とを形成する。さらに好適には、両方の下側の収容エレメントのうちの少なくとも１つの下側の収容エレメントが、アングル形であり、したがって同一の積層体ユニットの少なくとも流れプレートのために、側面と、この側面に対して好適には９０°曲げられた載置面とを形成する。

上側層または下側層の変形加工による収容エレメントの構成に対して代替的には、収容エレメントのうちの少なくとも１つの収容エレメントがフレームエレメントによって形成されることが好適には規定されている。フレームエレメントは、上側層および／または下側層に接合されている。好適には、フレームエレメントは一体的に射出成形されている。代替的には、フレームエレメントはたとえば接着されていてよい。フレームエレメントは、特に少なくとも１つの拡散層に接合されているが、付加的には薄膜および／または別の拡散層に接合されていてもよい。フレームエレメントは、少なくとも１つのＵ字形の部分を含んでいる。このＵ字形の部分は、対応する溝および／またはアングル形の部分を成す。

両方の態様、つまりフレームエレメントの接合と上側層または下側層の縁部の変形加工とを組み合わせることも規定されているので、１つの薄膜加湿器において種々異なって形成された収容エレメントが使用される。

特に好適には、一体的に接合されたフレームエレメントが個別の拡散ユニット、特に少なくとも１つの拡散層および薄膜の４つ全ての辺にわたって全周に延びていて、両方の第１の縁部側における両方の上側の収容エレメントと、両方の第２の縁部側における両方の下側の収容エレメントとが形成されることが規定されている。

収容エレメントの製造および構成の態様とは無関係に、両方の上側の収容エレメントおよび／または両方の下側の収容エレメントが、第１の縁部側もしくは第２の縁部側の全長にわたって延びていることが規定されていると有利である。これにより、拡散ユニットは全周にわたって、つまり両方の第１の縁部側と両方の第２の縁部側において収容エレメントにより取り囲まれている。単にコーナ部だけが、少なくとも間隙において開いていて、場合によっては別個にシールされなければならない。

流れプレートは、好適には波形成形部を有している。この波形成形部は、平行な複数の流れ通路を形成し、これらの流れ通路は、交互に上方および下方に向かって開いている。好適には、流れプレートは、金属薄板の変形加工または熱可塑性樹脂の熱変形加工または押出成形またはカレンダ成形によって製造される。

さらに好適には、流れプレートを、波形成形部を備える代わりにウェブ形に形成することが規定されており、これにより、流れ通路はウェブの間に形成された溝によって実現される。

個別の流れプレートは、好適には互いに反対の側に位置する２つの縁部領域を有している。これらの縁部領域には、好適にはシール縁部が位置している。これらのシール縁部は、互いに反対の側に位置する両方の下側の収容エレメント内に挿入される。特に、シール縁部は、被着されたエラストマにより、または流れプレートと同一の材料から形成されている。シール縁部を省略することも可能であり、これにより収容エレメントは流れプレートの縁部を直接に収容する。

好適には、隣り合う積層体ユニットの流れプレートは、９０°だけずらされて配置されるので、両方の気体流、特にカソード給気とカソード排気との間でクロスフロー原理を使用することができる。

薄膜加湿器は、好適には、重ね合わせられた積層体ユニットを収容するためのケーシングを有している。このケーシング内には、マニホールドが配置されているか、またはケーシングの統合された構成部材として形成されている。マニホールドは、個別の流れ通路に対する両気体流の供給および排出のために役立つ。これらのマニホールドは、特に別個の、積層体ユニットに接合されていない構成部材である。

さらに本明細書に開示された技術は、好適には車両における燃料電池システムを含む。燃料電池システムは、少なくとも１つの燃料電池と、既に説明した少なくとも１つの薄膜加湿器とを備えている。薄膜加湿器は、燃料電池のカソード給気を燃料電池のカソード排気により加湿するために使用される。本発明に係る薄膜加湿器の枠内で説明される従属請求項および有利な構成は、対応して燃料電池システムで有利に使用される。

本明細書に開示された技術は、さらに、薄膜加湿器を製造する方法を含む。これは特に、既に説明した薄膜加湿器を製造する方法である。方法の枠内で、少なくとも以下のステップが規定されている。

まず、上側層と、下側層と、上側層と下側層との間に、またはこれらの層に配置された湿分透過性の薄膜とからの拡散ユニットの組立てが行われる。組立て前にかつ／または組立て中にかつ／または組立て後に、両方の上側の収容エレメントを両方の第１の縁部側に形成し、両方の下側の収容エレメントを両方の第２の縁部側に形成する。

完成した積層体ユニットは、拡散ユニットの両方の下側の収容エレメント内への流れプレートの挿入によって形成される。流れプレートのこの挿入は、特に拡散ユニットの下側の収容エレメントの形成後にようやく行われる。

複数の積層体ユニットは、対応して重ね合わせられる。この場合、１つの積層体ユニットの両方の上側の収容エレメント内には、隣の積層体ユニットがそれぞれ挿入される。

既に説明したように、個別の収容エレメントは、拡散層の変形加工により、またはフレームエレメントの接合によって製造される。収容エレメントを形成する材料は、好適には対応して薄くかつフレキシブルであるので、薄膜加湿器の組立て時に簡単に好適には弾性的に曲げることができる。

複数の積層体ユニットから成る完成した積層体は、好適にはケーシング内に挿入され、かつシールされる。

ケーシング内への統合のために、ケーシングのコーナ部に、かつ／または組み立てられた積層体ユニットの角部の領域にシールが設けられていてよく、これにより、燃料電池給気（カソード給気）の流入領域と燃料電池排気（カソード排気）の流出領域を互いに対してシールすることができる。

本明細書に開示された技術を、以下で図面に基づき説明する。

第１の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第１の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第１の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第１の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第１の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第１の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 図７ａ〜図７ｇは、収容エレメントの様々な構成を示す図である。 第１の態様による開示された薄膜加湿器の構造を別の視点から示す概略図である。 第１の態様による開示された薄膜加湿器の構造を別の視点から示す概略図である。 第１の態様による開示された薄膜加湿器の構造を別の視点から示す概略図である。 第２の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第２の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第２の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第２の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第２の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 第２の態様による開示された薄膜加湿器の構造を示す概略図である。 図１７ａ〜図１７ｂは、収容エレメントの様々な構成を示す図である。

図面は、薄膜加湿器１の概略的な構造を示している。薄膜加湿器１は、積層された複数の積層体ユニット２から組み立てられている。積層体ユニット２は、薄膜加湿器１のケーシング（図示せず）により取り囲まれている。

個別の積層体ユニット２は、拡散ユニット４を備えている。図１は、拡散ユニット４の分解図を示している。拡散ユニット４は、ここでは上側の拡散層によって形成されている上側層４１と、ここでは下側の拡散層によって形成されている下側層４２と、上側層４１と下側層４２との間の湿分透過性の薄膜４３とを有している。図２は、組み立てられた拡散ユニット４を示している。

拡散ユニット４において、互いに反対の側に位置する２つの第１の縁部側４４と、互いに反対の側に位置する２つの第２の縁部側４５とが規定されている。これら４つの縁部側４４，４５は、拡散ユニット４の方形の周部を形成する。

拡散ユニット４は、上面において、両方の第１の縁部側４４に、ここでは２つの上側の溝として形成された２つの上側の収容エレメント４６を有している。拡散ユニット４は、下面において、両方の第２の縁部側４５に、ここでは２つの下側の溝として形成された２つの下側の収容エレメント４７を有している。溝として形成されたこれらの収容エレメント４６，４７は、それぞれ対峙していて、互いに向かって開いている。

図１から図１０に示す第１の態様では、上側の収容エレメント４６が、下側の拡散層（下側層４２）の変形加工、特に折曲げによって形成されている。下側の収容エレメント４７は、上側の拡散層（上側層４１）の変形加工、特に折曲げによって形成されている。

図３は、積層体ユニット２の流れプレート３を示している。この流れプレート３は、多数の流れ通路３４を形成するために波形成形部３１を有している。

流れプレート３の、互いに反対の側に位置する２つの縁部領域３２には、図４によればシール縁部３３が位置している。

図５は、積層体ユニット２の分解図を示している。図６は、組み立てられた積層体ユニット２を示している。ここでは、流れプレート３のシール縁部３３が下側の収容エレメント４７内に配置されていることを確認することができる。これに関して、図７ａ〜図７ｇは、図６に示したＡ−Ａ線の断面を示している。

図７ａ〜図７ｇは、それぞれ上側層４１または下側層４２を変形加工することにより、溝としての収容エレメント４６，４７を構成するための様々な可能性を示している。

図７ａでは、下側の収容エレメント４７が、上側層４１、ここでは上側の拡散層の変形加工によって形成されている。このために、上側層４１は２回、９０°折り曲げられている。これによって形成された溝は、薄膜４３、下側層４２、およびここではシール縁部３３を備えた流れプレート３の縁部領域３２を収容する。

図７ｂでは、流れプレート３が見易くするために示されていない。図７ｂでは、溝としての下側の収容エレメント４７の構造を確認することができる。下側層４２は、上側層４１と一緒に変形加工されており、特に折り曲げられている。

図７ｃでは、同様に流れプレート３が見易くするために示されていない。図７ｃは、収容エレメント、ここでは下側の収容エレメント４７を構造化する可能性を示している。この構造化は、図示の実施例では型押し加工部５により実施されている。構造化は、高さ差および公差の補償を可能にする。

図７ｄでは、下側の収容エレメント４７が上側層４１、ここでは上側の拡散層の変形加工によって形成されている。この図面により、溝が必ずしも方形に形成されるのではなく、たとえば三角形に形成されてもよいことを確認することができる。さらに図７ｄは、下側の収容エレメント４７内における流れプレート３の収容を、流れプレート３に設けられたシール縁部３３なしに示している。

図７ｅでは、下側の収容エレメント４７が、図７ａと同様に形成されている。しかし、ここでは流れプレート３がシール縁部３３で溝内に配置されているのではなく、直接に溝内に設置されている。溝は、縁部領域３２だけではなく、流れプレート３の構造化された部分が溝内に位置するような高さに形成されている。

図７ａ〜図７ｅはそれぞれ、下側の収容エレメント４７の構成を示している。しかし、上側の収容エレメント４６も同様の形式または類似した形式で構成されていてよい。たとえば、図７ｆおよび図７ｇは、下側に配置されたそれぞれ１つの別の積層体ユニット２に設けられた上側の収容エレメント４６の構成も示している。

図７ｆは、上側層４１の上面に設けられた段部によって形成された切欠き６を示している。下側に配置された積層体ユニット２の下側層４２の上端部は、この切欠き６内に位置しているので、この上端部と、上側の積層体ユニット２の上側層４１とは、１つの平坦な面を形成する。

図７ｇは、同様に下側層４２の上端部を収容するための切欠き６を示している。図７ｆおよび図７ｇに示したように、切欠き６は、溝の形状とは無関係に使用することができる。

図８は、完成した積層体ユニット２が重なり合って設置されることを分解図で明示している。図９が示すように、上側の収容エレメント４６は、上に位置する隣の積層体ユニット２を収容する。

図１０は、上下に積層された３つの積層体ユニット２を詳細図で示している。

図１１〜図１６は、薄膜加湿器１の１つの態様を示している。この態様では、収容エレメント４６，４７は、上側層４１または下側層４２の折曲げによって形成されているのではなく、フレームエレメント４８によって形成されている。

図１１は、拡散ユニット４を分解図として示している。図１２は、完成した拡散ユニット４を示している。

フレームエレメント４８は、両第１の縁部側４４および両第２の縁部側４５に沿って全周にわたって延びている。上面では、縁部エレメント４８が、互いに反対の側に位置する両方の上側の溝を形成する。下面では、縁部エレメント４８が両方の下側の溝を形成する。

縁部エレメント４８は、少なくとも上側層４１および／または下側層４２に接合されていて、好適には一体的に射出成形されている。

図１３および図１４は、流れプレート３が両方の下側の溝内に挿入されることを示している。この態様では、両方の下側の溝が極めて狭く製造されており、流れプレート３をシール縁部３３なしに密に収容することができる。

図１５および図１６は、図８および図９と同様に複数の積層体ユニット２の組立てを示している。

図１７ａおよび図１７ｂは、フレームエレメント４８を用いて収容エレメント４６，４７を構成するための別の可能性を示している。この場合、フレームエレメント４８は、全周にわたって構成されている必要はなく、個別の縁部側４４，４５にのみ位置していてもよい。

図１７ａは、それぞれ内方に向けられた側面４９１および載置面４９２を備えるアングル形状での上側の収容エレメント４６および下側の収容エレメント４７の構成を示している。側面４９１は、載置面４９２に対して好適には９０°だけ曲げられているので、アングル形状が形成されている。

下側の積層体ユニット２の上側の収容エレメント４６の側面４９１および載置面４９２には、上側に配置された積層体ユニット２が当て付けられている／載置されている。上側の積層体ユニット２の下側の収容エレメント４７の側面４９１および載置面４９２には、この積層体ユニット２の流れプレート３が当て付けられている／載置されている。

さらに、図１７ａは、積層体ユニット２が、フレームエレメント４８内で、好適には上方に向かって開いた結合溝４８２と、下方に向かって延びる延長部４８１とを有していることを示している。積層された状態で、１つの積層体ユニット２の延長部４８１は、別の積層体ユニット２の上方に向かって開いた結合溝４８２内に差し込まれる。

図１７ｂは、側面４９１と載置面４９２とを備える上側の収容エレメント４６のアングル形の構成を示している。側面４９１と載置面４９２とによって形成される角度内に、上側に配置された積層体ユニット２のフレームエレメント４８が位置している。

図１７ａおよび図１７ｂに示した上側の積層体ユニット２では、下側の収容エレメント４７がフレームエレメント４８内で内方に向かって開いた溝によって形成されている。

図１７ａおよび図１７ｂは、溝ではなくアングル形状の収容エレメント４６，４７の構成を部分的に示している。この構成は、図示されたフレームエレメント４８に関連するだけではなく、図１から図１０による上側層４１または下側層４２の変形加工によっても行うことができる。

本発明の上述の説明は、本発明を専ら説明するものであり、制限するものではない。本発明の枠内で、本発明の範囲または同等のものから逸脱することなしに、様々な変更または改変が可能である

１ 薄膜加湿器
２ 積層体ユニット
３ 流れプレート
３１ 波形成形部
３２ 縁部領域
３３ シール縁部
３４ 流れ通路
４ 拡散ユニット
４１ 上側層、特に上側の拡散層
４２ 下側層、特に下側の拡散層
４３ 薄膜
４４ 第１の縁部側
４５ 第２の縁部側
４６ 上側の収容エレメント
４７ 下側の収容エレメント
４８ フレームエレメント
４８１ 延長部
４８２ 結合溝
４９１ 側面
４９２ 載置面
５ 型押し加工部
６ 切欠き

Claims (15)

1. 重なり合った複数の積層体ユニット（２）を備える、好適には燃料電池システム用の薄膜加湿器（１）であって、
   個別の前記積層体ユニット（２）が、流れプレート（３）と、拡散ユニット（４）とを備え、
   前記拡散ユニット（４）の周部が、互いに反対の側に位置する２つの第１の縁部側（４４）と、互いに反対の側に位置する２つの第２の縁部側（４５）とによって形成されており、
   個別の前記拡散ユニット（４）が、
   前記拡散ユニット（４）の上面にある上側層（４１）、特に上側の拡散層と、
   前記拡散ユニット（４）の下面にある下側層（４２）、特に下側の拡散層と、
   前記上側層（４１）または前記下側層（４２）に設けられているか、または前記上側層（４１）と前記下側層（４２）との間にある湿分透過性の薄膜（４３）と、
   前記拡散ユニット（４）の前記上面で、前記両方の第１の縁部側（４４）に設けられた、互いに反対の側に位置する２つの上側の収容エレメント（４６）と、
   前記拡散ユニット（４）の前記下面で、前記両方の第２の縁部側（４５）に設けられた、互いに反対の側に位置する２つの下側の収容エレメント（４７）と、
   を有し、
   前記積層体ユニット（２）の前記流れプレート（３）が、前記両方の下側の収容エレメント（４７）内に挿入されており、
   前記両方の上側の収容エレメント（４６）内に、隣の積層体ユニット（２）が挿入されている、薄膜加湿器（１）。
2. 前記両方の上側の収容エレメント（４６）のうちの少なくとも１つの上側の収容エレメント（４６）が、上側の溝であり、好適には前記両方の上側の収容エレメント（４６）が、向かい合って開いた２つの上側の溝である、請求項１記載の薄膜加湿器。
3. 少なくとも１つの上側の溝、好適には両方の上側の溝が、少なくとも前記下側層（４２）の折り曲げられた縁部によって形成されている、請求項２記載の薄膜加湿器。
4. それぞれの上側の溝が、上に配置された隣の積層体ユニット（２）を取り囲む、請求項２または３のいずれか１項記載の薄膜加湿器。
5. 前記両方の下側の収容エレメント（４７）のうちの少なくとも１つの下側の収容エレメント（４７）が、下側の溝であり、好適には前記両方の下側の収容エレメント（４７）が、向かい合って開いた２つの下側の溝である、請求項１から４までのいずれか１項記載の薄膜加湿器。
6. 少なくとも１つの下側の溝、好適には両方の下側の溝が、少なくとも前記上側層（４１）の折り曲げられた縁部によって形成されている、請求項５記載の薄膜加湿器。
7. それぞれの下側の溝が、同じ積層体ユニット（２）の前記流れプレート（３）を取り囲む、請求項５または６のいずれか１項記載の薄膜加湿器。
8. 前記上側層（４１）および／または前記下側層（４２）が、熱可塑性の不織布から成る拡散層を含んでいる、請求項１から７までのいずれか１項記載の薄膜加湿器。
9. 前記両方の上側の収容エレメント（４６）のうちの少なくとも１つの上側の収容エレメント（４６）が、上に配置された隣の積層体ユニット（２）を収容するために、好適には側面（４９１）と、該側面（４９１）に対して曲げられた載置面（４９２）とによりアングル形になっている、請求項１から８までのいずれか１項記載の薄膜加湿器。
10. 前記両方の下側の収容エレメント（４７）のうちの少なくとも１つの下側の収容エレメント（４７）が、同一の積層体ユニット（２）の前記流れプレート（３）を収容するために、好適には側面（４９１）と該側面（４９１）に対して曲げられた載置面（４９２）とによりアングル形になっている、請求項１から９までのいずれか１項記載の薄膜加湿器。
11. 前記収容エレメント（４６，４７）のうちの少なくとも１つの収容エレメント（４６，４７）が、フレームエレメント（４８）によって形成されており、該フレームエレメント（４８）が、前記上側層（４１）または前記下側層（４２）に接合されており、好適には一体的に射出成形されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の薄膜加湿器。
12. 接合された前記フレームエレメント（４８）は、４つ全ての縁部側（４４，４５）にわたって全周に延びており、１つの積層体ユニット（２）の両方の上側の収容エレメント（４６）および両方の下側の収容エレメント（４７）を形成している、請求項１１記載の薄膜加湿器。
13. 前記両方の上側の収容エレメント（４６）および／または前記両方の下側の収容エレメント（４７）が、前記第１の縁部側（４４）または前記第２の縁部側（４５）の全長にわたって延びている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の薄膜加湿器。
14. 好適には車両の燃料電池システムであって、少なくとも１つの燃料電池と、該燃料電池のカソード給気を前記燃料電池のカソード排気により加湿するための、請求項１から１３までのいずれか１項記載の少なくとも１つの薄膜加湿器（１）とを備える、燃料電池システム。
15. 特に請求項１から１３までのいずれか１項記載の薄膜加湿器（１）を製造する方法であって、以下のステップ、すなわち
    上側層（４１）と、下側層（４２）と、前記上側層（４１）または前記下側層（４２）に、または前記上側層（４１）と前記下側層（４２）との間に配置された湿分透過性の薄膜（４３）と、から拡散ユニット（４）を組み立てるステップであって、前記拡散ユニット（４）の周部を、互いに反対の側に位置する２つの第１の縁部側（４４）と、互いに反対の側に位置する２つの第２の縁部側（４５）とによって形成するステップと、
    前記組立て前にかつ／または前記組立て中にかつ／または前記組立て後に、前記拡散ユニット（４）の上面で、前記両方の第１の縁部側（４４）において、互いに反対の側に位置する２つの上側の収容エレメント（４６）を形成するステップと、
    前記組立て前にかつ／または前記組立て中にかつ／または前記組立て後に、前記拡散ユニット（４）の下面で、前記両方の第２の縁部側（４５）において、互いに反対の側に位置する２つの下側の収容エレメント（４７）を形成するステップと、
    前記拡散ユニット（４）の前記両方の下側の収容エレメント（４７）内に流れプレート（３）を挿入することにより、積層体ユニット（２）を形成するステップと、
    複数の積層体ユニット（２）を重ね合わせるステップであって、１つの積層体ユニット（２）の前記両方の上側の収容エレメント（４６）内にそれぞれ隣の積層体ユニット（
    ２）を挿入するステップと、
    を含む、薄膜加湿器（１）を製造する方法。

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