用于燃料电池系统的集成气体管理设备的制造方法_4

文档序号:9732291阅读:来源:国知局
集成。因此,热交换器21、32和234的功能可由三个双流道热交换器、一个四流道热交换器、或者一双流道热交换器和一三流道热交换器来执行。
[0125]在加湿器堆叠12是根据Vanderwees V12来构造的情况下,该加湿器堆叠12将由通过可渗透水蒸汽的膜分隔开的薄的、可弯曲的、塑料板14的压缩堆叠构成。相反,热交换器32通常将具有铜焊构造,并且将包括铝或铝合金。由于热交换器32与热增压空气接触,它将处于比加湿器堆叠12的操作温度高的温度处。因此,为了防止破坏加湿器堆叠12,期望降低从热交换器32传导到加湿器堆叠12的热量。因此,AMD 10可包括定位在热交换器32和加湿器堆叠12之间的平坦隔热板44。隔热板44通常包括塑料材料,并具有通过其提供热交换器32的第一出气开口 40和加湿器堆叠12的第一进气管道24之间的流动连通的第一气体开口46。例如,如附图所示,隔热板44的开口 46可以被定位在角落处,与热交换器32的第一出气开口 40以及加湿器堆叠12的第一进气管道24对准。隔热板44的典型厚度的范围在0.5mm到20mm之间,例如在2mm到15mm之间。
[0126]不是包括分开的组件,将领会,隔热板44可包括热交换器32的聚合物基板,例如具有与在通过援引作为整体纳入在此的国际公开N0.W0 2012/104077 A1中描述的聚合物垫片承板相似的结构。
[0127]由于在本实施例中隔热板44仅具有一个开口46,因此它关闭并密封了第一出气管道26的第一端(即图4中的较低端)、第二进气管道28以及加湿器堆叠12的第二出气管道30。同样,板44提供平坦密封表面,加湿器堆叠12是相对该平坦密封表面来压缩的。在堆叠12是相对铜焊热交换器的端板来压缩的情况下,更难以实现良好且均匀的压缩,并由此实现对热交换器32以及加湿器堆叠12的开口或管道的安全密封。由此,隔热板44提供热隔离,并且有助于改善加湿器堆叠12的密封和压缩,并且还对AMD 10的总刚度有贡献。
[0128]将领会,隔热板44在本发明的所有实施例中都不被需要。例如,将领会,在正常操作条件下,流经热交换器32的冷却剂将处于与第一气流相比显著更低的温度。因此,有可能通过以下方式来提供加湿器堆叠12的足够的热隔离:将热交换器32构造成使得该热交换器32的紧邻加湿器堆叠12的第一通道或流道为冷却剂流道。在不需要隔热板44来实现对加湿器堆叠12的热隔离的情况下,将领会,热交换器32可提供有供实现与加湿器堆叠12良好密封和压缩的平坦基板。例如,该基板可由铝或铝合金加工而成。
[0129]甚至在其中存在隔热板44的实施例中,也可期望构造热交换器32,使得第一通道或流道是冷却剂流道,以提供附加的热保护。
[0130]如图4所示,水分离器48被附连到加湿器堆叠12的第二端22,并且一般与加湿器堆叠12具有相同的外形和尺寸。因此,水分离器48还具有如Vanderwees V12中的加湿器堆叠12的厚端板的形式和功能。水分离器48具有向加湿器堆叠12提供原本会由常规加湿器的后结构端板提供的结构刚度的刚性结构,并由此准许该结构端板被忽略。结果,加湿器堆叠12可按与Vanderwees VI2中的加湿器的核被压缩在厚端板72、173之间相同的方式被压缩在热交换器32和水分离器48之间。加湿器堆叠12的结构端板的消除通过降低组成AMD 10的组件的数目并准许更多的向加湿器堆叠12分派的封装空间而导致附加的成本和空间节省。将领会,在仅热交换器32或水分离器48之一与加湿器堆叠12集成的情况下,也将实现这些益处中的一些。在该情况下,加湿器堆叠12的一端将提供有热交换器32或水分离器48,而堆叠12的另一端将提供有如Vanderwees’712中描述的结构端板72或173。
[0131 ] 水分离器48包括内部水分离腔50,该内部水分离腔50被底壁52、侧壁54和盖子64包围。在所示的实施例中,低壁52和侧壁54被整体地形成,并且盖子64被分开地形成,但是这并不是必须的。在附图中示出的实施例中,其中加湿器堆叠12具有矩形形状,水分离器48具有相应的矩形形状,并且由此侧壁54由附图中被标记为56、58、60和62的四个侧壁部分组成。水分离器48的壁52、54和盖子64由刚性塑料材料形成以向AMD 10提供附加的刚度,其提供对加湿器堆叠12内的板14和膜的更好的压缩和密封。为了提供实现对加湿器堆叠12的足够、均匀的压缩所必须的所需机械刚度,附加的肋条可被提供在壁52和/或盖子64之间,和/或附加的支承结构可被提供在壁52和盖子64之间以加强水分离器48的结构。
[0132]水分离腔50可填充有将帮助将液态水与第二气流分离的材料。该材料可采取各种形式,包括开孔金属或泡沫塑料或织物、一层或多层金属或塑料舵片或紊流剂、或其他气液分离结构,其可被堆叠、滚卷或以其他方式安装以填充腔50。例如,图5示出水分离腔50的其中气液分离器元件51的堆叠被提供在腔50中的一部分。图5示出提供在腔50的一部分中的分离器元件51,然而将领会,分离器元件51将基本上填充腔50在开口 68和66之间的完整体积。
[0133]每一分离器元件51包括片或板,该片或板具有从分离器元件51的表面向外突出的三角形突片、突出部分或突出形式的多个增强53,并且其在本文中也被称为三角翼突片或突出。这样的三角翼突片在2013年6月27日提交的共同待审美国临时申请N0.61/840,159中描述。相邻层的分离器元件51的三角翼突片53可按多种方式布置。例如,相邻的分离器元件51的三角翼突片53可被布置成彼此内嵌,或者它们可被交错和/或嵌套。一些可能的布置在以上提到的美国临时申请N0.61/840,159中的图6-15中示出。
[0134]在所示的实施例中,三角翼突片53被布置成在分离器元件51中的每一者上彼此间隔相关,并且分离器元件51被布置在堆叠中。替换地,堆叠可通过堆叠各个体板或者通过将较大的片滚卷成多个层来形成。在分离器元件51是布置在堆叠中的各个体板的情况下,这些板可提供有定位凹痕(诸如在美国临时申请N0.61/840,159的图27中示出的那些定位凹痕)或其他合适的定位结构。此外,三角翼突片53可被提供在水分离器48的底壁52或者盖子64的内表面和/或侧壁54的内表面上。
[0135]用于布置分离液态水的材料可替换地包括管状分离器,诸如在Wagner等人的美国专利N0.7,785,401中公开的那些管状分离器,该美国专利通过援引作为整体纳入在此。排水孔112被提供在水分离器50的侧壁54中,并且将被提供在于AMD10的操作期间面向下(例如,处于图5中示出的定向)的侧壁部分60中,以准许冷凝物从腔50中的重力排出。如所示出的,排水孔112被定位在侧壁部分60的最低点中,其使得排水孔112比侧壁部分60的周围部分更低,由此改善液态水朝向排水孔112的排出。侧壁部分60的内表面中朝向排水孔112的平滑成形的斜面也促进排水。从图5还可看出,水分离器48的第二进气开口 66被定位在水分离器48的角附近,并且沿着侧壁部分60被定位成与加湿器堆叠12的第二出气管道30对准。此外,第二进气开口 66被定位在水分离腔50的较低部分,其中侧壁部分60的内表面朝向开口 66倾斜,使得来自水分离腔50的液态水可被鼓励流向第二进气开口 66。然而,期望允许水聚集在该区域中,使得它可进入加湿器堆叠12的管道30。因此,第二排水孔126被提供在侧壁部分60中第二气体流开口 66的附近。排水孔126可延伸经过侧壁部分60到水分离器48的外部。然而,在所示的实施例中,第二排水孔126通过经过侧壁部分60的内部水通道128被连接到排水孔112,使得由第二排水孔126聚集的液体水被通过排水开口 112从水分离器48中流出。
[0136]为了方便的目的,水分离器48的侧壁54被示为在其周界的一些部分周围相对较厚,并且在其周界的其他部分周围相对较薄。为了改善可制造性并降低重量,将领会,水分离器48的较厚区域可在厚度方面被降低和/或被挖空,使得侧壁54可在其周界周围具有相对恒定的厚度,同时维持如上讨论的足够刚度。
[0137]图5b和图5c示出水分离器的交替构造,并且在以下被讨论。图5b和图5c中示出的水分离器与以上讨论的水分离器48相似。因此,除了另外陈述,否则对水分离器48的各元件的描述同等地适用于图5b和图5c的水分离器。同样,在附图以及以下描述中,水分离器中的相同元件通过相同的参考标记来标识。
[0138]在图5b所述的水分离器48b中,第一气流以相对于水分离器48相反的方向流经水分离器48b。在图5b中,开口66和68的位置被倒转,使得第二气体进入在水分离器48b的右上角处的第二进气开口 66,并从右向左流动,从而通过在水分离器48b的左下角处的第二出气开口68离开水分离器46b。第二气流流经水分离器48b的方向由图5b中的箭头67指示。
[0139]第一和第二旁通开口 76、78在水分离器48b中的位置可与在水分离器48中的相同,或者它们可如图5b中所示的那样被倒转,以便维持与第二气流逆流。
[0140]在图5b的实施例中,挡板65被提供在水分离腔50内部开口68的前面处,以防止残留在第二气流中的液态水的液滴离开水分离器48并进入诸如蜗轮之类的紧邻AMD 10的下游定位的组件。在该实施例中,排水开口 112和126延伸经过侧壁部分60并准许水从水分离腔50中的重力排出。
[0141 ] 在水分离器48b中,第一出气开口 114和第二进气开口 116被提供在侧壁54的部分2中。这些开口 114、116两者与加湿器的相应管道26、28连通。如图5b中的虚线所指示的,第二进气开口 116不与水分离腔50连通。然而,由于期望避免液体水在管道28中的任何累积(该液态水将被定位在图5b的配置中的底部处),因此可期望提供通过图5b中的虚线所包围的区域的排水孔(未示出),以便准许液态水从属管道28流出并进入排水孔126。
[0142]图5c示出根据本发明的进一步实施例的水分离器48c。根据该实施例,侧壁54的内表面被成形为提供液体水从水分离器48c的内部冷凝腔50中的更高效的排出。在这方面,如图5c中示出的水分离器48c的定向对应于水分离器48c被安装在车辆中时和/或在使用时的定向。也就是说,其中提供有排水孔112和126的侧壁部分60将是最低的侧壁部分,并且以该定向向下地面对水分离器48c,从而允许液态水通过重力从腔50排出。出于该原因,侧壁部分60被成形为使得液态水将流向开口 112、126,而不管其中安装有水分离器48c的车辆的任何倾斜。因此开口 112、126被定位在侧壁部分60的最低点中,并且侧壁部分60的内表面被成形为向上离开开口 126的斜面。侧壁部分60的倾斜部分236、238、240(例如,由侧壁部分60的外表面表示)相对于水平轴测量的角度α、β、θ可从约15-45度(例如约20-40度),并且大于车辆在正常使用期间将经历的最大倾斜角。
[〇143] 在倾斜部分236、238汇合的点242处,侧壁部分60轻微弯曲。同样,侧壁部分60和58被一起平滑地混合在倾斜部分240中,从而避免可影响液态水的排出的任何垂直或水平表面。
[0144]在图5c的水分离器48c中,泄漏开口112、126在所有时间都是打开的。情况不一定是这样的。例如,图5d示出根据本发明的另一实施例的在开口 66附近的水分离器48d的一部分,其中开口 126采用侧壁部分6
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