本發(fā)明涉及用于在加濕器中使用的多部件介質(zhì)，例如用于燃料電池。

背景技術(shù)：

在de102009034095a1和ep1261992b1中，用于燃料電池的加濕器被描述為具有多個(gè)疊加膜，所述多個(gè)疊加膜分開用于運(yùn)送濕和干空氣通過的流動(dòng)通道。水分子穿過膜從濕空氣流到達(dá)干空氣流，所述干空氣流因此富含水分。燃料電池的廢氣可以被用作濕的入流空氣流；所述廢氣的水分通過膜輸送進(jìn)入新鮮空氣流，所述新鮮空氣流隨后被送至燃料電池系統(tǒng)入口，從而在電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生電流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

期望提供具有經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)的加濕器，通過所述經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)，水分能以高效的方式從濕空氣流輸送到干空氣流，其中，氣體流互相分開。

此外，期望提供具有將水分高效地輸送到干空氣流同時(shí)限制氣體輸送到干空氣流的加濕器。

在一個(gè)實(shí)施例中，加濕器包括輸送片材、多個(gè)第一通道和多個(gè)第二通道。輸送片材包括具有多個(gè)部分的可滲透材料和多層襯隔材料。多個(gè)第一通道被構(gòu)造為允許在第一方向的空氣流并阻止在不同于第一方向的第二方向的空氣流。多個(gè)第二通道被構(gòu)造為允許在第二方向的空氣流并阻止在第一方向的空氣流。加濕器包括一堆交替的第一通道和第二通道，所述第一通道被構(gòu)造為將液體從在至少一個(gè)第一通道中流動(dòng)的空氣輸送到在至少一個(gè)第二通道中流動(dòng)的空氣。第一通道通過將輸送片材的第一部分折疊到輸送片材的第二部分下方并在其中設(shè)置一層襯隔材料形成。第二通道通過將輸送片材的第三部分折疊到輸送片材的第二部分上方并在其中設(shè)置一層襯隔材料形成。

在一個(gè)實(shí)施例中，制造加濕器元件的方法包括設(shè)置包括具有多個(gè)部分的可滲透材料的輸送片材。輸送片材的第一部分被折疊到輸送片材的第二部分下方。在輸送片材的第一部分和輸送片材的第二部分之間設(shè)置一層襯隔材料。輸送片材的第一部分的邊緣被密封到輸送片材的第二部分的邊緣以形成第一通道，所述第一通道被構(gòu)造為允許在第一方向的空氣流并阻止在不同于第一方向的第二方向的空氣流。輸送片材的第三部分被折疊到輸送片材的第二部分上方。在輸送片材的第二部分和輸送片材的第三部分之間設(shè)置一層襯隔材料。輸送片材的第三部分的邊緣被密封到輸送片材的第二部分的邊緣以形成第二通道，所述第二通道被構(gòu)造為允許在第二方向的空氣流并阻止在第一方向的空氣流。

從下文實(shí)施例的詳細(xì)描述中將會(huì)更加充分理解本發(fā)明的這些和其他特征和目標(biāo)，所述實(shí)施例的詳細(xì)描述應(yīng)該根據(jù)附圖閱讀。

在這個(gè)意義上，在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，需要理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用中不限制于在描述中闡述或在附圖中說明的構(gòu)造細(xì)節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠有其他實(shí)施例并能夠以各種方法實(shí)行和實(shí)施。還需要理解的是，這里應(yīng)用的用詞和術(shù)語以及摘要是用于描述的目的，不應(yīng)該被看作是限制。

如此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)領(lǐng)會(huì)的是，本公開基于的構(gòu)思可以易于使用為設(shè)計(jì)其他用于實(shí)施本發(fā)明的幾個(gè)目的的結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此重要的是，權(quán)利要求被視為包括此種等效的構(gòu)造，只要其不偏離本發(fā)明的精神和范圍即可。

在第一實(shí)施例中，用于在加濕器中使用的多部件介質(zhì)包括具有多個(gè)股線的至少一層吸收材料，其中，吸收材料包括吸收液體的纖維材料。進(jìn)一步地，介質(zhì)具有帶有第一側(cè)和第二側(cè)的至少一層非吸收材料，其中，至少一層非吸收材料包括對液體和氣體不可滲透的材料。吸收材料連接到非吸收材料的第一側(cè)，從而多個(gè)股線中的至少一個(gè)股線穿過非吸收材料到達(dá)非吸收材料的第二側(cè)。多個(gè)股線中的至少一個(gè)股線將液體材料從非吸收材料的第一側(cè)輸送至非吸收材料的第二側(cè)。

根據(jù)多部件介質(zhì)的另一個(gè)實(shí)施例，至少一層非吸收材料形成屏障，所述屏障構(gòu)造為阻止在非吸收材料的第一側(cè)和非吸收材料的第二側(cè)之間輸送任何材料，除了通過至少一個(gè)股線輸送的液體材料。

此外，水分經(jīng)由毛細(xì)作用通過至少一個(gè)股線輸送是可能的。

在又一個(gè)實(shí)施例中，吸收材料包括非紡織纖維材料。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，吸收材料包括原纖維棉、木質(zhì)紙漿、天然吸收纖維材料和摻入另一種纖維材料的吸收材料中的至少一個(gè)。

此外，又一個(gè)實(shí)施例預(yù)見，多部件介質(zhì)具有至少兩層吸收材料，其中至少一層非吸收材料設(shè)置在吸收材料的第一層和吸收材料的第二層之間，多部件介質(zhì)構(gòu)造為從第一材料的第一層向第一材料的第二層輸送。

在可替代的實(shí)施例中，多部件介質(zhì)可以包括至少兩層非吸收材料，其中至少一層吸收材料設(shè)置在非吸收材料的第一層和非吸收材料的第二層之間，其中多部件介質(zhì)構(gòu)造為從非吸收材料的第一層的一側(cè)向非吸收材料的第二層的一側(cè)輸送液體。

在另一個(gè)可替代實(shí)施例中，多部件介質(zhì)還包括至少兩層吸收材料和至少兩層非吸收材料。

非吸收材料可以包括聚合物材料。

例如根據(jù)本發(fā)明的多部件介質(zhì)可以在加濕器中設(shè)置。加濕器可以在燃料電池系統(tǒng)、全房屋加濕系統(tǒng)、工業(yè)加濕系統(tǒng)和房間加濕系統(tǒng)中的至少一個(gè)中設(shè)置。

最后，至少一層非吸收材料阻止顆粒物通過多部件介質(zhì)是可能的。

附圖說明

這里描述的附圖僅用作所選實(shí)施例的說明目的，而非用作所有可能的實(shí)施方式的說明目的，并且不是為了限制本公開的范圍。

圖1是加濕器的透視圖；

圖2是包括可滲透膜的介質(zhì)的透視圖；

圖3是介質(zhì)和襯隔材料的透視圖；

圖4a是用于密封在其間具有襯隔材料的折疊介質(zhì)的兩個(gè)邊緣的第一實(shí)施例的透視圖；

圖4b是用于密封在其間具有襯隔材料的折疊介質(zhì)的兩個(gè)邊緣的第一實(shí)施例的另一個(gè)透視圖；

圖4c是用于密封在其間具有襯隔材料的折疊介質(zhì)的兩個(gè)邊緣的第一實(shí)施例的另一個(gè)透視圖；

圖5是說明介質(zhì)如何折疊以及如何設(shè)置襯隔材料以形成加濕器芯部的透視圖；

圖6是加濕器芯部的透視圖；

圖7是示出濕空氣流和干空氣流的加濕器芯部的透視圖；

圖8說明了用于形成包括可滲透膜的介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施例；

圖9是介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施例的分解圖；

圖10說明了用于形成包括可滲透膜的介質(zhì)的另一個(gè)實(shí)施例；和

圖11是介質(zhì)的另一個(gè)實(shí)施例的分解圖。

對應(yīng)的附圖標(biāo)記貫穿附圖的幾張視圖指示對應(yīng)的部分。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參考附圖更充分地描述示例實(shí)施例。

提供示例實(shí)施例，從而本公開將是詳盡的并充分地向本領(lǐng)域技術(shù)人員傳達(dá)范圍。許多特定的細(xì)節(jié)（例如特定部件、裝置和方法的例子）被闡述，從而為本公開的實(shí)施例提供徹底的理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，不需要應(yīng)用特定的細(xì)節(jié)，示例實(shí)施例可以用許多不同的形式實(shí)施，而且兩者都不應(yīng)該被解釋為限制本公開的范圍。在一些示例實(shí)施例中，眾所周知的過程、眾所周知的裝置結(jié)構(gòu)和眾所周知的技術(shù)將不被詳細(xì)描述。

圖1說明了用于燃料電池的加濕器1，富含水分的新鮮空氣通過所述加濕器運(yùn)送至燃料電池，所述新鮮空氣具有最低濕度水平。在殼體2中，加濕器1具有用于將廢氣流7含有的水分輸送到干空氣流6的盒子3，所述干空氣流被運(yùn)送至燃料電池。盒子3具有堆疊單元，所述堆疊單元具有一個(gè)堆疊在另一個(gè)上面的大多數(shù)透水織物層，每個(gè)將不同水分含量的空氣流6、7分開。織物層將空氣流互相分開，同時(shí)允許空氣流6、7之間的水分交換，從而干新鮮空氣流6從濕廢氣流7吸收水分。

加濕器1的殼體2設(shè)置有新鮮空氣通道4，環(huán)境空氣通過所述新鮮空氣通道被作為新鮮空氣流6引入。新鮮空氣通道4包括在盒子3上游的運(yùn)送部分4a和在盒子下游的流出部分4b。

殼體2設(shè)置有廢氣通道5，所述廢氣通道相對于新鮮空氣通道4以90度角度偏移，燃料電池的富含水分的廢氣通過所述通道作為廢氣流7被引導(dǎo)通過盒子。廢氣通道5具有在盒子3上游的運(yùn)送部分5a和在盒子下游的流出部分5b。

新鮮空氣流6和廢氣流7根據(jù)通道4和5以90度角度排列而相交；然而，在盒子3中的空氣流6和7被透水織物層分開，所述透水織物層僅允許從具有高水分含量的廢氣流7到干新鮮空氣流6的水交換。

兩股氣流可以在不同于附圖中示出的大體上90度的角度布置，例如對流布置，在兩股氣流之間的角度大體上180度，或者其他有利的設(shè)計(jì)。

圖2說明了在殼體2的盒子3中使用的介質(zhì)20（見圖1）。介質(zhì)20包括可滲透膜。在裝配之前將膜切割成特定的形狀能夠?qū)㈦姵丶訚衿餍静亢线m地折疊以產(chǎn)生交替流動(dòng)通道。沿著折疊線22（在圖中以虛線指示）折疊所述部分，在每個(gè)部分之間設(shè)置襯隔材料30，使用活頁24形成邊緣。這在圖3中進(jìn)一步說明。交替的流動(dòng)通道是在彼此相鄰的流動(dòng)道路中的濕空氣和干空氣的交替通道。這允許將水分從濕空氣輸送至干空氣。

圖3說明了使用介質(zhì)20的燃料電池加濕器芯部，包括可滲透膜201和起褶的紡粘塑料襯隔材料30，通過一系列折疊和邊緣密封過程產(chǎn)生加濕器芯部元件。介質(zhì)20的部分1沿著折疊線22a折疊到介質(zhì)的部分2下方，在部分a和部分b之間設(shè)置一層襯隔材料30。部分c沿著折疊線22b折疊到部分2上方，在部分b和部分c之間設(shè)置另一層襯隔材料。此過程對于所有部分（d到n）重復(fù)，直到形成期望大小的加濕器芯部。這在圖5中進(jìn)一步示出。

介質(zhì)20的可滲透膜201一旦液體飽和時(shí)就密封，允許液體從濕通道輸送到干通道，而不允許氣體在濕通道和干通道之間的輸送。襯隔材料30可以是適合于在層間產(chǎn)生期望的間隔而不會(huì)擾亂通道中空氣流動(dòng)的任何材料。例如，襯隔材料可以是塑料材料或者彈性體。

圖4a到4c說明了用于密封通道邊緣的多種方法。在圖4a中，熱量和壓力被應(yīng)用到捕獲可滲透膜201的兩側(cè)的折痕的開放端部和襯隔材料30的一部分。所述熱量和壓力導(dǎo)致襯隔材料結(jié)合到可滲透膜的兩側(cè)，形成密封邊緣9。

在圖4b中，密封材料11（例如膠水或環(huán)氧樹脂）的液滴在折疊膜201之前應(yīng)用到折痕的開放邊緣。膜201被折疊過去，壓力被應(yīng)用到膜的兩側(cè)。當(dāng)密封材料凝固或干時(shí)，形成密封邊緣。

在圖4c中，密封邊緣9通過縫合過程形成。使用針12和線121密封膜的兩側(cè)，同時(shí)將襯隔材料30的一部分固定到膜201。

盡管三種形成密封邊緣9的方法被示出，任何合適的密封邊緣的方法可以被使用。例如，所述邊緣可以通過使用其他已知的緊固技術(shù)（比如用釘書釘釘住或應(yīng)用熱熔性膠黏劑）密封。

圖5說明了制造加濕器芯部8的方法。所述方法包括設(shè)置介質(zhì)20作為輸送片材，所述輸送片材包括具有多個(gè)部分的可滲透材料。輸送片材的第一部分a被折疊到輸送片材的第二部分b下方。在輸送片材的第一部分a和輸送片材的第二部分b之間設(shè)置一層襯隔材料30a。輸送片材的第一部分a的邊緣被密封到輸送片材的第二部分b的邊緣以形成第一通道，所述第一通道被構(gòu)造為允許第一方向的空氣流并阻止不同于所述第一方向的第二方向的空氣流。輸送片材的第三部分c被折疊到輸送片材的第二部分b的上方。在輸送片材的第二部分和輸送片材的第三部分之間設(shè)置另一層襯隔材料30b。輸送片材的第三部分的邊緣被密封到輸送片材的第二部分的邊緣以形成第二通道，所述第二通道被構(gòu)造為允許第二方向的空氣流并阻止第一方向的空氣流。此過程對于可滲透輸送片材的剩余部分重復(fù)，從而形成加濕器元件。當(dāng)襯隔材料是起褶的片材時(shí)，交替層30a和30b設(shè)置有在大體上垂直于相鄰層的褶的方向的方向延伸的褶。

此方法的優(yōu)勢是可以設(shè)置不同大小的可滲透輸送介質(zhì)，導(dǎo)致加濕器元件具有不同尺寸。選擇部分的數(shù)目以獲得期望數(shù)目的通道。通道越多，流體從濕空氣流到干空氣流的輸送速率越高。

圖6說明了完成的加濕器芯部8的多個(gè)視圖。加濕器芯部8包括在第一方向或者第二方向具有密封邊緣9的交替通道40、42。密封邊緣9阻止特定方向的氣體流。這使奇數(shù)通道40能夠允許在一個(gè)方向的氣體流，使偶數(shù)通道42能夠允許在垂直于第一方向的第二方向的氣體流。相應(yīng)地，奇數(shù)通道僅允許干空氣流，偶數(shù)通道允許濕空氣流?？商娲?，奇數(shù)通道僅允許濕空氣流，偶數(shù)通道僅允許干空氣流。此特征在圖7中說明。

圖7示出，奇數(shù)通道40允許空氣在通過箭頭50指示的第一方向流動(dòng)，同時(shí)偶數(shù)通道42允許空氣在通過箭頭52指示的第二方向流動(dòng)。第一方向大體上垂直于第二方向。如果在第一方向的空氣流是“濕”空氣且在第二方向的空氣流是“干”空氣，輸送片材將水分從濕空氣輸送至干空氣。

輸送片材可以包括任何允許流體或流體蒸汽輸送同時(shí)阻止氣體或空氣輸送的材料。一些合適的介質(zhì)和制造所述介質(zhì)的方法在下文中描述。

在一個(gè)實(shí)施例中，輸送片材包括由兩個(gè)部件組成的水蒸氣交換介質(zhì)。第一部件是用于水蒸氣交換的非紡織網(wǎng)。例如，此材料可以是原纖維化纖維素材料、全天然材料（例如竹子）、或者木質(zhì)紙漿、或者天然吸收性纖維。第二部件包括低熔點(diǎn)聚合物纖維（例如聚丙烯非紡織網(wǎng)）。第二部件可以是具有低于第一部件熔點(diǎn)的熔點(diǎn)的任何合適的材料。第二部件密封第一部件，阻止通過介質(zhì)的氣體或空氣交換。

圖8說明了制造兩部件輸送片材的方法。第二介質(zhì)80的兩個(gè)卷800設(shè)置有在兩者之間設(shè)置的第一介質(zhì)82的一個(gè)卷800。三層介質(zhì)80、82通過纏繞纖維的纏繞機(jī)84。使用高壓水噴流86纏繞纖維的水力纏繞機(jī)被示出。其他纏繞機(jī)（例如使用針或者高壓氣體噴流的機(jī)器）也可以被使用。纏繞導(dǎo)致第二材料的纖維被帶到第二介質(zhì)80的底部卷800的底部表面和第二介質(zhì)80的頂部卷800的頂部層兩者。纏繞介質(zhì)通過加熱器88（例如熱滾筒），所述加熱器加熱纏繞介質(zhì)，導(dǎo)致第二介質(zhì)80的兩層融化并在第一介質(zhì)82的纖維周圍密封。當(dāng)完成的介質(zhì)與液體或濕氣體接觸時(shí)，第一介質(zhì)的纖維膨脹并像吸管一樣起作用，允許液體在完成的介質(zhì)之間通過“吸管”輸送，同時(shí)阻止氣體通過介質(zhì)輸送。

此動(dòng)作在圖9中說明。完成的介質(zhì)具有干側(cè)61和濕側(cè)71。第一介質(zhì)82的各“吸管”股線821經(jīng)由毛細(xì)作用將流體從濕側(cè)71輸送至干側(cè)61。第二介質(zhì)80密封第一介質(zhì)82，阻止空氣或其他氣體從完成的介質(zhì)的濕側(cè)71輸送至干側(cè)61。

圖10說明了另一個(gè)實(shí)施例，其中第一介質(zhì)82的兩個(gè)卷800設(shè)置有在兩者之間設(shè)置的第二介質(zhì)80的一個(gè)卷800。在此實(shí)施例中，當(dāng)材料的卷800通過纏繞機(jī)84時(shí)，第一介質(zhì)82的兩層從第二介質(zhì)82的一側(cè)連接到第二介質(zhì)的另一側(cè)。纏繞介質(zhì)通過加熱器88（例如熱滾筒），所述加熱器加熱纏繞介質(zhì)，導(dǎo)致第二介質(zhì)的層融化并在第一介質(zhì)的纖維周圍密封。當(dāng)完成的介質(zhì)與液體或濕氣體接觸時(shí)，第一介質(zhì)的纖維膨脹并像吸管一樣起作用，允許液體在完成的介質(zhì)之間通過“吸管”輸送，同時(shí)阻止氣體通過介質(zhì)輸送。

此動(dòng)作在圖11中說明。完成的介質(zhì)具有干側(cè)61和濕側(cè)71。在濕側(cè)71上的第一介質(zhì)82吸收液體（例如水），并經(jīng)由毛細(xì)作用通過各“吸管”股線821將液體輸送至干側(cè)61。第二介質(zhì)80在“吸管”821周圍密封，阻止空氣或其他氣體通過完成的介質(zhì)輸送。

盡管加濕器被描述為在燃料電池系統(tǒng)中設(shè)置，此處描述的加濕器可以在任何期望的加濕器系統(tǒng)中使用。例如，加濕器適合于全房屋加濕系統(tǒng)、工業(yè)加濕系統(tǒng)和房間加濕系統(tǒng)。

本發(fā)明的許多特征和優(yōu)勢從詳細(xì)的說明中顯而易見。因此，所附權(quán)利要求旨在覆蓋本發(fā)明的所有落入本發(fā)明真實(shí)精神和范圍內(nèi)的此種特征和優(yōu)勢。進(jìn)一步地，由于許多修改和變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是容易發(fā)生的，不期望將本發(fā)明限制到說明和描述的確切構(gòu)造和運(yùn)行。相應(yīng)地，所有合適的修改和等同物可以包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

盡管本發(fā)明通過參考特定的實(shí)施例說明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以做出在明確落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的各種改變和修改。本發(fā)明旨在在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)被廣泛地保護(hù)。