膜加湿器的制作方法

1.本发明涉及一种膜加湿器，用于在燃料电池系统中使用潮湿的阴极排出气体来加湿干燥的阴极供应气体。本发明还涉及一种具有膜堆叠和用于膜加湿器的密封设备的装置。


背景技术：

2.燃料电池系统中的膜加湿器用于使用潮湿的阴极排出气体来加湿干燥的阴极供应气体。燃料电池系统尤其可以用于驱动车辆。这种类型的膜加湿器通常包括壳体和膜堆叠，所述膜堆叠容纳在壳体中并且具有彼此间隔地堆叠的多个膜。在膜堆叠的相邻膜之间形成通道，阴极供应气体和阴极排出气体交替流过该通道。该膜不透气，可透水蒸气，使得阴极供应气体和阴极排出气体被膜隔开，阴极供应气体仍可通过膜利用阴极排出气体被加湿。例如，de 10 2014 006 394 a1公开了通过多个密封件将膜加湿器的壳体中的阴极供应气体和阴极排出气体气密分离。密封件与膜堆叠和壳体密封接触。这使得膜加湿器的安装更加困难，这是因为当膜堆叠插入壳体时密封可能被破坏。


技术实现要素：

3.因此，本发明的目的是提供一种用于一般类型的膜加湿器的经改进的或至少替代的实施例，其中克服了所描述的缺点。
4.根据本发明，该目的通过独立权利要求1的主题来实现。有利的实施例是从属权利要求的主题。
5.燃料电池系统中的膜加湿器用于使用潮湿的阴极排出气体来加湿干燥的阴极供应气体。膜加湿器具有壳体和沿安装方向插入壳体中的膜堆叠。膜堆叠具有流体可以流过的两个第一堆叠侧、流体可以流过的两个第二堆叠侧，以及两个第三气密堆叠侧。相应的堆叠侧各自平行且彼此相对地对齐，并且第一堆叠侧平行于安装方向对齐。加湿器还具有带有两个框架状的第一密封框架的密封设备。相应的第一密封框架围绕相应的第一堆叠侧的边缘延伸。相应的第一密封框架还各自具有内密封表面和与内密封表面相对的外密封表面。相应的第一密封框架与相应的第一堆叠侧上的相应的内密封表面密封接触。此外，在壳体上形成有两个第一壳体密封表面，相应的第一密封框架的相应的外密封表面与壳体的相应的第一壳体密封表面密封接触。根据本发明，相应的第一密封框架的相应的外密封表面和壳体的相应的第一壳体密封表面各自以不为零的安装角度与相应的相关联的第一堆叠侧和安装方向对齐。
6.相应的第一密封框架的外密封表面和壳体的相应的第一壳体密封表面有利地设计成相对于第一堆叠侧和安装方向倾斜。这样，只有当膜堆叠沿安装方向完全插入壳体中时，才能建立密封设备的相应第一密封框架与壳体的相应第一壳体密封表面之间的接触。因此，密封设备的相应第一密封框架可以在壳体与膜堆叠之间或在膜堆叠的相应的第一堆叠侧与壳体的相应的第一壳体密封表面之间被非破坏性地且不变形地挤压。换言之，具有
密封设备的膜堆叠可以更轻松地插入壳体中，并且相应的第一密封框架不会受到任何机械剪切力。因此，既可以简化膜加湿器的组装，又可以提高膜加湿器的密封性。
7.安装方向有利地是膜堆叠插入壳体中的方向。安装方向可以有利地平行于膜堆叠的纵向方向或纵向轴线或宽度方向或宽度轴线或高度方向或高度轴线对齐。膜堆叠的纵向方向或纵向轴线和宽度方向或宽度轴线和高度方向或高度轴线分别相互垂直地对齐。膜堆叠的纵向方向或纵向轴线和宽度方向或宽度轴线和高度方向或高度轴线分别平行于膜堆叠的外边缘对齐。
8.壳体可以有利地具有用于将带有密封设备的膜堆叠插入壳体中的开口。该开口可以有利地横向于安装方向对齐。壳体可以有利地具有封闭盖，其中封闭盖横向于安装方向气密地封闭壳体。
9.膜加湿器的膜堆叠可以有利地具有多个膜，尤其是多个扁平膜。用于阴极供应气体的供应气体管道和用于阴极排放气体的排放气体管道可以有利地形成在膜堆叠的膜之间。供应气体管道可以有利地分配给相应的第一/第二堆叠侧。有利地，阴极供应气体可以通过供应气体管道流过膜堆叠从一个第一/第二堆叠侧到另一个第一/第二堆叠侧。供应气体通道可以有利地分配给相应的第一/第二堆叠侧。阴极供应气体可以有利地通过供应气体管道流过膜堆叠从一个第一/第二堆叠侧到另一个第一/第二堆叠侧。供应气体管道和排出气体管道可以有利地在膜堆叠中彼此垂直地对齐。膜堆叠的膜可以有利地是不透气和可透水蒸气的。阴极供应气体和阴极排出气体可以在不混合的情况下有利地流过膜堆叠。阴极供应气体可以有利地借助于膜堆叠中的阴极排出气体通过膜来加湿。
10.相应的第一密封框架可以有利地将相应的第一堆叠侧与其他堆叠侧密封。因此，两个第一气体室可以有利地在壳体中形成在相应的第一堆叠侧与壳体之间。两个第二气体室可以有利地在壳体中形成在相应的第二堆叠侧和壳体之间。相应的第一气体室可以被设置用于阴极供应气体的流入和流出，并且相应的第二气体室可以被设置用于阴极排出气体的流入和流出，或反之亦然。有利地，相应的第一气体室可以通过两个第一插口与外部导流连接，相应的第二气体室可以通过两个第二插口与外部导流连接。
11.有利地，相应的第一密封框架的相应的外密封表面可以分别以与安装角度相同的角度与相应的内密封表面对齐。因此，相应的第一密封框架的横向于安装方向限定的厚度与安装方向的相反地稳定增加。换言之，相应的第一密封框架的厚度可以在安装方向上偏离。
12.相应外密封表面可以有利地与相应的相关联的堆叠侧和安装方向对齐，使得垂直于相应的第一侧表面限定的膜堆叠的宽度与密封设备与安装方向相反地稳定增加。膜堆叠可以是长方体的，并且密封设备或相应的第一密封框架的厚度可以平行于相应的第一堆叠侧并且与安装方向相反地稳定增加。
13.相应的第一壳体密封表面可以有利地以安装角度与相应的第一堆叠侧和安装方向对齐，使得壳体的垂直于相应的第一侧表面限定的宽度平行于相应的第一堆叠侧并且与安装方向相反地稳定增加。壳体的宽度可以有利地与安装方向相反地与从壳体的内部空间到设置用于安装膜堆叠的开口稳定地增加。
14.安装角度可以有利地为1
°
到60
°
，优选地为5
°
到30
°
。
15.可以有利地设置，密封设备由支撑框架和第一密封框架一体地形成在支撑框架
上。然后将膜堆叠容纳在支撑框架中并且将支撑框架沿安装方向插入壳体中。支撑框架可以有利地由塑料模制而成。
16.可以有利地设置，相应的第一密封框架部分地由第一弹性框架密封件形成。相应的第一框架密封件与壳体的相应的第一壳体密封表面密封接触。相应的第一密封框架的密封效果可以有利地通过弹性框架密封件来加强。
17.可以有利地设置，密封设备具有两个第二密封框架并且相应的第二密封框架围绕相应的第二堆叠侧的边缘延伸。相应的第一密封框架还各自具有内密封表面和与内密封表面相对的外密封表面。相应的内密封表面与相应的第二堆叠侧密封接触，并且相应的外密封表面与壳体密封接触。相应的外密封表面分别平行于相应的被分配的第二堆叠侧并且平行于安装方向对齐。
18.除了相应的外密封表面的倾斜布置之外，相应的第二密封框架可以有利地设计成形成相应的第一密封框架。有利地，相应的第二堆叠侧可以横向于安装方向对齐。该开口可以有利地横向于安装方向对齐。在相应的第二密封框架的情况下，外密封表面可以有利地平行于内密封表面对齐。
19.可以有利地在壳体中为相应的第二密封框架设置两个第二壳体密封表面。相应的第二密封框架然后可以与壳体的壳体密封表面上的相应的外密封表面密封接触。相应的第二密封框架可以有利地将相应的第二堆叠侧与膜堆叠的其他堆叠侧密封。两个第二气体室可以有利地在壳体中形成在相应的第二堆叠侧与壳体之间。
20.可以有利地设置，相应的第二密封框架一体地形成在支撑框架上。相应的第一密封框架和相应的第二密封框架可以有利地一体地形成在支撑框架上。两个密封板可以有利地形成在支撑框架上。相应的第二密封板可以有利地分配给相应的第三堆叠侧。相应的第三密封板可以有利地稳定支撑框架。
21.可以有利地设置，膜堆叠具有多个彼此堆叠的膜。膜可以平行于安装方向对齐并且在堆叠方向上彼此堆叠。在该实施例中，膜堆叠的第一堆叠侧和第三堆叠侧平行于安装方向对齐，并且膜堆叠的第二堆叠侧横向于安装方向对齐。在该实施例中，安装方向和堆叠方向彼此横向对齐。
22.本发明还涉及用于上述膜加湿器的具有膜堆叠和密封设备的装置。膜堆叠具有流体可以流过的两个第一堆叠侧、流体可以流过的两个第二堆叠侧，以及两个第三气密堆叠侧。相应的堆叠侧各自平行且彼此相对地布置，并且第一堆叠侧平行于安装方向对齐。密封设备具有两个框架状的第一密封框架，并且相应的第一密封框架围绕相应的第一堆叠侧的边缘延伸。相应的第一密封框架还各自具有内密封表面和与内密封表面相对的外密封表面。相应的第一密封框架与相应的第一堆叠侧上的相应的内密封表面密封接触。相应的第一密封框架的相应的外密封表面分别以安装角度与相应的被分配的第一堆叠侧和安装方向对齐。该装置设计用于在安装方向上插入膜堆叠的壳体中。为了避免重复，在此参考上面的解释。
23.本发明的其他重要特征和优点将从从属权利要求、附图以及参考附图对附图的随附描述中变得明显。
24.不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要阐明的特征不仅可以以各自指出的组合使用，而且可以单独使用和以其他组合使用。
附图说明
25.本发明的优选示例性实施例在附图中示出并且将在以下描述中更详细地阐明，其中相同的附图标记指代相同、相似或功能相同的部件。
26.下图分别示意性地示出：
27.图1示出了根据本发明的膜加湿器在第一实施例中不具有封闭盖的分解图；
28.图2示出了根据本发明的膜加湿器在第一实施例中不具有封闭盖的视图；
29.图3示出了根据本发明的膜加湿器在第一实施例中具有封闭盖的视图；
30.图4示出了根据本发明的膜加湿器在第二实施例中的分解图。
具体实施方式
31.图1示出了根据本发明的膜加湿器1在第一实施例中的分解图。膜加湿器1具有膜堆叠2、壳体3和支撑框架5形式的密封设备4。膜堆叠2设置在支撑框架5中，并且支撑框架5在安装方向mr上通过开口3a插入壳体中。相应地，安装方向mr从外部指向壳体3。开口3a横向于安装方向mr对齐。安装方向mr横向于膜堆叠2的纵向方向lr对齐。纵向方向lr平行于膜堆叠2的最长外边缘对齐。
32.膜堆叠2具有流体可以流过的两个第一堆叠侧6a和6b、流体可以流过的两个第二堆叠侧7a和7b，以及两个第三气密堆叠侧8a和8b。相应的堆叠侧6a和6b、7a和7b、8a和8b各自平行且彼此相对地对齐。在膜加湿器1的第一实施例中，膜堆叠2包括平行于安装方向mr并且横向于膜加湿器1中的膜堆叠2的纵向方向lr对齐的多个扁平膜。第一堆叠侧6a、6b平行于安装方向mr并且平行于纵向方向lr对齐，第二堆叠侧7a、7b横向于安装方向并且平行于纵向方向lr对齐，并且第三堆叠侧8a、8b平行于安装方向mr并且横向于纵向方向lr对齐。膜的堆叠方向平行于膜堆叠的纵向方向lr对齐。
33.密封设备4具有两个第一密封框架9a、9b和两个第二密封框架10a、10b。相应的第一密封框架9a、9b围绕相应的第一堆叠侧6a、6b延伸，并且相应的第二密封框架10a、10b围绕相应的第二堆叠侧7a、7b延伸。此外，密封设备4具有两个密封板11a、11b，其分配给相应的第三堆叠侧8a、8b。密封框架9a、9b、10a、10b和密封板11a、11b彼此一体形成并形成支撑框架5。
34.相应的密封框架9a、9b、10a、10b各自具有内密封表面12和外密封表面13。相应的密封框架9a、9b、10a、10b在相应的相关联的堆叠侧6a、6b、7a、7b上与其内密封表面12密封接触，并且在壳体3上与其外密封表面13密封接触。在壳体中形成用于相应的第一密封框架9a、9b的两个第一壳体密封表面14a、14b和用于相应的第二密封框架10a、10b的两个第二壳体密封表面(在此不可见)。一个第二壳体密封表面与壳体3内的开口3a相对，而另一个第二壳体密封表面形成在封闭开口3a的封闭盖中。
35.膜加湿器1设置在燃料电池系统(例如机动车辆)中，以使用潮湿的阴极排出气体来加湿干燥的阴极供应气体。阴极供应气体可以分配给第一堆叠侧6a、6b并且阴极排出气体可以分配给第二堆叠侧7a、7b，或反之亦然。相应的第一和第二密封框架9a、9b和10a、10b密封流体通过其可以在壳体3中从一个流到另一个的相应的第一和第二堆叠侧6a、6b和7a、7b。因此，阴极供给气体和阴极排出气体可以不混合地流过膜加湿器1。膜堆叠2的膜是不透气的并且可透水蒸气，使得在膜堆叠2内，干燥的阴极供应气体可以被潮湿的阴极排出气体
加湿。
36.相应的第一密封框架9a、9b的外密封表面13和壳体3的相应的第一壳体密封表面14a、14b分别以安装角度α与相应的被分配的第一堆叠侧6a、6b和与安装方向mr对齐。因此，膜堆叠2和壳体3的宽度与安装方向mr相反地平行于第一堆叠侧6a、6b增加。因此，密封框架9a、9b仅在具有支撑框架5的膜堆叠2完全插入壳体3中时才与相关联的壳体密封表面14a、14b接触。具有密封设备4或具有支撑框架5的膜堆叠2因此能够以减小的力插入到壳体3中，并且相应的第一密封框架9a、9b不会受到机械剪切力。由于相应的第二密封框架10a、10b横向于安装方向mr对齐，因此它们在组装期间以相同的方式不受任何机械剪切力。因此，既可以简化膜加湿器的组装，又可以提高膜加湿器1的密封性。
37.图2示出了根据本发明的膜加湿器1在第一实施例中的视图。如在此可以看出，具有密封设备4或具有支撑框架5的膜堆叠2沿安装方向mr通过开口3a插入到壳体3中。
38.图3示出了根据本发明的膜加湿器1在第一实施例中的视图。开口3a在此用封闭盖16封闭。
39.图4示出了根据本发明的膜加湿器1在第二实施例中的分解图。不同于膜加湿器1的第一实施例，膜堆叠2的膜平行于安装方向mr并且平行于膜堆叠2的纵向方向lr对齐。第一堆叠侧6a、6b平行于安装方向mr并且横向于纵向方向lr对齐，第二堆叠侧7a、7b横向于安装方向并且平行于纵向方向lr对齐，并且第三堆叠侧8a、8b平行于安装方向mr并且平行于纵向方向lr对齐。膜的堆叠方向在此横向于安装方向mr并且横向于膜堆叠2的纵向方向lr对齐。对于其余部分，膜加湿器1的第二实施例和膜加湿器1的第一实施例匹配。