專利名稱：加濕器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用從濕潤氣體通過透濕水分的加濕膜被傳送來的水分加濕干燥氣體的加濕器及其制造方法，特別是涉及利用從燃料電池的排氣通過加濕膜被傳送來的水分加濕未反應(yīng)氣體的燃料電池用的加濕器及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的加濕器是加濕膜被一方的分離器和另一方的分離器夾住的構(gòu)成，該一方的分離器是流入干燥氣體的流路槽被面向加濕膜的一面設(shè)置，該另一方的分離器是流入濕潤氣體的流路槽被面向加濕膜的另一面設(shè)置。并且，為了防止氣體從加濕膜的外周邊部泄漏，通過嵌合相對的兩個分離器的外邊緣部來壓縮加濕膜、減少與分離器的外邊緣部相對的加濕膜的外邊緣部的空穴，截斷氣體向面方向透過加濕膜內(nèi)的流動。
并且，采用利用硅類粘接劑粘接分離器的外邊緣部與相對該外邊緣部的加濕膜的部分之間的方法。并且，作為將粘接劑涂抹在外邊緣部的比較適用于批量生產(chǎn)的一般方法，有利用噴射進行涂抹、粘接劑的轉(zhuǎn)移等方法(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1特開2003-314983號公報但是，即使壓縮加濕膜、減少空穴，也不能完全堵塞加濕膜內(nèi)的氣體的流路，因此具有氣體泄漏的問題。
另外，用將粘接劑涂抹在外邊緣部的方法，由于粘接劑的粘度大、加濕膜內(nèi)的空穴的體積小，因此通常粘接劑不能完全填充到加濕膜中，具有氣體向面方向透過加濕膜內(nèi)的問題。
另外，如果與溶劑混合、降低粘度，直到可以填充小空穴，則有由于填充后產(chǎn)生的溶劑蒸發(fā)、留下空穴的問題。
另外，如果在加濕膜以及加濕膜與分離器之間的界面上具有間隙，則水由于毛細管現(xiàn)象向外部流出，因此具有水分減少、不能充分濕潤干燥氣體的問題。
本發(fā)明的目的是提供透過加濕膜的面內(nèi)或者加濕膜與分離器的界面的氣體泄漏少的加濕器及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的加濕器具有透濕水分的加濕膜以及氣體分離器，所述氣體分離器具有向?qū)盈B方向的至少一方開口的一條或兩條流路，流入干燥氣體或濕潤氣體中的至少一種，所述加濕器以上述加濕膜、上述氣體分離器、上述加濕膜、上述氣體分離器的順序，或上述氣體分離器、上述加濕膜、上述氣體分離器的順序重復層疊，其中，上述氣體分離器具有圍繞著上述流路的框狀部，上述加濕膜被層疊時，與上述氣體分離器的上述框狀部相對的部分由樹脂填充。
本發(fā)明的加濕器的效果是，由于樹脂被填充在加濕膜的外邊緣部，因此可以防止干燥氣體、濕潤氣體向面方向透過加濕膜的面內(nèi)向外部泄漏。
而且，由于加濕膜與干燥分離器以及濕潤分離器的框狀部被樹脂粘接，因此可以防止氣體沿著加濕膜與干燥分離器、加濕膜與濕潤分離器的界面泄漏。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式的加濕器的側(cè)視圖。
圖2是第一實施方式的加濕器的上俯視圖。
圖3是圖2的A-A剖面上的加濕元件的部分剖視圖。
圖4是第一實施方式的加濕元件的俯視圖。
圖5是第一實施方式的干燥氣體分離器的俯視圖。
圖6是圖5的M-M剖面上的干燥氣體分離器的剖視圖。
圖7(a)是圖5的P-P剖面上的干燥氣體分離器的剖視圖，(b)是圖5的N-N剖面上的干燥氣體分離器的剖視圖。
圖8是第一實施方式的其他干燥氣體分離器的俯視圖。
圖9是第一實施方式的加濕膜的俯視圖。
圖10是將樹脂填充到未填充加濕膜的熱壓的狀態(tài)說明圖。
圖11是層疊加濕層疊體的狀態(tài)說明圖。
圖12是表示第一實施方式的加濕器的設(shè)置狀態(tài)圖。
圖13是第一實施方式的加濕器與比較例1的加濕器的密封性的測定結(jié)果。
圖14是將樹脂填充到第二實施方式的未填充加濕膜的熱壓的狀態(tài)說明圖。
圖15是層疊第三實施方式的加濕層疊體的狀態(tài)說明圖。
圖16是第四實施方式的加濕元件的俯視圖。
圖17是第五實施方式的加濕元件的剖視圖。
具體實施例方式
第一實施方式圖1是本發(fā)明的第一實施方式的加濕器的側(cè)視圖。圖2是第一實施方式的加濕器的上俯視圖。圖3是表示圖2的A-A剖面上的加濕元件的部分剖視圖。圖4是表示第一實施方式的加濕元件的俯視圖。圖5是第一實施方式的干燥氣體分離器的俯視圖。圖6是表示圖5的M-M剖面上的干燥氣體分離器的剖視圖。圖7(a)是圖5的P-P剖面上的干燥氣體分離器的剖視圖。圖7(b)是圖5的N-N剖面上的干燥氣體分離器的剖視圖。圖9是第一實施方式的加濕膜的俯視圖。另外，圖4是在下方看將加濕膜放在最上層的加濕元件的俯視圖。在相當于水分傳送部的部分上，用虛線表示干燥氣體流路和濕潤氣體流路的狀態(tài)。
另外，在以下的說明中，對干燥氣體是作為接近常溫、相對濕度接近零的氣體進行說明。另外，濕潤氣體作為例如70℃以上的溫度、相對濕度90％以上，與干燥氣體為同一種的氣體進行說明。例如，作為固體高分子型燃料電池的氧化劑氣體的空氣氣體。
如圖1和圖2所示，第一實施方式的加濕器具有層疊多個加濕元件1的加濕層疊體2、將該加濕層疊體2在層疊方向夾持的入口保持板3和出口保持板4、被固定在入口保持板3上的干燥氣體輸入管道5以及濕潤氣體輸出管道6、被固定在出口保持板4上的干燥氣體輸出管道7以及濕潤氣體輸入管道8、一面用入口保持板3和出口保持板4夾住加濕層疊體2一面進行緊固的螺栓9以及螺母10。入口保持板3和出口保持板4的平面外形比加濕層疊體2大一圈，在加濕層疊體2的外側(cè)用螺栓9和螺母10緊固入口保持板3和出口保持板4之間，用該方法支撐加濕層疊體2。加濕層疊體2在層疊方向上的垂直的剖面外形是長方形，長邊的尺寸為32cm、短邊的尺寸為15cm。
入口保持板3和出口保持板4是與加濕層疊體2在層疊方向上的垂直的剖面外形同樣的長方形，沿著短邊設(shè)置有兩個在厚度方向貫通的孔11。在入口保持板3的兩個孔11上分別連接有干燥氣體輸入管道5和濕潤氣體輸出管道6，形成氣體流路。另外，在出口保持板4的兩個孔11上分別連接有干燥氣體輸出管道7和濕潤氣體輸入管道8，形成氣體流路。入口保持板3和出口保持板4由不銹鋼形成，長邊為32cm、短邊為15cm、厚度為1cm。
以下參照圖3、就加濕元件1進行說明。加濕元件1具有可以透濕水分的加濕膜12、從兩側(cè)夾住該加濕膜12的干燥氣體分離器13以及濕潤氣體分離器14。加濕膜12、干燥氣體分離器13、加濕膜12以及濕潤氣體分離器14被重復層疊構(gòu)成加濕層疊體2。在加濕層疊體2的層疊方向的兩端，入口保持板3和出口保持板4被層疊在干燥氣體分離器13或濕潤氣體分離器14上。相鄰的兩張加濕膜12與被該加濕膜12夾住的干燥氣體分離器13形成干燥氣體流路23。另外，相鄰的兩張加濕膜12與被該加濕膜12夾住的濕潤氣體分離器14形成濕潤氣體流路48。
并且，如圖4所示，加濕元件1可以將面分成3部分進行說明。第一部分是水分通過加濕膜12被從濕潤氣體向干燥氣體傳送的水分傳送部15。第二部分是將濕潤氣體和干燥氣體向厚度方向輸送的岐管部16。第三部分是使?jié)駶櫄怏w和干燥氣體不混合并且不向周圍泄漏而進行密封的密封部17。
以下參照圖5、圖6、圖7就干燥氣體分離器13進行說明。圖6是與干燥氣體分離器13的干燥氣體流路23的流動方向垂直的圖5的M-M剖面上的剖視圖。圖7(a)是與上面密封部31和下面密封部32的流動方向垂直的圖5的P-P剖面上的剖視圖。圖7(b)是與沿著流路的流動方向平行的圖5的N-N剖面上的剖視圖。另外，由于濕潤氣體分離器14相對干燥氣體分離器13是以短邊的中心線為中心線的線對稱的關(guān)系，因此使用相同的符號，省略說明。
如圖5所示，干燥氣體分離器13的外形是長方形，設(shè)置有框狀部22，該框狀部22由沿著長邊18a、18b的側(cè)框狀部19a、19b和沿著短邊20a、20b的端框狀部21a、21b構(gòu)成。框狀部22的厚度為2.75mm。
并且，在被框狀部22圍住的干燥氣體分離器13的中央部分的框狀部22長度方向的中央部上，設(shè)置有與長邊18a、18b平行的干燥氣體流路23。并且，在側(cè)框狀部19a內(nèi)側(cè)的側(cè)面確定有支撐點A1和支撐點A2，該支撐點A1和支撐點A2的間隔只相當于干燥氣體流路23的長度。另外，在側(cè)框狀部19b的內(nèi)側(cè)的側(cè)面確定有支撐點A3和支撐點A4。該支撐點A3和支撐點A4的間隔只相當于干燥氣體流路23的長度。在該支撐點A1和支撐點A3之間，隔板支撐桿24a、24b(圖7(b))在層疊方向架設(shè)在兩層上。另外，在該支撐點A2和支撐點A4之間，隔板支撐桿24c、24d(圖7(b))在層疊方向架設(shè)在兩層上。層疊方向的上層的隔板支撐桿24a、24c的層疊方向的上面與側(cè)框狀部19a、19b、端框狀部21a、21b的層疊方向的上面在同一個平面上。并且，層疊方向的下層的隔板支撐桿24b、24d的層疊方向的下面與側(cè)框狀部19a、19b、端框狀部21a、21b的層疊方向的下面在同一個平面上。隔板支撐桿24a、24b、24c、24d的層疊方向的厚度為1mm。并且，隔板支撐桿24a、24b、24c、24d的長度方向的寬度為1.5mm。
并且，在隔板支撐桿24a、24b上，在將支撐點A1和支撐點A3之間八等分的位置上確定有支撐點B1～支撐點B7、支撐點C1～支撐點C7(圖6)。并且，在隔板支撐桿24c、24d上，在將支撐點A2和支撐點A4之間八等分的位置上確定有支撐點D1～支撐點D7、支撐點E1～支撐點E7(無圖示)。并且，隔板25a是相當于干燥氣體流路23長度的長邊為20cm、相當于干燥氣體流路23高度的短邊為2.75cm、分割干燥氣體流路23的厚度為1mm的長方體。其長邊的四個角被支撐點B1、支撐點C1、支撐點D1、支撐點E1支撐，隔板25a將干燥氣體流路23在干燥氣體分離器13的短邊方向分割。同樣，從四個角被支撐點B2、支撐點C2、支撐點D2、支撐點E2支撐的隔板25b四個角被支撐點B7、支撐點C7、支撐點D7、支撐點E7支撐的隔板25g被與隔板25a平行地設(shè)置。另外，將七個隔板25a、25b、25c、25d、25e、25f、25g一起表示時，用隔板25進行表示。層疊方向的隔板25的上長端面26a(圖6)與側(cè)框狀部19a、19b、端框狀部21a、21b的層疊方向的上面在同一個平面上。并且下長端面26b(圖6)與側(cè)框狀部19a、19b、端框狀部21a、21b的層疊方向的下面在同一個平面上。并且，干燥氣體流路23被加濕膜12圍住形成，加濕膜12被層疊在隔板25與層疊方向的上方下方上。
并且，在層疊方向貫通的第一干燥氣體進氣岐管28被設(shè)置在干燥氣體分離器13的長邊方向的端部。并且，以干燥氣體分離器13的中心點為中心，相對第一干燥氣體進氣岐管28、在180度點對稱的位置上設(shè)置在層疊方向貫通的第一干燥氣體排氣岐管29。
并且，如圖5和圖7(a)所示，干燥氣體分離器13在圍繞著第一干燥氣體進氣岐管28的層疊方向上設(shè)置上下層的上面密封部31和下面密封部32(圖7(a))。上面密封部31由靠近干燥氣體分離器13的層疊方向上面的、圍住第一干燥氣體進氣岐管28周圍的側(cè)框狀部19a、端框狀部21a以及架設(shè)在側(cè)框狀部19a和端框狀部21a之間的上面密封形成板33構(gòu)成。上面密封形成板33的層疊方向的上面與側(cè)框狀部19a、端框狀部21a的層疊方向的上面在同一平面上，上面密封形成板33的層疊方向的厚度為1mm。并且，下面密封部32由靠近干燥氣體分離器13的層疊方向下面的、圍住第一干燥氣體進氣岐管28周圍的側(cè)框狀部19a、端框狀部21a以及架設(shè)在側(cè)框狀部19a和端框狀部21a之間的下面密封形成板34構(gòu)成。下面密封形成板34的層疊方向的下面與側(cè)框狀部19a、端框狀部21a的層疊方向的下面在同一平面上，層疊方向的厚度為1mm。上面密封形成板33與下面密封形成板34被設(shè)置在向?qū)盈B方向投影時不重疊的位置上。
并且，如圖5和圖7(b)所示，干燥氣體分離器13設(shè)置有集約連通槽37和集約連通槽38，集約連通槽37連通第一干燥氣體進氣岐管28和干燥氣體流路23的一個端部，將流入的干燥氣體從第一干燥氣體進氣岐管28向干燥氣體流路23進氣；集約連通槽38連通干燥氣體流路23的另一個端部和第一干燥氣體進氣岐管29，將流入的干燥氣體從干燥氣體流路23向第一干燥氣體進氣岐管29進氣。上面密封形成板33與下面密封形成板34確定跨過集約連通槽37、將側(cè)框狀部19a和端框狀部21a之間的長度進行四等分的各個支撐點F1～支撐點F3、支撐點G1～支撐點G3。并且，支撐壁40a是長方體，四個角被四個支撐點B2、支撐點C2、支撐點F1、支撐點G1支撐，分割集約連通槽37。另外，總稱三個支撐壁40a、支撐壁40b、支撐壁40c時稱為支撐壁40。支撐壁40的層疊方向的上端面41a(圖7(a))與側(cè)框狀部19a的層疊方向的上面在同一平面上。并且，支撐壁40的層疊方向的下端面41b(圖7(b))與側(cè)框狀部19a的層疊方向的下面在同一平面上。
另外，在干燥氣體流路23上設(shè)置七個隔板25，由于集約連通槽37、38的寬度比干燥氣體流路23窄，因此在集約連通槽37、38上設(shè)置三個支撐壁40。另外支撐壁40由于與隔板25連接，因此加濕膜12被從第一干燥氣體進氣岐管28到第一干燥氣體進氣岐管29沒有階梯差地支撐。
并且，在第一干燥氣體進氣岐管29的周圍也同樣設(shè)置第二上面密封形成板36和第二下面形成板35。
這樣，由于在集約連通槽37、38上分別設(shè)置三個支撐壁40，因此，與厚度為2.75mm的側(cè)框狀部19a、19b以及端框狀部21a、21b相比強度低的厚度為1mm的上面密封形成板33、36以及下面密封形成板34、35被加強。
并且，干燥氣體分離器13被設(shè)置成第二濕潤氣體排氣岐管43和第二濕潤氣體進氣岐管44貫通端框狀部21a、21b，第二濕潤氣體排氣岐管43沿著短邊20a、與第一干燥氣體進氣岐管28鄰接；第二濕潤氣體進氣岐管44沿著短邊20b、與第一干燥氣體排氣岐管29鄰接。
該第一干燥氣體進氣岐管28、第一干燥氣體排氣岐管29、第二濕潤氣體排氣岐管43以及第二濕潤氣體進氣岐管44以干燥氣體分離器13的中心點為中心，被分別設(shè)置在180度點對稱的位置上。
另外，面向干燥氣體流路23以及集約連通槽37、38的加濕膜12的部分對溫度交換以及濕度交換起到了有效的幫助。
另一方面，濕潤氣體流路48(圖3)、第一濕潤氣體進氣岐管、第一濕潤氣體排氣岐管、第二干燥氣體進氣岐管以及第二干燥氣體排氣岐管通過加濕膜12被重疊在干燥氣體分離器13上時，濕潤氣體分離器14則被重疊在干燥氣體流路23、第二濕潤氣體進氣岐管44、第二濕潤氣體排氣岐管43、第一干燥氣體進氣岐管28以及第一干燥氣體排氣岐管29上地設(shè)置。并且，濕潤氣體分離器14與將干燥氣體分離器13在短邊方向翻過來一樣。
干燥氣體分離器13的相當于水分傳送部15的部分是干燥氣體流路23、集約連通槽37、38。另外，相當于岐管部16的部分是干燥氣體進氣岐管28、干燥氣體排氣岐管29、濕潤氣體進氣岐管44以及濕潤氣體排氣岐管43。另外，相當于密封部17的部分是側(cè)框狀部19a、19b、端框狀部21a、21b、上面密封部31、下面密封部32。
干燥氣體分離器13以及濕潤氣體分離器14的材質(zhì)例如是聚苯撐亞硫酸鹽(PPS)樹脂、通過樹脂成型法形成。例如，準備一個可以向干燥氣體分離器13以及濕潤氣體分離器14的共同的層疊方向進行分割的可分模具，將液體狀的PPS注入該模具中，凝固后將模具分割、取出成型物。干燥氣體分離器13以及濕潤氣體分離器14的形狀是長邊為32cm、短邊為15cm、厚度為2.75mm的長方體。
另外，如圖8所示，通過在圍繞著干燥氣體分離器13的濕潤氣體進氣岐管44或濕潤氣體排氣岐管43的側(cè)框狀部19a、19b或端框狀部21a、21b的部分上形成V槽46，可以提高與加濕膜12的交界層的密封性。
以下，參照圖9對加濕膜12進行說明。
加濕膜12是介于濕潤氣體和干燥氣體之間、可以透濕水分的膜，主要由多孔質(zhì)的聚四氟乙烯(PTFE)樹脂形成，加濕膜12的厚度為100μm左右。
另外，加濕膜12在與干燥氣體分離器13重疊時，在與第一干燥氣體進氣岐管28、第一干燥氣體排氣岐管29、第二濕潤氣體排氣岐管43以及第二濕潤氣體進氣岐管44重疊的位置上設(shè)置有貫通孔50。該貫通孔50相當于加濕膜12的岐管部16的部分。
并且，加濕膜12在與干燥氣體分離器13重疊時，在與側(cè)框狀部19a、19b、端框狀部21a、21b、上面密封部31、下面密封部32重疊的位置上設(shè)置有填充了樹脂的樹脂填充部51。該樹脂填充部51相當于加濕膜12的密封部17的部分。并且，被填充部51圍繞的加濕膜12的中央部是相當于加濕膜12的水分傳送部15的部分。
以下，就向加濕膜12填充的樹脂材料進行說明?？梢杂糜谠撚猛镜臉渲牧鲜窃诩訚衿鲀?nèi)的環(huán)境下具有穩(wěn)定性，特別需要可以長時間經(jīng)受加濕器內(nèi)的濕潤氣體的材料。另外，由于需要向加濕膜12內(nèi)部填充，因此在進行填充操作時需要流動性。
填充的樹脂如果能將加濕膜12粘接在干燥氣體分離器13以及濕潤氣體分離器14上，則加濕膜12可以更加均勻地被干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14支撐，并且，可以使加濕膜12、干燥氣體分離器13以及濕潤氣體分離器14形成一體化。通過這樣形成一體化，對加濕層疊體2的使用更加容易，并且可以防止氣體向外部泄漏。
樹脂的填充量大于等于加濕膜12中的空穴容積的100體積％并且小于140體積％，其中最好是大于等于110體積％小于等于120體積％。如果在該范圍內(nèi)，氣體泄漏等問題尤其少。相當于水分傳送部15的加濕膜12內(nèi)的空穴不會被樹脂堵塞，或者剩余樹脂滲漏到加濕元件1的外面?zhèn)?、發(fā)生問題的情況少。如果超過空穴體積的140體積％，則樹脂的滲出量增多，相當于水分傳送部15的加濕膜12內(nèi)的空穴被樹脂堵塞等問題非常明顯。
具有上述性能的樹脂材料有可以向加濕膜12內(nèi)進行填充的流動性樹脂。流動性樹脂是指粘度小到可以滲透到多孔體的加濕膜12的空穴內(nèi)的程度的樹脂。流動性樹脂有熱可塑性樹脂或在硬化前有足夠的流動性向加濕膜12內(nèi)填充的熱硬化性樹脂等。
作為進行填充的樹脂材料可以使用熱可塑性樹脂，該樹脂是最好通過加熱可以得到填充所需要的流動性。如果使用熱可塑性樹脂，則通過填充作業(yè)后的冷卻可以迅速硬化，因此提高了操作效率。
但是，使用熱可塑性樹脂的情況下，需要是加濕器的運轉(zhuǎn)溫度不會使其流動的材料。因此，至少填充的樹脂的熔點必須高于高溫的濕潤氣體的最高溫度。例如，一般的濕潤氣體的溫度為90℃以下，則需要使用90℃的溫度下不會流動的樹脂。
并且，進行熱可塑性樹脂的填充作業(yè)所需溫度必須低于加濕膜12的耐熱溫度。
另外，熱可塑性樹脂的熔點低于加濕膜12的耐熱溫度的情況下，通過加熱使熱可塑性樹脂再熔化，可以使干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14與加濕膜12粘接、形成一體化。
作為具有這樣的特性的熱可塑性樹脂，最適合使用統(tǒng)稱為熱熔的樹脂。作為代表性的熱熔樹脂有以聚乙烯或聚丙烯為代表的聚烯烴類的樹脂或使聚烯烴與聚醋酸乙烯等進行共聚合、提高熔融溫度或粘接性的樹脂。如果使用這樣的聚烯烴類的樹脂，則可以以比一般的200℃的加濕膜材料耐熱溫度低很多的溫度使樹脂流動。
另外，聚烯烴類的樹脂是即使被暴露在濕潤氣體的溫度為90℃以下的高濕空氣中也比較穩(wěn)定的材料，可以適用。
作為同樣可以使用的熱可塑性樹脂有尼龍11、尼龍12、共聚合尼龍類的樹脂。另外，有以二甲酯或其共聚合體為代表的聚酯類的樹脂。由于這種聚酯類樹脂防水性好，因此，可以適用于暴露在水分中的加濕器。另外，同樣可以使用丁烯類樹脂、聚甲基丙烯甲酯、無定型聚酰胺樹脂。
另外，可以使用聚乙烯醇縮甲醛·酚醛樹脂類、丁腈橡膠·酚醛樹脂類、尼龍·環(huán)氧類、丁腈橡膠·環(huán)氧類等聚合物混合體型的樹脂中的無溶劑類的材料。
另外，進行填充的樹脂同樣也可以使用以下樹脂，即在未硬化階段具有充分的流動性，之后通過與硬化劑的反應(yīng)或者加熱可以硬化。例如，填充混合了硬化劑的環(huán)氧樹脂、然后通過進行加熱等的硬化處理可以進行使用。同樣可以使用的樹脂材料有液態(tài)丙烯酸類樹脂、硅酮類樹脂、酚醛樹脂、蜜胺甲醛樹脂、不飽和聚酯類樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂等。另外，如果使用硬化型硅酮類樹脂，干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14的粘接性高，可以制作氣體密封性高的加濕元件1。
將熱可塑性樹脂向加濕膜12填充的方法可以使用注射模塑成型或類似的方法、壓縮成型或類似的方法等。例如，將加濕膜12放入鑄模、壓入流動性的樹脂的方法。另外，作為更加簡便并且可以使單位面積的填充量均勻的方法有重疊規(guī)定厚度的熱可塑性樹脂片和加濕膜12、用熱壓進行壓入的方法。如果在減壓下進行這些樹脂填充作業(yè)，則在樹脂填充部51的內(nèi)部不產(chǎn)生氣泡，因此可以得到氣體截斷性更高的樹脂填充部51。被這樣進行填充的樹脂如果是熱可塑性樹脂則通過冷卻，如果是熱硬化性樹脂則通過進行規(guī)定的硬化處理成為可以作為用于加濕元件1進行使用的狀態(tài)。
將熱可塑性樹脂填充到加濕膜12內(nèi)，之后通過將加濕膜12與干燥氣體分離器13以及濕潤氣體分離器14層疊、一面進行加壓一面升溫，使填充后的熱可塑性樹脂進行再流動，可以使干燥氣體分離器13以及濕潤氣體分離器14與加濕膜12成為一體化。利用這樣的方法進行一體化的加濕元件1從加濕膜12到干燥氣體分離器13以及濕潤氣體分離器14在樹脂層被以簡單的結(jié)構(gòu)進行一體化，可以得到以下的加濕元件1，即不僅加濕膜12的保持穩(wěn)定性高，而且氣密可靠性以及使用性高。
以下，就加濕元件1的制造進行更詳細的說明。圖10是將樹脂填充到未填充加濕膜52中的熱壓狀態(tài)的說明圖。圖11是將加濕層疊體進行層疊的狀態(tài)的說明圖。
首先從厚度為100μm的多孔質(zhì)的聚四氟乙烯(PTFE)樹脂片上裁剪成長邊為32cm、短邊為15cm的長方形，并且設(shè)置貫通孔50、準備出未填充加濕膜52。
然后從厚度為100μm的聚烯烴類的熱熔薄膜裁剪成與加濕膜12的樹脂填充部51重疊的形狀、準備出樹脂片53。
然后，如圖10所示，將該樹脂片53與未填充加濕膜52重合，從樹脂片53側(cè)利用熨斗將樹脂片53臨時固定在未填充加濕膜52上，將其設(shè)置在熱壓機54的圓盤55之間，然后形成真空狀態(tài)，通過以溫度為150℃、加壓為100kPa進行熱壓，將樹脂片53的樹脂填充到未填充加濕膜52內(nèi)部，制成設(shè)置有樹脂填充部51的加濕膜12。填充后的樹脂的體積為加濕膜12內(nèi)空穴體積的大約110體積％。該樹脂薄膜的流動開始溫度大約為120℃、150℃時的熔融粘度約為40000pois。
然后，如圖11所示，以干燥氣體分離器13、形成樹脂填充部51的加濕膜12、濕潤氣體分離器14、形成樹脂填充部51的加濕膜12的順序、重合需要的張數(shù)，將其設(shè)置在熱壓機54的圓盤55之間，然后形成真空狀態(tài)，通過以溫度為150℃、加壓為100kPa進行五分鐘熱壓，被填充在樹脂填充部51的樹脂進行再熔化，制成以下加濕層疊體2，即干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14從兩側(cè)在對應(yīng)密封部17的位置上被粘接在加濕膜12上。
然后分別用螺栓9和螺母10將入口保持板3和出口保持板4固定在加濕層疊體2的層疊方向的上下。最后，將干燥氣體輸入管道5以及濕潤氣體輸出管道6安裝在入口保持板3上，將干燥氣體輸出管道7以及濕潤氣體輸入管道8安裝在出口保持板4上，完成了加濕器的組裝。
將這樣構(gòu)成的加濕器如圖12所示地設(shè)置。即，加濕膜12的法線向著垂直方向水平設(shè)置，因此，干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14也被水平地與加濕膜12相接地層疊。
另外，入口保持板3與最下層的加濕元件1相接層疊，出口保持板4與最上層的加濕元件1相接層疊。
以下，參照圖5、圖7，就使用該第一實施方式的加濕器、將水分從濕潤氣體向干燥氣體傳送的狀態(tài)進行說明。從干燥氣體輸入管道5供給干燥氣體，經(jīng)過入口保持板3的孔11、流入設(shè)置在干燥氣體分離器13上的第一干燥氣體進氣岐管28。然后，干燥氣體通過干燥氣體分離器13的集約連通槽37、流入第一干燥氣體流路23，被從集約連通槽38向第一干燥氣體排氣岐管29導入。然后，從第一干燥氣體排氣岐管29經(jīng)過出口保持板4的孔11、流入干燥氣體輸出管道7。該干燥氣體被向燃料電池供給。
向燃料電池供給的干燥氣體被水濕潤，該水是氫與氧的反應(yīng)產(chǎn)生的水以及隨著質(zhì)子被離子交換膜傳送來的水，作為濕潤氣體被排出。這樣，濕潤氣體的濕度高于干燥氣體。
該濕潤氣體被從濕潤氣體輸入管道8供給，經(jīng)過出口保持板4的孔11，被吸入設(shè)置在濕潤氣體分離器14上的第一濕潤氣體進氣岐管。并且，濕潤氣體從濕潤氣體分離器14的集約連通槽37在濕潤氣體流路48中流動，被從集約連通槽38向第一濕潤氣體排氣岐管導入。并且，從第一濕潤氣體排氣岐管經(jīng)過入口保持板3的孔11、向濕潤氣體出口管道6導入，向外部排出。
并且，干燥氣體和濕潤氣體穿過加濕膜12、與干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14的長邊平行地對流，流入干燥氣體流路23和濕潤氣體流路48。這樣，從濕潤氣體向干燥氣體的水分傳送在流動的干燥氣體和濕潤氣體之間通過加濕膜12進行，干燥氣體的溫度上升。
另外，對供給燃料電池的空氣進行加濕時，向濕潤氣體側(cè)供給高溫水或高溫高濕的燃料電池的排氣，向干燥氣體側(cè)供給常溫的空氣。
另外，對供給燃料電池的空氣進行加濕時，向干燥氣體側(cè)供給經(jīng)過改性器改性的濃的氫改性氣體或者純氫氣。
另外，使用全熱交換膜的情況下，利用從燃料電池排出的燃料排放氣等高濕度氣體。
為了與本第一實施方式的加濕器進行比較，準備了特開2003-314983號公報中所述的加濕器作為比較例1。該比較例1的加濕器是周邊框架被環(huán)繞的框架形狀，框狀部形成上下方向開放的內(nèi)部空間，在內(nèi)部空間上形成氣體進出的流入口和流出口。加濕膜是介于濕潤氣體和干燥氣體之間、進行熱交換的同時透濕水分的膜?？驙畈坑蒔PS樹脂形成，另外，加濕膜與第一實施方式相同由樹脂PTFE形成。該內(nèi)部空間的上下以框狀部、加濕膜、框狀部的順序依次重疊進行氣密堵塞，對外部形成氣密的層疊體。
在層疊體的四個側(cè)面中，將一個側(cè)面?zhèn)茸鳛槔鐫駶櫄怏w入口，將與該側(cè)面?zhèn)认鄬Φ牧硪粋€側(cè)面?zhèn)茸鳛闈駶櫄怏w出口，再將一個側(cè)面?zhèn)茸鳛楦稍餁怏w入口，將與該側(cè)面?zhèn)认鄬Φ牧硪粋€側(cè)面?zhèn)茸鳛楦稍餁怏w出口，設(shè)置分別對應(yīng)的進排氣用外部岐管。將這樣構(gòu)成的框狀部與加濕膜，例如10個框狀部和9張加濕膜交錯層疊，使通過內(nèi)部空間的氣體流路交差、使干燥氣體和濕潤氣體的流動成為正交流(直交流)，來進行通過加濕膜的水分的傳送。
密封上述第一實施方式的加濕器與比較例1的加濕器的干燥氣體輸出管道7，將干燥氣體改變壓力向干燥氣體輸入管道5進行輸入，測定此時的加濕膜12的每一層的泄漏量(Ncc/min/層)。壓力對于比較例1為1、1.5、2、3、4、6、7(kPa)，對于第一實施方式為3、5、7、10(kPa)。如圖13所示，相對在比較例1中，用壓力1(kPa)表示泄漏量10(Ncc/min/層)，在第一實施方式中用壓力7(kPa)表示泄漏量0.003(Ncc/min/層)，實現(xiàn)了約一萬分之一以下的泄漏量。
這樣，由于向加濕膜12的樹脂填充部51填充了樹脂，因此，可以防止干燥氣體、濕潤氣體向著面方向滲透到加濕膜12內(nèi)向外部泄漏。
并且，由于干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14的側(cè)框狀部19a、19b或端框狀部21a、21b被樹脂粘接在加濕膜12上，因此可以防止氣體沿著加濕膜12與干燥氣體分離器13、加濕膜12與濕潤氣體分離器14的界面泄漏。
另外，由于加濕膜12的樹脂填充部51的外形與干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14的框狀部22的外形相同，因此，在加濕膜12的外周上不存在僅有容易形成通道的樹脂的部分、可以實現(xiàn)高性能的密封。
另外，由于填充的樹脂的體積比加濕膜12的所有的空穴容積的總和還要多，因此，加濕膜12的空穴的氣體被填充的樹脂向外部擠出，可以消除有氣體殘留的空穴。
另外，由于從上方層疊的加濕膜12和圍繞第一干燥氣體進氣岐管28的上面密封部31被粘接，因此，第一干燥氣體進氣岐管28被氣封。另外，由于從下方層疊的加濕膜12和圍繞第一干燥氣體進氣岐管28的下面密封部32被粘接，因此第一干燥氣體進氣岐管28被氣封。因此，加濕膜12與上面密封部31以及下面密封部32之間沒有階梯差或材料差，可以得到良好的密封性。
另外，由于干燥氣體分離器13與濕潤氣體分離器14是在短邊方向翻過來的關(guān)系，可以利用通用的模具進行樹脂成型，因此，使用通用的模具可以降低成本。另外，由于制造相同的零件，因此可以只用少量的工數(shù)。
另外，干燥氣體分離器13的支撐壁40與濕潤氣體分離器14的支撐壁40在集約連通槽37、38上交差，可以用更少的支撐壁40有效地支撐加濕膜12。
另外，由于使加濕膜12介于多條直線狀的流路槽內(nèi)，流路槽被分別設(shè)置在干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14上，干燥氣體以及濕潤氣體被對流(逆流)地流動，因此，可以輸出高露點并且被進行高壓力的加熱加濕的干燥氣體。
另外，通過將加濕膜12、干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14在上下方向?qū)盈B設(shè)置，由于冷凝后的水分的液體膜將加濕膜12的表面弄濕，水分向在加濕膜12的正下方流動的干燥氣體傳遞，使水分從上到下移動的重力方向與水分通過膜進行移動的方向一致，因此水分容易移動，可以改善濕度效率、可以輸出高露點的干燥氣體。
另外，由于可以不兼用冷卻水的熱利用，因此，不用多余的成本就可以提供經(jīng)濟的加濕器。
另外，第一實施方式的加濕器的結(jié)構(gòu)是用一個分離器的正反面供給相同的氣體，每個分離器改變氣體的種類，但即使在分離器的厚度方向的中間設(shè)置截斷氣體透過的板，使干燥氣體和濕潤氣體向分離器的正反面流通，對密封性也沒有影響。
另外，向第一實施方式的加濕器供給濕潤氣體，根據(jù)加濕膜的性質(zhì)、例如使用固體高分子膜的加濕器的情況下，供給作為燃料電池的冷卻水的冷卻水來代替濕潤氣體，也同樣有密封效果。
另外，利用全熱交換膜的加濕器的情況下，將從燃料電池排出的燃料排放氣作為濕潤氣體進行流動也同樣有密封效果。
第二實施方式圖14是向本發(fā)明的第二實施方式的加濕膜內(nèi)填充樹脂的熱壓狀態(tài)的說明圖。
制造第二實施方式的加濕器的工序與制造第一實施方式的加濕器的工序相比較，向加濕膜填充樹脂的工序不同，其他的工序相同，因此省略對同樣工序的說明。另外，制造后的加濕器與作為第一實施方式進行說明的相同，因此在說明中使用同樣的符號。
首先，為了向第二實施方式的加濕膜12的樹脂填充部51填充樹脂，與第一實施方式相同準備未填充加濕膜52。
然后，從厚度為55μm的聚烯烴類的熱熔薄膜裁剪成與加濕膜12的樹脂填充部51完全相同的形狀、準備出樹脂片53B。該樹脂片53B只是厚度與第一實施方式的樹脂片53不同。
然后，如圖14所示，將該樹脂片53B從未填充加濕膜52的兩側(cè)重合、設(shè)置在熱壓機54的圓盤55之間，然后形成真空狀態(tài)，通過以溫度為150℃、加壓為100kPa進行熱壓，將樹脂片53B的樹脂填充到未填充加濕膜52的內(nèi)部，制成設(shè)置有樹脂填充部51的加濕膜12。填充的樹脂的體積為加濕膜12內(nèi)空穴體積的約110體積％。
這樣的樹脂填充方法由于是將厚度為一半的樹脂片53B從未填充加濕膜52的兩側(cè)進行填充，因此可以使樹脂對空穴進行高效率的填充。
第三實施方式圖15是層疊本發(fā)明的第三實施方式的加濕元件、制造加濕層疊體的狀態(tài)的說明圖。另外，由于被制造的加濕器與作為第一實施方式進行說明的相同，因此在說明中使用相同的符號。
向第三實施方式的未填充加濕膜52填充樹脂的工序與第一、第二實施方式的不同，是向未填充加濕膜52填充樹脂的同時將干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14進行層疊、制造加濕層疊體2的工序。另外，未填充加濕膜52、干燥氣體分離器13、濕潤氣體分離器14是與第一實施方式相同進行準備的。另外，樹脂片53B與第二實施方式相同進行準備。
如圖15所示，加濕層疊體2是在熱壓機54的圓盤55上，按照濕潤氣體分離器14、樹脂片53B、未填充加濕膜52、樹脂片53B、干燥氣體分離器13、樹脂片53B、未填充加濕膜52、樹脂片53B的順序重疊，形成需要的加濕元件1的數(shù)量，然后形成真空狀態(tài)，通過以溫度為150℃、加壓為100kPa進行五分鐘熱壓，將樹脂填充到樹脂填充部51的同時，干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14從兩側(cè)在相當于密封部17的位置上被粘接在加濕膜12上，制造出加濕層疊體2。
這樣的加濕層疊體2在熔融的樹脂被填充到加濕膜12的空穴的同時，由于樹脂被熱粘接在沿著相當于干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14的密封部17的部分的微小的凹凸的形狀上，因此，氣體不會從加濕膜12以及加濕膜12與干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14的任何一個界面泄漏。
第四實施方式圖16是本發(fā)明的第四實施方式的加濕元件的俯視圖。并且，圖16是在下方看加濕膜被放置在最上層的加濕元件的俯視圖。在相當于水分傳送的部分上，用虛線表示干燥氣體流路和濕潤氣體流路的狀態(tài)。
第一實施方式的加濕器是干燥氣體和濕潤氣體對流地流動。另一方面，第四實施方式的加濕器是干燥氣體和濕潤氣體正交流地流動。
干燥氣體從圖16所示的干燥氣體進氣岐管28B在圖16的右手方向向與干燥氣體進氣岐管28B連通的干燥氣體流路流動，從與該干燥氣體流路連通的干燥氣體排氣岐管29B排出。另外，濕潤氣體從濕潤氣體進氣岐管44B向著圖16的下方、向與濕潤氣體進氣岐管44B連通的濕潤氣體流路流動，從與該濕潤氣體流路連通的濕潤氣體排氣岐管43B排出。并且，在流入各個流路期間，水分通過加濕膜12B從濕潤氣體向干燥氣體傳送。
如圖16所示，在第四實施方式的加濕膜12B中，由加濕膜12B的外邊緣部和圍繞著岐管28B、29B、43B、44B的部分構(gòu)成的樹脂填充部51B被樹脂填充。另外，由于與第一實施方式同樣用熱壓層疊加濕層疊體，因此，加濕膜12B與干燥氣體分離器和濕潤氣體分離器被填充在樹脂填充部51B的樹脂粘接。
這樣，由于在直交流的加濕器上，樹脂被填充在加濕膜12B的樹脂填充部51B，因此，在加濕膜12B的面內(nèi)，干燥氣體和濕潤氣體不會向面方向泄漏。另外，由于加濕膜12B與干燥氣體分離器的界面以及加濕膜12B與濕潤氣體分離器的界面通過樹脂被粘接，因此，干燥氣體和濕潤氣體不會沿著界面泄漏。
第五實施方式圖17是本發(fā)明的第五實施方式的加濕元件的剖視圖。
第五實施方式的加濕元件1B與第一實施方式的干燥氣體分離器13和濕潤氣體分離器14不同。由于其他部分相同，因此，同樣的部分用相同的符號，省略其說明。
如圖17所示，第五實施方式的干燥氣體分離器13B和濕潤氣體分離器14B設(shè)置有在一個面上有底、另一個面是開口的干燥氣體流路23B和濕潤氣體流路48B。
第五實施方式的加濕器被如下所示地制造。加濕膜12是與第一實施方式相同地通過將樹脂片53熱壓、將樹脂填充到未填充加濕膜52上進行準備。然后，將干燥氣體流路23B的開口和濕潤氣體流路48B的開口面向著加濕膜12、從加濕膜12的兩面進行層疊，設(shè)置在熱壓機54的圓盤55之間，然后形成真空狀態(tài)，通過以溫度為150℃、加壓為100kPa進行五分鐘熱壓，被填充在樹脂填充部51的樹脂進行再熔化，制成以下加濕元件1B，即干燥氣體分離器13B和濕潤氣體分離器14B從兩側(cè)在對應(yīng)密封部17的位置上被粘接在加濕膜12上。然后，將所需要數(shù)量的加濕元件1B進行層疊、用螺栓9和螺母10固定。
在這樣的加濕器中，由于加濕膜12被與干燥氣體分離器13B和濕潤氣體分離器14B粘接，因此，加濕膜12不容易起皺。
并且，即使起皺也可以通過簡單的目視進行判斷，可以進行高效率的層疊，可以提供低成本、高質(zhì)量的加濕器。
權(quán)利要求
1.一種加濕器，具有透濕水分的加濕膜以及氣體分離器，所述氣體分離器具有向?qū)盈B方向的至少一方開口的一條或兩條流路，流入干燥氣體或濕潤氣體中的至少一種，所述加濕器以上述加濕膜、上述氣體分離器、上述加濕膜、上述氣體分離器的順序，或上述氣體分離器、上述加濕膜、上述氣體分離器的順序重復層疊，其特征在于，上述氣體分離器具有圍繞著上述流路的框狀部，上述加濕膜被層疊時，與上述氣體分離器的上述框狀部相對的部分由樹脂填充。
2.如權(quán)利要求1所述的加濕器，其特征在于，上述框狀部通過樹脂粘接在與上述框狀部相對部分的加濕膜上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的加濕器，其特征在于，上述樹脂是流動性樹脂的硬化物。
4.如權(quán)利要求1或2所述的加濕器，其特征在于，上述樹脂是具有比上述濕潤氣體的溫度高的熔點的熱可塑性樹脂。
5.如權(quán)利要求1或2所述的加濕器，其特征在于，上述樹脂是以聚烯烴類為主要成分的熱熔樹脂。
6.如權(quán)利要求1或2所述的加濕器，其特征在于，上述干燥氣體是供給燃料電池的氣體。
7.一種加濕器的制造方法，所述加濕器以透濕水分的加濕膜、具有向?qū)盈B方向的兩個方向開口的一個或兩個流路并流入干燥氣體或濕潤氣體的至少一種的氣體分離器、上述加濕膜以及上述氣體分離器的順序重復層疊，其特征在于，具有以下工序，即，將樹脂片層疊在上述加濕膜上后，從兩面進行加壓加熱、熔化上述樹脂片，向上述加濕膜填充樹脂，所述樹脂片被裁剪成被層疊的與上述加濕膜相接的上述氣體分離器的框狀部的面的形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的加濕器的制造方法，其特征在于，具有以下工序，即以上述氣體分離器、填充有上述樹脂的加濕膜、上述氣體分離器以及填充有上述樹脂的加濕膜的順序進行重復層疊，以在層疊方向夾持的形式進行加壓加熱，使上述樹脂再熔化，將上述氣體分離器與上述加濕膜粘接，來制造層疊體。
9.如權(quán)利要求7或8所述的加濕器的制造方法，其特征在于，填充上述樹脂的工序是從上述加濕膜的兩面分別層疊上述裁剪的樹脂片后，以層疊方向夾持的形式進行加壓加熱，使上述樹脂片熔化，向上述加濕膜填充樹脂。
10.如權(quán)利要求7或8所述的加濕器的制造方法，其特征在于，向每一張上述加濕膜填充的樹脂片的厚度總和大于等于上述加濕膜的厚度。
11.一種加濕器的制造方法，所述加濕器層疊由具有向?qū)盈B方向的一方開口的一個流路并流入干燥氣體或濕潤氣體的氣體分離器、透濕水分的加濕膜以及上述氣體分離器構(gòu)成的多個加濕元件，其特征在于，具有填充樹脂的工序和制造加濕元件的工序，該填充樹脂的工序是將樹脂片層疊在上述加濕膜上后，從兩面進行加壓加熱、熔化上述樹脂片，向上述加濕膜填充樹脂；所述樹脂片被裁剪成被層疊的與上述加濕膜相接的上述氣體分離器的框狀部的面的形狀；該制造工序是從填充有上述樹脂的加濕膜的兩面層疊上述氣體分離器，以在層疊方向夾持的形式進行加壓加熱，使上述樹脂熔化，將上述氣體分離器粘接在上述加濕膜上，來制造加濕元件。
12.如權(quán)利要求11所述的加濕器的制造方法，其特征在于，填充上述樹脂的工序是從上述加濕膜的兩面分別層疊上述裁剪的樹脂片后，以層疊方向夾持的形式進行加壓加熱，使上述樹脂片熔化，向上述加濕膜填充樹脂。
13.如權(quán)利要求11或12所述的加濕器的制造方法，其特征在于，向每一張上述加濕膜填充的樹脂片的厚度總和大于等于上述加濕膜的厚度。
14.一種加濕器的制造方法，所述加濕器以透濕水分的加濕膜、具有向?qū)盈B方向的兩個方向開口的兩個流路或者一個流路并流入干燥氣體或濕潤氣體的至少一種的氣體分離器、上述加濕膜以及上述氣體分離器順序進行重復層疊，其特征在于，具有以下工序，即，以上述氣體分離器、被裁剪成被層疊的與上述加濕膜相接的上述氣體分離器的框狀部的面的形狀的樹脂片、上述加濕膜的順序重復層疊后，以在層疊方向夾持的形式進行加壓加熱，熔化上述樹脂片，向上述加濕膜填充樹脂的同時，將上述氣體分離器粘接在上述加濕膜上，來制造層疊體。
15.如權(quán)利要求14所述的加濕器的制造方法，其特征在于，制造上述層疊體的工序是以上述氣體分離器、上述樹脂片、上述加濕膜、上述樹脂片的順序進行重復層疊后，以在層疊方向夾持的形式進行加壓加熱，熔化上述樹脂片，向上述加濕膜填充樹脂的同時，將上述氣體分離器粘接在上述加濕膜上，來制造層疊體。
全文摘要
提供滲透加濕膜的面內(nèi)或者加濕膜與分離器的界面的氣體泄漏少的加濕器及其制造方法。加濕器具有透濕水分的加濕膜以及氣體分離器，該氣體分離器具有向?qū)盈B方向的至少一方開口的一條或兩條流路，并流入干燥氣體或濕潤氣體中的至少一種，以上述加濕膜、上述氣體分離器、上述加濕膜、上述氣體分離器的順序或上述氣體分離器、上述加濕膜、上述氣體分離器的順序重復層疊的加濕器，上述氣體分離器具有圍繞著上述流路的框狀部，上述加濕膜被層疊時，相對上述氣體分離器的上述框狀部的部分被樹脂填充。
文檔編號H01M8/04GK1782652SQ20051007815
公開日2006年6月7日 申請日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者岡田達典, 吉安一, 林龍也, 市村英男 申請人:三菱電機株式會社