WO2024068341A1 - Humidifying device for a fuel cell having a special spacer - Google Patents

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WO2024068341A1
WO2024068341A1 PCT/EP2023/075672 EP2023075672W WO2024068341A1 WO 2024068341 A1 WO2024068341 A1 WO 2024068341A1 EP 2023075672 W EP2023075672 W EP 2023075672W WO 2024068341 A1 WO2024068341 A1 WO 2024068341A1
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WO
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spacer
flat membrane
holes
parts
fluid
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Application number
PCT/EP2023/075672
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German (de)
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Inventor
Daizo Ito
Atsushi Nonaka
Original Assignee
Mahle Filter Systems Japan Corporation
Mahle International Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/084—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes at least one flow duct intersecting the membranes
    • B01D63/085—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes at least one flow duct intersecting the membranes specially adapted for two fluids in mass exchange flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14—Specific spacers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases

Definitions

  • the present invention relates to a humidification device for a fuel cell.
  • a humidifying device in a fuel cell mounted in a vehicle or the like to make a supplied fluid such as air, etc. contain an appropriate amount of moisture (including water vapor; also hereinafter, the "moisture” contained in the fluid includes water vapor).
  • a moisture exchange device in which a plurality of flat membrane members are stacked is proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • flow channels through which the fluid can pass or flow are formed by interposing a wave-shaped member as a spacer between two flat membrane members.
  • the spacer described above When the spacer described above has a shape that extends along a direction of travel or flow of the fluid, it offers less resistance to the travel or flow of the fluid. However, moisture is exchanged between the fluids passing or flowing on both sides of the flat membrane members, so that moisture contained in the fluid on a wet side is required to move toward the flat membrane members (i.e., along a stacking direction). In this case, the spacer as described above extends in its entirety parallel to the flat membrane members, that is, it intersects with a direction of travel or flow of the moisture. Therefore, there was a likelihood that it would prevent the movement of the moisture and the moisture exchange performance would decrease.
  • the present invention has been made in view of the above-described object, and the purpose is to provide a humidifying device for a fuel cell in which the moisture exchange performance can be increased.
  • the humidification device for a fuel cell is characterized in that it includes a plurality of flat membrane components through which moisture can pass - that is, which are permeable to the moisture - and which are stacked, and a spacer which is provided between the two adjacent flat membrane components and thus forms flow channels of a fluid, wherein the spacer has parts on one side that rest on one of the two flat membrane components, parts on another side that rest on another flat membrane component, and through holes or Through openings which connect spaces on both sides of the spacer in the stacking direction of the plurality of flat membrane components.
  • the spacer has the through holes or through openings, so that in the flow channels of the fluid, which are formed between the two flat membrane components, the movement of moisture between the spaces on the two sides via the spacer in the stacking direction is facilitated.
  • the moisture contained in the fluid gradually approaches the flat membrane components in accordance with the movement or flow of the fluid. It is therefore necessary to ensure a travel distance of the fluid so that the moisture contained in the fluid passing in the stacking direction at a position remote from the flat membrane members passes through the flat membrane members reached. If z. B. the movement of moisture to a flat membrane component at a position close to this flat membrane component is prevented by the spacer, the exchange of moisture is only possible on another flat membrane component, so that it is necessary that the moisture goes to the other flat membrane component.
  • the distance for moving the moisture in the stacking direction increases, and the required travel distance of the fluid also increases. If the travel distance of the fluid cannot be sufficiently ensured, there is a probability that the moisture contained in the fluid will not sufficiently reach the flat membrane component and the moisture exchange performance will be reduced.
  • the movement of moisture between the spaces on the two sides via the spacer in the stacking direction is easy, so that the moisture contained in the fluid can move to a closer one of the two flat membrane members, the moisture can easily reach the flat membrane member, and the moisture exchange performance can be increased.
  • the plurality of through holes may be arranged adjacent to one another along a predetermined orientation to form through hole rows, and a plurality of the through hole rows may also be arranged adjacent to one another in a direction orthogonal to the orientation.
  • the through holes may be scattered or distributed on the spacer, so that the movement of moisture throughout the spacer is facilitated and the moisture exchange performance can be further increased.
  • the orthogonal direction may be a passage direction of a fluid, wherein in the rows of through holes, non-through parts may be formed between the two adjacent through holes, and wherein an imaginary extension line that is in an entire area of the non-through parts in the alignment through the non-through parts passes through and extends in the orthogonal direction, can pass through the through holes in at least one other row of through holes.
  • the non-passage parts are parts where the moisture moves with difficulty
  • the fluid crossing the non-passage parts necessarily also crosses the through holes, so that the movement of the moisture over the entire area (except the area (where the through holes are not actually provided) the alignment of the spacer is made easier and the moisture exchange performance can be further increased.
  • all the non-passage parts of one through-hole row may be adjacent to the through-holes of the other through-hole row. According to this configuration, the fluid that passes through the non-passage part crosses the through-hole before and after this crossing, so that the passage of the region where the moisture is difficult to move when the fluid moves can be suppressed.
  • the spacer may be formed in a wave-like manner by alternately arranging the parts abutting on one side and the parts abutting on the other side, each extending along the direction of passage of the fluid. According to this configuration, the parts abutting on one side and the parts abutting on the other side are suppressed from offering resistance to the fluid, so that it can be facilitated to maintain the distance between the flat membrane components mutually over the wide circumference.
  • the spacer has the through holes so that the moisture exchange performance can be increased.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the humidifying device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a section showing a flow channel of the humidifying device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a flow channel of the humidifying device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view showing the spacer of the humidifying device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a section showing the movement configuration in a flow channel of the humidification device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing a spacer of the humidifying device according to a modified example 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view showing a spacer of the humidifying device according to a modified example 2 of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing a spacer of the humidifying device according to a modified example 3 of the present invention.
  • a humidifying device 1 for a fuel cell includes a plurality of flat membrane members 2k through which moisture can pass and which are stacked, and a spacer 3 which is provided between the two adjacent flat membrane members 2k, 2k+1 and thus forms flow channels of a fluid.
  • the spacer 3 has abutting parts 31 on one side which abut against one of the two flat membrane members 2k, 2k+1, abutting parts 32 on another side which abut against another of the two flat membrane members 2k, 2k+1, and through holes 33 which connect spaces Al, A2 on both sides of the spacer 3 in the stacking direction (Z direction) of the plurality of flat membrane members 2k.
  • the humidification device 1 humidifies z. B. air introduced into a fuel cell stack for electrolyzing water in a vehicle-mounted fuel cell, wherein a humidification main body 10 with the plurality of flat membrane members 2k and the spacers 3 e.g. B. is accommodated in a housing to which flow channel parts are connected, through which a wet or moist fluid and a dry fluid (fluid whose moisture is less than the moisture of the wet or moist fluid) each pass through.
  • the air from which foreign matters, dust, etc. are removed by an air purifier is introduced into the fuel cell stack through an air compressor, and the air containing the moisture is exhausted from the fuel cell stack.
  • the air exhausted from the fuel cell stack represents a wet fluid and the air introduced into the fuel cell stack represents a dry fluid, and the humidifying device 1 moves the moisture from the wet fluid to the dry fluid (exchanging the moisture).
  • Fig. 1 is an exploded perspective view showing the humidifying device 1 according to the embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a section showing a flow channel of the humidifying device 1
  • Fig. 3 is a perspective view showing a flow channel of the humidifying device 1 shows.
  • the humidification device 1 comprises a humidification main body 10, which, as shown in FIG. 1, is cuboid (preferably cubic).
  • a height direction of the humidification main body 10 as shown in FIG. 1 represents a Z direction
  • a width direction is an X direction
  • a depth direction is a Y direction.
  • a plurality of flat membrane components 2k extend along an XY plane and are stacked in the Z direction as a stacking direction while leaving a predetermined distance.
  • the flat membrane component 2k is formed of a membrane having a property by which substantially only the Moisture from a fluid containing the moisture is selectively allowed to pass through.
  • the flat membrane component 2k is formed by stacking membranes made of a water vapor permeable material such as polytetrafluoroethylene or the like, or by using membranes in which the water vapor permeable material is impregnated.
  • the spacer 3 is z. B. made of resin or the like. Plate-shaped and has a wave shape. It is sufficient that the spacer 3 z. B. is formed by injection molding, vacuum forming, resin film thermoforming (molding using a resin film such as polyethylene, polyethylene terephthalate or another resin) or the like. It is enough that its material is selected according to the manufacturing process, the assumed temperature of the fluid passing through, or the like according to the circumstances. For the spacer 3, it is sufficient that it has a predetermined thickness in the manufactured state and can therefore ensure flow channels SI, S2, which will be described later. The material before manufacturing can also be the one that can be easily deformed.
  • the spacer 3, which is arranged between the two flat membrane components 2k, 2k + 1, has, as shown in FIGS. 2 and 3, the parts 31 lying on one side, which are convex in the direction of the one flat membrane component 2k the flat membrane component 2k rest, as well as the parts 32 lying on the other side, which are convex in the direction of the other flat membrane component 2k + 1 and rest on the flat membrane component 2k + 1, alternately.
  • the parts 31 adjacent to one side and the parts 32 adjacent to the other side each extend along the X direction, and are arranged alternately in the Y direction as a side-by-side direction.
  • the first flow channels Sl in which the fluid can pass in the X-direction as the passage direction, are formed between the flat membrane components 2k, 2k + 1.
  • the one-side abutting parts 31 and the other-side abutting parts 32 each extend along the Y direction while being alternately arranged in the X direction as the adjacent direction.
  • the second flow channels S2 in which the fluid can pass in the Y direction as the passing direction are formed between the flat membrane members 2k+1, 2k+2.
  • Each bracketed character in Fig. 2 and Fig. 3 corresponds to the case where the second flow channels S2 are formed between the flat membrane members 2k+1, 2k+2.
  • the wet fluid passes through the first flow channels S1 and the dry fluid passes through the second flow channels S2.
  • the first flow channels Sl and the second flow channels S2 lie alternately next to one another in the Z direction, with the first flow channels Sl and the second flow channels S2 extending orthogonally to one another. That is, surfaces 11, 12 along the YZ plane in the humidification main body 10 are those into/from which the wet fluid enters and exits, and surfaces 13, 14 along the ZX plane in the humidification main body 10 are those in/from. from which the dry fluid enters and exits.
  • the humidification main body 10 comprises closure parts 4 which are arranged at both ends of the
  • closure parts 4 each close off gaps between the flat membrane components 2k, 2k + 1 and the spacer 3 and thus close off the gaps between the two flat membrane components 2k, 2k + 1. Due to this structure, the wet fluid from the surfaces 11, 12 does not enter the second flow channels S2. Because the closure parts 4 close off gaps between the two flat membrane components 2k + 1, 2k + 2, the dry fluid also does not enter the first flow channels S1 from the surfaces 13, 14. It is sufficient for the closure part 4 to consist of adhesive or the like, for example.
  • Fig. 4 is a plan view showing the spacer 3.
  • the illustration of the through holes 33 in Figs. 1 to 3 is omitted. However, it is assumed that the through holes 33 shown in Fig. 4 are actually formed.
  • the spacer 3 has a plurality of through holes 33.
  • a space on one side of the spacer 3 in the Z direction is a first space Al
  • a space on another side is a second space A2.
  • the through holes 33 connect the first space Al to the second space A2 by penetrating the spacer 3 in the Z direction.
  • the through holes 33 have sides parallel to the X direction and the Y direction, respectively, and are formed rectangularly (preferably squarely).
  • a plurality of through hole rows LI to L5 are formed by the plurality of through holes 33. Each through hole row LI to L5 is respectively formed by juxtaposing the plurality of through holes 33 in the Y direction. The plurality of through hole rows LI to L5 are juxtaposed in the X direction.
  • non-through parts 34 are formed between the two adjacent through holes.
  • the non-through parts 34 in the through-hole row L2 are arranged to be adjacent to a center in the Y direction of the through hole 33 of the adjacent through-hole rows LI, L3 in the X direction.
  • the relationship between the through holes 33 and the non-through parts 34 is also the same in the other adjacent through-hole rows. That is, the positions in the Y direction of the two through holes 33 in the adjacent through-hole rows are offset by one half of the dimension in the Y direction of the through hole 33.
  • an imaginary extension line LN that passes through the non-through part 34 in the Y direction in an entire area of the non-through part 34 and extends in the X direction passes through the through hole 33 in the other through hole rows (in particular, the adjacent through hole rows).
  • the non-through parts 34 are actually parts where the moisture W moves with difficulty, but the wet fluid F crossing the non-through parts 34 necessarily crosses the Through holes 33 so that the wet fluid F passing through any position in the entire range in the Y direction at the spacer 3 except the end crosses the through holes 33.
  • all non-through parts 34 of one through-hole row are adjacent to the through-holes 33 of the other through-hole row. If an end edge 331 of the through-hole 33 forming a boundary in the X direction with the non-through part 34 extends in each through-hole row, it passes through the through-hole 33 in the adjacent through-hole row.
  • the plurality of through-holes 33 are arranged at equal intervals in the Y direction, and the plurality of through-hole rows LI to L5 are arranged at equal intervals in the X direction.
  • the plurality of through-holes cannot be arranged at equal intervals, and the distances between the through-hole rows cannot be equal.
  • the plurality of through holes 33 in the spacer 3 are different in terms of both the imaginary line extending through the center in the X direction of the spacer 3 in the Y direction and the imaginary line extending through the center in the Y direction.
  • Direction of the spacer 3 extends in the X direction, arranged axially symmetrically.
  • 5 is a section showing the movement configuration of the moisture in a flow channel Sl of the humidification device 1.
  • the wet fluid F first passes along the X direction in the first flow channel S1.
  • the moisture W contained in the wet fluid gradually approaches the flat membrane members 2k, 2k+1 in accordance with the advancement of the wet fluid F. Consequently, the moisture W contained in the wet fluid F passing at a position close to the flat membrane members 2k, 2k+1 reaches the flat membrane members 2k, 2k+1 on the relatively upstream side.
  • the moisture W contained in the wet fluid F passing at a position far from the flat membrane members 2k, 2k+1 reaches the flat membrane members 2k, 2k+1 on the relatively downstream side.
  • the section shown in Fig. 5 passes through the one-side abutment part 31.
  • the moisture W moving toward the flat membrane member 2k can reach the flat membrane member 2k by passing through the through hole 33.
  • the moisture W cannot pass through the spacer and reach the flat membrane member 2k, so it is required to go to the flat membrane member 2k+1 (shown with a dashed line). That is, in the structure in which no through holes 33 are formed, the maximum movement distance of the moisture W is a distance from the one-side abutment part 31 to the flat membrane member 2k+1 (or from the other-side abutment part 32 to the flat membrane member 2k).
  • the maximum moving distance of the moisture W is one half of the distance of the flat membrane members 2k, 2k + 1. Consequently, the moving distance of the wet fluid F required for the total moisture W contained in the wet fluid F reaches the flat membrane components 2k, 2k + 1.
  • the spacer 3 has the through holes 33 as described above, thereby facilitating the movement of moisture in the flow channels S1 between the spaces Al, A2 on the two sides of the spacer 3 in the Z direction is, wherein the moisture W contained by the wet fluid F can move to a closer one of the two flat membrane components 2k, 2k + 1, so that the moisture W can easily reach the flat membrane components 2k, 2k + 1 and the moisture exchange performance can be increased.
  • the through-holes 33 can be scattered on the spacer 3, so that the movement of moisture in the entirety of the spacer 3 is facilitated and the moisture exchange performance can be further increased.
  • the imaginary extension line LN which passes through the non-through part 34 in the entire region of the non-through part 34 in the Y direction and extends in the X direction, pass through the through holes 33 in the other through hole row, the movement of moisture in the entire circumference (except the end where the through holes 33 are not formed) of the spacer 3 in the Y direction is facilitated and the moisture exchange performance can be further increased.
  • the spacer 3 is formed in a wave shape, the passage of the fluid can also be made easier and the distance between the flat membrane components 2k, 2k + 1 can be maintained over the wide circumference.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment and includes other construction, etc., by which the object of the present invention can be achieved. Modified forms or the like described below are also included in the present invention.
  • the through hole 33 is rectangular (preferably square).
  • the shape of the through hole is not particularly limited, and the through hole may also have shapes of modified examples 1 to 3 shown in Figs. 6 to 8.
  • the rectangular through holes 35 whose long sides correspond to the Y direction, are formed on the spacer 3.
  • the rows of through holes are also like the embodiment described above formed, the local relationship of the through holes 35 of the two rows of through holes being the same to one another.
  • oval through holes 36 are formed on the spacer 3.
  • the through holes 36 have a pair of sides extending in the Y direction and a pair of circular arc portions connecting ends of the pair of sides.
  • the through hole rows are also formed like the above-described embodiment, and the positional relationship of the through holes 36 of the two through hole rows is the same.
  • circular through holes 37 are formed on the spacer 3.
  • the through hole rows are also formed like the embodiment described above, wherein the spatial relationship of the through holes 37 of the two through hole rows to each other is the same.
  • the shape and dimension of the plurality of through holes formed on one spacer need not be identical, and a plurality of through holes whose shapes and dimensions are different may also be combined. Moreover, the shape of the through hole is not limited to the above-described embodiment or to the modified examples 1 to 3.
  • the position in the Y direction of the through holes 33 in the adjacent through hole rows is by half the dimension in the Y direction Through holes 33 offset.
  • the arrangement of the through holes is not limited to this structure. E.g.: For the two rows of through holes adjacent in the X direction, all non-through parts of one row of through holes need not be adjacent to the through holes of another row of through holes. That is, it can be formed so that two rows of through holes in which the position in the Y direction of the through holes is the same are adjacent to each other in the X direction, thus forming a pair, with all non-through parts in this pair of the rows of through holes are adjacent to the through holes of the other row of through holes adjacent to this pair.
  • the imaginary extension line passing through the non-through part and extending in the , which only passes through the non-passage part, may be present.
  • the through holes can be next to each other along the X direction.
  • the moisture contained in the wet fluid can move not only in the Z direction but also in the Y direction.
  • the imaginary extension line extending in the this area is sufficiently small compared to the distance in which the moisture can move in the Y direction.
  • the plurality of through hole rows LI to L5 are formed on the spacer 3.
  • a plurality of through holes may be scattered so as not to form rows or may be arranged randomly.
  • only one through hole can be formed on the spacer.
  • the spacer 3 is formed in a wave shape.
  • the shape of the spacer is not particularly limited. It is sufficient that it has parts over a predetermined area that can rest on the two adjacent flat membrane components.
  • the spacer can be designed to have plate-shaped parts that extend parallel to the flat membrane component, and parts (the parts abutting on one side and the parts abutting on the other side) that protrude from the plate-shaped part to the flat membrane component, has and through holes are formed on the plate-shaped part.
  • the present invention is not limited to the humidifying device for a fuel cell according to the above-described embodiment and includes all aspects covered by the concept of the present invention and the claims.
  • Each structure can optionally be combined according to the circumstances in such a way that the task described above is solved and at least some of the advantages can be achieved.
  • the shape, material, arrangement, size, etc. of each component in the above-described embodiment may be changed according to circumstances depending on the specific uses of the present invention.
  • 1 humidification device, 2k ... flat membrane component, 3 ... spacer, 31 ... part adjacent to one side, 32 ... part adjacent to another side, 33 ... through hole, 34 ... non-through part, S1 ... first flow channel, S2 ... second flow channel, Al ... first space, A2 ... second space, LI to L5 ... row of through holes, LN ... imaginary extension line

Abstract

A humidifying device (1) for a fuel cell comprises a plurality of flat membrane components (2k) through which moisture can pass and which are stacked, and a spacer (3), which is provided between two adjacent flat membrane components (2k, 2k + 1) and thus forms a flow channel for a fluid. The spacer (3) has on one side abutting parts (31) which abut one of the two flat membrane parts (2k, 2k + 1), on the other side abutting parts (32) which abut another of the two flat membrane parts, and through bores (33) which, in the stacking direction (Z direction) of the plurality of flat membrane components (2k), connect spaces (A1, A2) on both sides of the spacer (3).

Description

[Name des Dokumentes] Beschreibung [Document name] Description
[Titel der Erfindung] [Title of invention]
BEFEUCHTUNGSVORRICHTUNG FÜR EINE BRENNSTOFFZELLE MIT SPEZIELLEM ABSTANDSHALTER HUMIDIFICATION DEVICE FOR A FUEL CELL WITH SPECIAL SPACER
[Technisches Gebiet] [Technical area]
[0001] [0001]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle. The present invention relates to a humidification device for a fuel cell.
[Technischer Hintergrund] [Technical background]
[0002] [0002]
Es ist im Allgemeinen bekannt, bei einer Brennstoffzelle, die in einem Fahrzeug oder dgl. eingebaut wird, eine Befeuchtungsvorrichtung zu verwenden, um ein zugeführtes Fluid wie Luft usw. eine angemessene Menge von Feuchtigkeit (einschließlich des Wasserdampfs; Auch im Folgenden umfasst die vom Fluid enthaltene „Feuchtigkeit" den Wasserdampf.) enthalten zu lassen. Als Vorrichtung, die die Feuchtigkeit zwischen zwei Fluiden wie oben beschrieben austauscht, wird eine Feuchtigkeitsaustauschvorrichtung vorgeschlagen, bei der eine Vielzahl von Flachmembranbauteilen gestapelt ist (vgl. z. B. Patentdokument 1). Bei der Feuchtigkeitsaustauschvorrichtung gemäß Patentdokument 1 sind Strömungskanäle, durch die das Fluid durchgehen oder strömen kann, dadurch gebildet, dass ein wellenförmiges Bauteil als Abstandshalter zwischen zwei Flachmembranbauteilen angeordnet ist. It is generally known to use a humidifying device in a fuel cell mounted in a vehicle or the like to make a supplied fluid such as air, etc. contain an appropriate amount of moisture (including water vapor; also hereinafter, the "moisture" contained in the fluid includes water vapor). As a device that exchanges moisture between two fluids as described above, a moisture exchange device in which a plurality of flat membrane members are stacked is proposed (see, for example, Patent Document 1). In the moisture exchange device according to Patent Document 1, flow channels through which the fluid can pass or flow are formed by interposing a wave-shaped member as a spacer between two flat membrane members.
[Dokument zum Stand der Technik] [State of the art document]
[Patentdokument] [Patent document]
[0003] [0003]
[Patentdokument 1] US 6,145,588 A [Zusammenfassung der Erfindung] [Patent Document 1] US 6,145,588 A [Summary of the Invention]
[Zu lösende Aufgabe der Erfindung] [Problem to be solved by the invention]
[0004] [0004]
Falls, wie in Patentdokument 1 gezeigt, ein Abstandshalter zwischen den zwei Flachmembranbauteilen vorgesehen wird und die Strömungskanäle gebildet werden, ist es erforderlich, einen Abstand zwischen den zwei Flachmembranbauteilen aufrechtzuerhalten. Folglich wird der Abstandshalter so vorgesehen, dass er über einen relativ breiten Bereich an den beiden Flachmembranbauteilen anliegt, so dass er sich in seiner Gesamtheit entlang einer zu den Flachmembranbauteilen parallelen Ebene erstreckt. As shown in Patent Document 1, if a spacer is provided between the two flat membrane members and the flow channels are formed, it is necessary to maintain a distance between the two flat membrane members. Therefore, the spacer is provided to abut against the two flat membrane members over a relatively wide range so as to extend in its entirety along a plane parallel to the flat membrane members.
[0005] [0005]
Weist der oben beschriebene Abstandshalter eine Form auf, die sich entlang einer Fortbewegungsrichtung oder Strömungsrichtung des Fluids erstreckt, bietet er bei einer Fortbewegung oder Strömung des Fluids weniger Widerstand. Die Feuchtigkeit wird jedoch von den Fluiden, die auf beiden Seiten der Flachmembranbauteile durchgehen oder strömen, gegenseitig ausgetauscht, so dass es erforderlich ist, dass sich die Feuchtigkeit, die im Fluid auf einer nassen Seite enthalten ist, zu den Flachmembranbauteilen (d. h. entlang einer Stapelrichtung) bewegt. Dabei erstreckt sich der Abstandshalter wie oben beschrieben in seiner Gesamtheit parallel zu den Flachmembranbauteilen. D. h.: Er kreuzt sich mit einer Bewegungsrichtung oder Strömungsrichtung der Feuchtigkeit. Daher bestand die Wahrscheinlichkeit, dass er die Bewegung der Feuchtigkeit verhindert und sich die Feuchtigkeitsaustauschleistung erniedrigt. When the spacer described above has a shape that extends along a direction of travel or flow of the fluid, it offers less resistance to the travel or flow of the fluid. However, moisture is exchanged between the fluids passing or flowing on both sides of the flat membrane members, so that moisture contained in the fluid on a wet side is required to move toward the flat membrane members (i.e., along a stacking direction). In this case, the spacer as described above extends in its entirety parallel to the flat membrane members, that is, it intersects with a direction of travel or flow of the moisture. Therefore, there was a likelihood that it would prevent the movement of the moisture and the moisture exchange performance would decrease.
[0006] Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Aufgabe geschaffen und der Zweck ist es, eine Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, bei der die Feuchtigkeitsaustauschleistung erhöht werden kann. [0006] The present invention has been made in view of the above-described object, and the purpose is to provide a humidifying device for a fuel cell in which the moisture exchange performance can be increased.
[Mittel zum Lösen der Aufgabe] [Means for solving the task]
[0007] [0007]
Zum Lösen der oben beschriebenen Aufgabe ist die Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Flachmembranbauteilen, durch welche Feuchtigkeit durchgehen kann - die also für die Feuchtigkeit durchlässig sind - und welche gestapelt sind, und einen Abstandshalter, der zwischen den zwei benachbarten Flachmembranbauteilen vorgesehen ist und somit Strömungskanäle eines Fluids bildet, umfasst, wobei der Abstandshalter an einer Seite anliegende Teile, die an einem der zwei Flachmembranbauteile anliegen, an einer anderen Seite anliegenden Teile, die an einem anderen Flachmembranbauteil anliegen, und Durchgangsbohrungen oder Durchgangsöffnungen, die in Stapelrichtung der Vielzahl der Flachmembranbauteile Räume auf beiden Seiten des Abstandshalters miteinander verbinden, aufweist. To achieve the above-described object, the humidification device for a fuel cell according to the present invention is characterized in that it includes a plurality of flat membrane components through which moisture can pass - that is, which are permeable to the moisture - and which are stacked, and a spacer which is provided between the two adjacent flat membrane components and thus forms flow channels of a fluid, wherein the spacer has parts on one side that rest on one of the two flat membrane components, parts on another side that rest on another flat membrane component, and through holes or Through openings which connect spaces on both sides of the spacer in the stacking direction of the plurality of flat membrane components.
[0008] [0008]
Gemäß dieser Ausgestaltung weist der Abstandshalter die Durchgangsbohrungen bzw. Durchgangsöffnungen auf, so dass in den Strömungskanälen des Fluids, die zwischen den zwei Flachmembranbauteilen gebildet werden, die Bewegung der Feuchtigkeit zwischen den Räumen auf den beiden Seiten über den Abstandshalter in Stapelrichtung erleichtert wird. Die vom Fluid enthaltene Feuchtigkeit nähert sich entsprechend der Fortbewegung oder Strömung des Fluids nach und nach den Flachmembranbauteilen an. Es ist daher erforderlich, eine Fortbewegungsstrecke des Fluids sicherzustellen, damit die Feuchtigkeit, die vom Fluid enthalten ist, das in der Stapelrichtung an einer von den Flachmembranbauteilen entfernten Position durchgeht, die Flachmembranbauteile erreicht. Wird dabei z. B. die Bewegung der Feuchtigkeit zu einem Flachmembranbauteil an einer diesem Flachmembranbauteil nahen Position durch den Abstandshalter verhindert, ist der Austausch der Feuchtigkeit nur an einem anderen Flachmembranbauteil möglich, so dass es erforderlich ist, dass die Feuchtigkeit zu dem anderen Flachmembranbauteil geht. In diesem Fall verlängert sich die Strecke zur Bewegung der Feuchtigkeit in der Stapelrichtung, wobei sich auch die erforderliche Fortbewegungsstrecke des Fluids verlängert. Falls die Fortbewegungsstrecke des Fluids nicht ausreichend sichergestellt werden kann, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass die vom Fluid enthaltene Feuchtigkeit nicht ausreichend das Flachmembranbauteil erreicht und sich die Feuchtigkeitsaustauschleistung erniedrigt. According to this embodiment, the spacer has the through holes or through openings, so that in the flow channels of the fluid, which are formed between the two flat membrane components, the movement of moisture between the spaces on the two sides via the spacer in the stacking direction is facilitated. The moisture contained in the fluid gradually approaches the flat membrane components in accordance with the movement or flow of the fluid. It is therefore necessary to ensure a travel distance of the fluid so that the moisture contained in the fluid passing in the stacking direction at a position remote from the flat membrane members passes through the flat membrane members reached. If z. B. the movement of moisture to a flat membrane component at a position close to this flat membrane component is prevented by the spacer, the exchange of moisture is only possible on another flat membrane component, so that it is necessary that the moisture goes to the other flat membrane component. In this case, the distance for moving the moisture in the stacking direction increases, and the required travel distance of the fluid also increases. If the travel distance of the fluid cannot be sufficiently ensured, there is a probability that the moisture contained in the fluid will not sufficiently reach the flat membrane component and the moisture exchange performance will be reduced.
[0009] [0009]
Gemäß der vorliegenden Ausgestaltung ist demgegenüber die Bewegung der Feuchtigkeit zwischen den Räumen auf den beiden Seiten über den Abstandshalter in der Stapelrichtung leicht, so dass sich die vom Fluid enthaltene Feuchtigkeit zu einem näheren der zwei Flachmembranbauteile bewegen kann, wobei die Feuchtigkeit das Flachmembranbauteil leicht erreichen kann und die Feuchtigkeitsaustauschleistung erhöht werden kann. In contrast, according to the present embodiment, the movement of moisture between the spaces on the two sides via the spacer in the stacking direction is easy, so that the moisture contained in the fluid can move to a closer one of the two flat membrane members, the moisture can easily reach the flat membrane member, and the moisture exchange performance can be increased.
[0010] [0010]
Beim Abstandshalter kann die Vielzahl von Durchgangsbohrungen entlang einer vorgegebenen Ausrichtung nebeneinanderliegen, sodass Durchgangsbohrungsreihen gebildet werden, wobei eine Vielzahl der Durchgangsbohrungsreihen auch in einer zur Ausrichtung orthogonal stehenden Richtung nebeneinander liegen kann. Gemäß dieser Ausgestaltung können die Durchgangsbohrungen am Abstandshalter verstreut bzw. verteilt liegen, so dass die Bewegung der Feuchtigkeit beim gesamten Abstandshalter erleichtert wird und die Feuchtigkeitsaustauschleistung weiter erhöht werden kann. In the spacer, the plurality of through holes may be arranged adjacent to one another along a predetermined orientation to form through hole rows, and a plurality of the through hole rows may also be arranged adjacent to one another in a direction orthogonal to the orientation. According to this configuration, the through holes may be scattered or distributed on the spacer, so that the movement of moisture throughout the spacer is facilitated and the moisture exchange performance can be further increased.
[0011] Die orthogonal stehende Richtung kann eine Durchgangsrichtung eines Fluids sein, wobei bei den Durchgangsbohrungsreihen Nicht-Durchgangsteile zwischen den zwei benachbarten Durchgangsbohrungen gebildet sein können, und wobei eine gedachte Verlängerungslinie, die in einem gesamten Bereich der Nicht-Durchgangsteile in der Ausrichtung durch die Nicht-Durchgangsteile durchgeht und sich in der orthogonal stehenden Richtung erstreckt, bei wenigstens einer anderen Durchgangsbohrungsreihe durch die Durchgangsbohrungen durchgehen kann. Gemäß dieser Ausgestaltung quert das Fluid, das die Nicht-Durchgangsteile quert, unbedingt auch die Durchgangsbohrungen, obwohl die Nicht-Durchgangsteile Teile sind, an denen sich die Feuchtigkeit nur schwer bewegt, so dass die Bewegung der Feuchtigkeit über dem gesamten Bereich (außer dem Bereich, an dem eigentlich die Durchgangsbohrungen nicht vorgesehen sind) des Abstandshalters in der Ausrichtung erleichtert wird und die Feuchtigkeitsaustauschleistung weiter erhöht werden kann. [0011] The orthogonal direction may be a passage direction of a fluid, wherein in the rows of through holes, non-through parts may be formed between the two adjacent through holes, and wherein an imaginary extension line that is in an entire area of the non-through parts in the alignment through the non-through parts passes through and extends in the orthogonal direction, can pass through the through holes in at least one other row of through holes. According to this configuration, although the non-passage parts are parts where the moisture moves with difficulty, the fluid crossing the non-passage parts necessarily also crosses the through holes, so that the movement of the moisture over the entire area (except the area (where the through holes are not actually provided) the alignment of the spacer is made easier and the moisture exchange performance can be further increased.
[0012] [0012]
Bei den zwei Durchgangsbohrungsreihen, die in der orthogonal stehenden Richtung benachbart sind, können auch alle Nicht-Durchgangsteile der einen Durchgangsbohrungsreihe der Durchgangsbohrungen der anderen Durchgangsbohrungsreihe benachbart sein. Gemäß dieser Ausgestaltung quert das Fluid, das den Nicht-Durchgangsteil quert, vor und nach diesem Queren die Durchgangsbohrung, so dass das Fortlaufen des Bereichs, an dem sich die Feuchtigkeit bei der Fortbewegung des Fluids nur schwer bewegt, unterdrückt werden kann. In the two through-hole rows that are adjacent in the orthogonal direction, all the non-passage parts of one through-hole row may be adjacent to the through-holes of the other through-hole row. According to this configuration, the fluid that passes through the non-passage part crosses the through-hole before and after this crossing, so that the passage of the region where the moisture is difficult to move when the fluid moves can be suppressed.
[0013] [0013]
Der Abstandshalter kann dadurch wellenförmig gebildet sein, dass die an der einen Seite anliegenden Teile und die an der anderen Seite anliegenden Teile, die sich jeweils entlang der Durchgangsrichtung des Fluids erstrecken, abwechselnd angeordnet sind. Gemäß dieser Ausgestaltung wird unterdrückt, dass die an der einen Seite anliegenden Teile und die an der anderen Seite anliegenden Teile dem Fluid einen Widerstand bieten, so dass erleichtert werden kann, den Abstand zwischen den Flachmembranbauteilen gegenseitig über den breiten Umfang aufrechtzuerhalten. The spacer may be formed in a wave-like manner by alternately arranging the parts abutting on one side and the parts abutting on the other side, each extending along the direction of passage of the fluid. According to this configuration, the parts abutting on one side and the parts abutting on the other side are suppressed from offering resistance to the fluid, so that it can be facilitated to maintain the distance between the flat membrane components mutually over the wide circumference.
[Vorteile der Erfindung] [Advantages of the invention]
[0014] [0014]
Durch die Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Abstandshalter die Durchgangsbohrungen auf, so dass die Feuchtigkeitsaustauschleistung erhöht werden kann. By the humidifying device for a fuel cell according to the present invention, the spacer has the through holes so that the moisture exchange performance can be increased.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen] [Brief description of the drawings]
[0015] [0015]
[Fig. 1] ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Befeuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. [Fig. 1] is an exploded perspective view showing the humidifying device according to the embodiment of the present invention.
[Fig. 2] ist ein Schnitt, der einen Strömungskanal der Befeuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. [Fig. 2] is a section showing a flow channel of the humidifying device according to the embodiment of the present invention.
[Fig. 3] ist eine perspektivische Ansicht, die einen Strömungskanal der Befeuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. [Fig. 3] is a perspective view showing a flow channel of the humidifying device according to the embodiment of the present invention.
[Fig. 4] ist eine Draufsicht, die den Abstandshalter der Befeuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. [Fig. 4] is a plan view showing the spacer of the humidifying device according to the embodiment of the present invention.
[Fig. 5] ist ein Schnitt, der die Bewegungsausgestaltung in einem Strömungskanal der Befeuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. [Fig. 5] is a section showing the movement configuration in a flow channel of the humidification device according to the embodiment of the present invention.
[Fig. 6] ist eine Draufsicht, die einen Abstandshalter der Befeuchtungsvorrichtung gemäß einem abgewandelten Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. [Fig. 7] ist eine Draufsicht, die einen Abstandshalter der Befeuchtungsvorrichtung gemäß einem abgewandelten Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. [Fig. 6] is a plan view showing a spacer of the humidifying device according to a modified example 1 of the present invention. [Fig. 7] is a plan view showing a spacer of the humidifying device according to a modified example 2 of the present invention.
[Fig. 8] ist eine Draufsicht, die einen Abstandshalter der Befeuchtungsvorrichtung gemäß einem abgewandelten Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. [Fig. 8] is a plan view showing a spacer of the humidifying device according to a modified example 3 of the present invention.
[Ausführungsform der Erfindung] [Embodiment of the invention]
[0016] [0016]
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Eine Befeuchtungsvorrichtung 1 für eine Brennstoffzelle gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Flachmembranbauteilen 2k, durch welche Feuchtigkeit durchgehen kann und welche gestapelt sind, und einen Abstandshalter 3, der zwischen den zwei benachbarten Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1 vorgesehen ist und somit Strömungskanäle eines Fluids bildet. Der Abstandshalter 3 weist an einer Seite anliegende Teile 31, die an einem der zwei Flachmembranbauteile 2k, 2k + 1 anliegen, an einer anderen Seite anliegende Teile 32, die an einem anderen der beiden Flachmembranbauteile 2k, 2k + 1 anliegen, und Durchgangsbohrungen 33, die in Stapelrichtung (Z-Richtung) der Vielzahl der Flachmembranbauteile 2k Räume Al, A2 auf beiden Seiten des Abstandshalters 3 miteinander verbinden, auf. An embodiment of the present invention will be explained below with reference to the drawings. A humidifying device 1 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention includes a plurality of flat membrane members 2k through which moisture can pass and which are stacked, and a spacer 3 which is provided between the two adjacent flat membrane members 2k, 2k+1 and thus forms flow channels of a fluid. The spacer 3 has abutting parts 31 on one side which abut against one of the two flat membrane members 2k, 2k+1, abutting parts 32 on another side which abut against another of the two flat membrane members 2k, 2k+1, and through holes 33 which connect spaces Al, A2 on both sides of the spacer 3 in the stacking direction (Z direction) of the plurality of flat membrane members 2k.
[0017] [0017]
Die Befeuchtungsvorrichtung 1 befeuchtet z. B. Luft, die in einen Brennstoffzellenstapel zum Elektrolysieren von Wasser bei einer in ein Fahrzeug eingebauten Brennstoffzelle eingeführt wird, wobei ein Befeuchtungshauptkörper 10 mit der Vielzahl der Flachmembranbauteile 2k und den Abstandshaltern 3 z. B. in ein Gehäuse aufgenommen wird, mit dem Strömungskanalteile verbunden werden, durch die ein nasses oder feuchtes Fluid und ein trockenes Fluid (Fluid, dessen Feuchtigkeit weniger ist als die Feuchtigkeit des nassen oder feuchten Fluids) jeweils durchgehen. Bei der Brennstoffzelle wird die Luft, von der Fremdkörper, Staub usw. durch einen Luftreiniger beseitigt sind, durch einen Luftkompressor in den Brennstoffzellenstapel eingeführt, wobei die Luft, die die Feuchtigkeit enthält, vom Brennstoffzellenstapel abgelassen wird. Die Luft, die vom Brennstoffzellenstapel abgelassen wird, stellt ein nasses Fluid dar und die Luft, die in den Brennstoffzellenstapel eingeführt wird, stellt ein trockenes Fluid dar, wobei die Befeuchtungsvorrichtung 1 die Feuchtigkeit vom nassen Fluid ins trockene Fluid bewegt (die Feuchtigkeit austauscht). The humidification device 1 humidifies z. B. air introduced into a fuel cell stack for electrolyzing water in a vehicle-mounted fuel cell, wherein a humidification main body 10 with the plurality of flat membrane members 2k and the spacers 3 e.g. B. is accommodated in a housing to which flow channel parts are connected, through which a wet or moist fluid and a dry fluid (fluid whose moisture is less than the moisture of the wet or moist fluid) each pass through. In the fuel cell, the air from which foreign matters, dust, etc. are removed by an air purifier is introduced into the fuel cell stack through an air compressor, and the air containing the moisture is exhausted from the fuel cell stack. The air exhausted from the fuel cell stack represents a wet fluid and the air introduced into the fuel cell stack represents a dry fluid, and the humidifying device 1 moves the moisture from the wet fluid to the dry fluid (exchanging the moisture).
[0018] [0018]
Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Befeuchtungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 2 ist ein Schnitt, der einen Strömungskanal der Befeuchtungsvorrichtung 1 zeigt, und Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Strömungskanal der Befeuchtungsvorrichtung 1 zeigt. Die Befeuchtungsvorrichtung 1 umfasst einen Befeuchtungshauptkörper 10, der, wie in Fig. 1 gezeigt, quaderförmig (vorzugsweise kubisch) ist. Im Folgenden stellt eine Höhenrichtung des Befeuchtungshauptkörpers 10 gemäß Fig. 1 eine Z-Richtung dar, wobei eine Breitenrichtung ein X-Richtung und eine Tiefenrichtung eine Y-Richtung ist. Fig. 1 is an exploded perspective view showing the humidifying device 1 according to the embodiment of the present invention, Fig. 2 is a section showing a flow channel of the humidifying device 1, and Fig. 3 is a perspective view showing a flow channel of the humidifying device 1 shows. The humidification device 1 comprises a humidification main body 10, which, as shown in FIG. 1, is cuboid (preferably cubic). Hereinafter, a height direction of the humidification main body 10 as shown in FIG. 1 represents a Z direction, a width direction is an X direction, and a depth direction is a Y direction.
[0019] [0019]
Eine Vielzahl von Flachmembranbauteilen 2k erstreckt sich entlang einer XY-Ebene und ist in der Z-Richtung als Stapelrichtung gestapelt, während ein vorgegebener Abstand gelassen wird. Die Vielzahl (Anzahl n) der Flachmembranbauteile 2k wird jeweils von einer Seite (obere Seite in Fig. 1) der Z-Richtung der Reihe nach mit 21, 22, 23, 24, ... 2n (k = 1-n) versehen und die Flachmembranbauteile, die auf der anderen Seite (untere Seite in Fig. 1) der Z-Richtung zu den Flachmembranbauteilen 2k angeordnet werden, werden mit 2k + 1 versehen. Das Flachmembranbauteil 2k wird aus einer Membran ausgebildet, die eine Eigenschaft aufweist, durch die im Wesentlichen nur die Feuchtigkeit aus einem die Feuchtigkeit enthaltenden Fluid wahlweise durchgelassen wird. Das Flachmembranbauteil 2k wird dadurch ausgebildet, dass Membranen, die aus einem wasserdampfdurchlässigen Material wie Polytetrafluorethylen oder dgl. ausgebildet sind, gestapelt werden oder Membranen, in die das wasserdampfdurchlässige Material imprägniert ist, verwendet werden. A plurality of flat membrane components 2k extend along an XY plane and are stacked in the Z direction as a stacking direction while leaving a predetermined distance. The plurality (n number) of flat membrane components 2k are each provided with 21, 22, 23, 24, ... 2n (k = 1-n) from one side (upper side in Fig. 1) of the Z direction in order, and the flat membrane components arranged on the other side (lower side in Fig. 1) of the Z direction to the flat membrane components 2k are provided with 2k + 1. The flat membrane component 2k is formed of a membrane having a property by which substantially only the Moisture from a fluid containing the moisture is selectively allowed to pass through. The flat membrane component 2k is formed by stacking membranes made of a water vapor permeable material such as polytetrafluoroethylene or the like, or by using membranes in which the water vapor permeable material is impregnated.
[0020] [0020]
Der Abstandshalter 3 wird z. B. aus Harz oder dgl. plattenförmig ausgebildet und weist eine Wellenform auf. Es reicht aus, dass der Abstandshalter 3 z. B. durch Spritzgießen, Vakuumformung, Harzfolien-Wärmedruckformung (Formung unter Verwendung einer Harzfolie wie Polyethylen, Polyethylenterephtalat oder ein anderes Harz) oder dgl. geformt wird. Es reicht aus, dass sein Material entsprechend dem Herstellungsverfahren, der angenommenen Temperatur des durchgehenden Fluids oder dgl. den Umständen entsprechend ausgewählt wird. Beim Abstandshalter 3 reicht es aus, dass er eine vorgegebene Stärke im hergestellten Zustand aufweist und er somit Strömungskanäle SI, S2 sicherstellen kann, die nachher beschrieben werden. Das Material vor der Herstellung kann auch dasjenige sein, das leicht verformt werden kann. Der Abstandshalter 3, der zwischen den zwei Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1 angeordnet ist, weist, wie in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt, die an einer Seite anliegenden Teile 31, die in Richtung auf den einen Flachmembranbauteil 2k konvex sind und an dem Flachmembranbauteil 2k anliegen, sowie die an der anderen Seite anliegenden Teile 32, die in Richtung auf den anderen Flachmembranbauteil 2k + 1 konvex sind und an dem Flachmembranbauteil 2k + 1 anliegen, abwechselnd auf. The spacer 3 is z. B. made of resin or the like. Plate-shaped and has a wave shape. It is sufficient that the spacer 3 z. B. is formed by injection molding, vacuum forming, resin film thermoforming (molding using a resin film such as polyethylene, polyethylene terephthalate or another resin) or the like. It is enough that its material is selected according to the manufacturing process, the assumed temperature of the fluid passing through, or the like according to the circumstances. For the spacer 3, it is sufficient that it has a predetermined thickness in the manufactured state and can therefore ensure flow channels SI, S2, which will be described later. The material before manufacturing can also be the one that can be easily deformed. The spacer 3, which is arranged between the two flat membrane components 2k, 2k + 1, has, as shown in FIGS. 2 and 3, the parts 31 lying on one side, which are convex in the direction of the one flat membrane component 2k the flat membrane component 2k rest, as well as the parts 32 lying on the other side, which are convex in the direction of the other flat membrane component 2k + 1 and rest on the flat membrane component 2k + 1, alternately.
[0021] [0021]
Beim Abstandshalter 3, der zwischen den Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1 angeordnet ist, erstrecken sich die an der einen Seite anliegenden Teile 31 und die an der anderen Seite anliegenden Teile 32 jeweils entlang der X-Richtung, wobei sie in der Y-Richtung als nebeneinanderliegende Richtung abwechselnd angeordnet sind. Durch diesen Aufbau sind die ersten Strömungskanäle Sl, in denen das Fluid in der X-Richtung als Durchgangsrichtung durchgehen kann, zwischen den Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1 gebildet. In the spacer 3, which is arranged between the flat membrane components 2k, 2k + 1, the parts 31 adjacent to one side and the parts 32 adjacent to the other side each extend along the X direction, and are arranged alternately in the Y direction as a side-by-side direction. This In the structure, the first flow channels Sl, in which the fluid can pass in the X-direction as the passage direction, are formed between the flat membrane components 2k, 2k + 1.
[0022] [0022]
Beim Abstandshalter 3, der zwischen den Flachmembranbauteilen 2k + 1, 2k + 2 angeordnet ist, erstrecken sich die an der einen Seite anliegenden Teile 31 und die an der anderen Seite anliegenden Teile 32 jeweils entlang der Y-Richtung, wobei sie in der X-Richtung als nebeneinanderliegende Richtung abwechselnd angeordnet sind. Durch diesen Aufbau sind die zweiten Strömungskanäle S2, in denen das Fluid in der Y-Richtung als Durchgangsrichtung durchgehen kann, zwischen den Flachmembranbauteilen 2k + 1, 2k + 2 gebildet. Jedes eingeklammerte Zeichen in Fig. 2 und Fig. 3 entspricht dem Fall, in dem die zweiten Strömungskanäle S2 zwischen den Flachmembranbauteilen 2k + 1, 2k + 2 gebildet werden. In the spacer 3 arranged between the flat membrane members 2k+1, 2k+2, the one-side abutting parts 31 and the other-side abutting parts 32 each extend along the Y direction while being alternately arranged in the X direction as the adjacent direction. With this structure, the second flow channels S2 in which the fluid can pass in the Y direction as the passing direction are formed between the flat membrane members 2k+1, 2k+2. Each bracketed character in Fig. 2 and Fig. 3 corresponds to the case where the second flow channels S2 are formed between the flat membrane members 2k+1, 2k+2.
[0023] [0023]
Das nasse Fluid geht durch die ersten Strömungskanäle Sl durch und das trockene Fluid geht durch die zweiten Strömungskanäle S2 durch. Beim Befeuchtungshauptkörper 10 mit dem Flachmembranbauteil 2k und dem Abstandshalter 3 liegen, wie oben beschrieben, die ersten Strömungskanäle Sl und die zweiten Strömungskanäle S2 in der Z-Richtung abwechselnd nebeneinander, wobei sich die ersten Strömungskanäle Sl und die zweiten Strömungskanäle S2 orthogonal zueinander stehend erstrecken. D. h.: Flächen 11, 12 entlang der YZ-Ebene beim Befeuchtungshauptkörper 10 sind solche, in/aus denen das nasse Fluid ein- und austritt, und Flächen 13, 14 entlang der ZX-Ebene beim Befeuchtungshauptkörper 10 sind solche, in/aus denen das trockene Fluid ein- und austritt. The wet fluid passes through the first flow channels S1 and the dry fluid passes through the second flow channels S2. In the case of the humidification main body 10 with the flat membrane component 2k and the spacer 3, as described above, the first flow channels Sl and the second flow channels S2 lie alternately next to one another in the Z direction, with the first flow channels Sl and the second flow channels S2 extending orthogonally to one another. That is, surfaces 11, 12 along the YZ plane in the humidification main body 10 are those into/from which the wet fluid enters and exits, and surfaces 13, 14 along the ZX plane in the humidification main body 10 are those in/from. from which the dry fluid enters and exits.
[0024] [0024]
Der Befeuchtungshauptkörper 10 umfasst Verschlussteile 4, die an beiden Enden desThe humidification main body 10 comprises closure parts 4 which are arranged at both ends of the
Abstandshalters 3 in der Richtung vorgesehen sind, in der die an der einen Seite anliegenden Teile 31 und die an der anderen Seite anliegenden Teile 32 nebeneinanderliegen. Die Verschlussteile 4 verschließen jeweils Zwischenräume zwischen den Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1 und dem Abstandshalter 3 und verschließen somit die Zwischenräume zwischen den zwei Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1. Durch diesen Aufbau tritt das nasse Fluid von den Flächen 11, 12 in die zweiten Strömungskanäle S2 nicht ein. Dadurch, dass die Verschlussteile 4 Zwischenräume zwischen den zwei Flachmembranbauteilen 2k + 1, 2k + 2 verschließen, tritt das trockene Fluid ebenfalls von den Flächen 13, 14 in die ersten Strömungskanäle S1 nicht ein. Es reicht aus, dass der Verschlussteil 4 z. B. aus Klebstoff oder dgl. besteht. spacer 3 in the direction in which the one side adjacent parts 31 and the parts 32 adjacent to the other side lie next to one another. The closure parts 4 each close off gaps between the flat membrane components 2k, 2k + 1 and the spacer 3 and thus close off the gaps between the two flat membrane components 2k, 2k + 1. Due to this structure, the wet fluid from the surfaces 11, 12 does not enter the second flow channels S2. Because the closure parts 4 close off gaps between the two flat membrane components 2k + 1, 2k + 2, the dry fluid also does not enter the first flow channels S1 from the surfaces 13, 14. It is sufficient for the closure part 4 to consist of adhesive or the like, for example.
[0025] [0025]
Die Einzelheiten des Abstandshalters 3, der zwischen den Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1 angeordnet ist und die ersten Strömungskanäle S1 bildet, werden hier anhand der Fig. 4 erläutert. Auch der Abstandshalter 3, der zwischen den Flachmembranbauteilen 2k + 1, 2k + 2 angeordnet ist und die zweiten Strömungskanäle S2 bildet, weist die gleiche Form auf und unterscheidet sich nur in der Richtung, in der er beim Befeuchtungshauptkörper 10 angeordnet wird. Fig. 4 ist eine Draufsicht, die den Abstandshalter 3 zeigt. Der Erläuterung halber ist die Darstellung der Durchgangsbohrungen 33 in Fig. 1 bis 3 ausgelassen. Es ist jedoch anzunehmen, dass in der Tat die in Fig. 4 gezeigten Durchgangsbohrungen 33 gebildet sind. The details of the spacer 3 which is arranged between the flat membrane members 2k, 2k+1 and forms the first flow channels S1 are explained here with reference to Fig. 4. The spacer 3 which is arranged between the flat membrane members 2k+1, 2k+2 and forms the second flow channels S2 also has the same shape and differs only in the direction in which it is arranged on the humidification main body 10. Fig. 4 is a plan view showing the spacer 3. For the sake of explanation, the illustration of the through holes 33 in Figs. 1 to 3 is omitted. However, it is assumed that the through holes 33 shown in Fig. 4 are actually formed.
[0026] [0026]
Der Abstandshalter 3 weist eine Vielzahl der Durchgangsbohrungen 33 auf. Bei den Strömungskanälen S1 ist ein Raum auf einer Seite des Abstandshalters 3 in der Z- Richtung ein erster Raum Al, wobei ein Raum auf einer anderen Seite ein zweiter Raum A2 ist. Die Durchgangsbohrungen 33 verbinden den ersten Raum Al mit dem zweiten Raum A2 dadurch, dass sie den Abstandshalter 3 in der Z-Richtung durchdringen. [0027] Die Durchgangsbohrungen 33 weisen Seiten auf, die jeweils zu der X-Richtung und der Y-Richtung parallel sind, und sind rechteckig (vorzugsweise quadratisch) gebildet. Eine Vielzahl von Durchgangsbohrungsreihen LI bis L5 ist durch die Vielzahl der Durchgangsbohrungen 33 gebildet. Jede Durchgangsbohrungsreihe LI bis L5 ist jeweils durch Nebeneinanderliegen der Vielzahl der Durchgangsbohrungen 33 in der Y-Richtung gebildet. Die Vielzahl der Durchgangsbohrungsreihen LI bis L5 liegt in der X-Richtung nebeneinander. The spacer 3 has a plurality of through holes 33. In the flow channels S1, a space on one side of the spacer 3 in the Z direction is a first space Al, and a space on another side is a second space A2. The through holes 33 connect the first space Al to the second space A2 by penetrating the spacer 3 in the Z direction. [0027] The through holes 33 have sides parallel to the X direction and the Y direction, respectively, and are formed rectangularly (preferably squarely). A plurality of through hole rows LI to L5 are formed by the plurality of through holes 33. Each through hole row LI to L5 is respectively formed by juxtaposing the plurality of through holes 33 in the Y direction. The plurality of through hole rows LI to L5 are juxtaposed in the X direction.
[0028] [0028]
Bei jeder Durchgangsbohrungsreihe LI bis L5 sind Nicht-Durchgangsteile 34 zwischen den zwei benachbarten Durchgangsbohrungen gebildet. Die Nicht-Durchgangsteile 34 bei der Durchgangsbohrungsreihe L2 sind so angeordnet, dass sie einer Mitte in der Y- Richtung der Durchgangsbohrung 33 der benachbarten Durchgangsbohrungsreihen LI, L3 in der X-Richtung benachbart sind. Die Beziehung zwischen den Durchgangsbohrungen 33 und den Nicht-Durchgangsteilen 34 ist auch bei den anderen benachbarten Durchgangsbohrungsreihen gleich. D. h.: Die Positionen in der Y-Richtung der beiden Durchgangsbohrungen 33 bei den benachbarten Durchgangsbohrungsreihen sind um eine Hälfte der Abmessung in der Y-Richtung der Durchgangsbohrung 33 versetzt. In each through-hole row LI to L5, non-through parts 34 are formed between the two adjacent through holes. The non-through parts 34 in the through-hole row L2 are arranged to be adjacent to a center in the Y direction of the through hole 33 of the adjacent through-hole rows LI, L3 in the X direction. The relationship between the through holes 33 and the non-through parts 34 is also the same in the other adjacent through-hole rows. That is, the positions in the Y direction of the two through holes 33 in the adjacent through-hole rows are offset by one half of the dimension in the Y direction of the through hole 33.
[0029] [0029]
Aufgrund der oben beschriebenen Anordnungen der Durchgangsbohrungen 33 und der Nicht-Durchgangsteile 34 geht eine gedachte Verlängerungslinie LN, die in einem gesamten Bereich des Nicht-Durchgangsteils 34 in der Y-Richtung durch den Nicht- Durchgangsteil 34 durchgeht und sich in der X-Richtung erstreckt, durch die Durchgangsbohrung 33 bei den anderen Durchgangsbohrungsreihen (insbesondere den benachbarten Durchgangsbohrungsreihen) durch. Die Nicht-Durchgangsteile 34 sind tatsächlich Teile, an denen sich die Feuchtigkeit W nur schwer bewegt, aber das nasse Fluid F, das die Nicht-Durchgangsteile 34 quert, quert unbedingt die Durchgangsbohrungen 33, so dass das nasse Fluid F, das jede Position im gesamten Bereich in der Y-Richtung beim Abstandshalter 3 außer dem Ende durchgeht, die Durchgangsbohrungen 33 quert. Due to the above-described arrangements of the through holes 33 and the non-through parts 34, an imaginary extension line LN that passes through the non-through part 34 in the Y direction in an entire area of the non-through part 34 and extends in the X direction passes through the through hole 33 in the other through hole rows (in particular, the adjacent through hole rows). The non-through parts 34 are actually parts where the moisture W moves with difficulty, but the wet fluid F crossing the non-through parts 34 necessarily crosses the Through holes 33 so that the wet fluid F passing through any position in the entire range in the Y direction at the spacer 3 except the end crosses the through holes 33.
[0030] [0030]
Bei den zwei in derX-Richtung benachbarten Durchgangsbohrungsreihen sind ferner alle Nicht-Durchgangsteile 34 der einen Durchgangsbohrungsreihe den Durchgangsbohrungen 33 der anderen Durchgangsbohrungsreihe benachbart. Erstreckt sich ein zum Nicht-Durchgangsteil 34 eine Grenze in der X-Richtung bildender Endrand 331 der Durchgangsbohrung 33 bei jeder Durchgangsbohrungsreihe, geht er durch die Durchgangsbohrung 33 bei der benachbarten Durchgangsbohrungsreihe durch. Furthermore, in the two through-hole rows adjacent in the X direction, all non-through parts 34 of one through-hole row are adjacent to the through-holes 33 of the other through-hole row. If an end edge 331 of the through-hole 33 forming a boundary in the X direction with the non-through part 34 extends in each through-hole row, it passes through the through-hole 33 in the adjacent through-hole row.
[0031] [0031]
Bei jeder Durchgangsbohrungsreihe LI bis L5 ist die Vielzahl der Durchgangsbohrungen 33 in der Y-Richtung in gleichen Abständen angeordnet, wobei die Vielzahl der Durchgangsbohrungsreihen LI bis L5 in der X-Richtung in gleichen Abständen angeordnet ist. Bei jeder Durchgangsbohrungsreihe kann die Vielzahl der Durchgangsbohrungen nicht in gleichen Abständen angeordnet werden, wobei die Abstände zwischen den Durchgangsbohrungsreihen nicht gleich sein können. Die Vielzahl der Durchgangsbohrungen 33 beim Abstandshalter 3 ist hinsichtlich sowohl der gedachten Linie, die sich durch die Mitte in der X-Richtung des Abstandshalters 3 in der Y-Richtung erstreckt, als auch der gedachten Linie, die sich durch die Mitte in der Y- Richtung des Abstandshalters 3 in der X-Richtung erstreckt, achsensymmetrisch angeordnet. For each through-hole row LI to L5, the plurality of through-holes 33 are arranged at equal intervals in the Y direction, and the plurality of through-hole rows LI to L5 are arranged at equal intervals in the X direction. For each through-hole row, the plurality of through-holes cannot be arranged at equal intervals, and the distances between the through-hole rows cannot be equal. The plurality of through holes 33 in the spacer 3 are different in terms of both the imaginary line extending through the center in the X direction of the spacer 3 in the Y direction and the imaginary line extending through the center in the Y direction. Direction of the spacer 3 extends in the X direction, arranged axially symmetrically.
[0032] [0032]
Anschließend werden die Einzelheiten der Strömung des nassen Fluids im ersten Strömungskanal Sl, der am oben beschriebenen Abstandshalter 3 vorgesehen ist, anhand der Fig. 5 erläutert. Fig. 5 ist ein Schnitt, der die Bewegungsausgestaltung der Feuchtigkeit in einem Strömungskanal Sl der Befeuchtungsvorrichtung 1 zeigt. [0033] The details of the flow of the wet fluid in the first flow channel Sl, which is provided on the spacer 3 described above, are then explained with reference to FIG. 5. 5 is a section showing the movement configuration of the moisture in a flow channel Sl of the humidification device 1. [0033]
Das nasse Fluid F geht zuerst entlang derX-Richtung im ersten Strömungskanal S1 durch. Die vom nassen Fluid enthaltene Feuchtigkeit W nähert sich dabei entsprechend der Fortbewegung des nassen Fluids F nach und nach an die Flachmembranbauteile 2k, 2k + 1 an. Folglich erreicht die Feuchtigkeit W, die vom nassen, an einer nahen Position an den Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1 durchgehenden Fluid F enthalten ist, die Flachmembranbauteile 2k, 2k + 1 auf der relativ stromaufwärtigen Seite. Die Feuchtigkeit W, die vom nassen, an einer fernen Position von den Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1 durchgehenden Fluid F enthalten ist, erreicht die Flachmembranbauteile 2k, 2k + 1 auf der relativ stromabwärtigen Seite. The wet fluid F first passes along the X direction in the first flow channel S1. The moisture W contained in the wet fluid gradually approaches the flat membrane members 2k, 2k+1 in accordance with the advancement of the wet fluid F. Consequently, the moisture W contained in the wet fluid F passing at a position close to the flat membrane members 2k, 2k+1 reaches the flat membrane members 2k, 2k+1 on the relatively upstream side. The moisture W contained in the wet fluid F passing at a position far from the flat membrane members 2k, 2k+1 reaches the flat membrane members 2k, 2k+1 on the relatively downstream side.
[0034] [0034]
Der Schnitt gemäß Fig. 5 geht durch den an der einen Seite anliegenden Teil 31 durch. Die Feuchtigkeit W, die sich zu dem Flachmembranbauteil 2k bewegt, kann durch Durchgehen der Durchgangsbohrung 33 das Flachmembranbauteil 2k erreichen. Beim Aufbau, bei dem keine Durchgangsbohrungen 33 gebildet sind, kann demgegenüber die Feuchtigkeit W nicht durch den Abstandshalter durchgehen und das Flachmembranbauteil 2k nicht erreichen, so dass es erforderlich ist, dass sie zum Flachmembranbauteil 2k + 1 geht (mit einer Strichpunktlinie gezeigt). D. h.: Beim Aufbau, bei dem keine Durchgangsbohrungen 33 gebildet sind, ist die maximale Bewegungsstrecke der Feuchtigkeit W eine Strecke vom an der einen Seite anliegenden Teil 31 bis zum Flachmembranbauteil 2k + 1 (oder vom an der anderen Seite anliegenden Teil 32 bis zum Flachmembranbauteil 2k). The section shown in Fig. 5 passes through the one-side abutment part 31. The moisture W moving toward the flat membrane member 2k can reach the flat membrane member 2k by passing through the through hole 33. On the other hand, in the structure in which no through holes 33 are formed, the moisture W cannot pass through the spacer and reach the flat membrane member 2k, so it is required to go to the flat membrane member 2k+1 (shown with a dashed line). That is, in the structure in which no through holes 33 are formed, the maximum movement distance of the moisture W is a distance from the one-side abutment part 31 to the flat membrane member 2k+1 (or from the other-side abutment part 32 to the flat membrane member 2k).
[0035] [0035]
Falls andererseits der Abstandshalter 3, bei dem die Durchgangsbohrungen 33 gebildet sind, verwendet wird, ist die maximale Bewegungsstrecke der Feuchtigkeit W eine Hälfte des Abstands der Flachmembranbauteile 2k, 2k + 1. Folglich kann die Fortbewegungsstrecke des nassen Fluids F verkleinert werden, die nötig dafür ist, dass die gesamte, vom nassen Fluid F enthaltene Feuchtigkeit W die Flachmembranbauteile 2k, 2k + 1 erreicht. On the other hand, if the spacer 3 in which the through holes 33 are formed is used, the maximum moving distance of the moisture W is one half of the distance of the flat membrane members 2k, 2k + 1. Consequently, the moving distance of the wet fluid F required for the total moisture W contained in the wet fluid F reaches the flat membrane components 2k, 2k + 1.
[0036] [0036]
Bei der Befeuchtungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Abstandshalter 3 wie oben beschrieben die Durchgangsbohrungen 33 auf, wodurch in den Strömungskanälen S1 die Bewegung der Feuchtigkeit zwischen den Räumen Al, A2 auf den beiden Seiten des Abstandshalters 3 in der Z-Richtung erleichtert wird, wobei sich die vom nassen Fluid F enthaltene Feuchtigkeit W zu einem näheren der zwei Flachmembranbauteile 2k, 2k + 1 bewegen kann, so dass die Feuchtigkeit W die Flachmembranbauteile 2k, 2k + 1 leicht erreichen kann und die Feuchtigkeitsaustauschleistung erhöht werden kann. In the humidification device 1 according to the embodiment of the present invention, the spacer 3 has the through holes 33 as described above, thereby facilitating the movement of moisture in the flow channels S1 between the spaces Al, A2 on the two sides of the spacer 3 in the Z direction is, wherein the moisture W contained by the wet fluid F can move to a closer one of the two flat membrane components 2k, 2k + 1, so that the moisture W can easily reach the flat membrane components 2k, 2k + 1 and the moisture exchange performance can be increased.
[0037] [0037]
Dadurch, dass die Vielzahl der Durchgangsbohrungsreihen LI bis L5 am Abstandshalter 3 gebildet ist, können ferner die Durchgangsbohrungen 33 am Abstandshalter 3 verstreut angeordnet werden, so dass die Bewegung der Feuchtigkeit in der Gesamtheit des Abstandshalters 3 erleichtert wird und die Feuchtigkeitsaustauschleistung weiter erhöht werden kann. Further, by forming the plurality of through-hole rows LI to L5 on the spacer 3, the through-holes 33 can be scattered on the spacer 3, so that the movement of moisture in the entirety of the spacer 3 is facilitated and the moisture exchange performance can be further increased.
[0038] [0038]
Dadurch, dass die gedachte Verlängerungslinie LN, die im gesamten Bereich des Nicht- Durchgangsteils 34 in der Y-Richtung durch den Nicht-Durchgangsteil 34 durchgeht und sich in der X-Richtung erstreckt, durch die Durchgangsbohrungen 33 bei der anderen Durchgangsbohrungsreihe durchgeht, wird ferner die Bewegung der Feuchtigkeit im gesamten Umfang (außer dem Ende, an dem die Durchgangsbohrungen 33 nicht gebildet werden) des Abstandshalters 3 in der Y-Richtung erleichtert und die Feuchtigkeitsaustauschleistung kann weiter erhöht werden. Furthermore, by having the imaginary extension line LN, which passes through the non-through part 34 in the entire region of the non-through part 34 in the Y direction and extends in the X direction, pass through the through holes 33 in the other through hole row, the movement of moisture in the entire circumference (except the end where the through holes 33 are not formed) of the spacer 3 in the Y direction is facilitated and the moisture exchange performance can be further increased.
[0039] Dadurch, dass bei den zwei in der X-Richtung benachbarten Durchgangsbohrungsreihen alle Nicht-Durchgangsteile 34 der einen Durchgangsbohrungsreihe den Durchgangsbohrungen 33 der anderen Durchgangsbohrungsreihe benachbart sind, quert ferner das nasse Fluid F, das den Nicht-Durchgangsteil 34 quert, vor und nach diesem Queren die Durchgangsbohrung 33, so dass das Fortlaufen des Bereichs, an dem sich die Feuchtigkeit W bei der Fortbewegung des Fluids F nur schwer bewegt, unterdrückt werden kann. [0039] Furthermore, in the two through-hole rows adjacent in the X direction, since all the non-through-hole parts 34 of one through-hole row are adjacent to the through-holes 33 of the other through-hole row, the wet fluid F crossing the non-through-hole part 34 crosses the through-hole 33 before and after this crossing, so that the progress of the region where the moisture W moves with difficulty when the fluid F moves can be suppressed.
[0040] [0040]
Dadurch, dass der Abstandshalter 3 wellenförmig gebildet ist, kann ferner das Durchgehen des Fluids erleichtert werden und der Abstand zwischen den Flachmembranbauteilen 2k, 2k + 1 über den breiten Umfang aufrechtgehalten werden. [0041] Because the spacer 3 is formed in a wave shape, the passage of the fluid can also be made easier and the distance between the flat membrane components 2k, 2k + 1 can be maintained over the wide circumference. [0041]
Die vorliegende Erfindung wird nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und umfasst einen anderen Aufbau usw., durch den das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann. Auch im Folgenden beschriebene abgewandelte Formen oder dgl. werden von der vorliegenden Erfindung umfasst. Z. B.: Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Durchgangsbohrung 33 rechteckig (vorzugsweise quadratisch). Die Form der Durchgangsbohrung wird jedoch nicht besonders beschränkt und die Durchgangsbohrung kann auch Formen der abgewandelten Beispiele 1 bis 3 gemäß Fig. 6 bis 8 aufweisen. The present invention is not limited to the above-described embodiment and includes other construction, etc., by which the object of the present invention can be achieved. Modified forms or the like described below are also included in the present invention. For example: In the above-described embodiment of the present invention, the through hole 33 is rectangular (preferably square). However, the shape of the through hole is not particularly limited, and the through hole may also have shapes of modified examples 1 to 3 shown in Figs. 6 to 8.
[0042] [0042]
Beim abgewandelten Beispiel 1 gemäß Fig. 6 sind die rechteckigen Durchgangsbohrungen 35, deren lange Seiten der Y-Richtung entsprechen, am Abstandshalter 3 gebildet. Auch beim abgewandelten Beispiel 1 sind die Durchgangsbohrungsreihen ebenfalls wie die oben beschriebene Ausführungsform gebildet, wobei die örtliche Beziehung der Durchgangsbohrungen 35 der beiden Durchgangsbohrungsreihen zueinander gleich ist. In the modified example 1 according to FIG. 6, the rectangular through holes 35, whose long sides correspond to the Y direction, are formed on the spacer 3. In the modified example 1, the rows of through holes are also like the embodiment described above formed, the local relationship of the through holes 35 of the two rows of through holes being the same to one another.
[0043] [0043]
Beim abgewandelten Beispiel 2 gemäß Fig. 7 sind ovale Durchgangsbohrungen 36 am Abstandshalter 3 gebildet. Die Durchgangsbohrungen 36 weisen ein Paar von Seiten, die sich in der Y-Richtung erstrecken, und ein Paar von kreisbogenförmigen Teilen, die Enden des Paars der Seiten miteinander verbinden, auf. Auch beim abgewandelten Beispiel 2 sind die Durchgangsbohrungsreihen ebenfalls wie die oben beschriebene Ausführungsform gebildet, wobei die örtliche Beziehung der Durchgangsbohrungen 36 der beiden Durchgangsbohrungsreihen zueinander gleich ist. In the modified example 2 shown in Fig. 7, oval through holes 36 are formed on the spacer 3. The through holes 36 have a pair of sides extending in the Y direction and a pair of circular arc portions connecting ends of the pair of sides. Also in the modified example 2, the through hole rows are also formed like the above-described embodiment, and the positional relationship of the through holes 36 of the two through hole rows is the same.
[0044] [0044]
Beim abgewandelten Beispiel 3 gemäß Fig. 8 sind kreisförmige Durchgangsbohrungen 37 am Abstandshalter 3 gebildet. Auch beim abgewandelten Beispiel 3 sind die Durchgangsbohrungsreihen ebenfalls wie die oben beschriebene Ausführungsform gebildet, wobei die örtliche Beziehung der Durchgangsbohrungen 37 der beiden Durchgangsbohrungsreihen zueinander gleich ist. In the modified example 3 according to Fig. 8, circular through holes 37 are formed on the spacer 3. In the modified example 3, the through hole rows are also formed like the embodiment described above, wherein the spatial relationship of the through holes 37 of the two through hole rows to each other is the same.
[0045] [0045]
Form und Abmessung der Vielzahl der Durchgangsbohrungen, die an einem Abstandshalter gebildet werden, müssen nicht identisch sein und eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen, deren Formen und Abmessungen unterschiedlich sind, können auch kombiniert werden. Darüber hinaus wird die Form der Durchgangsbohrung weder auf die oben beschriebene Ausführungsform noch auf die abgewandelten Beispiele 1 bis 3 beschränkt. The shape and dimension of the plurality of through holes formed on one spacer need not be identical, and a plurality of through holes whose shapes and dimensions are different may also be combined. Moreover, the shape of the through hole is not limited to the above-described embodiment or to the modified examples 1 to 3.
[0046] [0046]
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Position in der Y-Richtung der Durchgangsbohrungen 33 bei den benachbarten Durchgangsbohrungsreihen um die Hälfte der Abmessung in der Y-Richtung der Durchgangsbohrungen 33 versetzt. Die Anordnung der Durchgangsbohrungen wird jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Z. B.: Bei den zwei in der X-Richtung benachbarten Durchgangsbohrungsreihen müssen alle Nicht-Durchgangsteile einer Durchgangsbohrungsreihe nicht den Durchgangsbohrungen einer anderen Durchgangsbohrungsreihe benachbart sein. D. h.: Es kann so ausgebildet werden, dass zwei Durchgangsbohrungsreihen, bei denen die Position in der Y-Richtung der Durchgangsbohrungen gleich ist, in der X-Richtung nebeneinanderliegen und somit ein Paar gebildet wird, wobei alle Nicht-Durchgangsteile bei diesem Paar der Durchgangsbohrungsreihen den Durchgangsbohrungen der anderen, diesem Paar benachbarten Durchgangsbohrungsreihe benachbart sind. In the above-described embodiment of the present invention, the position in the Y direction of the through holes 33 in the adjacent through hole rows is by half the dimension in the Y direction Through holes 33 offset. However, the arrangement of the through holes is not limited to this structure. E.g.: For the two rows of through holes adjacent in the X direction, all non-through parts of one row of through holes need not be adjacent to the through holes of another row of through holes. That is, it can be formed so that two rows of through holes in which the position in the Y direction of the through holes is the same are adjacent to each other in the X direction, thus forming a pair, with all non-through parts in this pair of the rows of through holes are adjacent to the through holes of the other row of through holes adjacent to this pair.
[0047] [0047]
Darüber hinaus muss die gedachte Verlängerungslinie, die durch den Nicht- Durchgangsteil durchgeht und sich in der X-Richtung erstreckt, im vorgegebenen Bereich in der Y-Richtung des Nicht-Durchgangsteils nicht durch die Durchgangsbohrung bei der anderen Durchgangsbohrungsreihe durchgehen (d. h.: Die gedachte Verlängerungslinie, die nur durch den Nicht-Durchgangsteil durchgeht, kann vorhanden sein.). Z. B.: Die Durchgangsbohrungen können entlang der X-Richtung nebeneinanderliegen. Bei der Fortbewegung des nassen Fluids in der X-Richtung kann die vom nassen Fluid enthaltene Feuchtigkeit sich nicht nur in der Z-Richtung, sondern auch in der Y-Richtung bewegen. Auch in einem Fall, in dem im vorgegebenen Bereich in der Y-Richtung die sich in der X- Richtung erstreckende gedachte Verlängerungslinie nicht durch die Durchgangsbohrung, sondern nur durch den Nicht-Durchgangsteil durchgeht, übt dies nur schwer Einfluss auf die Feuchtigkeitsaustauschleistung aus, falls dieser Bereich im Vergleich mit der Strecke in dem sich die Feuchtigkeit in der Y-Richtung bewegen kann, ausreichend klein ist. In addition, the imaginary extension line passing through the non-through part and extending in the , which only passes through the non-passage part, may be present.). E.g.: The through holes can be next to each other along the X direction. As the wet fluid moves in the X direction, the moisture contained in the wet fluid can move not only in the Z direction but also in the Y direction. Even in a case where, in the predetermined range in the Y direction, the imaginary extension line extending in the this area is sufficiently small compared to the distance in which the moisture can move in the Y direction.
[0048] [0048]
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Vielzahl der Durchgangsbohrungsreihen LI bis L5 am Abstandshalter 3 gebildet. Die Vielzahl der Durchgangsbohrungen kann jedoch verstreut so vorgesehen sein, dass sie keine Reihen bilden, oder zufällig angeordnet werden. Darüber hinaus kann nur eine Durchgangsbohrung am Abstandshalter gebildet werden. In the embodiment of the present invention described above, the plurality of through hole rows LI to L5 are formed on the spacer 3. The However, a plurality of through holes may be scattered so as not to form rows or may be arranged randomly. In addition, only one through hole can be formed on the spacer.
[0049] [0049]
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Abstandshalter 3 wellenförmig gebildet. Die Form des Abstandshalters wird jedoch nicht besonders beschränkt. Es reicht aus, dass er über einem vorgegebenen Bereich Teile aufweist, die an den zwei benachbarten Flachmembranbauteilen jeweils anliegen können. Z. B.: Der Abstandshalter kann so ausgebildet werden, dass er plattenförmige Teile, die sich zu dem Flachmembranbauteil parallel erstrecken, und Teile (die an einer Seite anliegende Teile und die an der anderen Seite anliegende Teile), die sich vom plattenförmigen Teil zum Flachmembranbauteil ragen, aufweist und Durchgangsbohrungen am plattenförmigen Teil gebildet werden. In the embodiment of the present invention described above, the spacer 3 is formed in a wave shape. However, the shape of the spacer is not particularly limited. It is sufficient that it has parts over a predetermined area that can rest on the two adjacent flat membrane components. E.g.: The spacer can be designed to have plate-shaped parts that extend parallel to the flat membrane component, and parts (the parts abutting on one side and the parts abutting on the other side) that protrude from the plate-shaped part to the flat membrane component, has and through holes are formed on the plate-shaped part.
[0050] [0050]
Die Ausführungsform wurde wie oben erläutert, aber die vorliegende Erfindung wird nicht auf die Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt und umfasst alle Ausgestaltungen, die vom Begriff der vorliegenden Erfindung und von den Patentansprüchen umfasst werden. Jeder Aufbau kann den Umständen entsprechend wahlweise so kombiniert werden, dass die oben beschriebene Aufgabe gelöst wird und wenigstens ein Teil der Vorteile erzielt werden kann. Z. B. Form, Material, Anordnung, Größe usw. jedes Bestandteils bei der oben beschriebenen Ausführungsform können abhängig von den konkreten Verwendungsausgestaltungen der vorliegenden Erfindung den Umständen entsprechend geändert werden. The embodiment has been explained as above, but the present invention is not limited to the humidifying device for a fuel cell according to the above-described embodiment and includes all aspects covered by the concept of the present invention and the claims. Each structure can optionally be combined according to the circumstances in such a way that the task described above is solved and at least some of the advantages can be achieved. For example, the shape, material, arrangement, size, etc. of each component in the above-described embodiment may be changed according to circumstances depending on the specific uses of the present invention.
[Bezugszeichenliste] [List of reference symbols]
[0051] 1 ... Befeuchtungsvorrichtung, 2k ... Flachmembranbauteil, 3 ... Abstandshalter, 31 ... an einer Seite anliegender Teil, 32 ... an einer anderen Seite anliegender Teil, 33 ... Durchgangsbohrung, 34 ... Nicht-Durchgangsteil, S1 ... erster Strömungskanal, S2 ... zweiter Strömungskanal, Al ... erster Raum, A2 ... zweiter Raum, LI bis L5 ... Durchgangsbohrungsreihe, LN ... gedachte Verlängerungslinie [0051] 1 ... humidification device, 2k ... flat membrane component, 3 ... spacer, 31 ... part adjacent to one side, 32 ... part adjacent to another side, 33 ... through hole, 34 ... non-through part, S1 ... first flow channel, S2 ... second flow channel, Al ... first space, A2 ... second space, LI to L5 ... row of through holes, LN ... imaginary extension line

Claims

[Name des Dokumentes] Patentansprüche [Name of document] Patent claims
1. Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Flachmembranbauteilen, durch welche Feuchtigkeit durchgehen kann und welche gestapelt sind, und einen Abstandshalter, der zwischen den zwei benachbarten Flachmembranbauteilen vorgesehen ist und somit Strömungskanäle eines Fluids bildet, umfasst, wobei der Abstandshalter an einer Seite anliegende Teile, die an einem der zwei Flachmembranbauteile anliegen, an einer anderen Seite anliegende Teile, die an einem anderen anliegen, und Durchgangsbohrungen, die in Stapelrichtung der Vielzahl der Flachmembranbauteile Räume auf beiden Seiten des Abstandshalters miteinander verbinden, aufweist. 1. A humidifying device for a fuel cell, characterized by comprising a plurality of flat membrane members through which moisture can pass and which are stacked, and a spacer which is provided between the two adjacent flat membrane members and thus forms flow channels of a fluid, the spacer having abutting parts on one side which abut against one of the two flat membrane members, abutting parts on another side which abut against another, and through holes which connect spaces on both sides of the spacer to each other in the stacking direction of the plurality of flat membrane members.
2. Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abstandshalter die Vielzahl der Durchgangsbohrungen entlang einer vorgegebenen Ausrichtung nebeneinanderliegt und somit Durchgangsbohrungsreihen gebildet werden, wobei die Vielzahl der Durchgangsbohrungsreihen auch in einer zur Ausrichtung orthogonal stehenden Richtung nebeneinanderliegt. 2. Humidifying device for a fuel cell according to claim 1, characterized in that in the spacer, the plurality of through holes lie next to one another along a predetermined orientation and thus through hole rows are formed, wherein the plurality of through hole rows also lie next to one another in a direction orthogonal to the orientation.
3. Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die orthogonal stehende Richtung eine Durchgangsrichtung eines Fluids ist, dass bei den Durchgangsbohrungsreihen Nicht-Durchgangsteile zwischen den zwei benachbarten Durchgangsbohrungen gebildet sind, und dass eine gedachte Verlängerungslinie, die in einem gesamten Bereich des Nicht- Durchgangsteils in der Ausrichtung durch den Nicht-Durchgangsteil durchgeht und sich in der orthogonal stehenden Richtung erstreckt, bei wenigstens einer anderen Durchgangsbohrungsreihe durch die Durchgangsbohrungen durchgeht. 3. A humidifying device for a fuel cell according to claim 2, characterized in that the orthogonal direction is a passage direction of a fluid, that in the through-hole rows, non-passage parts are formed between the two adjacent through-holes, and that an imaginary extension line which passes through the non-through part in the orientation of the non-through part in an entire area of the non-through part and extends in the orthogonal direction passes through the through holes in at least one other row of through holes.
4. Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei den zwei Durchgangsbohrungsreihen, die in der orthogonal stehenden Richtung benachbart sind, alle Nicht-Durchgangsteile der einen Durchgangsbohrungsreihe den Durchgangsbohrungen der anderen Durchgangsbohrungsreihe benachbart sind. 4. A humidifying device for a fuel cell according to claim 3, characterized in that in the two through-hole rows which are adjacent in the orthogonal direction, all non-through-hole parts of one through-hole row are adjacent to the through-holes of the other through-hole row.
5. Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter dadurch wellenförmig gebildet ist, dass die an der einen Seite anliegenden Teile und die an der anderen Seite anliegenden Teile, die sich jeweils entlang der Durchgangsrichtung des Fluids erstrecken, abwechselnd angeordnet sind. 5. A humidifying device for a fuel cell according to one of claims 1 to 4, characterized in that the spacer is formed in a wave shape by arranging the parts adjacent to one side and the parts adjacent to the other side, each of which extends along the direction of passage of the fluid, alternately.
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Citations (4)

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