JP2023545154A - 燃料電池加湿装置 - Google Patents

Abstract

実施例は、燃料電池加湿装置を提供する。実施例の燃料電池加湿装置は、単位セルの積層体を有する。各単位セルは、外周フレーム、並びに、第１、及び、第２の主面を有するセパレータ、セパレータの第１の主面で、外周フレームに接合される第１の膜シート、並びに、セパレータの第２の主面で、外周フレームに接合される第２の膜シート、を有する。外周フレーム、並びに、前記第１、及び、第２の膜シートは、外周フレームの内部に、空洞を規定する。外周フレームの対向する第１、及び、第２のフレーム端部は、第１の流れが、空洞を通って、第１の方向に流れることができるように開口される。セパレータは、第1、及び、第２のフレーム端部を渡って、それぞれに、延在する第１、及び、第２のリッジを有する。単位セルの積層体において、第１、及び、第2のリッジは、隣接する単位セルのセパレータと接することによって、お互いから、単位セルを離間し、第１の方向と交差する第2の方向に、単位セルの積層体を通って延在する通路を提供する。いくつかの実施形態では、単位セルは、全て、同じ向きに積み重ねられることができる。【選択図】 図１Ｂ

Description

この出願は、すべての目的を参照して本明細書に組み込まれる米国特許出願第６３０９００２８号、出願日２０２０年１０月９日、発明の名称、燃料電池加湿装置の優先権を主張する。米国のために、この出願は、米国特許出願第６３０９００２８号、出願日２０２０年１０月９日、発明の名称燃料電池加湿装置の米国特許法第１１９条の利益を主張する。

本発明は、膜系ガス交換システムに関する。特定の実施形態は、加湿装置を提供する。本発明を、例えば、燃料電池用加湿装置に具体化できる。

２つの流れを分離する膜を介して気体を交換できる。例えば、加湿装置は、より湿度が高い空気、又は、他の気体の流れを、より湿度の低い空気、又は、他の気体の第２の流れに分離できる膜を有することができる。水蒸気を、より高い湿度の流れから、より低い湿度の流れに、膜を介して、輸送し、それによって、より低い湿度の流れを加湿できる。

多くの用途では、ガス交換システムを比較的コンパクトにしながら、十分な膜表面積を提供し、所望のガス移動を達成することが望ましい。これを、膜によって分離される複数のガス分配層を有する平膜加湿装置によって、達成できる。各層は、１つの流れを搬送してもよい。流れを、（例えば、「対向流（counter-flow）」配置で）互いに平行に、又は、（例えば、「直交流（cross-flow）」配置で）互いに交差するように、してもよい。

膜加湿装置は、平膜、又は、中空繊維膜型の加湿装置を含む。中空繊維加湿装置では、膜を、中空繊維の形態で提供する。中空繊維は、管状であり、また、それらに沿って延在する内部流路を有している。中空繊維の壁は、機能膜として機能する。複数の中空繊維は、典型的には、繊維束に集められ、ハウジング内に封入される。孔、及び、隔壁を、提供し、気流を、繊維束内に向ける。中空繊維加湿装置では、一方の気流が、繊維の内部を通って流れ、他方の空気流が、繊維の外面に向けられる。

平膜加湿装置では、連続ロール・ツー・ロール・プロセスで成膜されることが多い。次いで、平膜層を、フロー・フィールド・プレートと組み合わせて、膜コアを生成する。次いで、コアを、ハウジング内に取り付けて、コアを通る気流を方向付ける。コアを通る空気流は、加湿装置コアの設計に応じて、直交流、又は、対向流、又は、様々な他の幾何学的配置であってもよい。

気流分布は、膜加湿装置において重要である。気流が、全膜表面に渡って均一に分布しない場合、加湿装置の効率が、低下する。中空繊維束では、束の繊維の外側に均一な気流分布を得ることは、難しい。平膜設計では、流れ場は、典型的には、一貫した膜間隔、及び、全ての膜面に渡って良好に規定され、より均一な気流分布を提供する。このため、平膜加湿装置は、膜面積当たりの蒸気輸送性能が良好となる傾向があり、加湿装置の膜面積をより効率的に利用できる。また、中空繊維膜は、単位面積当たりで、平膜よりも高価になる傾向がある。全体として、平膜加湿装置は、より少ない膜、及び、より低いコストの膜を用いて、中空繊維加湿装置と同様の性能を達成できる。また、平膜設計は、中空繊維膜が、典型的には、高い膜充填密度を有する場合であっても、より小さい幾何学的体積で、同等の中空繊維加湿装置と同じ性能を達成できる。

平膜設計における流れ分布を、良好に規定でき、また、典型的な平膜加湿装置の流路から液体水を容易に排出できるので、平膜加湿装置は、中空繊維設計と比較して、流路内の気流による圧力損失も低くでき、これは、圧縮機、送風機、又は、加湿装置を通して空気を移動させるために使用されるその他の装置によるエネルギー消費を低減できる。

中空繊維設計と比較して平膜設計の1つのマイナス面は、フロー・フィールド・プレートが加湿装置の余分な構成要素であり、コストを追加することである。中空繊維設計に対する平膜設計の別の問題は、平膜設計では、一般に、厳しい製造公差を満たす必要があり、及び、加湿装置の寿命に渡って堅牢でなければならない、より多くのシール面が存在することである。

コスト的に有効であり、また、信頼背の高いシールを提供し、膜を通して種（例えば、水蒸気）を移動させることによって、気流が混合しない方法で、平膜加湿装置を製造することは、重要な問題になり得る。

加湿装置の１つの重要な用途は、燃料電池の分野にある。燃料電池を用いて、多種多様な用途のために、電力を提供できる。燃料電池が特に有望な1つの分野は、電気自動車の分野である。

燃料電池は、典型的には、膜電極接合体を有し、そこでは、膜電解質が、選択的に、イオンを透過する。燃料は、膜電極接合体の第１の側に供給され、また、酸化剤は、膜電極接合体の第２の側に供給される。燃料は、第１の電極で電気化学的半反応を起こし、また、酸化剤は、第２の電極で電気化学的半反応を起こす。少なくとも１つのこれらの半反応は、膜電解質を通過し、他の半反応に関与するイオンを放出する。組み合わされた電気化学的反応は、第１の電極と第２の電極との間に電位差を生じさせ、そして、負荷に、電流を供給できる。

例えば、燃料電池は、燃料として、水素ガス（Ｈ_２）を、また、酸化剤として、酸素（空気中の酸素であってもよい）を用いることができる。水素は、以下の反応を起こすことができる。
Ｈ_２→２H⁺＋2ｅ^－
電子を用いて、負荷に電流を供給できる。膜電解質は、電子に対して導電性ではない。プロトン（Ｈ＋イオン）は、膜電解質を通過するが、膜電解質では、プロトンは、以下の反応において、酸素分子に関与する。
O_２＋４ｅ^－＋４Ｈ^＋→２Ｈ_２Ｏ
異なる燃料電池は、他の適切な燃料、及び／又は、酸化剤を用いてもよい。

燃料電池で用いられる多くの最良の膜は、水和を必要とする。そのような膜は、例えば、水を吸収し、及び／又は、電気化学反応に関与するイオン（一般的にプロトン）と共に水分子を輸送するアイオノマーポリマーを有してもよい。燃料電池におけるこのような膜の性能は、膜がドライアウトされた場合に、著しく低下する可能性がある。膜は、動作温度が高くなるにつれて、乾燥する（脱水される）可能性が高い。しかしながら、燃料電池をより高温で運転させることによって、燃料電池の全体効率を、改善でき、その温度で、燃料電池膜電解質は、脱水される可能性がある。燃料電池内の電解質として用いられる可能性がある膜の例は、Ｎａｆｉｏｎ（商標）膜である。高分子電解質膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、このような膜を用いた燃料電池の一例である。

燃料電池が脱水されることを回避するために、水を、燃料電池に供給される燃料、及び／又は、酸化剤とともに送達してもよい。例えば、酸素（又は、空気）の流れを、流れに水を導入する加湿装置に通過させてもよい。水は、酸素、又は、空気とともに、燃料電池膜電解質に搬送される。

水は、燃料電池反応の一部として、燃料電池で生成されるため、ＰＥＭＦＣのカソード排ガスは、比較的高温であり、また、水分量が多く、また、相対湿度が高いことが多い。この排気流は、典型的には、燃料電池反応における反応物として消費された酸素が枯渇している。燃料電池加湿装置を用いて、燃料電池カソード排気流から水分を捕捉し、そして、水分を燃料電池カソード供給流に戻すことができる。

膜式燃料電池加湿装置では、水分が追加され、及び、酸素が枯渇する燃料電池カソード排気流は、膜の一方の表面に向けられ、また、乾燥し、酸素に富む燃料電池カソード空気供給は、膜の対向する表面に向けられる。膜は、選択的に、水蒸気が膜を通って移動できるにするが、供給、及び、排気ガス流との間で、窒素、及び、酸素とを混合しないようする。したがって、膜加湿装置は、受動デバイスとして機能し、燃料電池排気流からの水分を燃料電池カソード供給流に戻させることができる。

耐久性があり、及び、コスト的に有効な燃料電池加湿装置が必要とされている。

本発明は、いくつかの態様を有している。これらは、限定されるものではないが、
Ａ．加湿装置、及び、加湿装置コア、例えば、燃料電池反応物流を加湿するための装置、
Ｂ．加湿装置のための交換可能なコア（又は、カートリッジ）、
Ｃ．燃料電池加湿装置、又は、他の膜式ガス交換装置のためのセパレータ、
Ｄ．燃料電池加湿装置、又は、他の膜式ガス交換装置を製造するための方法、
を有している。

本発明の一態様は、単位セルの積層体を有する加湿装置を提供する。各単位セルのそれぞれは、外周フレーム、並びに、第１、及び、第２の主面を有するセパレータを有している。第1の膜シートは、セパレータの第１の主面で、外周フレームに接合され、及び、第２の膜シートは、セパレータの第２の主面で、外周フレームに接合される。外周フレーム、並びに、第１、及び、第２の膜シートは、外周フレームの内部に空洞を規定する。外周フレームの対向する第１、及び、第２のフレーム端部は、第１の流れが、空洞を通って、第１の方向に流れることができるように開口され、並びに、セパレータは、第1、及び、第２のフレーム端部を渡って、それぞれに、延在する第１、及び、第２のリッジを有している。単位セルの積層体において、第１、及び、第2のリッジは、隣接する前記単位セルのセパレータと接することによって、お互いから、単位セルを離間し、第１の方向と交差する第2の方向に、単位セルの積層体を通って延在する横方向通路を提供する。いくつかの実施形態では、単位セルの積層体の高さは、第1、及び、第2のリッジの高さ、並びに、セパレータの厚さによって、全体的に、決定される。

いくつかの実施形態では、第１、及び、第２のリッジは、それぞれ、前記第１、及び、第２のフレーム端部の外縁から内側に配置される。このような実施形態では、第1のフレーム端部の第1のリッジと、第1のフレーム端部の外縁と、の間の部分は、第１のギャップによって、単位セルの前記積層体において、互いから離間されてもよく、及び、第１のギャップは、隣接する単位セル同士を接着する材料（例えば、接着剤、及び／又は、シーラント）を有している。材料は、例えば、ＵＶ硬化性接着剤を有してもよい。いくつかの実施形態では、フレームは、一緒に結合されるか、又は、一緒に結合され、レーザ、又は、熱溶接のような溶接プロセスによって封止される。

いくつかの実施形態では、第２のフレーム端部の第２のリッジと、前記第２のフレーム端部の前記外縁と、の間の部分は、第２のギャップによって、単位セルの積層体において、互いから離間されており、及び、第２のギャップは、隣接する単位セル同士を接着する材料（例えば、接着剤、及び／又は、シーラント）を有している。

いくつかの実施形態では、第１、及び、第２のリッジは、セパレータの第１、及び、第２の対向面に、それぞれ、存在する。セパレータは、それぞれ、選択的に、セパレータにおいて中心に置かれる横軸を中心とする１８０度の回転に関して対称である。セパレータは、選択的に、セパレータの第2の面の第1のフレーム端部に、第3のリッジ、を有し、第3のリッジの外縁は、第1のリッジの内縁と整列している。第３のリッジは、存在する場合、例えば、外周フレームの側面から測定される第２のリッジの高さよりも小さい、外周フレームの側面から測定される高さを有している。

いくつかの実施形態では、第１、及び、第２の膜シートは、それぞれ、多孔質基材、及び、前記多孔質基材の一方の面の水蒸気透過性被膜を有している。第１、及び、第２の膜シートは、水蒸気透過性被膜が、第１、及び、第２の膜シートが取り付けられるセパレータから離れて面するように、位置確定されてもよい。いくつかの実施形態では、多孔質基材は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、又は、その他の好適なプラスチックを有している。

いくつかの実施形態では、セパレータは、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＰ、又は、その他のプラスチックを有している。いくつかの実施形態では、プラスチック・セパレータは、別の材料（例えば、別のプラスチック）にオーバーモールドされる。例えば、第１、及び、第２の膜シート、並びに、基板の多孔質基材は、ＰＰＳプラスチックを有してもよい。

いくつかの実施形態では、膜、及び、スペーサの多孔質基材は、同じプラスチック材料、又は、同じポリマー・ファミリーの同じプラスチック材料（例えば、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ＰＰ、又は、その他のプラスチック）を有する。膜シートのセパレータへの接合は、膜シートのプラスチック材料をセパレータの同じプラスチック材料に接着することを有してもよい。

いくつかの実施形態では、第１、及び、第２の膜シートは、空洞の周囲において前記セパレータに接合されている（例えば、セパレータの外周フレームの周りをぐるりと、セパレータに接着される)。いくつかの実施形態では、接合は、キャビティの周りのセパレータに、膜シートを封止する。

異なる例示的な実施形態では、膜シートは、様々な構造のいずれかを有する膜材料から作られてもよい。いくつかの実施形態では、膜シートは、多層膜材料を有する。例えば、膜材料は、（例えば、不織繊維ポリマー材料の層のような）支持層、微多孔層、及び、水蒸気選択的空気不透過性被膜層を有してもよい。膜シートが支持層を有するいくつかの実施形態では、セパレータは、膜シートの支持層に接着されてもよい。

いくつかの実施形態は、微多孔層、お寄り、微多孔層の水蒸気選択的被膜層を有する、又は、それからなる膜材料の膜シートを有する。膜シートが微多孔層を有するいくつかの実施形態では、セパレータは、膜シートの微多孔層に接着されてもよい。

いくつかの実施形態は、１つ以上の追加の層を有する膜材料の膜シートを有する。例えば、表面処理を、膜材料の選択層に施してもよい。

いくつかの実施形態では、膜シートは、膜材料を有し、そこでは、選択層が、２つの微多孔層の間に配置されるように、２つの微多孔層が、選択層の対向する面に取り付けられる。支持層は、任意選択的に、膜材料の片面、又は、両面に提供される。

いくつかの実施形態では、膜シートは、膜材料を有し、そこでは、支持層が、２つの微多孔層の間に結合され、及び、選択的被膜は、微多孔層表面のいずれかに適用される。いくつかの実施形態では、膜シートの選択層の表面は、セパレータに接着される。

いくつかの実施形態では、加湿装置は、第１、及び、第２のフレーム端部の間の前記空洞を横切って延在する複数の流れ場要素を有している。流れ場要素は、空洞を横切って延びる通路を規定するように離間されている。流れ場要素の対向する面は、セパレータの第１、及び、第２の主面と同一平面上にあってもよい。いくつかの実施形態では、隣接する流れ場要素は、１から５ｍｍの範囲の距離で、互いから離間されている。 セパレータの一部、又は、全部は、任意選択的に、流れ場要素の隣接するものの間に延在され、及び、通路をふさがないように、寸法決めされる複数の横方向支持部を有する。いくつかの実施形態では、第１、及び、第２のフレーム端部は、それぞれ、第１、及び、第２のフレーム端部を通って延在し、及び、それぞれ、通路の対応するものに開口する複数の開口を提供するように形成される。開口は、任意選択的に、ドラフトされた壁を有するように形成される。

いくつかの実施形態では、空洞は、１：１．２から１．２：１の範囲の幅：長さのアスペクト比を有する。

いくつかの実施形態では、横方向通路は、外周フレームの第１の膜シートが接着される部分の厚さよりも大きい高さを有する。

くつかの実施形態では、加湿装置は、単位セルの積層体を取り囲むフレームを有し、フレームは、単位セルの積層体に圧縮を加えるように張られている。

本発明の別の態様は、加湿装置用の単位セルを提供する。単位セルは、外周フレーム、並びに、第１、及び、第２の主面を有するセパレータを有する。第１の膜シートは、セパレータの第1の主面で、外周フレームに接着され、及び、第２の膜シートは、セパレータの第2の主面で、外周フレームに接着される。外周フレーム、並びに、第１、及び、第２の膜シートは、外周フレームの内部に空洞を規定する。外周フレームの対向する第１、及び、第２のフレーム端部は、第1の流れが空洞を通って第1の方向に流れることができるように開口されている。セパレータは、第１、及び、第２のフレーム端部に渡って、それぞれ、延在する第１、及び、第２のリッジを有している。

本発明の別の態様は、加湿装置、又は、加湿装置コアを組み立てる方法であって、方法は、複数の単位セルを作り、複数の単位セルを、一緒に、積層して積層体を形成することを有している。単位セルを作ることは、外周フレーム、並びに、第１、及び、第２のフレームであって、外周フレームは、第１、及び、第２のフレームの外縁から、外周フレームに取り囲まれる流れ場領域に、延在する開口部によって貫通されるもの、並びに、第１、及び、第２のリッジであって、それぞれ、第１、及び、第２のフレーム端部に渡って延在するもの、を有するセパレータの第1の主面に、第1の膜シートを取り付けること、並びに、第1の主面に対向する外周フレームの第２の主面に、第２の膜シートを取り付けることを有してもよい。単位セルは、単位セルの積層体において、第１、及び、第２のリッジが、隣接する単位セルのセパレータと接することによって、互いから、離間され、単位セルの積層体を通って延在する横方向通路を提供するように、積層されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の膜シートをセパレータの第１の主面に取り付けることは、第１の膜シートを第1のリッジの縁に位置合わせすることを有する。いくつかの実施形態では、第２の膜シートをセパレータの第2の主面に取り付けることは、第２の膜シートを第２のリッジの縁に位置合わせすることを有する。

いくつかの実施形態では、セパレータは、第１、及び、第２のフレーム端部に、それぞれ、延在し、及び、第１、及び、第２のリッジから、外周フレームの対向する主面に、それぞれ、存在する第３、及び、第４のリッジを有し、並びに、複数の単位セルを積層することは、積層体の隣接する単位セルの第1のリッジを用いる積層体の１つの単位セルの第3のリッジの橋台によって、積層体において単位セルを整列させることを有する。

本発明の別の態様は、加湿装置で使用するためのセパレータを有する。セパレータは、外周フレーム、並びに、第１、及び、第２のフレームであって、外周フレームは、第１、及び、第２のフレームの外縁から、外周フレームに取り囲まれる流れ場領域に、延在する開口部によって貫通されるもの、並びに、第１、及び、第２のリッジであって、それぞれ、第１、及び、第２のフレーム端部に渡って延在するもの、を有する。

いくつかの実施形態では、セパレータは、第１のフレーム端部と第２のフレーム端部との間の空洞を横切って延在する複数の流れ場要素を有する。流れ場要素は、空洞を横切って延在する通路を規定するために、離間されている。いくつかの実施形態では、流れ場要素の対向する面は、セパレータの第１、及び、第２の主面と同一平面上にある。いくつかの実施形態では、隣接する流れ場要素は、１ｍｍ～５ｍｍの範囲の距離で、互いから、離間されている。いくつかの実施形態では、セパレータは、隣接する流れ場要素の間に延在し、及び、通路を閉塞しないように寸法決めされる複数の横方向支持部を有する。いくつかの実施形態では、開口は、ドラフトされた壁を有するように形成されている。

いくつかの実施形態では、空洞は、１：１．２から１．２：１の範囲の幅：長さのアスペクト比を有する。

本発明に関する他の実施形態は、単位セルの積層体を有する加湿装置、又は、加湿装置コアを提供する。各単位セルは、外周フレーム、並びに、第１、及び、第２の主面を有するセパレータ、セパレータの第1の主面で外周フレームに接合される第1の膜シート、並びに、セパレータの第2の主面で外周フレームに接合される第2の膜シートを有してもよい。外周フレーム、並びに、第１、及び、第２の膜シートは、外周フレームの内部に空洞を規定してもよい。外周フレームの対向するフレーム端部は、第１の流れが、空洞を通って、第１の方向に流れることができるように開口されてもよい。セパレータは、第１、及び、第２のフレーム端部に渡って延在する第１、及び、第２のリッジを有してもよい。単位セルの積層体において、第１、及び、第２のリッジが、隣接する単位セルのセパレータと接することによって、互いから、離間され、単位セルの積層体を通って、第1の方向と交差する第2の方向に、延在する通路を提供してもよい。いくつかの実施形態では、単位セルは、全て、同じ向きに積み重ねられることができる。

さらなる態様、及び、例示的な実施形態を、添付の図面に示し、及び／又は、以下の説明で記述する。

本発明は、これらが異なる特許請求の範囲に記載されている場合であっても、上記特徴の全ての組合せ、及び、サブコンビネーションに関するものであることが強調される。

添付の図面は、本発明の非限定的な例示的な実施形態を示す

図１は、例示的な実施形態に係る加湿装置コアの斜視図である。

図１Ａは、例示的な実施形態に係る加湿装置コア単位セルの分解斜視図である。

図１Ｂは、図１の加湿装置コアの部分拡大図である。

図２は、例示的なセパレータの斜視図である。

図２Ａは、図２のセパレータの１つの端部の部分拡大図である。

図２Ｂは、図２のセパレータの半分を示す拡大斜視図である。

図３は、単位セルの一例を示す部分断面図である。

図３Ｃは、例示的なセパレータの部分断面図である。

図４は、例示的な加湿装置コアの側面図である。

図５は、加湿装置コアの部分側面図である。

図６は、加湿装置コアを組み立てるための例示的な方法を示すフローチャートである。

図７は、別の構造を有する2つの積層されたセパレータの側面の立面図である。

図８は、リブがセパレータの端部に沿って配置される加湿装置コアの部分側面図である。

図９は、長さとは異なる幅を有する例示的なセパレータの斜視図である。

図１０は、ガス流のためのマニホールドを形成するためのポート開口を有する例示的な対向流セパレータの斜視図である。

図１０Aは、隠れ線が見える図１０のセパレータの斜視図である。

図１１は、加湿装置コアを受容するハウジングを有する例示的な加湿装置システムの分解斜視図である。

詳細な説明

以下の説明において、本発明のより完全な理解を提供するために、具体的な詳細を明らかにする。しかしながら、本発明は、これらの特徴なしに実施されてもよい。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知の要素を、図示、及び、記述していない。したがって、本明細書、及び、図面は、限定的な意味ではなく、例示であるとみなされるべきである。図面において、同じ参照番号は、実施形態の異なるビューにおいて、及び、異なる図示の実施形態において、同様の、又は、同一の構成要素、部品、又は、特徴を示すために用いられる。

本技術は、膜式ガス交換システムを提供する。以下の記述は、本技術に係る燃料電池加湿装置の製造するための構造、及び、方法について説明する。当業者は、本技術を、他の膜式ガス交換システムと同様に、他の目的のために加湿装置に適用できることを、理解するだろう。

本技術を実施する燃料電池加湿装置では、水蒸気透過膜は、第１の（より乾燥した）流れ、又は、燃料電池に供給される流体の流れを、第２の（より湿度が高い）流体の流れ、又は、湿潤な（すなわち、水蒸気を含む）流れから分離する。第１の流れは、例えば、燃料電池に供給される酸化剤（例えば、空気）の供給であってもよい。第２の流れは、例えば、燃料電池からの排気の流れであってもよい。第２の流れは、第１の流れよりも湿度が高いため、加湿装置の水蒸気透過膜を通って、第２の流れから第１の流れへの水の正味輸送がある。

典型的な燃料電池用途では、第１の流れは、第２の流れよりも高い圧力にある。例えば、第１の流れを、送風機、又は、圧縮機によって加圧し、また、第2の流れは、より低い静圧で燃料電池から下流に発生してもよい。

水蒸気透過膜は、水蒸気に関して「選択的」であるタイプ（水蒸気に対する透過性よりも、酸素、及び、窒素のような他の種に対する透過性がとても低いこと、を意味する）であることが有利である。本発明のいくつかの実施形態は、実質的に、空気に対して不透過性であるが、水蒸気に対して高い透過性を有する膜を有している。いくつかの実施形態では、膜は、少なくとも１０，０００ガス・パーミアンス・ユニット（ＧＰＵ）である水蒸気に対するパーミアンスを有している。

いくつかの実施形態では、膜は、少なくとも１００である（水蒸気を除く）空気に対する水蒸気に関する選択性を有している。いくつかの実施形態では、膜は、少なくとも１００である窒素に関する水蒸気の選択性を有している。

膜は、本明細書に記載の加湿装置に用いられたときに、少なくとも１１０℃までの温度で、少なくとも１００ｋＰａの第１の流れと第２の流れとの間の差圧での撓みに抵抗するために、十分な機械的強度を有していることが好ましい。

膜は、高温、及び、高圧での酸化、及び、加水分解に対して耐性を有していることが好ましい。膜は、酸性水、硫酸、及び、フッ化水素酸に耐性を有してもよい。膜は、乾燥、湿度サイクル、熱サイクル、凍結融解サイクル、及び、圧力サイクルのうちの１つ以上、又は、全てに対して耐性を有していることが好ましい。

図1は、実施例に係る加湿装置コア１０（時には、加湿装置カートリッジとしても参照される）を示す。燃料電池加湿装置は、加湿装置コア１０を受容し、第１、及び、第２の流れを、加湿装置コア１０の対応する通路に誘導し、及び、加湿装置コア１０を通過した後に第１、及び、第２の流れを収集するハウジング（例えば、図１１のハウジング６０参照）を有してもよい。加湿装置コア１０の膜を通って生ずる水分交換とは別に、加湿装置は、第１、及び、第２の流れの分離を維持する。

加湿装置コア１０は、図２に示すセパレータ２０のような流れ場（flow field）セパレータの積層体を有している。水蒸気透過性膜材料の膜シート２２－１、及び、２２－２（概して、及び、集合的に、膜シート2２）は、図１Ａに示されるように、各セパレータ２０の第１の面２４－１（例えば、上面）、及び、第２の面２４－２（例えば、下面、図１に図示せず）に、それぞれ、配置されている。加湿装置コアは、加湿装置コア１０の対向する端部に、エンドプレート３３（例えば、図５参照）を有してもよい。エンドプレート３３を、積層体のトップのセパレータ２０、及び、ボトムのセパレータ２０に当接する形状としてもよい。例えば、図5のエンドプレート３３は、隣接するセパレータ２０に当接するリッジ２８Ｃを有している。

加湿装置コア１０の膜シート２２は、非対称である膜材料のタイプであってもよい。例えば、膜材料の１つの面は、第1の（より乾燥した）流れに接するように設計されてもよく、また、膜材料の第２の対向する面は、第２の（より湿潤な）流れに接するように設計されてもよい。例えば、膜材料は、その１つの面に透水性被膜層を有する基材を有してもよい。このような膜材料の膜シート２２は、被膜層が、乾燥、又は、高圧の流れとインターフェースし、また、より湿度の高い、典型的には、より低い圧力の流れから離れて面するように、配向されてもよい。

加湿装置コア１０は、様々な構造のいずれかを有する膜材料からなる膜シート２２を有することができる。いくつかの実施形態では、膜シート２２は、多層膜材料を有している。例えば、膜材料は、（不織繊維ポリマー材料の層のような）支持層、微孔層、及び、水蒸気選択的空気不透過性被膜層を有してもよい。膜シート２２が支持層を有する場合、セパレータは、膜シート２２の支持層に接着されてもよい。

膜シート２２に適用できる膜材料の別の例示的な構成は、微孔層、及び、水蒸気選択的被膜層を有するか、又は、それからなる。膜シート２２が微孔層を有する場合、セパレータは、膜シート２２の微孔層に接着されてもよい。

膜シート２２に適用できる膜材料は、追加の層を有してもよい。例えば、表面処理を、膜材料の選択層に施してもよい。

いくつかの膜材料では、選択層が２つの微孔層の間に位置するように、任意選択的に膜材料の片面、又は、両面の支持層で、追加の微孔層を、選択層に付着する。いくつかの膜材料では、支持層を、2つの微孔層の間に結合し、及び、選択的被膜を、いずれかの微孔層の表面に適用する。いくつかの実施形態では、膜シート２２の選択層の表面を、セパレータに接着する。

加湿装置は、流れをあまり制限することなく、第１の流れと第２の流れとの間で所望のレベルの水分交換を提供することが望ましい。特に、加湿装置は、第１の（より乾燥した）流れに、大きな圧力降下を生じさせないことが望ましい。

加湿器コア１０は、単位セル ３０からなると見なすことができる（例えば、図１Ａ参照）。単位セル３０は、１つのセパレータ２０、及び、セパレータ２０の対向する面に取り付けられる対応する膜シート２２－１、２２－２を有している（例えば、図１Ａ参照）。任意の適切な数の単位セル３０を一緒に積み重ねて、以下に説明するように、加湿装置コアを形成できる。いくつかの実施形態では、加湿装置コア１０は、約５０から２００の単位セル３０を有している。

加湿装置コア１０は、交差流構造を有している。加湿装置コア１０は、図1に矢印で示されるように、第１の流れＦ１を、加湿器コアを通って、第1の方向に搬送し、また、第２の流れＦ２を、加湿装置コアを通って、第１の方向に交差する第２の方向に搬送するように配置される通路を提供する。図１に示される実施形態では、第２の方向は、第1の方向に、実質的に直交する。

本技術は、対向流配置に限定されない。本技術を具体化する対向流式加湿装置の一例を、図１１、及び、図１１Ａに関連して、以下で説明する。

第２の流れＦ２2は、入口開口２５Ａ（図１Ｂに示し、また、図２、及び、２Ａを参照してさらに詳細に論じられる）を介して加湿装置コア１０に入る。第１の流れＦ１は、単位セルの間の通路３２を通過する。

図２は、例示的なセパレータ２０を示す。図２Ａは、セパレータ２０の一端の部分の拡大図であり、また、図２Ｂは、セパレータ２０の半分を示す拡大斜視図である。いくつかの実施形態では、セパレータ２０は、好適なプラスチック、又は、金属のような材料で形成される単一構造である。例えば、セパレータ２０は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）プラスチックで形成されていてもよい。ＰＰＳは、セパレータ２０に関して、望ましい特性を有する材料の一例である。

同一の材料、又は、同一のポリマー・ファミリーにある材料を使って、セパレータ２０、及び、メンブレンシートの互いに接着される部分を作ることにより、膜シート２２とセパレータ２０との接合を、容易にできる。例えば、セパレータ２０が、膜シート２２の微孔層、又は、支持層に接着される場合、セパレータ２０、微孔層、又は、支持層を、同じポリマー・ファミリーのポリマーから形成してもよい（例えば、両方、ＰＰＳプラスチック、又は、両方、ＰＥＴプラスチック、又は、両方、ＰＰプラスチック等）。

支持体２０に接する膜シート２２－１、２２－２の部分を、支持体２０と同じ材料を使って作る構造では、広い範囲の接着工程を、適用して、膜を、支持体に、確実に接着できる。いくつかの実施形態では、膜シート２２の支持層（例えば、不織バッキング層）を、ＰＰＳを使って作る。

ＰＰＳは、セパレータ２０用の、及び／又は、膜シート２２の取り込み用の材料のよい選択の一例である。ＰＰＳが有するいくつかの特徴は、ＰＰＳは、燃料電池加湿装置が作動中にさらされるであろう温度、及び、湿度レベルで、寸法的に安定であり、ＰＰＳは、化学的に安定であり、及び、加湿装置において予期される条件下では、ダウンストリーム型燃料電池の動作を損傷し、又は、悪くする可能性がある化学物質を放出する傾向がなく、並びに、良好で、また、費用効果の高い方法であるＰＰＳを成形し、セパレータ２０を大量に製造できること、である。

セパレータ２０を、例えば、射出成形、付加製造プロセス（例えば、３Ｄ印刷）、又は、サブトラクティブ加工プロセスによって、製造できる。

いくつかの実施形態では、セパレータ２０は、１つ以上の第２の材料でオーバーモールドされる第１の材料の成形部分を有している。例えば、オーバーモールドされた１つの材料、又は、複数の材料を、提供し、膜シート２２－１、及び、２２－２のセパレータ２０への接合を、容易にし、又は、最適化できる。オーバーモールドされた材料、又は、材料を提供することができる（例えば、ＰＰＳよりも安価であるか、又は、いくつかの方法でＰＰＳよりも良好な特性を有する材料を、ＰＰＳで、若しくは、超音波溶接、又は、セパレータ２０を膜シート２２－１、及び、２２－２に接着する別のプロセスを容易にするように選択される別の材料で、オーバーモールドできる。別の例として、オーバーモールドされる材料を用いて、（セパレータに横方向の支持を提供できるように、）非常に薄い領域を提供できる。）ポリプロピレン（ＰＰ）は、非常に薄い形状、又は、特徴を形成するために使用され得る材料の例である。

セパレータ２０は、図2に示す例では、平面視、ほぼ正方形状のフレーム２４を有している。いくつかの実施形態では、フレーム２４は、長方形（例えば、図９参照）、若しくは、六角形、又は、台形のような別の幾何学的形状である。フレーム２４は、第１、及び、第２のフレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄによって接続される第１、及び、第２のフレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂを有している。フレーム２４は、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄとの間の1つ以上の位置に、フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂとの間に延在する1つ以上の縦方向支持部２４Ｅを、任意選択的に、有している。

フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂは、それぞれ、フレーム２４の内部領域２６の中に向かって、フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂを通過する入口開口２５Ａ、及び、出口開口２５Ｂを、それぞれ、有している。開口２５Ａ、及び、２５Ｂは、ドラフトされる（drafted）（傾斜する）壁を有し、開口２５Ａ、及び、２５Ｂを通過する流れの圧力損失を低減できる。開口２５Ａ、及び、２５Ｂにドラフトされる壁によって、（例えば、セパレータ２０を成形した後、金型の部分をスライドし、後退させることによって、）セパレータ２０の成形も容易にできる。

フレーム２４の内部領域２６は、開口２５Ａと開口２５Ｂとの間の内部領域２６を通過する流体の流れを案内するのを助ける流れ場要素２６Ａを有している。（図２、及び、２Ａには示されていない）膜シートが、セパレータ２０の上面２４－１、及び下面２４－２に積層される場合、膜シートと隣接する一対の流れ場要素２６Ａとの間に、また、膜シート、並びに、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄ、並びに、それらの隣接する流れ場要素２６Ａの間に、複数の平行な通路２７が規定される。

流れ場要素２６Ａは、例えば、フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂの間に延在するリブの形状を有してもよい。（セパレータ２０の平面に垂直な方向における）流れ場要素２６Ａの高さ、又は、厚さは、（その長さに垂直で、及び、セパレータ２０の平面に平行な方向における）その幅よりも大きくてもよい。流れ場要素２６Ａの幅を、小さくし、第１、及び、第２の流れの間の水蒸気交換のための領域を増加、又は、最大にし、及び／又は、セパレータ２０の所与のフットプリントのための通路２７の断面積を、増加、又は、最大化できる。流れ場要素２６Ａの幅は、任意選択的に、それらの長さに沿って変化させることができ、及び／又は、流れ場要素の幅、及び／又は、それらの間の間隔は、互いに異なってもよい。

流れ場要素２６Ａの厚さは、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄの厚さと実質的に等しいことが好ましく、その結果、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄの、並びに、セパレータ２０の面２４－１、及び、２４－２の流れ場要素２６Ａの、上面、及び、下面は、実質的に同一平面になる。

隣接する流れ場要素２６Ａの間の間隔を、選択し、膜シート２２－１、及び、２２－２に所望の支持角度を提供できる一方、第１、及び、第２の流れの間の水蒸気交換を提供するために利用できる膜シート２２－１、及び、２２－２の活性領域を増加、又は、最大化できる。その間隔を、例えば、予想される動作温度の範囲内の温度での膜シート２２－１、及び、２２－２の機械的特性、膜シート２２－１、及び、２２－２にわたる最大予想圧力差、動作中の圧力差の予想される変化、設計寿命、並びに、もしあるならば、膜シート２２－１、及び、２２－２に適用されるプリテンションのレベル、に基づいて、選択できる。いくつかの実施形態では、隣接する流れ場要素２６Ａを、１～５ｍｍの範囲の距離（例えば、いくつかの実施形態では２～３ｍｍ）で、互いに離して配置している。

縦方向支持部２４Ｅは、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄ、並びに、流れ場要素２６Ａと実質的に同じ厚さを有している。縦方向支持部２４Ｅは、一般的に、図２、及び、図２Ａに示されるように、流れ場要素２６Ａよりも幅広い。

横方向支持部２６Bを提供し、流れ場要素２６Aを補強し、及び、横方向に強化できる。（セパレータ２０の平面に垂直な方向における）横方向支持部２６Bの厚さは、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄ、並びに、流れ場要素２６Ａの厚さよりも薄く、その結果、横方向支持部２６Ｂは、通路２７をブロックし、又は、不当に妨害しない。横方向支持部２６Ｂは、薄いことが好ましい。横方向支持部２６Ｂの前縁、及び、後縁を、任意選択的に成形し（例えば、傾斜させる) 、通路２７を通る円滑な流れを容易にする。横方向支持部２６Ｂを、隣接する膜シート２２－１、及び、２２－２と接触しないように配置することが好ましく、また、流体は、通路２７において、それらの上部、又は、下部を通過でき、例えば、横方向支持体２６Ｂを、セパレータ２０の中心面に配置できる。

図２、２Ａ、及び、２Ｂに示すように、フレーム端部２４Ａは、セパレータ２０の上面２４－１にリッジ２８Ａを、及び、セパレータ２０の下面２４－２にリッジ２９Ａを有している。フレーム端部２４Ｂは、セパレータ２０の上面２４－１にリッジ２９Ｂを、及び、セパレータ２０の下面２４－２にリッジ２８Ｂを有している。リッジ２８Ａ、２９Ａは、フレーム端部２４Ａの長さに沿って延在し、及び、リッジ２８Ｂ、２９Ｂは、フレーム端部２４Ｂの長さに沿って延在する。

図３Ａ、及び、３Ｂは、単位セル３０の一部の断面図である。図３Ａは、フレーム側部２４Ｃ通って延在する単位セルの平面に垂直な切断面における部分断面である。図３Ｂは、フレーム端部２４Ａを通って延在する単位セルの平面に垂直な切断面における部分断面図である。図 ３Ｃは、フレーム側部２４Ｃの長さに垂直な方向におけるフレーム側部２４Ｃを通って、及び、流れ場要素２６Ａの長さに垂直な方向における横方向支持部２６Ｂ、及び、流れ場要素２６Ａを通って、延在するセパレータ２０の平面に垂直な切断面における部分断面図である。

図３Ａは、膜シート２２－１、及び、２２－２が、フレーム側部２４Ｃ、及び、流れ場要素２６Ａによって支持されていることを示している。また、膜シート２２－１、及び、２２－２は、フレーム側部２４Ｄ（図３Ａでは図示せず）によって、対向する縁に沿って支持されている。膜シート２２－１、及び、２２－２を、セパレータ２０に取り付けてもよい。膜シートとセパレータ２０との間の取り付けを、例えば、超音波溶接、レーザ溶接、熱接着、接着接合、インサート成形、又は、他の好適な取付手段によって、提供してもよい。

いくつかの実施形態では、膜シート２２－１、及び、２２－２を、両方とも、フレーム２４の内部領域２６の周辺のまわりに沿って、セパレータ２０に取り付けてもよい。いくつかの実施形態では、取り付けは、実質的に連続である。例えば、セパレータ２０の上面２４－１と膜シート２２－１との間の取り付け線は、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄ、並びに、フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂの上面に沿って、セパレータ２０の周囲に延在してもよく、また、膜シート２２－２とセパレータ２０の下面２４－２との取り付け線は、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄ、並びに、フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂの下面に沿って、セパレータ２０の周囲に延在していてもよい。取り付け線を、例えば、接着剤によって、溶接によって、又は、インサート成形によって提供してもよい。

膜シート２２－１、及び、２２－２を、対応するフレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄに、それらの上面、及び、下面に沿って、それぞれ、封止する。封止を、取り付け手段によって提供してもよい。

図３Ｂに示すように、膜シート２２－１、及び、２２－２は、部分的に、フレーム端部２４Ａに重なっている。それらは、同様に、フレーム端部２４Ｂに重なっている。膜シート２２－１、及び、２２－２を、フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂの上面、及び、下面に、それぞれ、フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂの長さに沿って、封止する。

図３Ａは、セパレータ２０の流れ場要素２６Ａと膜シート２２－１、及び、２２－２との間に、流体流れ通路２７が、どのように規定されるのかを示している。図３Ｃは、通路２７の幅を横切って、横方向支持部２６Ｂが、どのように延在するのかを示している。流体は、（図３Ｂに示されるように、）フレーム端部２４Ａを通過する開口部２５Ａを通って通路２７に入り、及び、開口部２５Ｂを通って通路２７から出ることができる。

図２、３Ｂ、及び、５に示すように、セパレータ２０は、リッジ２８Ａ、及び、２８Ｂ（集合的に、リッジ２８）、及び、任意のリッジ２９Ａ、及び、２９Ｂ（集合的に、リッジ２９）を有している。リッジ２８、及び、２９は、個別に、又は、組み合わせて、以下１１つ以上のようないくつかの機能を果たす。
Ａ．隣接する単位セル３０の膜の間の分離を維持する、
Ｂ．隣接する単位セル３０の間の流体流れ通路、又は、チャンバを封止する、
Ｃ．単位セル３０の組み立てる間、セパレータ２０の各面における膜シート２２－１、及び、２２－２の位置決めをガイドする、
Ｄ．加湿装置コアを形成するために積層されるときに、単位セル３０の位置合わせを容易にする。

図示される実施形態では、リッジ２８は、隣接するセパレータ２０の間の分離を維持するスペーサとして、及び、隣接する単位セル３０の間に画定される通路３２の両側を封止するように、機能する。

図示の実施形態では、リッジ29は、加湿装置コア１０の組み立ての間、隣接するセパレータ２０の整列を容易にし、及び、リッジ２８と組み合わせて、膜シート２２－１、及び、２２－２の位置決めを容易にするアライメント機構として機能する。

リッジ２８、及び、２９によって提供される上述の機能を、リッジ２８、及び、２９の異なる配置で、達成できる。例えば、
・リッジ２８は、任意のリッジ２９が存在することなく、隣接する単位セル３０の間の分離を、維持するように機能できる、
・リッジ２８Ａ、及び、２８Ｂは、セパレータ２０の同一面、又は、（図２、及び、５に示すような）セパレータ２０の対向面にあってもよい、
・リッジ２９は、一連の柱、又は、他のアライメント機構によって、中断され、又は、置き換えられてもよい。

図２、２Ａ、及び、５に示される実施形態では、フレーム端部２４Ａは、面２４－１にリッジ２８Ａを、及び、面２４－２にリッジ２９Ａを有している。この実施形態では、リッジ２８Ａ、及び、２９Ａは、フレーム端部２４Ａの長さに沿って延在している。

図２、２Ａ、及び、５のセパレータ２０は、また、面２４－２にフレーム端部２４Ｂの長さに沿って延在するリッジ２８Ｂを、及び、面２４－１にフレーム端部２４Ｂの長さに沿って延在するリッジ２９Ｂを有している。

図4は、加湿装置コア１０の部分側面図である。例えば、図４、及び、５に示すように、単位セル３０を、一緒に、積層する際に、第１の単位セル３０のリッジ２８Ａの面３１は、第１の単位セル３０に隣接する第２の単位セル３０のセパレータ２０に当接し、及び、第２の単位セル３０のリッジ２８Ｂの面３１が、第１の単位セル３０のセパレータ２０に当接してもよい。これにより、第1の単位セル３０と第2の単位セル３０との間隔が、明確に設定され、及び、第1の単位セル３０と第2の単位セル３０との間の通路３２の高さが、規定される。

図5に示すように、単位セル３０を、一対のエンドプレート３３の間に置いてもよい。エンドプレート３３を、成形し、積層体内のトップのセパレータ２０、及び、ボトムのセパレータ２０に当接させてもよい。図5に示す例では、エンドプレート３３は、隣接するセパレータ２０に当接するリッジ２８Ｃを有している。

図4に示すように、（セパレータ２０の上面２４－１の）リッジ２８Ａ、及び、２９Ｂは、距離D 1だけ離れている。（セパレータ２０の下面２４－２の）リッジ２９Ａ、及び、２８Ｂは、距離D 2だけ離れている。膜シート２２－１を、カットし、又は、サイズ調整し、リッジ２８Ａ，及び、２９Ｂの間に取り付けてもよい。膜シート２２－２を、カットし、又は、サイズ調整し、リッジ２９Ａ，及び、２８Ｂの間に取り付けてもよい。これらの特徴は、単セル３０の組み立て中に、膜シート２２－１、及び、２２－２のセパレータ２０への位置合わせを助けることができる。Ｄ１、及び、Ｄ２が、等しいか、又は、ほぼ等しい場合、膜シート２２－１、及び、２２－２は、有利に同じ寸法を有することができる。図4に示される例では、膜シート２２－１、及び、２２－２は、リッジ２９Ａ、及び、２９Ｂの幅に等しい距離だけ、セパレータ２０に沿った方向に、互いに、ずれている。

いくつかの実施形態では、リッジ２８Ａ、及び、２８Ｂは、高さが等しく（及び、図３Ｂに示すように、高さH 1を有している）、また、リッジ２９Ｂ、及び、２９Ａよりも高い。リッジ２９Ｂ、及び、２９Ａは、（図３Ｂに示されるような）Ｈ２を有してもよく、ここで、Ｈ２≦Ｈ１、また、好ましくは、Ｈ２＜Ｈ１である。いくつかの実施形態では、リッジ２９の一方、又は、両方は、リッジ２８よりも幅広である。

図１－図５に示される実施形態では、単位セル３０を、積層体に整列すると、1つのセパレータ２０の１つのリッジ２９が、隣接するセパレータ２０のリッジ２８に接する。この接触、又は、係合は、単位セル３０を整列させ、加湿装置コア１０を形成することに役立つ。

図４、及び、５に示される例示の加湿装置コア１０では、セパレータ２０は、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄの中心を通る（セパレータの中間面における）横軸のまわりでの１８０度の回転に対して回転対称である。このことは、単位セル３０を、いずれの方向にも向けることができるので、加湿装置の組み立てを簡単する。加湿装置コア１０の全てのセパレータ２０、及び、単セル３０は、同じ向きにできる。これは、同様の構成要素を、いくつかの特定の方法で、互いに対して回転させなければならないことを必要とする設計と比較して、組み立てを大幅に簡略化する。

図４、及び、５では、加湿装置コア１０の隣接する単位セル３０の間に、広いクロス通路３２が画定されていることが、分かる。クロス通路３２は、加湿装置コア１０を横切って（フレーム側部２４Ｃからフレーム側部２４Ｄまで）延在している。クロス通路３２を通る流体の流れは、各クロス通路３２の両側の単位セル３０の通路２７を通る流体の流れと、水分交換できる。膜シート２２－１、及び、２２－２は、セパレータ２０によって支持され、及び、平坦、又は、ほぼ平坦にできる。単セル３０の設計は、膜シート２２－１、又は、２２－２に、鋭い屈曲を必要としない。鋭い屈曲部は、膜に故障点を生成する可能性がある。

有利には、加湿装置コア１０の設計は、通路３２、及び、２７の寸法を、独立に設定できる。通路３２の高さは、リッジ２８の高さによって設定される。通路２７の寸法は、セパレータ２０の設計によって設定される。流れのジオメトリーを、流れ領域（flow domain）ごとに、選択し、又は、最適化できる。例えば、
Ａ．通路２７、及び、３２の相対的な長さは、フレーム２４のアスペクト比（長さ対幅の比）を変更することによって、調整できる、
Ｂ．通路３２の高さは、リッジ２８の高さを変更することによって、調整できる、
Ｃ．通路２７の高さは、フレーム２４の厚さを変更することによって、調整できる。

各流れ領域の設計を、例えば、以下の1つ以上に対して選択し、又は、最適化してもよい。
・高さ（すなわち、所与の積層体の高さにおける膜の活性領域を、増加、又は、最大化するための低い、又は、最小の高さ）、
・より滑らか、又は、均一な流れ分布または均一な流れ分布を達成すること、及び、
・圧力降下を低減し、又は、最小化すること。

多くの燃料電池加湿装置の用途では、加湿される（水を受ける）ガスのより乾燥した流れと、水を供給するガスのより湿潤な流れと、の間に大きな圧力差が存在する。例えば、ガスのより乾燥した流れが、ガスのより湿潤な流れよりも高い圧力であることは、一般的である。圧力差は、典型的には、５０ｋＰａから１００ｋＰａの範囲である。加湿装置コア１０では、ガスのより高い圧力の流れを、クロス通路３２を通って方向付けできる一方、ガスのより低い圧力の流れを、通路２７を通って方向付けできる。この配置で、膜シート２２－１、及び、２２－２を横切る圧力差は、膜シート２２－１、及び、２２－２を、流れ場要素２６Ａ、及び、セパレータ２０の両側の膜シート２２－１、及び、２２－２のための機械的支持を提供する縦方向支持部２４Ｅに、押し付ける。

通路２７の幅、及び、膜シート２２の材料の選択を、選択し、所望の圧力差で、及び、所望の温度で、加湿装置が動作できるようにする一方、膜シート２２の撓みを閾値撓み未満に維持するようにしてもよい。

図5に示すように、第１の単位セル３０Aのフレーム２４は、第１の単位セル３０Aのリッジ２８Ｂの面３１が、第２の単位セル３０Bのセパレータ２０に接触し、及び、第２の単位セル３０Bのリッジ２８Ａの面３１が、第１の単位セル３０Aのセパレータ２０に接触しながら、第１の単位セル３０Aのリッジ２８Ｂ、及び、第２の単位セル３０Bのリッジ２８Ａによって、隣接する第２の単位セル３０Bのフレーム２４から離間する。第１、及び、第２の単位セルのセパレータ２０の間の直接的な接触は、単位セル３０の積層体を一緒に組み立てたときに、「ハードストップ」を提供する。単位セル３０の積層体の高さを、セパレータ２０の寸法Ｄ３によって決定する。
例えば、膜の膨潤に起因して変化する可能性がある膜シート２２－１、及び、２２－２の厚さは、単位セル３０の積層体の高さに影響を与えない。

リッジ２９は、存在する場合、リッジ２０よりも低い高さであってもよい（図３Ｂに示すようにＨ２＜Ｈ１）。いくつかの実施形態では、隣接する単位セル３０の（膜シート２２－１、及び、膜シート２２－２のような）膜は、リッジ２９と隣接するセパレータ２０との間の空間に延在する。リッジ２９は、膜に接する必要はない。

単位セル３０が積層されるときに、リッジ２８によって提供される「ハードストップ」は、隣接する単位セル３０間のシールの不具合を低減、又は、回避に役立つ。これによって、加湿装置コアの高さが、膜によって、部分的に決定されるタイプの加湿装置を悩ます可能性がある故障モードが、緩和される。膜厚によって積層体の高さが決定される加湿装置コアでは、加湿装置の運転中に、膜が、膨張、し、及び、収縮することに起因して、積層体の高さのばらつきが、生ずる可能性があり、及び、加湿装置コアのシールに早期故障を引き起こす可能性がある。層間の効果的なシールを確実にするために積層体を過圧縮することによって、例えば、膜を穿刺する、他の故障モードが、持ち込まれる可能性がある。

図１－５に示す実施形態では、リッジ２８、及び、２９は、セパレータ２０のフレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂに対して、全て、挿入されている。セパレータ２０の端部に対してリッジ２８、及び、２９を挿入させることは、有益であるが、必須ではない。単位セル３０を、積層するとき、横溝３４（図５参照）が、隣接する単位セル３０のセパレータ２０の間に形成される。溝３４は、単位セル３０の積層体を保持する接着剤や封止剤のような、適切な材料３５を受容してもよい。好ましくは、材料３５を選択し、加湿装置コアの組み立て中に、開口部２５Ａ、及び、２５Ｂに流れない十分な動作条件、及び、粘性に関して、材料３５は、堅牢である。いくつかの実施形態では、材料３５は、硬化性のシール剤であり、及び、ＵＶ硬化性であってもよい。有利な材料３５は、単位セル３０の積層体の高さに影響を与えない。

いくつかの実施形態では、追加の構造を、加湿装置コア１０に単位セル３０を一緒に保持するために、提供する。追加の構造を、例えば、加湿装置コア１０の周りに延在するワイヤ、バンド、又は、ストラップ、加湿装置コア１０の単位セル３０、及び、エンドプレート３３を、一緒に、受容し、及び、保持するフレーム、又は、ケージなどによって提供してもよい。

例示的な実施形態では、加湿装置コア１０は、ステンレス鋼フレーム内に収容される単位セル３０の積層体を有している。フレームは、例えば、４つのコーナーポストによって接続される一対のエンドプレートを有してもよい。フレームの異なる部分は、曲げることができる、又は、ねじることができるタブのような変形可能な要素によって、溶接され、接合され、又は、取り付けられてもよい。フレームは、単位セル３０を整列させて保持し、及び、単位セル３０の積層体における圧縮を維持できる。いくつかの実施形態では、加湿装置コア１０は、筐体に、取り外しできるように、取り付けてもよく、その結果、エアフィルタ、又は、カートリッジの取り付けまたは取り外しと同様の態様で、積層体を、筐体から着脱できる。

加湿装置コア１０は、ハウジング６０に収容されていてもよい（例えば、図１１参照）。図示の実施形態では、ハウジング６０は、基部６１Ａ、加湿装置コア１０を受容するように寸法決めされた中空本体６１Ｂ、及び、キャップ６１Ｃを有している。ボルト６２、及び、他の締結具は、キャップ６１Ｃ、及び、基部６１Ａを取り付け、加湿装置コア１０を収容する。本体６１Ｂのエッジシール６１Ｄは、加湿装置コア１０の角部に対してシールする。流体ポート６３Ａ、及び、６３Ｂは、それぞれ、ガスの第１の流れを搬送し、加湿装置コア１０の通路２７＆（図１１に図示せず）を介して、ハウジング６０の出入りを流す。ポート６４Ａ、及び、６４Ｂは、それぞれ、ガスの第２の流れを搬送し、加湿装置コア１０の通路３２（図示せず）を介して、ハウジング60の出入りを流す。

流路３２の開放端を含む（積層されたフレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄによって形成される）加湿装置コア１０の対向面は、加湿装置コア１０と、加湿装置コア１０に、及び、から流体を搬送するように配置される導管との間のシールを容易にするように、少なくとも、ほぼ平面であってもよい。そのようなシールを容易にするために、（存在する場合、）全てのリッジ２８、及び、２９の端部は、平坦であり、及び、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄの外縁と同一平面であってもよい。

それぞれ、リッジ２８の外側にあるフレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂの部分を、フレーム側部２４Ｃ、及び、２４Ｄとは、及び、それぞれ、リッジ２８、及び、２９から内側にあるフレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂとは、異なる厚さにすることによって、溝３４の高さを、通路３２の高さとは異なるようにしてもよい。図１～５に示す実施形態では、リッジ２８Ａ、及び、２９Ａの外側にあるフレーム端部２４Ａの部分、並びに、リッジ２８Ｂ、及び、２９Ｂの外側にあるフレーム端部２４Ｂの部分は、溝３４が、通路３２の高さよりも小さい高さを有するように、リッジ２８、及び、２９から内側にあるフレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂの部分よりも厚い。フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂのこれらの部分の余分な厚さは、本明細書の他の部分に記述されるように、開口２５Ａ、及び、２５Ｂの立案を容易にできる。

有利には、いくつかの実施形態では、リッジ２８、及び、２９は、膜シート２２－１、及び、２２－２を拘束し、また、膜シート２２－１、及び、２２－１と、開口２５Ａ、及び、２５Ｂを有する加湿コア１０の面との間の障壁として機能する。この構成は、ガスが進入する開口２５Ａが高湿度に曝される結果として、膜シート２２－１、及び、２２－２が膨張すること関連する潜在的な故障モードを緩和できる。

図6は、加湿装置コアを組み立てるための例示的な方法５０を示すフローチャートである。ブロック５２Ａでは、膜シート２２－１を、セパレータ２０の面２４－１に正しい位置で配置する。ブロック５２Ａは、セパレータ２０のリッジ２８Ａ、及び、２９Ｂとの間に、事前にカットした（pre-cut）膜シート２２－１を取り付けることを有してもよい。

ブロック５２Ｂでは、膜シート２２－１を、セパレータ２０に接着する。ブロック５２Ｂは、例えば、膜シート２２－１をセパレータ２０に接合し、膜シート２２－１の周囲に連続したシールを形成することを有してもよい。

ブロック５３Ａでは、膜シート２２－２を、セパレータ２０の面２４－２の正しい位置に配置する。ブロック５３Ａは、セパレータ２０のリッジ２９Ａ、及び、２８Ｂとの間に、事前にカットした膜シート２２－２を取り付けることを有してもよい。

ブロック５３Ｂでは、膜シート２２－２を、セパレータ２０に接着する。ブロック５３Ｂは、例えば、膜シート２２－２をセパレータ２０に接合し、膜シート２２－２の周囲に連続したシールを形成することを有してもよい。

ブロック５２Ｂ、及び、５３Ｂは、例えば、それぞれの膜をセパレータ２０に取り付けるための超音波溶接、レーザ溶接、熱接着、接着剤接合などを有してもよい。

ブロック５２Ａ、及び、５２Ｂを、ブロック５３Ａ、及び、５３Ｂに対して、任意の順序で、又は、同時に実行してもよい。ブロック５２Ｂ、及び、５３Ｂの両方が完成すると、単位セル３０が生成されている。任意のブロック５４では、（例えば、各単位セル３０において膜シート、及び、セパレータによって形成されるチャンバが気密であることを保証するために、）単位セル３０を、テストする。

ブロック５５では、複数の単位セル３０を、組み立て、加湿装置コア１０を形成する。ブロック５５Ａでは、所望の数の単位セル３０が、一緒に、積層される。ブロック５５Ａは、隣接する単位セル３０のリッジ同士を当接関係で係合させることにより単位セル３０を整列させることを有してもよい（例えば、1つの単セル３０のリッジ２８Ａを隣接する単位セル３０のリッジ２９Ａに当接させてもよい）。有利には、積層される全ての単位セルを、同じ配向で積層しもよい。ブロック５５Ａは、対向する積層体の端部に、エンドプレート３３を提供することを有してもよい。

ブロック５５Ｂでは、硬化性接着封止剤であってもよい、材料３５を、単位セル３０に適用する。ブロック５５Ｂを、ブロック５５Ａの間、又は、その後に、実行してもよい。例示的な実施形態では、単位セル３０を、単位セルの積層体に、順次、追加する。各単セルを、積層体に追加する前に、溝３４の壁となる面に、材料３５（例えば、接着封止剤のビーズ）を、適用する。各単位セルを積層体に追加する場合、追加する単位セルを、リッジ２８の面３１の係合によって、前の単位セルから正確な距離だけ離すことができる。材料３５は、積層される単位セル３０を、一緒に、保持する。

ブロック５５Ｃでは、完成した単位セルの積層体を、材料３５が硬化するまで、一緒に、クランプしてもよい。方法５０は、単位セルの積層体を圧縮するために、フレーム、バンディング、ワイヤなどを追加し、及び／又は、単位セルを積層体内で一緒に保持することを、任意選択的に、有している。

以上のことから、本技術は、異なる圧力にある流れの間で水分を伝達するように動作できる加湿装置の設計の範囲を提供することが理解できる。それぞれが、より低い圧力の流れのための流路を規定できるセパレータ２０を有し、及び、セパレータの両側に接着される水蒸気輸送（ＷＶＴ）膜を有する単位セルを、一緒に、積層することによって、加湿装置を、組み立てることができる。直交流、対向流の両方、又は、共流（co-flow）配置が可能である。

好ましい実施形態では、単位セルは、同一であり、及び、対称である。このような実施形態では、単位セルを、積層体に対向するいずれかの面で、単位セルの積層体に追加できるので、組み立てが、簡略化される。より高い圧力の流れは、隣接する単位セル間の通路を通って、流れることができる。

流れの幾何学的配置をフローごとに、選択し、又は、最適化できる。

本明細書に記載の装置を、様々な方法で、変更できる。例えば、異なる実施形態は、以下の段落に記載される特徴のうちの1つ以上を有してもよい。

いくつかの実施形態では、流れ場要素２６Ａは、通路２７が真っ直ぐでない流れ場を画定する。例えば、通路２７は、直線状、波状、角度付きであってもよく、又は、セパレータ２０の内部領域２６内の他の構成であってもよい。

本明細書に記載の加湿装置のいくつかの実施形態では、セパレータは、フレーム側部２４Ｃ、２４Ｄの中点と交差し、及び、セパレータ２０の平面に対して垂直である平面で対称である。いくつかのそのような実施形態では、例えば、隣接するセパレータ２０の間のハードストップ分離を維持するリッジを、（図１－５に示す実施形態におけるように対向する面ではなく）セパレータの同一面に提供してもよい。例えば、セパレータ２０を積み重ねたときに、ハードストップを提供するより高いリッジ２８Ａ、及び、２８Ｂを、両方とも、セパレータ２０の同一面にあってもよい。リッジ２９Ａ、及び、２９Ｂは、それぞれ、セパレータ２０の対向する面にあってもよく、及び、リッジ２８Ａ、及び、２８Ｂに対して、オフセットしていてもよい。図7は、この代替構造を有する2つの積層されるセパレータ２０Aの側面図である。各セパレータ２０Aは、その上面、及び、下面に取り付けられ、単位セルを形成する膜シート（図7に図示せず）を有している。単位セルを、積層し、加湿装置コアを形成できる。本実施形態では、セパレータ２０Aの上面に取り付けられる膜シートの寸法は、セパレータ２０Aの下面に取り付けられる膜シートの寸法と、異なっていてもよい。

図１－５に示す実施形態では、リッジ２８Ａ、及び、２９Ａは、セパレータ２０の端部２４Ａに対してはめ込まれ、及び、リッジ２９Ａ、及び、２９Ｂは、セパレータ２０の端部２４Ｂに対してはめ込まれている。上述したように、セパレータ２０の端部に対してはめ込まれるリッジ２８、及び、２９を有することは有益であるが、必須ではない。図８は、加湿装置コアの部分側面図を示している。本実施形態では、各セパレータ２０のフレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂと面一に、隣接する単位セルの間にハードストップ分離を提供する、リッジ２８Ａ、及び、２８Ｂが、配置される。隣接する単位セルの位置合わせ、及び、位置決めを容易にできる、リッジ部２９Ａ、及び、２９Ｂは、それぞれ、フレーム端部２４Ａ、及び、２４Ｂのそれぞれに対して、並びに、リッジ２８Ａ、及び、２８Ｂのそれぞれに対して、はめ込まれている。

図９は、長さとは異なる幅を有する矩形状のセパレータの一例の斜視図である。その他の点では、図９に示すセパレータは、図２に示すセパレータと同様であり、及び、同一の参照番号を用いて、同一の、又は、同様の構成要素、部品、又は、特徴を示す。

いくつかの実施形態では、セパレータは、加湿装置コアの単位セルの中に、及び、その間に流れを分配するポートを規定する。いくつかのこのようなセパレータは、積層されると、対向流加湿装置を提供できる。例えば、図１０、及び、１０Aは、図9に示される長方形のセパレータと同様に配置される流れ場を有し、対向流湿度交換を提供するセパレータ２０Cを示す。本明細書に記載の他の実施形態のように、膜（図１０、又は、１０Aに図示せず）を、セパレータ２０Cに固定し、流れ場の対向面を覆い、単位セルを形成してもよい。

セパレータ２０Cは、隣接するセパレータ２０Cに隣接して積み重ねられたときにハードストップを提供する周辺リッジ２８Ｄを有している。セパレータ２０Cは、周縁リッジ２８Ｄに対向する面に、位置合わせ機構を有していてもよい。位置合わせ機構は、例えば、周辺リッジ２８Ｄの内側、及び／又は、外側面に係合することによって、2つの積層されるセパレータ２８Ｄを整列させることができる。

（それぞれ、両面に膜シートを有する）いくつかのセパレータ２０Dを積層すると、積層されるセパレータのポート開口４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、及び、４２Ｂを整列し、セパレータの積層体を通って延在する対応するマニホールドが、提供される。

ポート開口４１Ａ、及び、４１Ｂを、マニホールドを形成するように整列し、隣接する単位セルの間の空間を通過する第１の流れを搬送し、各単位セルは、一対の膜シートの間に挟み込まれるセパレータ２０Cを有している。ポート開口４１Ａ、及び、４１Ｂを、マニホールドを形成するように整列し、セパレータ２０Cの内部領域２６に流れ場を通過する第２の流れを搬送する。例えば、第２の流れは、整列したポート開口４２Ａに送出され、セパレータ２０Cに規定されるヘッダ領域４４Ａを介して内部領域２６に流入し、流れを集め、及び、ポート４２Ｂに流れを送出する収集領域４４Ｂまで、内部領域２６を通過できる。好適なシール、又は、ガスケットを用いて、第１、及び、第２の流れの分離を維持できる。

用語の解釈

文脈が、明らかに、他のものを要求しなければ、明細書、及び、特許請求の範囲を通して、
・「有する」、「有している」等は、排他的、又は、網羅的な意味とは反対に、包括的な意味に、すなわち、「含んでいるが、これに限定されない」という意味に、解釈されるべきである。
・「接続される」又は、「結合される」、及び、その変形型は、2つ以上の要素の間の、直接的、又は、間接的のいずれかの接続、又は、結合を意味する；要素間の結合、又は、接続は、物理的、論理的、又は、それらの組み合わせにできる。
・「本明細書中」、「上記の」、「以下の」、及び、同様の持ち込みに関する用語は、本明細書の記述に用いられる場合、全体として本明細書を参照するものとし、また、本明細書の特定の部分を参照するものではない。
・「又は」は、２つ以上の項目のリストの参照では、以下の用語解釈の全てを包含する：リストのいずれかの項目、リストの全ての項目、及び、リストの項目の任意の組み合わせ。
・「ａ」、「ａｎ」、及び、「ｔｈｅ」を形成する単数形は、また、任意の適切な複数の形態の意味も含む。

本明細書、及び、（存在する）添付の特許請求の範囲で使用される、「縦の」、「横の」、「水平の」、「上の」、「下の」、「前方に」、「後方に」、「内側の」、「外側の」、「右」、「左」、「前」、「後ろ」、「上面」、「下面」、「より下に」、「より上に」、「下に」等のような方向を示す用語は、記述され、及び、図示される装置の特定の配向に依存する。本明細書に記述される主題は、様々な代替の方向を仮定できる。したがって、これらの方向の用語は、厳密に定義されず、また、狭く解釈されるべきではない.

構成要素（例えば、膜、封止剤、接着剤、アセンブリ、デバイスなど）を上で参照する場合、別段の指示がない限り、（「手段」の参照を含む）その構成要素の参照は、記載された構成要素の機能を実行する任意の構成要素を、その構成要素の等価物として、含み、本発明の例示的な実施形態において機能を実行する開示された構造と、構造的に等価ではない構成要素を含む、ように、解釈されるべきである

システム、方法、及び、装置の具体的な例は、例示のために、本明細書に、記載されている。これらは一例である。本明細書で提供される技術は、上述した例示的なシステム以外のシステムに適用できる。本発明の実施形態では、多くの変更、修正、追加、省略、及び、並べ替えが可能である。本発明は、当業者には明らかであろう記載された実施形態の変形を含み、特徴、要素、及び／又は、作用を、同等な特徴、要素、及び／又は、作用で置き換え、異なる実施形態から特徴、要素、及び／又は、作用を混合し、及び、整合させ、本明細書で記載されるような実施形態から特徴、要素、及び／又は、作用を、他の技術の特徴要素、及び／又は、作用と結合し、及び／又は、記載される実施形態からの特徴、要素、及び／又は、作用の結合を除外することによって得られる変化を含む。

本明細書には、「いくつかの実施形態」に存在するように、様々な特徴が記載されている。このような特徴は必須ではなく、及び、すべての実施形態では存在しなくてもよい。本発明の実施形態は、そのような特徴のゼロ、任意の１つ、又は、２つ以上の任意の組み合わせを有してもよい。このことは、そのような特徴のある１つが、そのような互換性のない特徴を組み合わせる実用的な実施形態を構築することが、当業者にとって不可能であろうという意味で、そのような特徴の他のものと、互換性がない、という範囲でのみ、限定される。したがって、特徴Ａを有する「いくつかの実施形態」、及び、特徴Ｂを有する「いくつかの実施形態」は、異なる図に関して説明され、及び／又は、異なる段落、又は、異なる文に記載されていても、（明細書が他のものに言及し、又は、特徴Ａ、及び、Ｂが、根本的に、互換性がないということでなければ、）本発明は、特徴Ａ、及び、Ｂを組み合わせる実施形態も、検討するという、表現表示として、解釈されるべきである。

したがって、以下の添付の特許請求の範囲、及び、今後に導入される特許請求の範囲は、合理的に推論される可能性があるような変更、並べ換え、追加、省略、及び、サブコンビネーションの全てを含むものと解釈されることが、意図されている。特許請求の範囲は、実施例に記載された好ましい実施形態によって限定されるべきではない一方、明細書全体としての説明と一致する最も広い解釈を与えるものとする。

Claims (38)

1. 加湿装置であって、
   単位セルの積層体であって、
   前記単位セルのそれぞれは、
   外周フレーム、並びに、第１、及び、第２の主面を有するセパレータ、
   前記セパレータの前記第１の主面で、前記外周フレームに接合される第１の膜シート、並びに、
   前記セパレータの前記第２の主面で、前記外周フレームに接合される第２の膜シート、
   を有し、
   前記外周フレーム、並びに、前記第１、及び、第２の膜シートは、
   前記外周フレームの内部に、空洞を規定し、
   前記外周フレームの対向する第１、及び、第２のフレーム端部は、
   第１の流れが、前記空洞を通って、第１の方向に流れることができるように開口され、
   前記セパレータは、
   前記第1、及び、第２のフレーム端部を渡って、それぞれに、延在する第１、及び、第２のリッジを有し、並びに、
   前記単位セルの積層体において、前記第１、及び、第2のリッジは、
   隣接する前記単位セルの前記セパレータと接することによって、お互いから、前記単位セルを離間し、前記第１の方向と交差する第2の方向に、前記単位セルの前記積層体を通って延在する横方向通路を提供する、
   加湿装置。
2. 請求項１に係る加湿装置において、
   前記第１、及び、第２のリッジは、
   それぞれ、前記第１、及び、第２のフレーム端部の外縁から内側に配置される、
   加湿装置。
3. 請求項２に係る加湿装置において、
   前記第1のフレーム端部の前記第1のリッジと、前記第1のフレーム端部の前記外縁と、の間の部分は、
   第１のギャップによって、前記単位セルの前記積層体において、互いから離間されており、及び、前記第１のギャップは、前記隣接する単位セル同士を接着する接着剤を有している、
   加湿装置。
4. 請求項２、又は、請求項３に係る加湿装置において、
   前記第２のフレーム端部の前記第２のリッジと、前記第２のフレーム端部の前記外縁と、の間の部分は、
   第２のギャップによって、前記単位セルの前記積層体において、互いから離間されており、及び、前記第２のギャップは、前記隣接する単位セル同士を接着する接着剤を有している、
   加湿装置。
5. 請求項１～４に係る加湿装置のいずれかにおいて、
   前記第１、及び、第２のリッジは、
   前記セパレータの第１、及び、第２の対向面に、それぞれ、存在する、
   加湿装置。
6. 請求項５に係る加湿装置において、
   前記セパレータは、
   前記セパレータにおいて中心に置かれる横軸を中心とする１８０度の回転に関して対称である、
   加湿装置。
7. 請求項５、又は、請求項６に係る加湿装置において、
   前記セパレータの前記第2の面の前記第1のフレーム端部に、第3のリッジ、
   を有し、
   前記第3のリッジの外縁は、
   前記第1のリッジの内縁と整列している、
   加湿装置。
8. 請求項７係る加湿装置において、
   前記第3のリッジは、
   前記外周フレームの側面から測定される前記第２のリッジの高さよりも小さい、前記外周フレームの側面から測定される高さを有する、
   加湿装置。
9. 請求項１～８に係る加湿装置のいずれかにおいて、
   前記第１、及び、第２の膜シートは、それぞれ、
   多孔質基材、及び、前記多孔質基材の一方の面の水蒸気透過性被膜を有する、
   加湿装置。
10. 請求項９係る加湿装置において、
    前記第１、及び、第２の膜シートは、
    前記水蒸気透過性被膜が、前記第１、及び、第２の膜シートが取り付けられる前記セパレータから離れて面するように、位置確定されている、
    加湿装置。
11. 請求項８、又は、請求項９に係る加湿装置において、
    前記第１、及び、第２の膜シートの前記多孔質基材は、
    ＰＰＳプラスチックを有し、及び、
    前記基材は、ＰＰＳプラスチックを有する、
    加湿装置。
12. 請求項１～１１に係る加湿装置のいずれかにおいて、
    前記第１、及び、第２の膜シートは、
    前記空洞の周囲において前記セパレータに接合されている、
    加湿装置
13. 請求項１～１２に係る加湿装置のいずれかにおいて、
    前記第１、及び、第２のフレーム端部の間の前記空洞を横切って延在する複数の流れ場要素、
    を有し、
    前記流れ場要素は、
    前記空洞を横切って延びる通路を規定するように離間されている、
    加湿装置。
14. 請求項１３に係る加湿装置において、
    前記流れ場要素の対向する面は、
    前記セパレータの第１、及び、第２の主面と同一平面上にある、
    加湿装置。
15. 請求項１４に係る加湿装置において、
    隣接する前記流れ場要素は、１から５ｍｍの範囲の距離で、互いから離間されている、
    加湿装置。
16. 請求項１４、又は、請求項１５に係る加湿装置において、
    前記セパレータのそれぞれは、
    前記流れ場要素の隣接するものの間に延在され、及び、前記通路をふさがないように、寸法決めされる複数の横方向支持部を有する、
    加湿装置。
17. 請求項１３～１５に係る加湿装置のいずれかにおいて、
    前記第１、及び、第２のフレーム端部は、
    それぞれ、前記第１、及び、第２のフレーム端部を通って延在し、及び、それぞれ、前記通路の対応するものに開口する複数の開口を提供するように形成される、
    加湿装置。
18. 請求項１７に係る加湿装置において、
    前記開口は、
    ドラフトされた壁を有するように形成される、
    加湿装置。
19. 請求項１～１８に係る加湿装置のいずれかにおいて、
    前記空洞は、
    １：１．２から１．２：１の範囲の幅：長さのアスペクト比を有する、
    加湿装置。
20. 請求項１～１９に係る加湿装置のいずれかにおいて、
    前記横方向通路は、
    前記外周フレームの前記第１の膜シートが接着される部分の厚さよりも大きい高さを有する、
    加湿装置。
21. 請求項１～２０に係る加湿装置のいずれかにおいて、
    前記単位セルの積層体を取り囲むフレーム、
    を有し、
    前記フレームは、
    前記単位セルの積層体に圧縮を加えるように張られている、
    加湿装置。
22. 第１、及び、第２の主面を有するセパレータを有する加湿装置用の単位セルであって、
    前記セパレータは、
    外周フレームを有し、
    前記単位セルは、
    前記セパレータの前記第１の主面で前記外周フレームに接合される第1の膜シート、及び、前記セパレータの前記第２の主面で前記外周フレームに接合される第２の幕シートを有し、
    前記外周フレーム、及び、前記第１、及び、第２の膜シートは、
    前記外周フレームの内部に空洞を規定し、
    前記外周フレームの対向する第１、及び、第２のフレーム端部は、
    第１の流れが、前記空洞を通って第1の方向に流れることができるように開口され、
    前記セパレータは、
    前記第１のフレーム端部と前記第２のフレーム端部との間に、それぞれ、延在する第１、及び、第２のリッジを有する、
    加湿装置用の単位セル。
23. 加湿装置を組み立てる方法であって：
    第１、及び、第２の主面を有するセパレータであって、前記第１、及び、第２のフレーム端部の外縁から、それぞれ、前記第１、及び、第２のフレーム端部に渡って延在する第１、及び、第２のリッジによって取り囲まれる流れ場領域に、延在する開口によって貫通される第１、及び、第２のフレーム端部を有する外周フレームを有するセパレータ、の第１の主面に、第１の膜シートを取り付け、及び、
    前記外周フレームの前記第1の主面に対向する第２の主面に第２の膜シートを取り付けて、
    複数の単位セルを生成し、
    複数の単位セルを積層して積層体を形成し、前記単位セルの積層体において、前記第１、及び、第２のリッジが、隣接する前記単位セルの前記セパレータと接することによって、互いから、離間され、前記単位セルの前記積層体を通って延在する横方向通路を提供し、
    前記単位セルの積層体を、一緒に、接合する、
    加湿装置を組み立てる方法。
24. 請求項２３に係る方法において、
    前記第１の膜シートをセパレータの前記第１の主面に取り付ける工程は、前記第１の膜シートを前記第1のリッジの縁に位置合わせする工程を有する、
    方法。
25. 請求項２３、又は、請求項２４に係る方法において、
    前記第２の膜シートをセパレータの前記第2の主面に取り付ける工程は、前記第２の膜シートを前記第２のリッジの縁に位置合わせする工程を有する、
    方法。
26. 請求項２３～２５に係る方法のいずれかにおいて、
    前記セパレータは、前記第１、及び、第２のフレーム端部に、それぞれ、延在し、及び、前記第１、及び、第２のリッジから、前記外周フレームの対向する主面に、それぞれ、存在する第３、及び、第４のリッジを有し、及び、前記複数の単位セルを積層する工程は、前記積層体の隣接する単位セルの前記第1のリッジを用いる前記積層体の１つの単位セルの前記第3のリッジの橋台によって、前記積層体において前記単位セルを整列させる工程を有する、
    方法
27. 加湿装置で使用するためのセパレータであって、
    第１、及び、第２の主面を有し、並びに、
    第１、及び、第２のフレーム端部を接合する第１、及び、第２のフレーム側部を有する外周フレームであって、前記外周フレームは、前記第１、及び、第２のフレーム端部の外側の縁から、前記外周フレームによって囲まれる流れ場領域の中に延在する開口によって貫通され、並びに、
    前記第１、及び、第２のフレーム端部に渡って、それぞれ、延在する第１、及び、第２のリッジを有する、
    セパレータ。
28. 請求項２７に係るセパレータにおいて、
    前記第１のフレーム端部と前記第２のフレーム端部との間の前記空洞を横切って延在する複数の流れ場要素、
    を有し、
    前記流れ場要素は、
    前記空洞を横切って延在する通路を規定するために、離間されている、
    セパレータ。
29. 請求項２８に係るセパレータにおいて、
    前記流れ場要素の対向する面は、
    前記セパレータの前記第１、及び、第２の主面と同一平面上にある、
    セパレータ。
30. 請求項２７～２９に係るセパレータのいずれかにおいて、
    隣接する前記流れ場要素は、
    １ｍｍ～５ｍｍの範囲の距離で、互いから、離間されている、
    セパレータ。
31. 請求項２７～３０に係るセパレータのいずれかにおいて、
    隣接する前記流れ場要素の間に延在し、及び、前記通路を閉塞しないように寸法決めされる複数の横方向支持部、
    を有するセパレータ。
32. 請求項２６～３１に係るセパレータのいずれかにおいて、
    前記開口は、
    ドラフトされた壁を有するように形成されている、
    セパレータ。
33. 請求項２６～３２に係るセパレータのいずれかにおいて、
    前記セパレータは、前記セパレータの中心に位置する横軸を中心とする１８０度の回転に関して対称である、
    セパレータ。
34. 請求項２６～３３に係るセパレータのいずれかにおいて、
    前記セパレータの前記第２の面の前記第１のフレーム端部に第３のリッジ、
    を有し、
    前記第３のリッジの外側の縁は、
    前記第１のリッジの内側の縁に、位置合わせされている、
    セパレータ。
35. 請求項３４に係るセパレータにおいて、
    前記第３のリッジは、
    前記外周フレームの側面から測定される前記第2のリッジの高さよりも小さい、前記外周フレームの側面から測定される高さを有する、
    セパレータ。
36. 請求項３４～３５に係るセパレータのいずれかにおいて、
    前記第２のフレーム端部に第４のリッジ、
    を有し、
    前記第４のリッジの外縁は、
    前記第２のリッジの内側の縁に、位置合わせされている、
    セパレータ。
37. 本明細書に記載の特徴の新規性、及び、進歩性を有する特徴、特徴の組み合わせ、又は、特徴のサブコンビネーションを有する装置。
38. 本明細書に記載の特徴の新規性、及び、進歩性を有する工程、動作、工程、及び／又は、動作の組み合わせ、又は、工程、及び／又は、動作のサブコンビネーションを有する方法。