JP6202771B2 - 水輸送構造体 - Google Patents
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Description
第1に、これは水輸送構造体であり、特に、燃料電池のプロセスガスの加湿のために使用され、次の要件を含む。
透水性と実質的に気密性を備える水輸送層、ならびに、
少なくとも一つの熱可塑性保護層。
水輸送層および熱可塑性保護層は、少なくとも一部において互いに重畳し、第1および第2の重畳領域を形成する。
水輸送構造体は前記第1の重畳領域において透水性を有し、前記第2の重畳領域において熱圧着されることで、水およびガスに対して気密性を備える。
乾燥ガスが注入される第1の注入口と湿潤ガスが排出される第1の排出口と、
湿潤ガスが注入される第2の注入口と除湿されたガスが排出される第2の排出口と、
少なくとも1つの上記加湿モジュールと、を備える。
加湿モジュールの流路構造はそれぞれ、上記の注入口または排出口の少なくとも一つに接続されている。
水輸送層および少なくとも一つの多孔質熱可塑性保護層の連続的な又は非連続的な供給のための装置(arrangement)と、
水輸送層と少なくとも一つの熱可塑性保護層とを少なくとも部分的に熱圧着するための装置(arrangement)と、を備え、
熱圧着は、圧着される領域が水およびガスに対して気密性を備えるように実施される。
a)水輸送構造体を連続的に形成する際の出発生産物として、水輸送層と、上層および下層の多孔質熱可塑性保護層と、を連続的に供給するためのコイル供給装置、
b)連続的な形状を備える水輸送構造体に熱圧着を実施するための装置、
c)連続的な形状を備える水輸送構造体に開口部を形成するための装置、
d)前記水輸送構造体の分離された一片(section)と下にある流板とを接合して加湿モジュール及び/又は加湿モジュールの積層構造を形成するために、連続的な形状を備える水輸送構造体の下に流板を積層し、連続的な形状を備える水輸送構造体を個々の一片に分離する装置。
a)水輸送構造体を連続的に形成する際の出発生産物として、水輸送層と、上層および下層の多孔質熱可塑性保護層と、を連続的に供給するためのコイル供給装置、
b)連続的な形状を備える水輸送構造体に熱圧着を実施するための装置、
c)水輸送構造体の外面形状を切断し、選択的に水輸送構造体に開口部を形成するための装置、
d)水輸送構造体の分離された一片を搬送するための装置、
e)前記水輸送構造体の分離された一片と上側及び/又は下側にある流板とを接合して加湿モジュール又は加湿モジュールの積層構造を形成するために、水輸送構造体の分離された一片の下側及び/又は上側に流板を積層する装置。
2.1 第1の流板
2.2 第2の流板
3 流路構造
4 水輸送構造体
5 水輸送層
6 熱可塑性保護層
7 開口部
8 加湿モジュール
9 エンドプレート
10 第1の重畳領域
11 第2の重畳領域
12 位置決め孔
13 連続的な又は非連続的な供給のための装置
14 熱圧着のための装置
15 コイル
16 切断装置
17 レーザを用いた切断
18 積層装置
19 水輸送構造体の一片
22 真空グリッパ
23 ガイドロール
24 熱圧着のための製造装置
27 流路構造に向かう供給ライン
28 空間的に分離された製造装置
30 追加的な材料、接着剤、及び/又はシーリング材
34、34’ 加熱ロール
A 湿潤ガスの供給のための第2の注入口
B 乾燥ガスの供給のための第1の注入口
C 加湿されたガスを排出するための第1の排出口
D 除湿されたガスを排出するための第2の排出口
K コンプレッサ
S 燃料電池スタック
d1、d2 厚さ
Claims (50)
- 燃料電池のプロセスガスの加湿のために好適に使用することができる水輸送構造体(4)であって、
透水性と実質的に気密性を備える水輸送層(5)と、
少なくとも一部において水およびガスに対して気密性を備える少なくとも一つの熱可塑性保護層(6)と、を備え、
前記水輸送層および前記熱可塑性保護層は、少なくとも一部において互いに重畳し、第1および第2の重畳領域(10、11)を形成し、
前記熱可塑性保護層を通して前記水輸送層(5)の前記第1の重畳領域に湿潤ガスが到達可能であり、
前記水輸送構造体(4)は、前記水輸送層(5)の前記第2の重畳領域(11)に圧縮された熱可塑性保護層(6)を通して湿潤ガスが侵入しないように、前記第2の重畳領域において熱圧着されている、
構造体。 - 熱可塑性保護層(6)は、前記水輸送層(5)の両側にそれぞれ配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の構造体。
- 前記第2の重畳領域(11)の厚さは前記第1の重畳領域(10)の厚さと比べて薄いことを特徴とする、請求項1または2に記載の構造体。
- 前記第2の重畳領域(11)は、前記第1の重畳領域の少なくとも2つの長手方向の縁部において、前記第1の重畳領域(10)の範囲を定めることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記第2の重畳領域は、前記第1の重畳領域を円周方向において取り囲んでいることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記第1の重畳領域(10)の厚さ(d1)は、35〜600μmであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記第2の重畳領域(11)の厚さ(d2)は、前記第1の重畳領域(10)の厚さ(d1)の10〜75%であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記第1の重畳領域(10)における前記熱可塑性保護層(6)は多孔質であり、好ましくは50〜95%の気孔率を有することを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記第2の重畳領域(11)における前記熱可塑性保護層(6)は本質的に非多孔質であることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記第2の重畳領域(11)は、切り抜き、打ち抜き、又はレーザ加工によって形成された開口部(7)を備えることを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記構造体(4)の外側形状は、前記第2の重畳領域(11)の少なくとも一部において、切り抜き、打ち抜き、又はレーザによって加工されていることを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記熱可塑性保護層は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフタルアミド、ポリエチレンテレフタレート、及び/又はポリブチレンテレフタレートを含み、又はこのような材料から成ることを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記水輸送層(5)は非補強の膜を用いて実現されていることを特徴とする、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記非補強の膜は、熱可塑性繊維紙、繊維ロービング(fiber rovings)、フリースまたはポリマー繊維を使用した繊維織り(fiber weave)を含む支持体上に載置されていることを特徴とする、請求項13に記載の構造体。
- 前記水輸送層(5)は補強された膜を用いて実現されていることを特徴とする、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記水輸送層(5)は、コーティングされた及び/又は含浸された織り(Texapore、Venturi)、層状膜(ゴアテックス)、イオンが含浸された膜、アイオノマー膜(ナフィオン)、親水性膜、又は隔膜を用いて実現されていることを特徴とする、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の構造体。
- 燃料電池のプロセスガスの加湿に好適に用いることができる加湿モジュール(8)であって、
第1の流板(2.1)と、第2の流板(2.2)と、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の水輸送構造体(4)と、を少なくとも備え、
前記第1の流板(2.1)および前記第2の流板(2.2)はそれぞれ、ガスをガイドするための流路構造(3)を備える、
加湿モジュール。 - 前記水輸送構造体(4)は、その第2の重畳領域の少なくとも一部において前記第1の流板(2.1)及び/又は前記第2の流板(2.2)に接着接合されていることを特徴とする、請求項17に記載の加湿モジュール。
- 前記接着接合は、前記水輸送構造体(4)、及び/又は前記第1の流板(2.1)、及び/又は前記第2の流板(2.2)の外側縁部において実施されていることを特徴とする、請求項18に記載の加湿モジュール。
- 前記水輸送構造体(4)は、その第2の重畳領域の少なくとも一部において前記第1の流板(2.1)及び/又は前記第2の流板(2.2)に、接着、溶融、溶接、又は超音波溶接を用いて接合されていることを特徴とする、請求項17に記載の加湿モジュール。
- 前記第1の流板(2.1)及び/又は前記第2の流板(2.2)は、前記流路構造(3)を取り囲むシール領域を備え、前記水輸送構造体(4)は、前記シール領域に配置されることで前記第1及び/又は第2の流板に圧力ばめによって接続されている、請求項17に記載の加湿モジュール。
- 前記第1の流板(2.1)及び前記第2の流板(2.2)はそれぞれ、前記流路構造(3)を取り囲むシール領域を備え、前記第1の流板(2.1)及び前記第2の流板(2.2)は少なくとも一部において相補的な構造を備え、前記水輸送構造体(4)は、これらの相補的な構造の間に固定され、圧力ばめによって圧縮されている、請求項17に記載の加湿モジュール。
- 前記第1の流板(2.1)及び/又は前記第2の流板(2.2)は、積層方向において媒体をガイドするための開口部を備え、当該開口部は水輸送構造体(4)の第2の重畳領域(11)の開口部と少なくとも一部において重なることを特徴とする、請求項17乃至22のいずれか一項に記載の加湿モジュール。
- 前記第1の流板(2.1)及び/又は前記第2の流板(2.2)は、積層方向において媒体をガイドするための開口部(7)を備え、媒体をガイドするための全ての開口部(7)は、前記水輸送構造体(4)によってカバーされる前記各々の流板(2.1、2.2)の領域の外部に配置されていることを特徴とする、請求項17乃至22のいずれか一項に記載の加湿モジュール。
- 前記流板(2.1、2.2)の少なくとも一部は、熱可塑性材料、弾性プラスチック、又は熱硬化性樹脂で形成されており、及び/又は、少なくとも一部は腐食安定性金属材料を含む、請求項17乃至24のいずれか一項に記載の加湿モジュール。
- 前記水輸送構造体(4)の前記第1の重畳領域(10)は、少なくとも一部において前記第1の流板(2.1)及び前記第2の流板(2.2)の流路構造(3)と重なることを特徴とする、請求項17乃至25のいずれか一項に記載の加湿モジュール。
- 前記第1の流板(2.1)及び前記第2の流板(2.2)は、材料の選択、流路の形状、流路の方向、及びシーリングの外形の少なくとも一つにおいて互いに異なることを特徴とする、請求項17乃至26のいずれか一項に記載の加湿モジュール。
- 前記第1の流板(2.1)はAの形状を備え、前記第2の流板(2.2)はBの形状を備え、前記第1の流板(2.1)および前記第2の流板(2.2)の積層順序がA−B−A−Bである、請求項17に記載の加湿モジュール。
- 前記第1の流板(2.1)及び前記第2の流板(2.2)はそれぞれ両面に流路構造(3)を備え、水輸送構造体(4)は、前記流路構造(3)を備える各々の表面の間にそれぞれ配置されている、請求項28に記載の加湿モジュール。
- 乾燥ガス(B)が注入される第1の注入口と、湿潤ガス(C)が排出される第1の排出口と、
湿潤ガス(A)が注入される第2の注入口と除湿されたガス(D)が排出される第2の排出口と、
請求項17乃至29のいずれか一項に記載された少なくとも一つの加湿モジュール(8)と、を備え、
前記加湿モジュールの流路構造はそれぞれ、上記注入口または排出口の少なくとも一つに接続されている、
加湿器(1)。 - 水輸送構造体(4)、加湿モジュール、及び/又は加湿器の製造方法であって、
水輸送層(5)および少なくとも一つの多孔質熱可塑性保護層(6)を連続的または非連続的に供給し、
前記水輸送層と前記少なくとも一つの熱可塑性保護層とを、圧着される領域が水およびガスに対して気密性を備えるように、少なくとも部分的に熱圧着する、
製造方法。 - 2つの熱可塑性保護層(6)の間に前記水輸送層(5)を供給することで、前記連続的または非連続的な供給が達成されることを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 前記連続的な供給はコイル(15)を用いて実現されていることを特徴とする、請求項31または32に記載の方法。
- 前記非連続的な供給はブランクの供給によって実現されていることを特徴とする、請求項31または32に記載の方法。
- 前記方法は追加的に、前記熱圧着された水輸送構造体を切断する工程を備え、
前記切断する工程は、前記熱圧着された水輸送構造体の端部を切断する工程と、前記熱圧着された水輸送構造体に開口部を形成する工程と、を含むことを特徴とする、請求項31乃至34のいずれか一項に記載の方法。 - 前記切断は、レーザ(17)、又は打ち抜き装置を用いることで実現されていることを特徴とする、請求項35に記載の方法。
- 熱圧着および開口部の切り抜き及び/又は端部の切断は、単一の製造装置で実施されていることを特徴とする、請求項35または36に記載の方法。
- 前記方法は追加的に、同一又は異なる大きさの水輸送構造体(4)および流板(2.1、2.2)を予め定められた順序で積層することを特徴とする、請求項31乃至37のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項38に記載の方法は少なくとも、
a)水輸送構造体(4)を連続的に形成する際の出発生産物として、水輸送層(5)と、上層および下層の多孔質熱可塑性保護層(6)と、を連続的に供給し、
b)連続的な形状を備える水輸送構造体(4)に熱圧着を実施し、
c)連続的な形状を備える水輸送構造体(4)に開口部を形成し、
d)前記水輸送構造体の分離された一片(19)と下にある流板(2.1、2.2)とを接合して加湿モジュール及び/又は加湿モジュールの積層構造を形成するために、連続的な形状を備える水輸送構造体(4)の下に流板(2.1、2.2)を積層し、連続的な形状を備える水輸送構造体を個々の一片(19)に分離する。 - 請求項38に記載の方法は少なくとも、
a)水輸送構造体(4)を連続的に形成する際の出発生産物として、水輸送層(5)と、上層および下層の多孔質熱可塑性保護層(6)と、を連続的に供給し、
b)連続的な形状を備える水輸送構造体(4)に熱圧着を実施し、
c)水輸送構造体(4)の外面形状を切断し、選択的に水輸送構造体(4)に開口部を形成し、
d)水輸送構造体の分離された一片(19)を搬送し、
e)前記水輸送構造体の分離された一片(19)と上側及び/又は下側にある流板(2.1、2.2)とを接合して加湿モジュール(8)又は加湿モジュール(8)の積層構造を形成するために、水輸送構造体(4)の分離された一片(19)の下側及び/又は上側に流板(2.1、2.2)を積層する。 - 請求項1乃至30のいずれか一項に記載の、水輸送構造体(4)、加湿モジュール及び/又は加湿器の生産に用いるデバイスであって、
水輸送層(5)および少なくとも一つの多孔質熱可塑性保護層(6)の連続的な又は非連続的な供給のための装置(13)と、
圧縮された領域が水およびガスに対して気密性を備えるように、水輸送層と少なくとも一つの熱可塑性保護層とを少なくとも部分的に熱圧着するための装置(14)と、を備える。 - 連続的または非連続的な供給をするための前記装置(13)は、前記水輸送層(5)が2つの熱可塑性保護層(6)の間に配置されるように設計されていることを特徴とする、請求項41に記載のデバイス。
- 前記連続的な供給はコイル(15)を用いて実現されていることを特徴とする、請求項41または42に記載のデバイス。
- 前記非連続的な供給はブランクの供給によって実現されていることを特徴とする、請求項41または42に記載のデバイス。
- 前記熱圧着された水輸送構造体の端部を切断し、前記熱圧着された水輸送構造体に開口部を形成するための切断装置を追加的に備えることを特徴とする、請求項41乃至44のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記切断装置(16)は、レーザを用いた切断装置(17)、又は打ち抜き装置を用いて実現されていることを特徴とする、請求項45に記載のデバイス。
- 熱圧着と開口部の切り抜き及び/又は縁部の切断は、単一の製造装置で実施されることを特徴とする、請求項45または46に記載のデバイス。
- 同一又は異なる形状を備える水輸送構造体(4)および流板(2.1、2.2)を所定の順序に積層する積層装置(18、28)を追加的に有することを特徴とする、請求項41乃至47のいずれか一項に記載のデバイス。
- 請求項48に記載のデバイスは少なくとも、
a)水輸送構造体(4)を連続的に形成する際の出発生産物として、水輸送層(5)と、上層および下層の多孔質熱可塑性保護層(6)と、を連続的に供給するためのコイル供給部を有する装置(13)と、
b)連続的な形状を備える水輸送構造体(4)に熱圧着を実施するための装置(18)と、
c)連続的な形状を備える水輸送構造体(4)に開口部を形成するための装置(16)と、
d)前記水輸送構造体の分離された一片(19)と下にある流板(2.1、2.2)とを接合して加湿モジュール(8)及び/又は加湿モジュールの積層構造を形成するために、連続的な形状を備える水輸送構造体(4)の下に流板(2.1、2.2)を積層し、連続的な形状を備える水輸送構造体を個々の一片(19)に分離するための装置(18)と、を備える。 - 請求項48に記載のデバイスは少なくとも、
a)水輸送構造体(4)を連続的に形成する際の出発生産物として、水輸送層(5)と、上層および下層の多孔質熱可塑性保護層(6)と、を連続的に供給するためのコイル供給部を有する装置と、
b)連続的な形状を備える水輸送構造体(4)に熱圧着を実施するための装置(18)と、
c)水輸送構造体(4)の外面形状を切断し、選択的に水輸送構造体(4)に開口部を形成するための装置(16)と、
d)水輸送構造体の分離された一片(19)を搬送するための装置(22)と、
e)他の装置と空間的に分離されており、前記水輸送構造体の分離された一片(19)と上側及び/又は下側にある流板(2.1、2.2)とを接合して加湿モジュール(8)又は加湿モジュール(8)の積層構造を形成するために、水輸送構造体(4)の分離された一片(19)の下側及び/又は上側に流板(2.1、2.2)を積層するための装置(28)と、を備える。
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