专利名称：温度湿度交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种温度湿度交换器，该温度湿度交换器利用通过可透过水分的透湿膜从高温的湿润气体传递的热和水分对低温的干燥气体加热加湿，特别是涉及由从燃料电池的废气传递的热和水分对未反应气体进行加热加湿的燃料电池用温度湿度交换器。
背景技术：
在固体高分子型燃料电池中，离子交换膜在分子中具有氢离子的交换基，通过饱和含水，从而作为离子导电性物质起作用。当离子交换膜干燥时，离子导电性下降，燃料电池的电池性能显著下降，所以，为了防止离子交换膜的干燥，使用水和未反应气体流到固体高分子电解质膜那样的透湿膜两面的构造的温度湿度交换器，预先将未反应气体加湿。
该温度湿度交换器成为由设置了未反应气体流动的流路槽的隔离构件与设置了加湿水流动的流路槽的另一方隔离构件夹持透湿膜的结构。在该隔离构件的内部由肋限定形成弯曲的气体流路槽，在该气体流路槽的底部配置与未反应气体的流动相对的突起，未反应气体成为紊流，有效地受到搅拌，未反应气体有效地与透湿膜接触，提高湿度效率(例如参照专利文献1)。
然而，需要另外设置准备加热了的水作为加湿水的供水装置，会花费多余的费用。因此，提出有在从燃料电池排出的废气与未反应气体间进行温度湿度交换的温度湿度交换器。其中，由第1加湿块与第2加湿块构成的温度湿度交换器隔着隔板连接于燃料电池主体。作为未反应气体的空气流到第1加湿块，然后流到第2加湿块，再供给到燃料电池主体的空气极。另一方面，从燃料电池的空气极排出的包含水分的废气被导入至温度湿度交换器，朝与未反应气体相反的方向流动，从废气出口排出到外部(例如参照专利文献2)。
另外，使用废气的温度湿度交换器为了防止透湿膜的干燥，具有交替地层叠网板与保水性的多孔质体而构成的温度湿度交换单元。导入到温度湿度交换单元的废气与未反应气体通过保水性的多孔质体相互接触，从而交换温度和湿度(例如参照专利文献3)。
专利文献1日本特开平11-185777号公报专利文献2日本特开2002-170584号公报专利文献3日本特开2000-164229号公报水分交换这样进行，即，水分从湿润气体冷凝，水滴覆盖肋表面，该水滴接触透湿膜，水分透湿到干燥气体流动的流路一方。然而，当流路的高度大时，水滴受到重力的影响，朝流路的下部偏移，水滴不接触配置于流路上方的透湿膜，所以，水分不供给到上方的干燥气体流动的流路。另外，当肋的高度大时，通过肋传递的热量少，传热不足使得干燥气体未受到充分加热，存在露点不上升的问题。
另外，当肋的高度大时，水滴朝流路的下部偏移，水分主要朝下方的流路传递，但热的相当量通过肋也传递到上方的流路，所以，水分与热的传递比例在上方下方的流路不同。为此，在下方的流路水分传递较多，但热的传递较少，在上方的流路热的传递多，但水分的传递少，所以，在上方下方的流路，露点产生大的差异。为了尽量抑制通过隔离构件朝上方的热传递，需要使隔离构件为绝热性高的材料，这样，隔离构件的两面的温度差越来越大，热变形增大。当这样的热变形增大时，随着长期使用，透湿膜的支承存在变得不确实的危险。
因此，考虑到层流时流路的高度越小则气体侧的热阻和物质移动阻力越下降这一点，可减少流路的高度，提高露点。然而，当减少流路的高度时，气体供气入口的宽度狭小引起急剧的压力上升，存在超过压力损失的容许压力的问题。另外，如预计到该压力损失而增大供给的气体压力，则产生温度湿度交换器的供气入口压力超过容许压力的问题。
因此，如在气体流路槽的底部设置与反应气体流相对的突起，则紊流效果多少使温度效率和湿度效率上升一些，但在紊流下，压力损失相对流量按2次方成比例(对于层流，压力损失与流量成比例)，所以，紊流导致的压力损失增大，如使线速度增加到2倍，则压力损失增大到4倍。不能使紊流下的压力损失小于等于容许压力0.98kPa(100mmH2O)。
另外，如交替地层叠网板与保水性的多孔质体，则网在气流中引起紊流，不能使流路压力损失小于等于容许压力。另外，随着紊流的发生，气流在网板内变得不均匀，同时，随着透湿膜的有效面积的减少，水分的传递系数减小，所以，存在湿度效率下降的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输出具有高露点的气体并且压力损失足够低的温度湿度交换器。
本发明的温度湿度交换器具有水分可透过的透湿膜、低温的干燥气体流动的干燥气体隔离构件及高温的湿润气体流动的湿润气体隔离构件，按上述透湿膜、上述干燥气体隔离构件、上述透湿膜、上述湿润气体隔离构件的顺序反复层叠；其中上述干燥气体隔离构件和上述湿润气体隔离构件设有多个流路槽、汇集连通槽、供气集管和排气集管；该多个流路槽沿上述层叠方向被分成两半，在与上述透湿膜接触的方向开口，并列地排列；该汇集连通槽分别连通到多个上述流路槽的两端部，将流动的气体汇集成至少1个；该供气集管和排气集管与各上述汇集连通槽连通，沿上述层叠的方向贯通；在上述干燥气体隔离构件的流路槽内流动的上述干燥气体流与在上述湿润气体隔离构件的流路槽内流动的湿润气体流为对流。
本发明的温度湿度交换器的效果在于，通过使同一气体在沿层叠的方向分成两半的流路槽中流动，从而可改善温度效率和湿度效率，提高输出气体的露点。另外，即使减小流路槽的深度，也使视为2倍深度的双方的流路槽与汇集多个流路槽的汇集连通槽连通，所以，没有气体流动的流路的水力等效直径极端变小的部位，可使压力损失小于等于容许压力损失。
图1为本发明实施形式1的温度湿度交换器的侧面图。
图2为实施形式1的温度湿度交换器的平面图。
图3为实施形式1的温度湿度交换叠层体的部分截面图。
图4为实施形式1的温度湿度交换叠层体的干燥气体隔离构件的平面图。
图5为图4的详细平面图和局部截面图。
图6为示出温度湿度交换器的设置状态的图。
图7为示出干燥气体、湿润气体的温度与湿度的变化的状态的图。
图8为实施形式1与比较例1的温度湿度交换器的温度效率、湿度效率、露点、压力损失的实测值。
图9为示出使用实施形式1的温度湿度交换器交换热与水分的状态的图。
图10为本发明实施形式2的温度湿度交换器的上平面图。
图11为实施形式2的温度湿度交换叠层体的干燥气体隔离构件的平面图。
图12为本发明实施形式3的温度湿度交换器的侧面图。
具体实施例方式
实施形式1图1为本发明实施形式1的温度湿度交换器的侧面图。图2为实施形式1的温度湿度交换器的上平面图。图3为温度湿度交换单元的部分截面图。图4为温度湿度交换单元的干燥气体隔离构件的平面图。在以下说明中，干燥气体作为接近常温、相对湿度接近零的空气进行说明。另外，湿润气体例如作为大于等于70℃的温度、相对湿度大于等于90％的固体高分子型燃料电池的氧化剂出口气体进行说明。
如图1和图2所示那样，实施形式1的温度湿度交换器具有层叠了多个温度湿度交换单元1的温度湿度交换叠层体2、从两面夹持该温度湿度交换叠层体2的入口保持板3和出口保持板4、固定于入口保持板3的干燥气体输入集管5和湿润气体输出集管6、固定于出口保持板4的干燥气体输出集管7和湿润气体输入集管8、及在由入口保持板3与出口保持板4夹住温度湿度交换叠层体2的同时进行紧固的螺栓9和螺母10。温度湿度交换叠层体2的与层叠方向垂直的截面为长方形，长边的尺寸为32cm，短边的尺寸为15cm。
入口保持板3和出口保持板4为与温度湿度交换叠层体2的截面相同形状的长方形，沿短边设有2个朝厚度方向贯通的孔11。在入口保持板3的2个孔11分别连通干燥气体输入集管5和湿润气体输出集管6，构成气体流路。另外，在出口保持板4的2个孔11分别连通干燥气体输出集管7和湿润气体输入集管8，构成气体流路。入口保持板3和出口保持板4由不锈钢形成，长边为32cm，短边为15cm，厚度为1cm。
下面，参照图3说明温度湿度交换单元1。温度湿度交换单元1具有可透过水分的透湿膜15、从两侧夹持该透湿膜15的干燥气体隔离构件16和湿润气体隔离构件17。反复地层叠透湿膜15、干燥气体隔离构件16、透湿膜15及湿润气体隔离构件17，构成温度湿度交换叠层体2。在温度湿度交换叠层体2的层叠方向的两端，将入口保持板3和出口保持板4层叠于干燥气体隔离构件16或湿润气体隔离构件17。
透湿膜15为处于高温的湿润气体与低温的干燥气体间、可使水分透过的膜，主要由多孔质的聚四氟乙烯(PTFE)树脂构成，透湿膜15的厚度为100μm左右。
干燥气体隔离构件16和湿润气体隔离构件17的材质例如为聚亚苯基酸醚(PPS)树脂，通过树脂成形法成形。干燥气体隔离构件16和湿润气体隔离构件17的形状为长方体，长边为32cm，短边为15cm，厚度为10mm。
下面，参照图4和图5说明干燥气体隔离构件16。图5(a)为干燥气体隔离构件的供给干燥气体一侧的端部的局部平面图。图5(b)为沿图5(a)的A-A的截面图。湿润气体隔离构件17与干燥气体隔离构件16存在以短边中心线为中心线的线对称关系，所以，采用相同符号，省略说明。
干燥气体隔离构件16为长方形，由沿长边20a、20b的侧框体21a、21b和沿短边22a、22b的端框体23a、23b构成框。在该框的中央部设有散热片25和肋26；该散热片25架设于侧框体21a与侧框体21b的中央部之间；该肋26从该散热片25开始平行于长边20a、20b地以相等间隔朝上下突出。由该散热片25和肋26在散热片25的两面形成数十条的第1流路槽30。散热片25的厚度为3mm。肋26的厚度为1mm，高度为3.5mm。肋26的上端部形成0.2mmR的倒角，平坦部分的宽度为0.6mm。单面的第1流路槽30的深度为3.5mm，宽度为5mm。第1流路槽30的底部实施0.5mmR的倒角。
另外，干燥气体隔离构件16在第1流路槽30双方的端部31a、31b设有连通处于两面的第1流路槽30的连通孔33a、33b。连通孔33a、33b为短径5mm、长径7mm的椭圆形的孔，深度为3mm。
另外，干燥气体隔离构件16设有汇集连通槽34a和第1干燥气体供给集管35；该汇集连通槽34a将5个连通孔33a的出口汇集成1个，其宽度随着从连通孔33a离开而变窄；该第1干燥气体供给集管35连通到汇集连通槽34a的与连通孔33a相反侧的端部。汇集连通槽34a由从侧框体21a、21b、端框体23a朝内侧延伸的底部28和从底部28朝厚度方向突出的长条29围成。
另外，干燥气体隔离构件16设有汇集连通槽34b和第1干燥气体排出集管36；该汇集连通槽34b将5个连通孔33b的出口汇集成1个，其宽度随着从连通孔33b离开而变窄；该第1干燥气体排出集管36连通到汇集连通槽34b的与连通孔33b相反侧的端部。汇集连通槽34b也与汇集连通槽34a同样地由底部28和长条29围成。
汇集连通槽34a、35b分别被分成4部分，但只要考虑气体流量、气体压力差等适当决定即可，也可为不分割的1个槽。
另外，干燥气体隔离构件16沿短边22a邻接于第1干燥气体供给集管35地设置第1湿润气体排出集管37，沿短边22b邻接于第1干燥气体排出集管36贯通地设置第1湿润气体供给集管38。
另外，干燥气体隔离构件16沿外周设置螺纹孔27，螺栓9贯通到螺纹孔27，从螺栓9的两端部用螺母10紧固而固定。该第1干燥气体供给集管35与第1干燥气体排出集管36、第1湿润气体排出集管37与第1湿润气体供给集管38分别设在以干燥气体隔离构件16的中心点为中心呈180度点对称的位置。
面向第1流路槽30的透湿膜15的部分有效地对温度交换和湿度交换作出贡献。
另一方面，湿润气体隔离构件17的图中未示出的第2流路槽、第2湿润气体供给集管、第2湿润气体排出集管、第2干燥气体供给集管、及第2干燥气体排出集管设于当与干燥气体隔离构件16重合时与第1流路槽30、第1湿润气体供给集管38、第1湿润气体排出集管37、第1干燥气体供给集管35、第1干燥气体排出集管36重合的位置。湿润气体隔离构件17与沿短边方向将干燥气体隔离构件16翻过来后的构造相同。
干燥气体隔离构件16的第1干燥气体供给集管35与第1湿润气体排出集管37连通到入口保持板3的孔11。另外，湿润气体隔离构件17的第2干燥气体排出集管与第2湿润气体供给集管连通到出口保持板4的孔11。
另外，透湿膜15设有图中未示出的贯通孔，该贯通孔处在当与干燥气体隔离构件16和湿润气体隔离构件17层叠时与干燥气体供给集管35、第1干燥气体排出集管36、第1湿润气体供给集管38、第1湿润气体排出集管37重合的位置。
如图3所示那样，透湿膜15由干燥气体隔离构件16的肋26的前端部和湿润气体隔离构件17的肋的前端部支承。
如图6所示那样配置这样的构成的温度湿度交换器。即，透湿膜15的法线朝上下方向地水平配置，与此相随，干燥气体隔离构件16和湿润气体隔离构件17也水平地与透湿膜15接触而层叠。
另外，入口保持板3接触于最下层的温度湿度交换单元1地层叠，出口保持板4接触于最上层的温度湿度交换单元1地层叠。
下面，参照图4、图6说明使用本实施形式1的温度湿度交换器从湿润气体将水分和热传递到干燥气体的状态。干燥气体从干燥气体输入集管5供给，经由入口保持板3的孔11，流往设于干燥气体隔离构件16的第1干燥气体供给集管35。另外，干燥气体从干燥气体隔离构件16的汇集连通槽34a经由连通孔33a，流往设于干燥气体隔离构件16两面的第1流路槽30，由连通孔33b混合从两面的第1流路槽30流来的干燥气体，从汇集连通槽34b引导至第1干燥气体排出集管36。然后，从第1干燥气体排出集管36经由出口保持板4的孔11，流往干燥气体输出集管7。该干燥气体供给到燃料电池。
供给到燃料电池的干燥气体由氢与氧反应产生的水和随着质子在离子交换膜传递的水湿润，并由氢与氧反应产生的反应热加热，作为高温的湿润气体排出。这样，湿润气体相比干燥气体温度高，湿度也高。
该湿润气体从湿润气体输入集管8供给，经由出口保持板4的孔11，吸入到设于湿润气体隔离构件17的第2湿润气体供给集管。另外，湿润气体从湿润气体隔离构件17的汇集连通槽34b经由连通孔33b在设于湿润气体隔离构件17两面的第2流路槽中流动，在连通孔33a混合从两面的第2流路槽流来的湿润气体，从汇集连通槽34a引导至第2湿润气体排出集管。然后，从第2湿润气体排出集管经由入口保持板3的孔11，引导至湿润气体输出集管6，排出到外部。
干燥气体和湿润气体隔着透湿膜15平行于干燥气体隔离构件16和湿润气体隔离构件17的长边进行对流，在第1流路槽30内和第2流路槽内流动。
在这样流动的干燥气体与湿润气体间通过透湿膜15从湿润气体向干燥气体进行传热和水分传递，如图7所示那样，干燥气体的温度和湿度上升。图7(a)示出干燥气体和湿润气体的流路槽内的温度变化。图7(b)示出干燥气体和湿润气体的流路槽内的湿度变化。从该湿润气体向干燥气体的热交换的温度效率εT可根据由干燥气体输入集管5测定的干燥气体的温度tC1、由干燥气体输出集管7测定的干燥气体的温度tC2、由湿润气体输入集管8测量的湿润气体的温度tH1、由湿润气体输出集管6测定的湿润气体的温度tH2的测定值按εT＝(tC2-tC1)/(tH1-tC1)求出。
另外，湿度效率εH可根据由干燥气体输入集管5测定的干燥气体的湿度PC1、由干燥气体输出集管7测定的干燥气体的湿度PC2、由湿润气体输入集管8测量的湿润气体的湿度PH1、由湿润气体输出集管6测定的湿润气体的湿度PH2的测定值按εH＝(PC2-PC1)/(PH1-PC1)求出。
为了与该实施形式1的温度湿度交换器比较，作为比较例1准备记载于日本特开2003-314983号公报的温度湿度交换器。该比较例1的温度湿度交换器为框形，框体形成上下方向开放的内部空间地使周框环绕，在内部空间形成气体出入的流入口和流出口。透湿膜处于高温的湿润气体与低温的干燥气体之间，在进行热交换的同时，使水分透过。框体由PPS树脂制作，另外，透湿膜与实施形式1同样地由PTFE树脂形成。该内部空间的上下以气密地闭塞的方式按框体、透湿膜、框体的顺序依次重叠，相对外部形成气密的叠层体。
将叠层体的4个侧面中的一方的侧面例如作为湿润气体入口，将另一方作为出口，将再另一方的侧面侧作为干燥气体的流入口侧，将另一方的侧面侧作为其流出口，配置各相应的给排气用外部集管。将这样构成的框体与透湿膜例如10个框体与9片透湿膜交替地重叠，使通过内部空间的气体流路交叉，使干燥气体与湿润气体的流动成为交叉流动，通过透湿膜进行水分的交换。
图8示出实施形式1的温度湿度交换器与比较例1的测定的温度效率、湿度效率、露点、压力损失。实施形式1的温度湿度交换器的温度效率和湿度效率分别为92％、88％。比较例1的测定的温度效率湿度效率分别为75％、53％。这样，可将温度效率改善11％，将湿度效率改善23％。
另外，从实施形式1的温度湿度交换器输出其输出露点为70℃的干燥气体。另一方面，压力损失上升到小于等于容许压力的0.83kPa(85mmH2O)。另一方面，从比较例1的温度湿度交换器仅输出其输出露点为57℃的干燥气体。
如插入散热片25，第1流路槽30沿层叠方向分成两半，则流路的高度按散热片25的厚度量额外地减少，小于等于一半，其流路的水力等效直径减小一半。由努塞尔数求出的传热系数和根据薜伍德数求出的传质系数与水力等效直径成反比，所以，分别倍增，与此相随，热阻和物质移动阻力减半。另外，根据由JIS-L-1099B规定的纤维制品的透湿度试验方法，考虑水蒸汽分压差和透湿膜15的膜厚，使用从透过透湿膜15的水分的质量(g)换算成透湿膜15的单位面积(cm2)和单位时间(小时)而求出的透湿度，求出透湿膜15自身的移动阻力。结果，使用分别具有插入散热片25而分成两半的流路槽30和未被分成两半的原来的流路槽的隔离构件进行解析，通过该解析获得的与传质相关的无因次数的传质单位数NMTU(Number of Mass transferUnit)分别为7.5和4.0，可说明温度效率和湿度效率得到改善这一事实。
通过这样使气体流到沿层叠方向分成2部分的流路槽30，可提高露点，同时，可减小压力损失，下面参照图9说明其原因。图9为示出温度湿度交换单元1的局部截面图。在图9中，实线的箭头示出温度的流动，虚线箭头表示水分的流动。湿润气体朝图9的纵深方向流到由湿润气体隔离构件17的散热片25、肋26、及透湿膜15围绕的空间，干燥气体朝图9的前方流到由干燥气体隔离构件16的散热片25、肋26、及透湿膜15围绕的空间。由于湿润气体隔离构件17的散热片25和肋26的温度通过热传导而比湿润气体低数℃，所以，水滴50沿散热片25、肋26、及开口冷凝。由设于层叠方向中间的散热片25的效果在肋26的周边和与透湿膜15接触的面形成水滴，水分还有效地传递到上方的透湿膜15。透湿膜15的表面为亲水性，所以，由水表面张力反抗重力使水滴50附着于上方的透湿膜15地形成液膜。可以认为，在上方的流路槽30a的散热片25和肋26的表面冷凝的水滴50和在下方的流路槽30b的散热片25和肋26的表面冷凝的水滴50分别通过上方的透湿膜15和下方的透湿膜15均匀地传递水分，可改善湿度效率。
另外，在干燥气体流动的干燥气体隔离构件16中，如图9所示那样设于正中央的散热片25增加表面积，通过促进传热使干燥气体受到加热，经由透湿膜15的水的蒸发和移动受到促进。示于散热片25内部的中心线51表示上下流路槽30a、30b的对称面。中心线成为热的中心绝热面，所以，散热片25内部的热不在层叠方向移动，传递到散热片25的热全部由在闭空间内流动的干燥气体的加热和通过透湿膜15移动的水的蒸发中耗费掉。另外，当如过去那样不同的气体在隔离构件的两面流动时，可观察到的那样的两面的温度差的不同导致的热变形大幅度减轻，对隔离构件材料的长寿命化、可靠性的提高也产生大的贡献。
另外，在将排列于旁边的多个上下的流路槽30a、30b的端部汇集到4个汇集连通槽34a、34b后，连通到干燥气体供给集管35和干燥气体排出集管36，所以，水力等效直径的变化小，即使流路槽30a、30b的深度浅，压力损失的增加也可较小。
另外，由从散热片25朝上下突出的高度低的肋26从两侧支承透湿膜15，所以，弯曲强度按肋26的高度低的量变大，透湿膜15确实地受到支承。另外，通过散热片25的热变形的减小确实地支承透湿膜15。这样，即使在湿润气体与干燥气体间产生大于等于4.9kPa(500mmH2O)的压力差，透湿膜15的变形也较小，可防止变形导致的流路的闭塞和压力损失的增加。
另外，由树脂成形法形成一体，可将干燥气体隔离构件16和湿润气体隔离构件17成形，所以，肋26的嵌入、定位、粘接等组装工序简化，部件数量也可减少，同时，可不增加层叠片数地减小流路的高度。
这样的温度湿度交换器通过使相同的气体流到沿层叠方向分成两半的流路槽，从而改善温度效率和温度湿度，可提高输出气体的露点。另外，即使流路槽的深度浅，也可将分成两半的流路槽一起看成2倍的深度，同时，将汇集多个流路槽的汇集连通槽连通到流路槽，所以，没有气体流动的流路的水力等效直径极端变小的部位，可使压力损失小于等于容许压力损失。
另外，使透湿膜处于分别设于干燥气体隔离构件和湿润气体隔离构件的直线状的多个流路槽内，使干燥气体和湿润气体对流地流动，所以，可输出高露点并且高压力的加热加湿后的干燥气体。
另外，通过沿上下方向层叠地设置透湿膜、干燥气体隔离构件、及湿润气体隔离构件，从而由冷凝的水分的液膜将透湿膜的表面润湿，水分传递到在透湿膜正下方流动的干燥气体，使驱使水分从上往下移动的重力的方向与水分通过膜移动的方向一致，所以，水分容易移动，可改善湿度效率，可输出高露点的干燥气体。
另外，由于也可不并用冷却水的热利用，所以，可提供不花费多余的费用的廉价的温度湿度交换器。
另外，通过调节将流路槽分成两半的散热片的厚度，从而可改变流路的高度，可考虑压力损失、热阻、及物质移动阻力的权衡设计最佳的流路。具体地说，当增大散热片的厚度时，其分流路的高度减小，压力损失增加，但蒸汽的移动性能改善。这样，可相应于燃料电池的规格适当地进行设计。
实施形式2图10为本发明实施形式2的温度湿度交换器的上平面图。图11为实施形式2的温度湿度交换单元的干燥气体隔离构件的平面图。
实施形式2的温度湿度交换器与实施形式1的温度湿度交换器相比，干燥气体输入集管5、干燥气体输出集管7、湿润气体输入集管8、湿润气体输出集管6的位置不同，其它相同，所以，省略同样的部分的说明。
实施形式2的温度湿度交换器的干燥气体输入集管5和干燥气体输出集管7如图10所示那样，以长边的中心线为中心，设于线对称的位置。
实施形式1的干燥气体隔离构件16以干燥气体隔离构件16的中心点为中心，将干燥气体供给集管35和干燥气体排出集管36设于点对称位置。另外，湿润气体排出集管37和湿润气体供给集管38以干燥气体隔离构件16的中心点为中心设于点对称的位置。另外，第1干燥气体供给集管35和第1湿润气体排出集管37以短边22a的中心线为中心设于线对称的位置。
另外，湿润气体隔离构件17为将短边22a的中心线作为中心轴使干燥气体隔离构件16表背相反地翻过来的形状。
另一方面，实施形式2的干燥气体隔离构件16B以干燥气体隔离构件16B的长边20a、20b的中心线为中心将干燥气体供给集管35和干燥气体排出集管36设于线对称的位置。另外，湿润气体排出集管37和湿润气体供给集管38以干燥气体隔离构件16的长边20a、20b的中心线为中心设于线对称的位置。
另外，湿润气体隔离构件为以短边22a、22b的中心线为中心轴表背相反地将干燥气体隔离构件16B翻过来的形状。
这样隔着透湿膜15将同一形状的隔离构件的一方翻过来交替地层叠，可隔着透湿膜交替地形成加湿气体的流路和被加湿气体的流路。
在已有技术中，干燥气体隔离构件和湿润气体隔离构件如日本特开2000-164229号公报的图7、8所示那样，需要不同形状的2种板，但如使用将集管设置到如该实施形式1那样以中心点为中心的点对称位置或如实施形式2那样以长边中心线为中心的线对称位置的隔离构件，则通过隔着透湿膜交替地层叠透湿膜，从而可减少部件数量，而且，可提供大批量产生性·加工性优良的温湿度交换器用的隔离构件。
实施形式3图12为本发明实施形式3的温度湿度交换器的侧面图。该实施形式3的温度湿度交换器将实施形式1的温度湿度交换叠层体分成两半，在一方的温度湿度交换叠层体内干燥气体流动的方向与干燥气体在另一方的温度湿度交换叠层体内流动的方向相反，这与实施形式1不同。其它相同，所以，省略同样的部分的说明。
如图12所示那样，实施形式3的温度湿度交换器由入口保持板3和出口保持板4夹持上下2个温度湿度交换叠层体41a、41b。在上侧的温度湿度交换叠层体41a的最下层的干燥气体隔离构件42与下方的温度湿度交换叠层体41b的最上层的湿润气体隔离构件43间，插入中间隔离构件44，该中间隔离构件44仅在与湿润气体隔离构件43的第2湿润气体供给集管和第2干燥气体排出集管对应的位置开孔。中间隔离构件44为与干燥气体隔离构件42相同形状的长方形板。上侧的温度湿度交换叠层体41a的干燥气体隔离构件42将下侧的温度湿度交换叠层体41b的干燥气体隔离构件配置到以中心点为中心的180度点对称位置。下侧的温度湿度交换叠层体41b的干燥气体排出集管连通到上侧的温度湿度交换叠层体41a的干燥气体供给集管。另一方面，上侧的温度湿度交换叠层体41a的湿润气体排出集管连通到下侧的温度湿度交换叠层体41b的湿润气体供给集管。上侧的温度湿度交换叠层体41a的干燥气体供给集管和湿润气体排出集管的下侧由中间隔离构件44分隔。另外，下侧的温度湿度交换叠层体41b的干燥气体供给集管与湿润气体排出集管的上侧由中间隔离构件44分隔。
下面，说明气体的流动。低温的干燥气体从下部的干燥气体输入集管5供给，在下侧的温度湿度交换叠层体41b的干燥气体隔离构件的流路槽内流动，通过透湿膜与湿润气体进行热和水分的交换。在流路槽内流动、到达下侧的温度湿度交换叠层体41b的干燥气体排出集管的干燥气体经由中间隔离构件44的孔，流到上侧的温度湿度交换叠层体41a的干燥气体供给集管，再在上侧的温度湿度交换叠层体41a的干燥气体隔离构件的流路槽内流动，引导至上侧的温度湿度交换叠层体41a的干燥气体排出集管。然后，从干燥气体输出集管7输出，供给到燃料电池。
另一方面，从燃料电池排出的高温的湿润气体从上部的湿润气体输入集管8供给，在上侧的温度湿度交换叠层体41a的湿润气体隔离构件的流路槽内流动，通过透湿膜与干燥气体进行热和水分的交换。在流路槽内流动、到达上侧的温度湿度交换叠层体41a的湿润气体排出集管的湿润气体经由中间隔离构件44的孔，流到下侧的温度湿度交换叠层体41b的湿润气体供给集管，再在下侧的温度湿度交换叠层体41b的湿润气体隔离构件的流路槽内流动，引导至下侧的温度湿度交换叠层体41b的湿润气体排出集管。然后，从湿润气体输出集管6排出。
该汇合引起的冷凝形成的水滴由图中未示出的排水管接受，该排水管设于湿润气体输出集管6的下方。
另一方面，低温的干燥气体朝与湿润气体完全相反的方向流动。
这样，按2阶段进行温度湿度交换，消除产生于第1级的湿度、温度的不均匀，可再次使均匀的气体流动，所以，可改善湿度效率、温度效率。
低温的干燥气体形成与湿润气体完全相反的流动，从下往上流。这样，其特征在于，湿润气体和干燥气体都2级化，而且，湿润气体从高温到低温、从上往下流动，干燥气体从低温往高温、从下往上流动。这样，水滴滴下的方向、水分通过透湿膜移动的方向、热从高温传递到低温的方向这样3个方向完全一致，可在温度·湿度交换中发挥出优良的性能。
权利要求
1.一种温度湿度交换器，具有水分可透过的透湿膜、低温的干燥气体流动的干燥气体隔离构件及高温的湿润气体流动的湿润气体隔离构件，按上述透湿膜、上述干燥气体隔离构件、上述透湿膜、上述湿润气体隔离构件的顺序反复层叠；其特征在于上述干燥气体隔离构件和上述湿润气体隔离构件设有多个流路槽、汇集连通槽、供气集管和排气集管；该多个流路槽沿上述层叠方向被分成两半，在与上述透湿膜接触的方向开口，并列地排列；该汇集连通槽分别连通到多个上述流路槽的两端部，将流动的气体汇集成至少1个；该供气集管和排气集管与各上述汇集连通槽连通，沿上述层叠的方向贯通；在上述干燥气体隔离构件的流路槽内流动的上述干燥气体流与在上述湿润气体隔离构件的流路槽内流动的湿润气体流为对流。
2.根据权利要求1所述的温度湿度交换器，其特征在于上述干燥气体隔离构件的流路槽的肋与上述湿润气体隔离构件的流路槽的肋相对，夹持上述透湿膜。
3.根据权利要求1或2所述的温度湿度交换器，其特征在于上述干燥气体隔离构件的干燥气体的供气集管和干燥气体的排气集管，及湿润气体的供气集管和湿润气体的排气集管，配置在以上述干燥气体隔离构件的中心点为中心的点对称或以一边的中心线为中心的线对称的位置，上述湿润气体隔离构件为上述干燥气体隔离构件以上述干燥气体隔离构件的另一边的中心线为中心轴翻过来的形状。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的温度湿度交换器，其特征在于在上述层叠方向的最下层具有干燥气体输入集管和湿润气体输出集管，在上述层叠方向的最上层具有干燥气体输出集管和湿润气体输入集管。
5.根据权利要求1～4中任何一项所述的温度湿度交换器，其特征在于具有按上述透湿膜、上述干燥气体隔离构件、上述透湿膜、上述湿润气体隔离构件的顺序反复层叠的多个温度湿度交换叠层体，层叠上述温度湿度交换叠层体，使得关于干燥气体处于上游的上述温度湿度交换叠层体的干燥气体排气集管和湿润气体供气集管，分别连通到关于干燥气体处于下游的上述温度湿度交换叠层体的干燥气体供气集管和湿润气体排气集管。
全文摘要
一种温度湿度交换器，具有水分可透过的透湿膜、低温的干燥气体流动的干燥气体隔离构件及高温的湿润气体流动的湿润气体隔离构件，按透湿膜、干燥气体隔离构件、透湿膜、湿润气体隔离构件的顺序反复层叠；其中干燥气体隔离构件和湿润气体隔离构件设有多个流路槽、汇集连通槽、供气集管和排气集管；该多个流路槽沿层叠方向被分成两半，在与透湿膜接触的方向开口，并列地排列；该汇集连通槽分别连通到多个流路槽的各端部，将流动的气体汇集成至少1个；该供气集管和排气集管与各汇集连通槽连通，沿层叠的方向贯通；在干燥气体隔离构件的流路槽内的干燥气体流与在湿润气体隔离构件的流路槽内的湿润气体流为对流。
文档编号H01M8/04GK1910422SQ20058000214
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月24日 优先权日2004年2月10日
发明者言上佳秀, 市村英男, 松村光家 申请人:三菱电机株式会社