专利名称：水蒸气传递膜到气体扩散分离器的附接的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水蒸汽传递装置，尤其地涉及用于水蒸汽传递装置的装配的系统和方法。
背景技术：
燃料电池系统越来越多地用作各式各样的应用中的功率源。例如，已提出在车辆中将燃料电池系统用作内燃机的替换。燃料电池系统还可用作建筑和住宅中的固定发电站、摄影机、计算机中的便携式电源等等。通常，燃料电池系统包括布置在燃料电池组中以发电的多个燃料电池，该燃料电池系统用于给蓄电池充电或向电动机提供功率。已知典型的燃料电池为聚合物电解质膜(PEM)燃料电池，该燃料电池将诸如氢的燃料与诸如氧的氧化剂结合以产生电和水。氧通常由空气流供应。为了在期望的效率范围内运行，应维持燃料电池的聚合物电解质膜足够润湿。足够的润湿合乎需要地延长燃料电池中的电解质膜的有效寿命，以及维持期望的工作效率。作为燃料电池系统的一部分，水蒸汽传递(WVT)装置可用于润湿进入燃料电池组的空气流。WVT装置将来自燃料电池组的排气流中的水蒸气传递至进入燃料电池组的馈送流。这通常通过利用仅允许水蒸汽通过的水蒸汽传递膜实现。该膜可永久地附接至称为分离器的扩散介质层，该扩散介质层控制气流。膜附接至分离器的位置希望是无泄漏的。在Skala的美国专利申请公开No. 2009/0092863中公开了一种用于燃料电池系统的示例性水蒸汽传输装置，因此该专利申请的全部公开在此以参考的方式并入。Skala描述了一种用于水蒸汽传输装置的板，该板具有由扩散介质形成的顶层和由扩散介质形成的底层。一排大致平面的细长带状物设置在顶层扩散介质与底层扩散介质之间。膜粘附至顶层扩散介质和底层扩散介质中的至少一个。还已知制造一种由塑料板组成的水蒸汽传递分离器，塑料板具有机械加工或模制在塑料板中的流动通道。气体扩散层和膜层利用压敏粘合剂(PSA)附接至塑料板。然而， PSA施加困难并且费时。另外，在没有正确地施加PSA的情况下，得到的水蒸汽传递装置通常不能修理。存在对一种制造系统和方法的持续需求，以将水蒸汽传递膜有效且永久地结合至气体扩散分离器。希望的是，制造过程在水蒸汽传递膜与分离器之间形成耐用的无泄漏的结合，在不会不利地影响得到的水蒸汽传递装置的水蒸汽传递率的情况下产生满足特定面积中的尺寸和平面度公差的组件，以及能容易地结合到卷装进出法或分批成片法中。
发明内容
根据本发明，令人惊讶地发现一种将水蒸汽传递膜有效且永久地结合至气体扩散分离器的制造过程，其在水蒸汽传递膜与分离器之间形成耐用的无泄漏的结合，在不会不利地影响得到的水蒸汽传递装置的水蒸汽传递率的情况下产生满足特定面积中的尺寸和平面度公差的组件，并且能容易地结合到卷装进出法或分批成片法中。
在一个实施例中，用于燃料电池的水蒸汽传递装置包括一对扩散介质层。扩散介质层中的每个扩散介质层均具有第一边缘和第二边缘。一对边缘衬条设置在扩散介质层之间。边缘衬条中的一个边缘衬条邻近扩散介质层中的每个扩散介质层的第一边缘设置。边缘衬条中的另一边缘衬条邻近扩散介质层中的每个扩散介质层的第二边缘设置。边缘衬条通过热熔性粘合剂结合至扩散介质层中的每个扩散介质层。一排细长线设置在扩散介质层之间并设置在边缘衬条中间。细长线通过热熔性粘合剂结合至扩散介质层中的每个扩散介质层。细长线限定扩散介质层之间的多个流动通道。扩散介质层、边缘衬条和细长线设置在一对聚合物膜之间。聚合物膜通过来自边缘衬条的热熔性粘合剂邻近边缘衬条结合至扩散介质层。聚合物膜在边缘衬条之间没有结合至扩散介质层。在另一实施例中，一种用于水蒸汽传递装置的装配的方法首先包括提供分离器组件的步骤。分离器组件包括设置在一对扩散介质层之间的一对边缘衬条和一排细长线。边缘衬条中的一个边缘衬条邻近扩散介质层中的每个扩散介质层的第一边缘设置。边缘衬条中的另一个边缘衬条邻近扩散介质层中的每个扩散介质层的第二边缘设置。边缘衬条通过热熔性粘合剂结合至扩散介质层中的每个扩散介质层。细长线排大致与第一边缘和第二边缘平行布置在边缘衬条中间。细长线通过热熔性粘合剂结合至扩散介质层中的每个扩散介质层并限定扩散介质层之间的多个流动通道。聚合物膜设置在分离器组件的扩散介质层中的每个扩散介质层上。对分离器组件施加热和压力，以使边缘衬条的热熔粘合剂涂层熔化并渗透通过扩散介质层并接触聚合物膜。使线的热熔粘合剂涂层熔化并仅渗透到扩散介质层中。然后，冷却分离器组件，以使边缘衬条和线上的热熔粘合剂涂层固化并将边缘衬条结合至扩散介质层和聚合物膜两者。线在分离器组件的冷却期间仅结合至扩散介质层，从而形成水蒸汽传递装置。在另一实施例中，一种用于水蒸汽传递装置的装配的系统包括用于施加热和压力的装置，以使边缘衬条的粘合剂涂层熔化并渗透通过扩散介质层并接触聚合物膜。本发明还提供以下技术方案
方案1. 一种用于燃料电池的水蒸汽传递装置，包括
一对扩散介质层，所述扩散介质层中的每个扩散介质层均具有第一边缘和第二边缘； 一对边缘衬条，所述边缘衬条设置在所述扩散介质层之间，所述边缘衬条中的一个边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的所述第一边缘设置，而所述边缘衬条中的另一边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的所述第二边缘设置，所述边缘衬条通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层；
一排细长线，所述排细长线设置在所述扩散介质层之间并大致与所述第一边缘和所述第二边缘平行布置在所述对边缘衬条之中间，所述细长线通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层并限定所述扩散介质层之间的多个流动通道；
一对聚合物膜，所述扩散介质层、所述边缘衬条和所述细长线设置在所述聚合物膜之间，所述聚合物膜通过来自所述边缘衬条的热熔粘合剂邻近所述边缘衬条结合至所述扩散介质层，所述聚合物膜在所述对边缘衬条之中间不结合至所述扩散介质层。方案2.根据方案1所述的水蒸汽传递装置，其中所述边缘衬条和所述细长线涂有所述热熔粘合剂。方案3.根据方案2所述的水蒸汽传递装置，其中所述边缘衬条上的所述热熔粘合剂涂层具有比所述线上的热熔粘合剂涂层的厚度大的厚度。方案4.根据方案3所述的水蒸汽传递装置，其中所述边缘衬条上的热熔粘合剂涂层的厚度足以渗透通过所述扩散介质层并结合所述聚合物膜。方案5.根据方案4所述的水蒸汽传递装置，其中所述线上的所述粘合剂涂层的厚度不足以渗透通过所述扩散介质层并结合所述聚合物膜。方案6.根据方案1所述的水蒸汽传递装置，其中所述扩散介质层由玻璃纤维、玻璃基纸、碳纤维和碳基纸中的一种形成。方案7.根据方案1所述的水蒸汽传递装置，其中所述边缘衬条和所述线由聚丙烯和玻璃中的一种形成。方案8. —种用于水蒸汽传递装置的装配的方法，所述方法包括步骤
提供分离器组件，所述分离器组件包括设置在一对扩散介质层之间的一对边缘衬条和一排细长线，所述边缘衬条中的一个边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的第一边缘设置，而所述边缘衬条中的另一边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的第二边缘设置，所述边缘衬条通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层，并且所述排细长线大致与所述第一边缘和所述第二边缘平行布置在所述对边缘衬条中间，所述细长线通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层并限定所述扩散介质层之间的多个流动通道；
将聚合物膜设置在所述分离器组件的所述扩散介质层中的每个扩散介质层上； 对所述分离器组件施加热和压力，以使所述边缘衬条的粘合剂涂层熔化并渗透通过所述扩散介质层和接触所述聚合物膜，并使所述线的粘合剂涂层熔化并仅渗透到所述扩散介质层中且不接触所述聚合物膜；
冷却所述分离器组件以使所述边缘衬条和所述线上的热熔粘合剂涂层凝固并将所述边缘衬条结合至所述扩散介质层和所述聚合物膜两者，并将所述线仅结合至所述扩散介质层，从而形成所述水蒸汽传递装置。方案9.根据方案8所述的方法，其中在将所述聚合物膜设置在所述扩散介质层上之前进行施加热和压力的步骤，以使所述边缘衬条和所述线的热熔粘合剂涂层熔化并渗透到所述扩散介质层中。方案10.根据方案9所述的方法，其中还在将所述聚合物膜设置在所述分离器组件的所述扩散介质层中的每个扩散介质层上之后进行施加热和压力的步骤，以使所述边缘衬条的热熔粘合剂涂层熔化并接触所述聚合物膜。方案11.根据方案10所述的方法，其中仅在所述分离器组件的第一边缘和第二边缘处进行将所述聚合物膜设置在所述分离器组件的所述扩散介质层中的每个扩散介质层上之后施加热和压力的步骤，所述边缘衬条设置在所述第一边缘和所述第二边缘下方。方案12.根据方案10所述的方法，其中提供所述分离器组件的步骤包括以下步骤
提供一对扩散介质层，所述扩散介质层中的每个扩散介质层均具有第一边缘和第二边缘；一对边缘衬条，所述边缘衬条具有热熔粘合剂涂层；和一排细长线，所述排细长线具有热熔粘合剂涂层；以及
将所述边缘衬条和所述细长线设置在所述扩散介质层之间以形成分离器组件，所述边缘衬条中的一个边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的所述第一边缘设置， 而所述边缘衬条中的另一边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的所述第二边缘设置，所述线设置在所述扩散介质层之间并大致与所述第一边缘和所述第二边缘平行布置在所述对边缘衬条中间。方案13. —种用于水蒸汽传递装置的装配的系统，所述水蒸汽传递装置具有设置在一对聚合物膜之间的分离器组件，所述分离器组件包括设置在一对扩散介质层之间的一对边缘衬条和一排细长线，所述边缘衬条中的一个边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的第一边缘设置，而所述边缘衬条中的另一边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的第二边缘设置，所述边缘衬条通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层，并且所述排细长线大致与所述第一边缘和所述第二边缘平行布置在所述对边缘衬条中间，所述细长线通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层并限定所述扩散介质层之间的多个流动通道，所述系统包括
用于施加热和压力的装置，以使所述边缘衬条的粘合剂涂层熔化并渗透通过所述扩散介质层和接触所述聚合物膜。方案14.根据方案13所述的系统，还包括
一对扩散介质层辊，所述扩散介质层辊连续地提供所述一对扩散介质层； 一对边缘衬条辊，所述边缘衬条辊提供一对边缘衬条，所述边缘衬条具有热熔粘合剂的涂层；
线分配子系统，所述线分配子系统提供一排线，所述线具有热熔粘合剂的涂层；以及一对膜辊，所述膜辊将所述一对聚合物膜设置在所述扩散介质层上； 其中用于施加热和压力的所述装置包括一对第一加热辊，所述第一加热辊具有层压所述扩散介质层之间的所述边缘衬条和所述排线以形成所述分离器组件的辊隙。方案15.根据方案14所述的系统，其中所述膜辊向所述第一加热辊的所述辊隙提供聚合物膜，所述第一加热辊还层压所述聚合物膜之间的所述扩散介质层、所述边缘衬条、所述线。方案16.根据方案14所述的系统，还包括一对第二加热辊，所述第二加热辊包括接收所述分离器组件和所述聚合物膜的辊隙，所述第二加热辊层压所述聚合物膜之间的所述分离器组件。方案17.根据方案16所述的系统，其中所述第二加热辊各自包括构造成接触所述聚合物膜并对所述聚合物膜和所述分离器组件施加热和压力的凸起部分。方案18.根据方案17所述的系统，其中所述第二加热辊的所述凸起部分是加热盘，所述加热盘包括用于将所述聚合物膜压在所述分离器组件上的辊隙，并且其中所述第二加热辊在所述凸起部分之间不接触所述聚合物膜。方案19.根据方案14所述的系统，还包括一对切割辊，所述切割辊包括用于在将所述聚合物膜设置在所述分离器组件的所述扩散介质层上之后切割所述水蒸汽传递装置的刀片。方案20.根据方案13所述的系统，其中用于施加热和压力的所述装置包括用于接纳所述分离器组件和所述一对聚合物膜的一对压板，并且其中加热所述压板中的至少一块压板。
尤其地当根据在此描述的附图考虑时，本发明的以上以及其他的优点将从以下的详细说明对本领域的技术人员变得容易显而易见。图1A-1C图示根据本发明的水蒸汽传递装置的装配的分步序列；
图2图示根据本发明的一个实施例用于水蒸汽传递装置的装配的连续系统； 图3图示根据本发明的另一实施例用于水蒸汽传递装置的装配的连续系统；以及图4A-4B图示根据本发明的另一实施例用于水蒸汽传递装置的装配的成批系统。
具体实施例方式以下的详细说明和附图描述并图示了本发明的各种实施例。说明和附图用于使得本领域的技术人员能够制造并使用本发明，并且不以任何方式限制本发明的范围。关于公开的方法，介绍的步骤的顺序本质上是示例性的，并因此不是必需的或关键的。如图1A-1C所示，本发明包括用于燃料电池系统的水蒸汽传递装置2。水蒸汽传递装置2具有一对扩散介质层4、6。扩散介质层4、6中的每个扩散介质层均具有第一边缘 8和第二边缘10。作为非限制性示例，扩散介质层6、8由玻璃纤维、玻璃基纸、碳纤维和碳基纸中的一种制成。本领域的技术人员可如所需要地为扩散介质层6、8选择其他渗透性材料。一对边缘衬条12、14设置在扩散介质层4、6之间。边缘衬条中的一个边缘衬条12 邻近扩散介质层4、6中的每个扩散介质层的第一边缘8设置。边缘衬条中的另一边缘衬条 14邻近扩散介质层4、6中的每个扩散介质层的第二边缘10设置。边缘衬条12、14通过热熔性粘合剂16结合至扩散介质层4、6中的每个扩散介质层。作为非限制性示例，边缘衬条 12、14可由聚丙烯形成。还可采用其他的材料，所述其他的材料在使用中对与水蒸汽传递装置2相关的环境条件具有合适的抗耐性。一排细长线18设置在扩散介质层4、6之间。细长线18还设置在边缘衬条12、14 中间。尽管在图1A-1C中仅示出三根细长线18，但应理解的是，根据本发明可以有更多的细长线18并且所述线18通常设置成排列。细长线18通过热熔性粘合剂20结合至扩散介质层4、6中的每个扩散介质层。细长线18限定扩散介质层4、6之间的多个流动通道22。扩散介质层4、6与细长线18装配，以形成用于水蒸汽传递装置2的分离器组件M。水蒸汽传递装置2还包括一对聚合物膜沈、28。聚合物膜沈、观可由适于允许水蒸汽通过的任一材料形成。作为非限制性示例，聚合物膜沈、观可由全氟磺酸(PFSA)形成。 在本发明的范围内还可采用用于水蒸汽传递的其他聚合物膜沈、28。形成分离器组件M的扩散介质层4、6、边缘衬条12、14和细长线18设置在聚合物膜沈、观之间。聚合物膜沈、观通过来自边缘衬条12、14的热熔性粘合剂16邻近边缘衬条12、14结合至扩散介质层4、6。聚合物膜沈、观在边缘衬条12、14之间没有结合至扩散介质层4、6。在说明性实施例中，边缘衬条12、14和细长线18涂有热熔性粘合剂16、20。在特定的实施例中，边缘衬条上的粘合剂涂层16具有比线18上的热熔性粘合剂20的厚度大的厚度。边缘衬条12、14上的热熔粘合剂涂层16的厚度足以渗透通过扩散介质层4、6并与聚合物膜26J8结合。线18上的粘合剂涂层20的厚度不足以渗透通过扩散介质层4、6并与聚合物膜26J8结合。在一个实施例中，边缘衬条12、14上的热熔粘合剂涂层16的厚度在边缘衬条12、14的每一侧上近似为0. 100mm,而在线18上热熔粘合剂涂层20的厚度近似为0. 050mm。应意识到的是，热熔粘合剂16、20的相对厚度可取决于边缘衬条12、14和线 18设置在其之间的扩散介质层4、6的厚度而改变。边缘衬条12、14和细长线18中的每一个上的热熔性粘合剂16、20可如所需要地相同或不同。可使用对水蒸汽传递装置2的操作环境具有足够的抗耐性的用于热熔性粘合剂16、20的材料。作为非限制性示例，热熔性粘合剂16、20可包括乙烯-醋酸乙烯(EVA) 聚合物、丙烯酸乙酯聚合物或聚乙烯聚合物。在特定的实施例中，热熔性粘合剂16、20是市场上可从E. I.du Pont de Nemours and Company 买至Ij的 DuPont Bynel 的可共挤塑的粘合用树脂。可如所需要地采用用于热熔性粘合剂16、20的其他合适的材料。本发明包括用于水蒸汽传递装置2的装配的方法。该方法首先可包括提供一对扩散介质层4、6的步骤、提供具有热熔粘合剂涂层16的一对边缘衬条12、14的步骤、和提供具有热熔粘合剂涂层20的细长线18排的步骤。将边缘衬条12、14和细长线18设置在扩散介质层4、6之间，以形成分离器组件M。边缘衬条12、14中的一个边缘衬条邻近扩散介质层4、6中的每个扩散介质层的第一边缘8设置。边缘衬条12、14中的另一边缘衬条邻近扩散介质层4、6中的每个扩散介质层的第二边缘10设置。线18布置在扩散介质层4、6之间和边缘衬条12、14中间。线18可大致与第一和第二边缘8、10平行布置。尽管可如在上文中所描述地装配分离器组件M，但本领域的技术人员应理解的是，可为随后与聚合物膜沈、28的装配提供预装配的分离器组件24，以形成水蒸汽传递装置2。分离器组件M可如所需要地设置成离散的预装配板、或设置成以连续卷的形式。然后，将聚合物膜沈、观中的一个聚合物膜设置在分离器组件M的扩散介质层4、 6中的每个扩散介质层上。可例如如图2所示在分离器组件M的形成之后、或者例如如图 3所示与分离器组件M的形成同时，将聚合物膜沈、观设置在扩散介质层4、6上。对分离器组件M施加热和压力的组合，以使边缘衬条12、14的热熔粘合剂涂层16 熔化并渗透通过扩散介质层4、6。一旦去除热和压力，热熔性粘合剂16就冷却并遍及扩散介质层4、6凝固，从而使边缘衬条12、14与扩散介质层4、6结合。边缘衬条12、14上的热熔粘合剂涂层16还可接触聚合物膜沈、28。在边缘衬条12、14上初始的热熔性粘合剂的量不足以接触聚合物膜26的情况下，可涂覆附加的粘合剂30 (图2所示)。还使线18的粘合剂涂层20熔化。线的粘合剂涂层20仅渗透到扩散介质层4、6中。线18的粘合剂涂层20 没有接触聚合物膜26、28。然后，冷却分离器组件24，以使边缘衬条12、14和线18上的热熔粘合剂涂层16、 20凝固。热熔粘合剂涂层16将边缘衬条12、14结合至扩散介质层4、6和聚合物膜沈、28 两者。线18的热熔粘合剂涂层20将线18仅结合至扩散介质层4、6。因此，形成本发明的水蒸汽传递装置2。应理解的是，基于所采用的热熔粘合剂涂层16、20的类型选择热和压力。热和压力还被选择成在水蒸汽传递装置2的通常运行条件下妨碍热熔粘合剂涂层16、20的脱胶。 在非限制性示例中，在近似0. 1吨的压力下将热熔粘合剂涂层16、20加热至近似300° F的温度。作为非限制性示例，可对热熔粘合剂涂层16、20施加热和压力达到近似30秒。可如所需要地选择其他温度、压力和时间。还应意识到的是，可在将聚合物膜沈、观设置在扩散介质层4、6上之前、或者在将聚合物膜26J8设置在扩散介质层4、6上之后执行施加热和压力的步骤。在将聚合物膜 26,28设置在扩散介质层4、6上之前施加热和压力的情况下，使边缘衬条12、14和线18的热熔粘合剂涂层16、20熔化并渗透到扩散介质层4、6中。此外在将聚合物膜沈、观设置在扩散介质层4、6上之后施加热和压力的情况下，使边缘衬条12、14的热熔粘合剂涂层16熔化并且也接触聚合物膜26、28。在图2所示的特定的实施例中，在将聚合物膜沈、观设置在分离器组件M的扩散介质层4、6上之后施加热和压力的步骤仅在设置有边缘衬条12、14 的第一和第二边缘8、10处执行。本发明的方法还可包括邻近分离器组件M的扩散介质层4、6中的每个扩散介质层的第一边缘8和第二边缘10涂覆附加的粘合剂30的步骤。附加的粘合剂30可以是另一种热熔性粘合剂。在图2所示的特定实施例中，在将聚合物膜沈、观设置在分离器组件 24的扩散介质层4、6上之前涂覆附加的粘合剂30。如图2和3所图示地，本发明还包括用于水蒸汽传递装置2的装配的连续系统 100。系统100包括一对扩散介质层辊102、一对边缘衬条辊104、线分配子系统106、一对第一加热辊108和一对膜辊110。扩散介质层辊102为水蒸汽传递装置2连续地提供扩散介质层4、6。一对边缘衬条辊104连续地提供具有热熔粘合剂涂层16的边缘衬条12、14。线分配子系统106连续地提供具有热熔粘合剂涂层20的线18的排。线分配子系统106可包括从多个线卷轴107 接收线18并将线18布置成期望的排列的绳线对准工具111。在某些实施例中，边缘衬条辊 104和线分配子系统106可向粘合剂涂布机子系统(未示出)提供无涂层的边缘衬条12、 14和线18，在该粘合剂涂布机子系统处，在边缘衬条12、14和线18被装配在分离器组件M 中之前向它们涂覆热熔粘合剂涂层16、20。一对第一加热辊108具有接纳扩散介质层4、6、边缘衬条12、14和线18的辊隙 112。第一加热辊108层压扩散介质层4、6之间的边缘衬条12、14和线排18，以形成分离器组件对。一对膜辊110将聚合物膜沈、观放置在分离器组件M的扩散介质层4、6上，以形成水蒸汽传递装置2。参考图3，膜辊110向第一加热辊108的辊隙112提供聚合物膜沈、28。因此，第一加热辊108可将扩散介质层4、6、边缘衬条12、14、线18和聚合物膜沈、观夹在辊之间。 第一加热辊提供足够的热和压力，以使边缘衬条12、14上的热熔性粘合剂16熔化并结合至扩散介质层12、14和聚合物膜沈、28。第一加热辊还提供足够的热，以使线18上的热熔性粘合剂20熔化并仅结合至扩散介质层12、14。本领域的技术人员应理解的是，可限制线18 上的热熔性粘合剂20的量，以便防止线18与聚合物膜沈、28的结合。在其他实施例中，线 18上的热熔性粘合剂20的熔化温度可高于边缘衬条12、14上的热熔性粘合剂16的熔化温度，以便控制线18上的热熔性粘合剂20熔化并渗透到扩散介质层4、6中的量。因此，可防止线18上的热熔性粘合剂20与聚合物膜沈、28的结合。重新参考图2，本发明的系统100还可包括一对第二加热辊114，该对第二加热辊 114具有用于接纳分离器组件M和聚合物膜沈、28的辊隙116。该对第二加热辊114可分别具有凸起部分118。凸起部分118构造成接触聚合物膜沈、28并对聚合物膜沈、观和分离器组件对施加热和压力。尤其地，第二加热辊114的凸起部分118为加热盘。凸起部分 118具有辊隙116，该辊隙116将聚合物膜沈、观仅压在分离器组件M的存在边缘衬条12、 14的部分上。在说明性实施例中，凸起部分118仅对邻近扩散介质层4、6的第一和第二边缘8、 10的聚合物膜沈、观和分离器组件M施加热和压力。同样地，第二加热辊114在凸起部分 118之间的剩余部分不接触聚合物膜沈、28。应意识到的是，凸起部分118仅施加热和压力以再次熔化边缘衬条12、14上的热熔性粘合剂16，以便使热熔性粘合剂16与聚合物膜沈、 28结合。凸起部分118还防止线18上的热熔性粘合剂20的再次熔化和线18与聚合物膜 26,28随后不合需要的结合。本发明的连续系统100还可包括一对切割辊120。切割辊120可具有刀片，用于在将聚合物膜26J8设置在分离器组件M的扩散介质层4、6上之后切割水蒸汽传递装置2。尽管在上文中描述的系统100是连续的，但本领域的技术人员应理解的是，本发明的方法还可例如如图4A和4B所示地实践为分批法。在特定的实施例中，将聚合物膜沈、 观层压成分离器组件M的分批工具可包括一对压板200、202。如所需要地，加热压板200、 202中的一块或多块。在某些实施例中，如图4A所示，压板200、202可通过电致动、液压致动和气压致动中的一个由压板200、202中的一个的整体的垂直运动打开和闭合。在其他实施例中，如图4B所示，可铰接或蛤壳式连接的压板200、202。可手动地致动铰接或蛤壳式连接的压板200、202，以打开和闭合。在仅加热压板200、202中的一块的情况下，可首先将聚合物膜沈、28中的一块聚合物膜插入分离器组件对与压板200、202中的被加热的一块压板之间。然后，使压板200、 202以足够的温度和压力闭合达足够的时间量，以熔化分离器组件M的一侧上的热熔性粘合剂16。将组合的分离器组件M与聚合物膜沈、观中的一块聚合物膜翻过来。然后，将膜沈、观中的另一块膜插入压板200、202中的被加热的一块压板与分离器组件M之间。使压板200、202再次闭合以熔化分离器组件M的另一侧上的热熔性粘合剂16。因此，可以分批法制造在上文中描述的水蒸汽传递装置2。其中例如如图4B所示作为一批一起形成多个水蒸汽传递装置2，所述多个水蒸汽传递装置2随后可如所需要地在切割操作中被分开。同现有技术的压敏粘合剂(PSA)比较起来，如在上文中公开的热熔性粘合剂16、 20的采用提供许多优点。如果在边缘衬条12、14上存在足够量的热熔性粘合剂16，则不需要向组件添加其它粘合剂。仅需要重新熔化已存在于边缘衬条12、4和邻近的扩散介质层 4、6中的热熔性粘合剂16，以与聚合物膜沈、观结合。重新熔化边缘衬条12、14上的热熔性粘合剂16有助于高容量辊式制造过程，在该制造过程中，分离器组件M的装配和聚合物膜沈、观的附接全部由同一系统100执行。由于同一热熔性粘合剂16用于将边缘衬条12、 14结合至扩散介质层4、6和聚合物膜沈、观两者，所以方法和系统100还减小水蒸汽传递装置2的总高度。不存在需要将聚合物膜沈、观和分离器组件M夹在中间所需的附加的粘合剂层。尽管为了例证本发明已示出某些代表性的实施例和细节，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的在所附权利要求中进一步描述的范围的情况下可作出各种变化。
权利要求
1.一种用于燃料电池的水蒸汽传递装置，包括一对扩散介质层，所述扩散介质层中的每个扩散介质层均具有第一边缘和第二边缘；一对边缘衬条，所述边缘衬条设置在所述扩散介质层之间，所述边缘衬条中的一个边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的所述第一边缘设置，而所述边缘衬条中的另一边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的所述第二边缘设置，所述边缘衬条通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层；一排细长线，所述排细长线设置在所述扩散介质层之间并大致与所述第一边缘和所述第二边缘平行布置在所述对边缘衬条之中间，所述细长线通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层并限定所述扩散介质层之间的多个流动通道；一对聚合物膜，所述扩散介质层、所述边缘衬条和所述细长线设置在所述聚合物膜之间，所述聚合物膜通过来自所述边缘衬条的热熔粘合剂邻近所述边缘衬条结合至所述扩散介质层，所述聚合物膜在所述对边缘衬条之中间不结合至所述扩散介质层。
2.根据权利要求1所述的水蒸汽传递装置，其中所述边缘衬条和所述细长线涂有所述热熔粘合剂。
3.根据权利要求2所述的水蒸汽传递装置，其中所述边缘衬条上的所述热熔粘合剂涂层具有比所述线上的热熔粘合剂涂层的厚度大的厚度。
4.根据权利要求3所述的水蒸汽传递装置，其中所述边缘衬条上的热熔粘合剂涂层的厚度足以渗透通过所述扩散介质层并结合所述聚合物膜。
5.根据权利要求4所述的水蒸汽传递装置，其中所述线上的所述粘合剂涂层的厚度不足以渗透通过所述扩散介质层并结合所述聚合物膜。
6.根据权利要求1所述的水蒸汽传递装置，其中所述扩散介质层由玻璃纤维、玻璃基纸、碳纤维和碳基纸中的一种形成。
7.根据权利要求1所述的水蒸汽传递装置，其中所述边缘衬条和所述线由聚丙烯和玻璃中的一种形成。
8.一种用于水蒸汽传递装置的装配的方法，所述方法包括步骤提供分离器组件，所述分离器组件包括设置在一对扩散介质层之间的一对边缘衬条和一排细长线，所述边缘衬条中的一个边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的第一边缘设置，而所述边缘衬条中的另一边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的第二边缘设置，所述边缘衬条通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层，并且所述排细长线大致与所述第一边缘和所述第二边缘平行布置在所述对边缘衬条中间，所述细长线通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层并限定所述扩散介质层之间的多个流动通道；将聚合物膜设置在所述分离器组件的所述扩散介质层中的每个扩散介质层上；对所述分离器组件施加热和压力，以使所述边缘衬条的粘合剂涂层熔化并渗透通过所述扩散介质层和接触所述聚合物膜，并使所述线的粘合剂涂层熔化并仅渗透到所述扩散介质层中且不接触所述聚合物膜；冷却所述分离器组件以使所述边缘衬条和所述线上的热熔粘合剂涂层凝固并将所述边缘衬条结合至所述扩散介质层和所述聚合物膜两者，并将所述线仅结合至所述扩散介质层，从而形成所述水蒸汽传递装置。
9.一种用于水蒸汽传递装置的装配的系统，所述水蒸汽传递装置具有设置在一对聚合物膜之间的分离器组件，所述分离器组件包括设置在一对扩散介质层之间的一对边缘衬条和一排细长线，所述边缘衬条中的一个边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的第一边缘设置，而所述边缘衬条中的另一边缘衬条邻近所述扩散介质层中的每个扩散介质层的第二边缘设置，所述边缘衬条通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层，并且所述排细长线大致与所述第一边缘和所述第二边缘平行布置在所述对边缘衬条中间，所述细长线通过热熔粘合剂结合至所述扩散介质层中的每个扩散介质层并限定所述扩散介质层之间的多个流动通道，所述系统包括用于施加热和压力的装置，以使所述边缘衬条的粘合剂涂层熔化并渗透通过所述扩散介质层和接触所述聚合物膜。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括一对扩散介质层辊，所述扩散介质层辊连续地提供所述一对扩散介质层；一对边缘衬条辊，所述边缘衬条辊提供一对边缘衬条，所述边缘衬条具有热熔粘合剂的涂层；线分配子系统，所述线分配子系统提供一排线，所述线具有热熔粘合剂的涂层；以及一对膜辊，所述膜辊将所述一对聚合物膜设置在所述扩散介质层上；其中用于施加热和压力的所述装置包括一对第一加热辊，所述第一加热辊具有层压所述扩散介质层之间的所述边缘衬条和所述排线以形成所述分离器组件的辊隙。
全文摘要
本发明涉及水蒸气传递膜到气体扩散分离器的附接。用于燃料电池的水蒸气传递装置包括一对扩散介质层、一对边缘衬条、一排细长线和一对聚合物膜。边缘衬条中的一个设置在扩散介质层的第一边缘之间。边缘衬条中的另一个邻近扩散介质层中的每个扩散介质层的第二边缘设置。边缘衬条通过热熔性粘合剂结合至扩散介质层中的每个扩散介质层。细长线设置在扩散介质层之间并设置在边缘衬条中间。细长线通过热熔性粘合剂结合至扩散介质层中的每个扩散介质层并限定扩散介质层之间的多个流动通道。聚合物膜通过来自边缘衬条的热熔性粘合剂邻近边缘衬条结合至扩散介质层。
文档编号H01M8/04GK102263275SQ201110140309
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者M. 古斯达 J. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司