将水从废气流废气转移到供给气流的供给空气的加湿装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1和13的相应前序部分的用于将水和/或水蒸气从废气流的废气中转移到供给气流的供给空气中的加湿装置。

背景技术

在文件DE 10 2013 020 503 A1中描述了一种普通的加湿装置，其在外壳中具有板叠，该板叠具有水蒸气可渗透的膜，该膜布置在单个板之间或之上。壳体具有用于保持板叠的支柱，其中，在支柱与单个板之间的连接是通过侧向突出的连接凸耳进行的，该连接凸耳突出到容纳槽中。这种设计的缺点在于，由单个板构成的板叠相对不利于以尺寸和形状精确的方式来制造，使得其只能以较大的努力和足够的精确度来定位和适当地固定在壳体中。

因此，本发明的目的是提供一种加湿装置的改进的或至少不同的实施例。特别地，应尝试补偿在制造过程中发生的板叠的尺寸和形状的误差。

在本发明中，该目的特别是通过独立权利要求的主题来实现。有利的实施例是从属权利要求和说明书的主题。

发明内容

本发明的基本思想是：借助于自动补偿长度差的扩展装置来补偿板叠的尺寸和形状的误差。

为此，提供一种加湿装置，其用于将水和/或水蒸气从废气流的废气中转移到供给气流的供给空气中，所述加湿装置特别是用于燃料电池，所述加湿装置具有板叠，该板叠具有沿纵向轴线的纵向延伸。该板叠具有单独的各个板，并且该单个板在纵向轴线方向上接触并且一致地彼此堆叠。单个板又分别具有透液膜，用于将水和/或水蒸气从富含水和/或水蒸气的废气流的废气中转移到供给气流的供给空气中，以使该供给空气富含水和/或水蒸气。进一步设置使加湿装置配备有壳体，该壳体形成至少一个壳体开口，有利地形成两个壳体开口。在加湿装置的组装状态下，板叠通过这些壳体开口之一完全插入壳体中。相应的或所有的壳体开口被至少一个壳体盖完全封闭，特别是流体地密封。根据本发明，在壳体盖和板叠之间沿纵向轴线的方向形成补偿室，其中布置有至少一个，优选恰好是一个扩展装置，该扩展装置使板叠和壳体盖在纵向轴线方向上扩展开。通过扩展开，即通过扩展装置自动的长度改变，能够补偿在生产单个板和/或组装单个板以形成板叠时沿纵向轴线方向发生的尺寸和形状的误差、尤其是单个板或板叠的高度偏差。高度偏差能够看作是单个板或板叠的计划标准尺寸与实际达到的实际尺寸之间的差。在实践中，这些尺寸和形状误差，尤其是高度偏差，能够达到几微米到几毫米。通过补偿这些高度偏差，板叠能够有利地相对容易地定位和固定在壳体中。

扩展装置能够相对于纵向轴线以力配合和形状配合的方式固定或安装板叠。通过在纵向方向上固定或安装板叠，除了能够有利地实现补偿尺寸和形状误差之外，板叠特别是相对于壳体和/或壳体盖实际上是不动的或不移动的。因此，能够省去用于固定板叠的其他固定装置，这进一步提高了根据本发明的加湿装置的组装便利性。

扩展装置能够有利地以力配合和形状配合的方式支承在板叠和/或壳体盖处。扩展装置因此接触地支承在板叠处和/或壳体盖处。因此，扩展装置相对有利地布置在加湿装置的壳体内。

同样有利的是，扩展装置与板叠和/或壳体盖一体地构成。因此，板叠和/或壳体盖能够与扩展装置形成一件式组装单元，这例如使得加湿装置的组装更有利。

进一步有利地是，扩展装置相对于壳体、相对于板叠以及相对于壳体盖形成单独的单个部件。因此，相应的扩展装置是单独的单个部件，其能够例如有利地由外部供应商更换或者设置。

特别地，所述补偿室能够至少部分地由壳体的壳体部分横向于纵向轴线框住。扩展装置能够以力配合和形状配合的方式支承在相应的壳体部分处，并且有利地支承在壳体盖和/或板叠处。

扩展装置能够有利地具有单独的压缩弹簧、单独的密封板和单独的板密封件，所述压缩弹簧特别是螺旋压缩弹簧，其接触地支承在壳体盖处。压缩弹簧有利地在纵向轴线的方向上延伸穿过补偿室，并且接触地支承在密封板处，其中，补偿室内部的密封板从内部沿纵向轴线的方向可移动地安装在壳体处。密封板在其背离压缩弹簧的一侧支承板密封件，当受到密封弹簧的力时，该板密封件接触地抵靠板叠，以使板叠相对于补偿室密封。这样做的优点是：板叠通过弹簧在纵向轴线的方向上预紧，并且特别地，补偿室相对于板叠，特别是相对于废气流的废气和供给气流的供给空气流体地分开。因此，废气和/或供给空气不能进入补偿室。压缩弹簧实际上与壳体盖一体地设计。

进一步有利地，扩展装置能够具有与壳体盖一体形成的至少一个板簧、单独的密封板和单独的板密封件，其中，该至少一个板簧相对于纵向轴线成角度、特别是成45°的角度地通过补偿室朝向密封板延伸。至少一个板簧由此能够接触地支承在密封板处。密封板沿纵向轴线的方向在壳体处从内部可滑动地或可移动地安装在补偿室的内部。密封板在背离弹簧的一侧支承板密封件，当受到板簧的力时，板密封件接触地抵靠板叠，以使板叠相对于补偿室密封。这还具有以下优点：板叠通过弹簧在纵向轴线的方向上预紧，并且特别地，补偿室相对于板叠，特别是相对于废气流的废气和供给气流的供给空气流体地分开。因此，废气和/或供给空气不能进入补偿室。

密封板能够实际上由具有圆形或方形罐底的罐体形成。罐体由至少部分地或完全围绕的罐壁框住，该罐壁从罐底以直角或成角度地突出。板密封件是通过平坦的、一件式成形的、圆形或方形的平垫片实现，该平垫片与罐底的面积一致。板密封件能够例如粘合或焊接到密封板上。

扩展装置还能够有利地具有单独的软管密封件、单独的密封板和单独的板密封件，软管密封件接触地支承在壳体盖处和壳体处。软管密封件还相对于纵向轴线横向地完全围绕纵向轴线延伸。此外设置软管密封件沿纵向轴线的方向延伸穿过补偿室并且接触地支承在密封板处。密封板在壳体处从内部沿纵向轴线的方向可滑动或可移动地安装在补偿室的内部。密封板在背离软管密封件的一侧支承板密封件，其中，该板密封件受到软管密封件的力接触地抵靠板叠，以使板叠相对于补偿室密封。可以想到的是，在加湿装置的组装过程中，软管密封件被单独插入。这还具有以下优点：板叠在纵向轴线的方向上预紧，并且特别地，补偿室相对于板叠、特别是相对于废气流的废气和供给气流的供给空气流体地分开。因此，废气和/或供给空气不能进入补偿室。

扩展装置能够实际上由固化的固体密封剂、单独的密封板和单独的板密封件形成。壳体具有至少一个通畅的填充开口，未固化的液体密封剂通过该填充开口流入或能够流入补偿室中，其中，未固化的液体密封剂几乎完全或完全充满补偿室中，使其一方面接触地布置在补偿室的内部的密封板处，并且另一方面接触地布置在壳体盖处和壳体处。流入的未固化的液体密封剂以体积膨胀的方式固化，从而固化的密封剂能够沿纵向轴线的方向朝向密封板和壳体盖施加压力并使密封板和壳体扩展开，其中，板密封件布置在密封板处。密封剂能够由泡沫或硅树脂形成，并且尤其在其固化时膨胀。此外，所述填充开口能够由单独的塞子封闭，或者优选地由固化的密封剂本身封闭。此外，密封板和板密封件能够被设计为一体式组装单元，其能够在加湿装置最终组装之前被粘合到板叠上，由此简化了加湿装置的最终组装。这还具有以下优点：通过体积膨胀的密封装置使板叠在纵向轴线的方向上预紧，并且特别地，补偿室相对于板叠、特别是相对于废气流的废气和供给气流的供给空气流体地分开。因此，废气和/或供给空气不能进入补偿室。

此外，可以设置壳体相对于纵向轴线具有方形或圆形的壳体横截面，该截面的面积在纵向轴线的方向上是恒定的。当然也可以想象其他的壳体横截面。此外，有利的是，所述加湿装置的上述膜彼此平行地定向并且在纵向轴线方向上彼此间隔开。有利地，加湿装置具有至少两个膜，但是在实践中，在单个的加湿装置中将使用多个膜。

实际上，壳体盖能够通过具有中央突出的盖弯曲的圆形或方形的边缘平坦部件形成，盖弯曲和边缘平坦部件限定弯曲体积，其中，在加湿装置的组装状态下将壳体盖布置在壳体上，使得盖弯曲沿纵向轴线的方向从壳体突出，并且使得弯曲体积扩大补偿室的体积。此外，在加湿装置的组装状态下，壳体盖可以以这样的方式布置在壳体上，即，盖弯曲沿纵向轴线的方向朝向板叠突出，并且使得弯曲体积减小补偿室的体积。

可以作为上述基本思想的补充或替代而实现的本发明的另一基本思想是：提供一种加湿装置，其用于将水和/或水蒸气从废气流的废气中转移至供给气流的供给空气中，其中，该加湿装置配备有板叠，该板叠具有沿纵向轴线的纵向延伸。板叠具有单独的各个板，该单个板在纵向轴线的方向上接触并且一致地彼此堆叠，该单个板各自具有透液膜，以将水和/或水蒸气从富含水和/或水蒸气的废气流的废气中转移到供给气流的供给空气中，以使供给空气富含水和/或水蒸气。此外，该加湿装置配备有壳体，该壳体形成至少一个壳体开口，其中，板叠通过这些壳体开口之一完全插入壳体中。此外，设置有至少一个壳体盖，封闭壳体开口，特别是完全封闭该一个壳体开口。在该壳体盖和板叠之间的沿纵向轴线的方向上布置有板密封件，特别是完全布置在壳体内部。对于本发明而言至关重要的是，该壳体盖被形成为封闭盖，并且板密封件接触地布置在该封闭盖处。封闭盖通过该一个壳体开口完全插入壳体中，并且从内部压入或楔入或焊接或粘合到壳体，特别是相对于纵向轴线径向向内指向壳体的内表面。

封闭盖能够有利地由金属材料、塑料材料或复合材料制成。进一步有利地，能够在封闭盖和板密封件上形成至少一个共同的空气通道，该空气通道完全穿透封闭盖和板密封件。空气通道由相对于纵向轴线平行或同轴地延伸的中空圆柱体套管和由相对于纵向轴线平行或同轴延伸的通道开口构成。废气流或供给气流能够通过空气通道施加到板叠上。套管优选一体地布置在封闭盖处，通道开口优选一体地布置在板密封件处。通道开口和套管有利地彼此对准地定向，使得废气流和供给气流可以流过。

特别是一个或更多个部件构成的壳体，有利地由至少一个壳体壁或由多个、特别是材料配合的、连续的壳体壁形成。如果壳体由单个壳体壁形成，则它有利地是相对于旋转轴线旋转对称的圆筒形壳体。如果壳体由多个、特别是材料配合的、连续的壳体壁形成，则它有利地是内部中空的或设计复杂的长方体壳体盒。在任何情况下，壳体都能够由塑料材料、金属材料或复合材料制成，并且特别是能够在适合于相应材料的制造方法的范围内成本有效地制造。

有利地，能够设置加湿装置以在车辆的燃料电池系统内使用。

进一步有利的是，至少一个壳体盖能够模制到壳体上，使得该壳体盖和壳体限定为一件式组装单元。术语“模制”能够表示所述壳体盖制造为单独的组件，并且例如通过粘合或焊接以材料配合的方式一件式地结合到壳体。因此，在壳体上设置的用于壳体盖的壳体开口能够完全封闭，并且特别是流体密封地封闭。但是也可以设置所述壳体盖和壳体一起原始模制成型，使得它们因此构成整体组件。然而，在两种情况下都有利地设置，在加湿装置的组装状态下，能够通过这些壳体开口中的一个或另一个将板叠完全插入或插入到壳体中。在这种情况下，壳体在至少一侧上是敞开的。在加湿装置的组装状态下，用一个或另一个壳体盖将该一个或另一个壳体开口完全封闭，即特别是流体密封地封闭。在壳体盖和壳体一起原始模制成型并且壳体限定或形成单个壳体开口的情况下，仅需要设置单个壳体盖就能够通过该壳体开口插入板叠或将板叠插入到壳体中。结果，能够以相对少量的部件来成本有效地实现加湿装置。上述措施也可以应用到根据本发明提出的其他壳体盖上，特别是无论其形状如何。特别地，如果一个或更多个壳体盖由根据上述说明的封闭盖实现，则也可以使用上述措施。

总而言之，应当注意的是：本发明优选地涉及一种加湿装置，其用于将水和/或水蒸气从废气流的废气中转移到供给气流的供给空气中。对于本发明而言至关重要的是：在加湿装置的壳体的补偿室中布置至少一个扩展装置，该扩展装置使加湿装置的板叠和对壳体进行封闭的壳体盖在纵向轴线的方向上扩展开。

本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、附图以及基于附图的附图说明中得出。

应当理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，上述特征以及在下文中将要说明的特征不仅是在分别给出的组合中使用，还可以是以其他组合方式或者单独使用。

附图中展示出了本发明优选的实施例，并且在下面的说明中对其进行详细说明，其中相同的附图标号表示相同或相似或功能相同的部件。

附图说明

分别示意性地示出：

图1示出了根据本发明的根据第一示例性实施例沿截面被分成两部分的加湿装置的透视图，

图2示出了根据图1中的、沿箭头II进入的加湿装置的侧视图，

图3是如图2所示的根据本发明的另一示例性实施例的加湿装置的侧视图，

图4是如图2和图3所示的根据本发明的另一示例性实施例的加湿装置的侧视图，

图5是如图2至图4所示的根据本发明的另一示例性实施例的加湿装置的侧视图，

图6是如图2至图5所示的根据本发明的另一示例性实施例的加湿装置的侧视图，以及最后地

图7是基本上类似于图2所示的根据本发明的根据另一示例性实施例的加湿装置的侧视图。

具体实施方式

图1至图7示出了根据本发明的加湿装置的几个示例性实施例，每个加湿装置优选地适合于在车辆的燃料电池系统内使用，并且在此总体上用附图标记1表示。在实践中，加湿装置1用于将水和/或水蒸气从废气流2的湿润的废气中转移到供给气流3的干燥的供给空气中。为了简单起见，在图1中用一对箭头示出了废气流2和供给气流3，在实践中，废气流2和供给气流3实际上彼此多次交叉地蜿蜒通过加湿装置1。在实践中，根据本发明的加湿装置1例如与此处未示出的燃料电池互连，以这种方式，使得借助于加湿装置1将富含水和/或水蒸气即用水和/或水蒸气加湿的供给空气经由加湿装置1的套管31提供给燃料电池。燃料电池的高分子电解质膜例如能够在该处被加湿的供给空气加湿。当燃料电池运行时，氧气有利地与氢发生反应进而释放出能量以形成反应产物水和/或水蒸气，该反应产物以湿润的废气形式从燃料电池中流出。为了不使废气从燃料电池中流失而未被使用，能够将废气作为废气流2通过加湿装置1的另一套管流入加湿装置1中。

通过经由加湿装置1的另一套管的干燥的供给空气向加湿装置1进行供给。为了借助于加湿装置1加湿供给空气，将水和/或水蒸气从富含水和/或水蒸气的废气流2的废气中转移，流过加湿装置1到达供给气流3的供给空气中，以使该供给空气富含水和/或水蒸气，为此，废气流2和供给气流3以彼此多次交叉的方式通过。在转移之后，废气流2的已使用的废气能够通过加湿装置1的另一套管流出加湿装置1，并且如上所述，加湿的供给空气能够在燃料电池上使用。

图1示出了根据第一示例性实施例的大致分为两部分的加湿装置1的透视图。它最初具有板叠5，该板叠沿纵向轴线4具有纵向延伸，该板叠具有单独的各个板6，该单个板在纵向轴线4的方向上接触地彼此堆叠。单个板6分别支承有透液膜7，该透液膜用于将水从废气流2的富含水的废气中转移到供给气流3的供给空气中，以使该供给空气富含水。如在图1和图2中能够看到的，加湿装置1具有优选为一件式的壳体8，该壳体例如形成两个壳体开口9，然而，这里仅示出了一个。该一个壳体开口9是矩形的，尽管原则上也能够想到圆形的壳体开口9。在任何情况下，所述板叠5都通过该壳体开口9完全插入到壳体8中，从而使板叠5在周围由壳体8框住、保护和支承。

加湿装置1还具有至少一个壳体盖10，该至少一个壳体盖与壳体开口9中的至少一个一致地构成，并且能够完全封闭该一个壳体开口9，特别是流体密封地封闭。在壳体盖10和板叠5之间沿纵向轴线4的方向上限定有补偿室11，壳体盖在壳体开口9上安装到壳体8上。例如，单个扩展装置12容纳在补偿室11中。该扩展装置12使板叠5和壳体盖10在纵向轴线4的方向上扩展开。

根据图1和图2，作为示例提供了将扩展装置12设计成几个部分，即，它由接触地支承在壳体盖10处的单独的螺旋压缩弹簧14、单独的密封板15和单独的板密封件16形成。压缩弹簧14在纵向轴线4的方向上延伸完全通过补偿室11，从而使该压缩弹簧一方面接触地支承在壳体盖10处，另一方面接触地支承在密封板15处。密封板15在壳体8处从内部沿纵向轴线4的方向可移动地安装在补偿室11的内部。在背离压缩弹簧的大侧，密封板支承例如由弹性密封材料制成的板密封件16。板密封件16通过密封板15受到压缩弹簧14的力，并且在纵向轴线4的方向上接触地夹持到板叠5上，从而将板叠5在纵向轴线4的方向上固定，因此，可以说，板叠5相对于补偿室11密封。

与图2类似，图3示出了根据本发明的另一示例性实施例的加湿装置1的侧视图。它与先前的示例性实施例的不同之处尤其在于：结构上改变了的扩展装置12。此处，扩展装置是由与壳体盖10一体地形成的板簧17、单独的密封板15和单独的板密封件16构成，其中，密封板15和板密封件16相对于前述事例性实施例是相同的。在任何情况下都能够看到，板簧17具有至少两个板簧腿，其中的每一个板簧腿相对于纵向轴线4或壳体盖10成一定角度尤其是成大约45°角地通过补偿室11朝向密封板15延伸，以便在那里接触地抵靠密封板15并将板密封件16密封地夹持在板叠5上。

图1至3中所示的密封板15例如由罐体18形成，该罐体明显地具有矩形的罐底19，该罐底由完全环绕的罐壁20框住。罐壁20例如以与罐底19成直角的突出，其中，板密封件16由平坦的、一件式成形的、弹性平垫片21实现，该密封件在面积上与罐底19一致。

与图2和图3类似，图4示出了根据本发明的另一事例性实施例的加湿装置1的侧视图。它也与先前的示例性实施例的不同之处尤其在于：结构上改变了的扩展装置12。此处，扩展装置是由单独的弹性软管密封件22、单独的密封板15和单独的板密封件16构成。软管密封件22具有弹性材料的特性并且接触地布置在壳体盖10、壳体8和密封板15处。软管密封件完全在补偿室11内部围绕，例如沿壳体开口9围绕，并在纵向轴线4的方向上通过补偿室11扩展，以便以接触地支承方式抵靠密封板15。密封板15在壳体8处从内部沿纵向轴线4的方向可移动地安装在补偿室11的内部，并且在背离软管密封件22的大侧支承板密封件16。该板密封件16通过密封板15受到软管密封件22的力，其结果是，板密封件16以接触的方式夹持到板叠5上。因此，板叠5能够相对于补偿室11密封。

与图2至图4类似，图5示出了根据本发明的另一示例性实施例的加湿装置1的侧视图，其中，相对于前述示例性实施例的不同之处在于：扩展装置12在结构上的改变。即，根据图5的扩展装置12由固化的密封剂23、单独的密封板15和单独的板密封件16构成。此外，与先前的壳体8相比，壳体8具有至少一个填充开口24。在加湿装置1的组装期间，液体(未固化的)密封剂23能够通过该填充开口24流入补偿室11中，特别是使得密封剂完全填充补偿室11。这确保了密封剂23接触地布置或流动，一方面位于补偿室11内部的密封板15处，另一方面位于壳体盖10处和壳体8处。液体密封剂23能够自动地或通过外部激活以体积膨胀的方式固化，使得在固化状态下，液体密封剂使密封板15和壳体盖10在纵向轴线4的方向上扩展开。此外，液体密封剂能够完全密封填充开口24。结果，布置在密封板15处的板密封件16能够受力抵靠板叠5，以便使板叠5相对于补偿室11密封。

前述示例性实施例的共同之处在于：一个或更多个壳体盖10均由具有中央突出的盖弯曲27的圆形或方形的边缘平坦部件26构成，参见图1和2。盖弯曲27和边缘平坦部件26界定或形成弯曲体积28。根据图1和2，可以看到，在加湿装置1的组装状态下，壳体盖10布置在壳体8上，使得盖弯曲27在纵向轴线4的方向上从壳体8突出。由此，弯曲体积28和补偿室11的体积能够相加，即变大。此外，根据图3和图5，还能够设置成，壳体盖10在加湿装置1的组装状态下布置在壳体8处，使得盖弯曲27沿纵向轴线4的方向朝向板叠5突出到壳体8中。由此，补偿室11的体积通过弯曲体积28减小。仅根据图4所示的示例性实施例的加湿装置1具有平坦的壳体盖10。

此外，如图2至图5所示，图6示出了根据本发明的另一示例性实施例的加湿装置1的侧视图。它也与之前的示例性实施例不同，在此作为示例设置为：扩展装置12完全由壳体盖10代替或由壳体盖构成。为此，壳体盖10被形成为封闭盖29，并且通过壳体开口9插入或滑入到壳体8中，并且还从内部被压入或楔入或焊接或粘合到壳体8。封闭盖29在其两个大侧之一支承板密封件16，在封闭盖29的安装状态下，板密封件16接触地抵靠板叠5，以使板叠5相对于环境密封。在图6中还能够看到，封闭盖29和板密封件16配备有单个空气通道30，该空气通道沿纵向轴线4完全穿过封闭盖和板密封件。空气通道30用于引导开始时提到的废气流2或供给气流3通过。空气通道30例如由相对于纵向轴线4平行延伸的中空圆筒形套管31和相对于纵向轴线4平行延伸的通道开口32形成。套管31不仅一体地形成在封闭盖29上，而且通道开口32一体地形成在板密封件16上。套管31和通道开口32彼此对准地定向，使得流体能够流过。

最后，图7示出了根据另一示例性实施例的加湿装置1，该加湿装置构造成基本上类似于图1和图2所示的加湿装置1，因此上述相关的实施例也能够结合在此。根据图7的加湿装置1与前述示例性实施例的不同之处在于以下具体描述的特征：壳体盖10被模制在壳体8上。因此，壳体盖10和壳体8形成一件式的整体组件。壳体盖10和壳体8例如通过常用的原始模制成型，例如借助于注射模制来接近最终轮廓。为了能够将所述板叠7插入设置的壳体8中，但在图7中未示出壳体8具有至少一个壳体开口，板叠5能够通过该至少一个壳体开口完全插入到壳体8中。结果，可以说，壳体在至少一侧上是敞开的。在加湿装置1的组装状态下，该至少一个壳体开口完全被壳体盖封闭，即特别是流体地密封。结果，能够以相对少量的部件来成本有效地实现加湿装置1。