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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6037314
(24)【登録日】2016年11月11日
(45)【発行日】2016年12月7日
(54)【発明の名称】燃料電池システムのための加湿器
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04 20160101AFI20161128BHJP
F24F 6/00 20060101ALI20161128BHJP
F24F 6/04 20060101ALI20161128BHJP
H01M 8/04119 20160101ALI20161128BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20161128BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04 N
F24F6/00 Z
F24F6/04
H01M8/04 K
!H01M8/10
【請求項の数】27
【全頁数】40
(21)【出願番号】特願2013-548713(P2013-548713)
(86)(22)【出願日】2012年1月13日
(65)【公表番号】特表2014-505336(P2014-505336A)
(43)【公表日】2014年2月27日
(86)【国際出願番号】CA2012050023
(87)【国際公開番号】WO2012094764
(87)【国際公開日】20120719
【審査請求日】2014年12月22日
(31)【優先権主張番号】61/432,429
(32)【優先日】2011年1月13日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】13/225,877
(32)【優先日】2011年9月6日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】504444500
【氏名又は名称】デーナ、カナダ、コーパレイシャン
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】ヴァンダーウェス、ダグ
(72)【発明者】
【氏名】ハサン、マナフ
(72)【発明者】
【氏名】ウィルソン、ジョン
(72)【発明者】
【氏名】クンメロー、ジャック
【審査官】
大内 俊彦
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００６−１５６０９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２７６３２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−１７０５８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−２５５９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−２４３４１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００９／０２３９１１２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００５−２２６９４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−２１０１５０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｍ ８／０４−８／０６６８，８／１０，
Ｆ２４Ｆ ６／００，６／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の気流からの水蒸気を第２の気流に移すための加湿器であって、
（ａ）積層に配置された複数のプレートを備え、
前記複数のプレートのそれぞれが、前記第１の気流または前記第２の気流の気体流路を定義しており、前記複数のプレートのそれぞれは、（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と、（ｉｖ）前記複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っている開口した上面と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面に、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記複数のプレートのそれぞれの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記複数のプレートの複数の対は、１つのプレートの前記封止上面が、隣接するプレートの前記封止底面に封止されるように、一緒に前記積層において封止され、
前記加湿器はさらに、
（ｂ）透水性を有する複数の膜であって、前記複数の膜の１つは、前記積層の互いに隣接するプレートの対の間に提供されて、前記互いに隣接するプレートの対に対して封止され、前記複数の支持構造は、前記流動場の内部の前記透水性を有する複数の膜に支持構造を提供している、前記透水性を有する複数の膜と、
（ｃ）前記第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと、前記第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと
を備え、
前記第１の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第１の気流のための前記気体流路を画定している第１の複数の前記プレートと流れ連通しており、前記第２の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第２の気流のための前記気体流路を画定している第２の複数の前記プレートと流れ連通しており、
前記積層全体において前記第１の気流の前記気体流路が、前記第２の気流の前記気体流路と交互するように、かつ、前記透水性を有する複数の膜のそれぞれが、前記第１の気流のための前記気体流路の１つを、前記第２の気流のための前記気体流路の１つから分離させるよう、前記複数のプレートが積層され前記マニフォルドが配置されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートそれぞれの前記封止上面及び前記封止底面それぞれに、前記圧縮可能な封止材料が配置される溝が提供されており、
前記封止上面と前記封止底面とが互いにオフセットされて、前記封止上面及び前記封止底面のそれぞれの前記橋架部の間に前記プレートを通ってダイブスルー開口が提供され、前記ダイブスルー開口は、前記入口通路及び前記出口通路の間、及び、前記流動場の前記開口した上面及び前記開口した底面の間に、流れ連通を提供し、
前記圧縮可能な封止材料は、１つのプレートの前記封止上面の前記圧縮可能な封止材料が、隣接するプレートの前記封止底面の前記圧縮可能な封止材料に封止され、かつ、前記封止上面及び前記封止底面の、前記溝に近い部分が、互いに接触するに足る程度に、圧縮される、
加湿器。
（ａ）積層に配置された複数のプレートを備え、
前記複数のプレートのそれぞれが、前記第１の気流または前記第２の気流の気体流路を定義しており、前記複数のプレートのそれぞれは、（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と、（ｉｖ）前記複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っている開口した上面と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面に、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記複数のプレートのそれぞれの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記複数のプレートの複数の対は、１つのプレートの前記封止上面が、隣接するプレートの前記封止底面に封止されるように、一緒に前記積層において封止され、
前記加湿器はさらに、
（ｂ）透水性を有する複数の膜であって、前記複数の膜の１つは、前記積層の互いに隣接するプレートの対の間に提供されて、前記互いに隣接するプレートの対に対して封止され、前記複数の支持構造は、前記流動場の内部の前記透水性を有する複数の膜に支持構造を提供している、前記透水性を有する複数の膜と、
（ｃ）前記第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと、前記第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと
を備え、
前記第１の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第１の気流のための前記気体流路を画定している第１の複数の前記プレートと流れ連通しており、前記第２の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第２の気流のための前記気体流路を画定している第２の複数の前記プレートと流れ連通しており、
前記積層全体において前記第１の気流の前記気体流路が、前記第２の気流の前記気体流路と交互するように、かつ、前記透水性を有する複数の膜のそれぞれが、前記第１の気流のための前記気体流路の１つを、前記第２の気流のための前記気体流路の１つから分離させるよう、前記複数のプレートが積層され前記マニフォルドが配置されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートそれぞれの前記封止上面及び前記封止底面それぞれに、前記圧縮可能な封止材料が配置される溝が提供されており、
前記封止上面と前記封止底面とが互いにオフセットされて、前記封止上面及び前記封止底面のそれぞれの前記橋架部の間に前記プレートを通ってダイブスルー開口が提供され、前記ダイブスルー開口は、前記入口通路及び前記出口通路の間、及び、前記流動場の前記開口した上面及び前記開口した底面の間に、流れ連通を提供し、
前記圧縮可能な封止材料は、１つのプレートの前記封止上面の前記圧縮可能な封止材料が、隣接するプレートの前記封止底面の前記圧縮可能な封止材料に封止され、かつ、前記封止上面及び前記封止底面の、前記溝に近い部分が、互いに接触するに足る程度に、圧縮される、
加湿器。
【請求項2】
複数の気体拡散層をさらに備え、
前記複数の気体拡散層のそれぞれが、前記複数の膜の１つと前記複数のプレートの１つの前記流動場との間に設けられている、請求項１に記載の加湿器。
前記複数の気体拡散層のそれぞれが、前記複数の膜の１つと前記複数のプレートの１つの前記流動場との間に設けられている、請求項１に記載の加湿器。
【請求項3】
前記複数の気体拡散層は、前記複数の膜のそれぞれの１つの面のみに設けられており、
前記複数の膜の前記１つの面は、前記第１の気流の流動場に向かっているほうの面であり、前記複数の気体拡散層のそれぞれが前記第１の気流に接触させられている、請求項２に記載の加湿器。
前記複数の膜の前記１つの面は、前記第１の気流の流動場に向かっているほうの面であり、前記複数の気体拡散層のそれぞれが前記第１の気流に接触させられている、請求項２に記載の加湿器。
【請求項4】
前記複数のプレートのそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記入口通路と前記出口通路との間の前記流動場を通って延びる複数のリブを含み、
前記複数のリブは、前記複数の膜それぞれを支持するために十分な距離だけ間隔を空けて設けられており、隣接する複数のプレートの前記複数のリブは、互いに十字のパターンを形成している、請求項１から３のいずれか一項に記載の加湿器。
前記複数のリブは、前記複数の膜それぞれを支持するために十分な距離だけ間隔を空けて設けられており、隣接する複数のプレートの前記複数のリブは、互いに十字のパターンを形成している、請求項１から３のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項5】
前記複数のプレートそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記入口通路及び前記出口通路の間の前記流動場を通って延びる複数のリブを含み、
前記加湿器は、複数の気体拡散層をさらに備え、
前記複数の気体拡散層それぞれは、前記複数のプレートの１つの前記流動場と前記複数の膜の１つの間に設けられており、
前記複数の気体拡散層の１つは、前記複数のプレートそれぞれの上面または底面に沿って設けられており、前記複数のリブの高さは、前記複数の気体拡散層の１つの厚みに対応する量だけ低減されている、請求項１に記載の加湿器。
前記加湿器は、複数の気体拡散層をさらに備え、
前記複数の気体拡散層それぞれは、前記複数のプレートの１つの前記流動場と前記複数の膜の１つの間に設けられており、
前記複数の気体拡散層の１つは、前記複数のプレートそれぞれの上面または底面に沿って設けられており、前記複数のリブの高さは、前記複数の気体拡散層の１つの厚みに対応する量だけ低減されている、請求項１に記載の加湿器。
【請求項6】
前記第１の気流及び前記第２の気流のための前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートと一体形成されており、前記複数のプレートそれぞれには、前記複数のプレートの外周端部に囲まれる一体形成された複数のマニフォルド開口が提供され、前記複数のプレートそれぞれの前記複数のマニフォルド開口のうち２つは、前記複数のプレートのそれぞれが画定する前記気体流路と流れ連通する、請求項１から５のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項7】
前記複数のプレートのそれぞれは、一体形成されたマニフォルド開口を４つ含み、前記４つのマニフォルド開口は、前記第１の気流の入口マニフォルド開口及び出口マニフォルド開口と、前記第２の気流の入口マニフォルド開口及び出口マニフォルド開口とを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項8】
前記複数のプレートのそれぞれは、一体形成されたマニフォルド開口を６つ含み、前記６つのマニフォルド開口のうち２つは、前記第１の気流の入口開口または出口開口であり、前記６つのマニフォルド開口のうち２つは、前記第２の気流の入口開口または出口開口である、請求項１から５のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項9】
前記複数のプレートのそれぞれは、４つの隅部を含み、複数のマニフォルド開口の１つは、前記複数のプレートのそれぞれの前記４つの隅部それぞれに設けられており、前記複数のプレートのそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記複数のマニフォルド開口の第１の対または前記複数のマニフォルド開口の第２の対から放射状に延びる端部部分を有する複数のリブを含んでいる、請求項６から８のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項10】
前記複数のリブは、起伏のある波型のパターンの形状の中央部分を有し、
前記複数のプレートのうちの１つのプレートの前記起伏のある波型のパターンが、前記複数のプレートのうちの隣接する１つのプレートの前記起伏のある波型のパターンとは位相がずれることで、前記１つのプレートおよび前記隣接する１つのプレートの前記複数のリブの前記中央部分が、互いに十字のパターンを形成している、請求項９に記載の加湿器。
前記複数のプレートのうちの１つのプレートの前記起伏のある波型のパターンが、前記複数のプレートのうちの隣接する１つのプレートの前記起伏のある波型のパターンとは位相がずれることで、前記１つのプレートおよび前記隣接する１つのプレートの前記複数のリブの前記中央部分が、互いに十字のパターンを形成している、請求項９に記載の加湿器。
【請求項11】
前記複数のプレートそれぞれにおける前記複数のリブの前記端部部分は、まっすぐであり、前記複数のプレートのそれぞれの少なくとも２つの辺に対して斜交いに延び、
隣接するプレート間において前記複数のリブの前記端部部分は、互いに十字のパターンを形成する、請求項１０に記載の加湿器。
隣接するプレート間において前記複数のリブの前記端部部分は、互いに十字のパターンを形成する、請求項１０に記載の加湿器。
【請求項12】
前記複数のプレートのそれぞれは、前記複数のリブの中央部分が形成する起伏のある波型のパターン２つを有し、
第１の起伏のある波型のパターンは、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っており、第２の起伏のある波型のパターンは、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿っており、前記第１の起伏のある波型のパターン及び前記第２の起伏のある波型のパターンは、互いに位相がずれており、前記複数のプレートそれぞれ内で、前記第１の起伏のある波型のパターン及び前記第２の起伏のある波型のパターンが十字のパターンを形成する、請求項９に記載の加湿器。
第１の起伏のある波型のパターンは、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っており、第２の起伏のある波型のパターンは、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿っており、前記第１の起伏のある波型のパターン及び前記第２の起伏のある波型のパターンは、互いに位相がずれており、前記複数のプレートそれぞれ内で、前記第１の起伏のある波型のパターン及び前記第２の起伏のある波型のパターンが十字のパターンを形成する、請求項９に記載の加湿器。
【請求項13】
前記複数のプレートそれぞれの前記流動場の内部に位置している前記複数の支持構造は、前記流動場に延びる複数のリブを有し、
前記複数のリブは、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿って延びる複数のリブからなる上部層と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延びる複数のリブからなる底部層とを含み、
前記上部層の前記複数のリブは、前記底部層の前記複数のリブと交差する、請求項１から３のいずれか一項に記載の加湿器。
前記複数のリブは、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿って延びる複数のリブからなる上部層と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延びる複数のリブからなる底部層とを含み、
前記上部層の前記複数のリブは、前記底部層の前記複数のリブと交差する、請求項１から３のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項14】
前記複数のプレートそれぞれの前記複数のリブからなる上部層及び前記複数のリブからなる底部層は、互いに、前記複数のプレートそれぞれの前記上面及び前記底面の間の略中間地点に位置している平面で接触している、請求項１３に記載の加湿器。
【請求項15】
前記複数のリブからなる上部層及び前記複数のリブからなる底部層は、ともに前記平面で接合されている、請求項１４に記載の加湿器。
【請求項16】
前記複数のリブからなる上部層及び前記複数のリブからなる底部層は、実質的にまっすぐであり、前記上部層および底部層それぞれの前記複数のリブは、互いに実質的に並行であり、前記複数のリブからなる上部層及び前記複数のリブからなる底部層は、前記流動場でクロスハッチングされたパターンを形成している、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項17】
前記上部層の前記複数のリブ及び前記底部層の前記複数のリブは、前記第１の気流及び前記第２の気流の流れの方向に対して角度を持っている、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項18】
前記複数のプレートそれぞれの前記上部層の前記複数のリブ及び前記底部層の前記複数のリブは、前記複数のプレートそれぞれの少なくとも２つの辺に対して斜めである、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項19】
前記複数のリブは、前記複数の膜それぞれを支持するために十分な距離だけ間隔を空けて設けられており、隣接するプレートの前記複数のリブは、互いに十字のパターンを形成している、請求項９から１８のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項20】
前記複数のプレートそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記入口通路及び前記出口通路の間の前記流動場を通って延びる、間隔を空けて設けられた複数のディンプルを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項21】
前記複数のプレートは、細長い固定具を受けるための複数の穴を含み、前記複数の穴には、スナップ式部材が設けられる、請求項１から２０のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項22】
１つのプレートの前記封止上面の前記圧縮可能な封止材料は、前記複数の膜それぞれを介して、隣接するプレートの前記封止底面の前記圧縮可能な封止材料に封止される、請求項１から２１のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項23】
前記複数のプレートは、細長い固定具を受けるための複数の穴を含み、前記複数の穴は、前記封止上面及び前記封止底面を通って延び、前記圧縮可能な封止材料の付近に設けられる、請求項１から２２のいずれか一項に記載の加湿器。
【請求項24】
第１の気流からの水蒸気を第２の気流に移すための加湿器のためのプレートであって、
（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記プレートの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記プレートの端部に沿っている出口開口と（ｉｖ）前記プレートの中央部分に定義され、前記プレートの前記上面に沿っている開口した上面と、前記プレートの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面と前記開口した底面とに、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記プレートの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記プレートの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記プレートの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記橋架部を含む前記プレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記封止上面と前記封止底面とが互いにオフセットされて、前記封止上面及び前記封止底面の、前記入口通路及び前記出口通路に亘る部分の間に、前記プレートを通ってダイブスルー開口が提供され、前記ダイブスルー開口は、前記入口通路及び前記出口通路の間、及び、前記流動場の前記開口した上面及び前記開口した底面の間に、流れ連通を提供し、
前記橋架部を含む前記プレートの前記封止上面及び前記封止底面にはそれぞれ、前記圧縮可能な封止材料が配置される溝が提供されており、
前記圧縮可能な封止材料は、前記溝より幅が狭く高さが大きい、薄いビーズ形状であり、圧縮されていない状態において、前記溝ならびに前記封止上面及び前記封止底面から上に突出しており、圧縮された状態において、前記封止上面及び前記封止底面と同一平面である、
加湿器のためのプレート。
（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記プレートの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記プレートの端部に沿っている出口開口と（ｉｖ）前記プレートの中央部分に定義され、前記プレートの前記上面に沿っている開口した上面と、前記プレートの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面と前記開口した底面とに、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記プレートの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記プレートの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記プレートの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記橋架部を含む前記プレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記封止上面と前記封止底面とが互いにオフセットされて、前記封止上面及び前記封止底面の、前記入口通路及び前記出口通路に亘る部分の間に、前記プレートを通ってダイブスルー開口が提供され、前記ダイブスルー開口は、前記入口通路及び前記出口通路の間、及び、前記流動場の前記開口した上面及び前記開口した底面の間に、流れ連通を提供し、
前記橋架部を含む前記プレートの前記封止上面及び前記封止底面にはそれぞれ、前記圧縮可能な封止材料が配置される溝が提供されており、
前記圧縮可能な封止材料は、前記溝より幅が狭く高さが大きい、薄いビーズ形状であり、圧縮されていない状態において、前記溝ならびに前記封止上面及び前記封止底面から上に突出しており、圧縮された状態において、前記封止上面及び前記封止底面と同一平面である、
加湿器のためのプレート。
【請求項25】
第１の気流からの水蒸気を第２の気流に移すための加湿器であって、
（ａ）積層に配置された複数のプレートを備え、
前記複数のプレートのそれぞれが、前記第１の気流または前記第２の気流の気体流路を定義しており、前記複数のプレートのそれぞれは、（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と、（ｉｖ）前記複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っている開口した上面と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面に、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記複数のプレートのそれぞれの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記複数のプレートの複数の対は、１つのプレートの前記封止上面が、隣接するプレートの前記封止底面に封止されるように、一緒に前記積層において封止され、
前記加湿器はさらに、
（ｂ）透水性を有する複数の膜であって、前記複数の膜の１つは、前記積層の互いに隣接するプレートの対の間に提供されて、前記互いに隣接するプレートの対に対して封止され、前記複数の支持構造は、前記流動場の内部の前記透水性を有する複数の膜に支持構造を提供している、前記透水性を有する複数の膜と、
（ｃ）前記第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと、前記第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと
を備え、
前記第１の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第１の気流のための前記気体流路を画定している第１の複数の前記プレートと流れ連通しており、前記第２の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第２の気流のための前記気体流路を画定している第２の複数の前記プレートと流れ連通しており、
前記積層全体において前記第１の気流の前記気体流路が、前記第２の気流の前記気体流路と交互するように、かつ、前記透水性を有する複数の膜のそれぞれが、前記第１の気流のための前記気体流路の１つを、前記第２の気流のための前記気体流路の１つから分離させるよう、前記複数のプレートが積層され前記マニフォルドが配置されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記複数のプレートのそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記入口通路と前記出口通路との間の前記流動場を通って延びる複数のリブを含み、
前記複数のリブは、前記複数の膜それぞれを支持するために十分な距離だけ間隔を空けて設けられており、隣接する複数のプレートの前記複数のリブは、互いに十字のパターンを形成しており、
前記複数のプレートそれぞれ内の隣接するリブの各対は、互いに、断続的に間隔を空けられた複数のウェブによって接続されており、
前記複数のウェブそれぞれは、上部表面と底部表面とを有しており、
前記断続的に間隔を空けることで、前記隣接するリブの各対それぞれの間に、前記複数のプレートそれぞれを通る複数の開口が設けられる、
加湿器。
（ａ）積層に配置された複数のプレートを備え、
前記複数のプレートのそれぞれが、前記第１の気流または前記第２の気流の気体流路を定義しており、前記複数のプレートのそれぞれは、（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と、（ｉｖ）前記複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っている開口した上面と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面に、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記複数のプレートのそれぞれの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記複数のプレートの複数の対は、１つのプレートの前記封止上面が、隣接するプレートの前記封止底面に封止されるように、一緒に前記積層において封止され、
前記加湿器はさらに、
（ｂ）透水性を有する複数の膜であって、前記複数の膜の１つは、前記積層の互いに隣接するプレートの対の間に提供されて、前記互いに隣接するプレートの対に対して封止され、前記複数の支持構造は、前記流動場の内部の前記透水性を有する複数の膜に支持構造を提供している、前記透水性を有する複数の膜と、
（ｃ）前記第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと、前記第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと
を備え、
前記第１の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第１の気流のための前記気体流路を画定している第１の複数の前記プレートと流れ連通しており、前記第２の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第２の気流のための前記気体流路を画定している第２の複数の前記プレートと流れ連通しており、
前記積層全体において前記第１の気流の前記気体流路が、前記第２の気流の前記気体流路と交互するように、かつ、前記透水性を有する複数の膜のそれぞれが、前記第１の気流のための前記気体流路の１つを、前記第２の気流のための前記気体流路の１つから分離させるよう、前記複数のプレートが積層され前記マニフォルドが配置されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記複数のプレートのそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記入口通路と前記出口通路との間の前記流動場を通って延びる複数のリブを含み、
前記複数のリブは、前記複数の膜それぞれを支持するために十分な距離だけ間隔を空けて設けられており、隣接する複数のプレートの前記複数のリブは、互いに十字のパターンを形成しており、
前記複数のプレートそれぞれ内の隣接するリブの各対は、互いに、断続的に間隔を空けられた複数のウェブによって接続されており、
前記複数のウェブそれぞれは、上部表面と底部表面とを有しており、
前記断続的に間隔を空けることで、前記隣接するリブの各対それぞれの間に、前記複数のプレートそれぞれを通る複数の開口が設けられる、
加湿器。
【請求項26】
第１の気流からの水蒸気を第２の気流に移すための加湿器であって、
（ａ）積層に配置された複数のプレートを備え、
前記複数のプレートのそれぞれが、前記第１の気流または前記第２の気流の気体流路を定義しており、前記複数のプレートのそれぞれは、（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と、（ｉｖ）前記複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っている開口した上面と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面に、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記複数のプレートのそれぞれの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記複数のプレートの複数の対は、１つのプレートの前記封止上面が、隣接するプレートの前記封止底面に封止されるように、一緒に前記積層において封止され、
前記加湿器はさらに、
（ｂ）透水性を有する複数の膜であって、前記複数の膜の１つは、前記積層の互いに隣接するプレートの対の間に提供されて、前記互いに隣接するプレートの対に対して封止され、前記複数の支持構造は、前記流動場の内部の前記透水性を有する複数の膜に支持構造を提供している、前記透水性を有する複数の膜と、
（ｃ）前記第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと、前記第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと
を備え、
前記第１の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第１の気流のための前記気体流路を画定している第１の複数の前記プレートと流れ連通しており、前記第２の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第２の気流のための前記気体流路を画定している第２の複数の前記プレートと流れ連通しており、
前記積層全体において前記第１の気流の前記気体流路が、前記第２の気流の前記気体流路と交互するように、かつ、前記透水性を有する複数の膜のそれぞれが、前記第１の気流のための前記気体流路の１つを、前記第２の気流のための前記気体流路の１つから分離させるよう、前記複数のプレートが積層され前記マニフォルドが配置されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記複数のプレートそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記入口通路及び前記出口通路の間の前記流動場を通って延びる複数のリブを含み、
前記加湿器は、複数の気体拡散層をさらに備え、
前記複数の気体拡散層それぞれは、前記複数のプレートの１つの前記流動場と前記複数の膜の１つの間に設けられており、
前記複数の気体拡散層の１つは、前記複数のプレートそれぞれの上面または底面に沿って設けられており、前記複数のリブの高さは、前記複数の気体拡散層の１つの厚みに対応する量だけ低減されており、
前記複数のプレートそれぞれ内の隣接するリブの各対は、互いに、断続的に間隔を空けられた複数のウェブによって接続されており、
前記複数のウェブそれぞれは、上部表面と底部表面とを有しており、
前記断続的に間隔を空けることで、前記隣接するリブの各対それぞれの間に、前記複数のプレートそれぞれを通る複数の開口が設けられる、
加湿器。
（ａ）積層に配置された複数のプレートを備え、
前記複数のプレートのそれぞれが、前記第１の気流または前記第２の気流の気体流路を定義しており、前記複数のプレートのそれぞれは、（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と、（ｉｖ）前記複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っている開口した上面と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面に、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記複数のプレートのそれぞれの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記複数のプレートの複数の対は、１つのプレートの前記封止上面が、隣接するプレートの前記封止底面に封止されるように、一緒に前記積層において封止され、
前記加湿器はさらに、
（ｂ）透水性を有する複数の膜であって、前記複数の膜の１つは、前記積層の互いに隣接するプレートの対の間に提供されて、前記互いに隣接するプレートの対に対して封止され、前記複数の支持構造は、前記流動場の内部の前記透水性を有する複数の膜に支持構造を提供している、前記透水性を有する複数の膜と、
（ｃ）前記第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと、前記第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと
を備え、
前記第１の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第１の気流のための前記気体流路を画定している第１の複数の前記プレートと流れ連通しており、前記第２の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第２の気流のための前記気体流路を画定している第２の複数の前記プレートと流れ連通しており、
前記積層全体において前記第１の気流の前記気体流路が、前記第２の気流の前記気体流路と交互するように、かつ、前記透水性を有する複数の膜のそれぞれが、前記第１の気流のための前記気体流路の１つを、前記第２の気流のための前記気体流路の１つから分離させるよう、前記複数のプレートが積層され前記マニフォルドが配置されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記複数のプレートそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記入口通路及び前記出口通路の間の前記流動場を通って延びる複数のリブを含み、
前記加湿器は、複数の気体拡散層をさらに備え、
前記複数の気体拡散層それぞれは、前記複数のプレートの１つの前記流動場と前記複数の膜の１つの間に設けられており、
前記複数の気体拡散層の１つは、前記複数のプレートそれぞれの上面または底面に沿って設けられており、前記複数のリブの高さは、前記複数の気体拡散層の１つの厚みに対応する量だけ低減されており、
前記複数のプレートそれぞれ内の隣接するリブの各対は、互いに、断続的に間隔を空けられた複数のウェブによって接続されており、
前記複数のウェブそれぞれは、上部表面と底部表面とを有しており、
前記断続的に間隔を空けることで、前記隣接するリブの各対それぞれの間に、前記複数のプレートそれぞれを通る複数の開口が設けられる、
加湿器。
【請求項27】
第１の気流からの水蒸気を第２の気流に移すための加湿器であって、
（ａ）積層に配置された複数のプレートを備え、
前記複数のプレートのそれぞれが、前記第１の気流または前記第２の気流の気体流路を定義しており、前記複数のプレートのそれぞれは、（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と、（ｉｖ）前記複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っている開口した上面と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面に、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記複数のプレートのそれぞれの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記複数のプレートの複数の対は、１つのプレートの前記封止上面が、隣接するプレートの前記封止底面に封止されるように、一緒に前記積層において封止され、
前記加湿器はさらに、
（ｂ）透水性を有する複数の膜であって、前記複数の膜の１つは、前記積層の互いに隣接するプレートの対の間に提供されて、前記互いに隣接するプレートの対に対して封止され、前記複数の支持構造は、前記流動場の内部の前記透水性を有する複数の膜に支持構造を提供している、前記透水性を有する複数の膜と、
（ｃ）前記第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと、前記第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと
を備え、
前記第１の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第１の気流のための前記気体流路を画定している第１の複数の前記プレートと流れ連通しており、前記第２の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第２の気流のための前記気体流路を画定している第２の複数の前記プレートと流れ連通しており、
前記積層全体において前記第１の気流の前記気体流路が、前記第２の気流の前記気体流路と交互するように、かつ、前記透水性を有する複数の膜のそれぞれが、前記第１の気流のための前記気体流路の１つを、前記第２の気流のための前記気体流路の１つから分離させるよう、前記複数のプレートが積層され前記マニフォルドが配置されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記複数のプレートそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記入口通路及び前記出口通路の間の前記流動場を通って延びる、間隔を空けて設けられた複数のディンプルを含み、
前記複数のディンプルは、行方向に設けられ、複数のウェブによって互いに接続されており、前記複数のウェブそれぞれは、上部表面と底部表面とを有する、
加湿器。
（ａ）積層に配置された複数のプレートを備え、
前記複数のプレートのそれぞれが、前記第１の気流または前記第２の気流の気体流路を定義しており、前記複数のプレートのそれぞれは、（ｉ）上面と、底面と、前記上面と前記底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と、（ｉｖ）前記複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、前記複数のプレートそれぞれの前記上面に沿っている開口した上面と、前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面に、前記入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）前記流動場の前記開口した上面および前記開口した底面を、前記出口開口につなげる出口通路と、（ｖｉｉ）前記複数のプレートのそれぞれの前記上面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）前記複数のプレートそれぞれの前記底面に沿って延び、前記流動場の周りに連続して延び、前記入口通路及び前記出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）前記流動場の内部に位置して、前記複数のプレートのそれぞれの前記上面と前記底面との間に延びる複数の支持構造とを有し、
前記複数のプレートの複数の対は、１つのプレートの前記封止上面が、隣接するプレートの前記封止底面に封止されるように、一緒に前記積層において封止され、
前記加湿器はさらに、
（ｂ）透水性を有する複数の膜であって、前記複数の膜の１つは、前記積層の互いに隣接するプレートの対の間に提供されて、前記互いに隣接するプレートの対に対して封止され、前記複数の支持構造は、前記流動場の内部の前記透水性を有する複数の膜に支持構造を提供している、前記透水性を有する複数の膜と、
（ｃ）前記第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと、前記第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと
を備え、
前記第１の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第１の気流のための前記気体流路を画定している第１の複数の前記プレートと流れ連通しており、前記第２の気流の前記入口マニフォルド及び前記出口マニフォルドは、前記複数のプレートのうちの、前記第２の気流のための前記気体流路を画定している第２の複数の前記プレートと流れ連通しており、
前記積層全体において前記第１の気流の前記気体流路が、前記第２の気流の前記気体流路と交互するように、かつ、前記透水性を有する複数の膜のそれぞれが、前記第１の気流のための前記気体流路の１つを、前記第２の気流のための前記気体流路の１つから分離させるよう、前記複数のプレートが積層され前記マニフォルドが配置されており、
前記橋架部を含む前記複数のプレートの前記封止上面及び前記封止底面に、圧縮可能な封止材料が提供されており、
前記複数のプレートそれぞれの前記流動場の内部に設けられている前記複数の支持構造は、前記入口通路及び前記出口通路の間の前記流動場を通って延びる、間隔を空けて設けられた複数のディンプルを含み、
前記複数のディンプルは、行方向に設けられ、複数のウェブによって互いに接続されており、前記複数のウェブそれぞれは、上部表面と底部表面とを有する、
加湿器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、２０１１年１月１３日提出の米国仮特許出願第６１／４３２，４２９号明細書、及び、２０１１年９月６日提出の米国非仮特許出願第１３／２２５，８７７号明細書の優先権及び恩恵を請求しており、これらの内容をここに参照として組み込む。
【0002】
本発明は、燃料電池システムで反応ガスを加湿する加湿器に係る。
【背景技術】
【0003】
燃料電池システムは、燃料と酸化剤との間で電気化学反応を生じさせることで、電力を生成している。燃料電池システムの多くが、気体燃料（水素分子等）及び気体酸化剤（空気中に含まれる酸素分子等）を利用している。水素と酸素との間の反応によって、燃料電池における無駄な気体で消費される水が生成される。
【0004】
特に自動車の駆動力等に利用される燃料電池をはじめとする多くの燃料電池が、陽子交換膜（ＰＥＭ）技術を利用している。これらの燃料電池には、約摂氏８０度で動作し、燃料電池の最適なパフォーマンス及び耐久性を確保するためには湿度を保つ必要があるＰＥＭ膜が含まれている。反応ガスのうちの一方または両方に、膜が脱水化しないようにするために十分な湿度を含ませるようにすることで湿度を保つことができる。たとえば、燃料電池の排気から水蒸気を送ることにより、反応ガスのうち少なくとも１つを加湿するための加湿器を燃料電池システムに導入する技法が知られている。加湿器は、固定設置型及び可搬型両方の発電機用を含む数多くの燃料電池用に利用可能性があることが指摘されており、特に、コストとサイズを最小限に抑えつつ、電力密度及び燃料電池の耐久性を最大化させることが重要となる車両に対する用途に対する有用性が指摘されている。
【0005】
従来の燃料電池の加湿器では、気体拡散層に支持される透水性の膜を、湿性及び乾性の気流の間に介在させて、湿性気流からの水蒸気が、透水性の膜及び気体拡散層を通りぬけて、乾性気流に移されるようにしている。先行技術の膜を利用する加湿器には、チューブ状及び平面状の構成が含まれる。平面的な構成とすることで、パフォーマンス効率を高め、小型化を達成し、製造コストを減らすことができる利点が見込まれる。平面的な加湿器の技術的な欠点としては、制御された流量においては、交換ガスに対する膜の表面積露呈率が高くなり、密に実装して、非常に小型として、セルの配置間隔（膜対プレート）を一定にする必要性があること、及び、膜対プレート及びプレート対プレート間の接続部を確実に封止する必要性があることが挙げられる。密に実装されたセル間隔を維持するためには、プレートを非常に薄くする必要があるが、同時に、介在させている膜と気体拡散層とに交換ガスを連通させる目的で有効な流路を設ける必要もある。さらに、圧縮力と、プレートの流路と膜とを組み立て、保持する手段をなるべく低く抑えて、繊細な膜または拡散層の媒体を傷つけたり、プレートと膜のセルとの間の間隔がまちまちになったりしないようにする必要がある。
【0006】
燃料電池の加湿器の構造には、効果的かつコスト効率のよい方法を達成するために、まだまだ改善の余地が残されている。
【発明の概要】
【0007】
一実施形態では、第１の気流からの水蒸気を第２の気流に移すための加湿器が提供される。加湿器は、（ａ）積層に配置された複数のプレートを備え、複数のプレートのそれぞれが、第１の気流または第２の気流の流路を定義している。複数のプレートのそれぞれが、第１の気流または第２の気流の流路を定義しており、複数のプレートのそれぞれは、（ｉ）上面と、底面と、上面と底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と（ｉｖ）複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、複数のプレートそれぞれの上面に沿っている開口した上面と、複数のプレートそれぞれの底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）流動場の開口した上面と開口した底面とに、入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）流動場の開口した上面と開口した底面を、出口開口をつなげる出口通路と、（ｖｉｉ）複数のプレートのそれぞれの上面に沿って延び、流動場の周りに連続して延び、入口通路及び出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）プレートの底面に沿って延び、流動場の周りに連続して延び、入口通路及び出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）流動場の内部に位置して、複数のプレートのそれぞれの上面と底面との間に延びる複数の支持構造とを有している。複数のプレートの複数の対は、１つのプレートの封止上面が、隣接するプレートの封止底面に封止されるように、一緒に積層に対して封止されている。加湿器はさらに、（ｂ）透水性を有する複数の膜であって、複数の膜の１つは、積層の互いに隣接するプレートの対の間に提供されて、互いに隣接するプレートの対に対して封止され、複数の支持構造は、流動場の内部の透水性を有する複数の膜に支持構造を提供している、透水性を有する複数の膜と、（ｃ）第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドと、第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドとを備え、第１の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドは、複数のプレートのうちの、第１の気流のための流路を画定している第１の複数のプレートと気体連通しており、第２の気流の入口マニフォルド及び出口マニフォルドは、複数のプレートのうちの、第２の気流のための流路を画定している第２の複数のプレートと気体連通しており、積層全体において第１の気流の流路が、第２の気流の流路と交互するように、複数のプレートが積層されマニフォルドが配置されており、透水性を有する複数の膜のそれぞれが、第１の気流のための流路の１つを、第２の気流のための流路の１つから分離させる。
【0008】
一実施形態では、加湿器が、複数の気体拡散層をさらに備え、複数の気体拡散層のそれぞれが、複数の膜の１つ及び複数のプレートの１つの流動場の間に設けられている。
【0009】
一実施形態では、気体拡散層は、各膜の両辺に提供されている。
【0010】
一実施形態では、気体拡散層は、複数の膜のそれぞれの１つの辺のみに設けられており、複数の膜の１つの辺は、第１の気流の流動場に向かっているほうの辺であり、複数の気体拡散層のそれぞれが第１の気流に接触させられている。
【0011】
一実施形態では、複数のプレートのそれぞれの流動場の内部に設けられている複数の支持構造は、入口通路及び出口通路の間の流動場を通って延びる複数のリブを含む。複数のリブの高さは、プレートの厚みに実質的に等しくてよい。加湿器が複数のリブを持つ場合、複数のリブの高さは、複数の気体拡散層の１つの厚みに対応する量だけ低減されている。複数のリブは、膜を支持するに足る程度の距離分、離されている。
【0012】
一実施形態では、流動場が４つの辺を含み、入口通路および出口通路が互いに流動場の反対側の辺に設けられ、複数のリブは、入口通路および出口通路の間の流動場をまっすぐ延びる。積層における隣接するプレートは、隣接するプレートのリブ同士が互いに９０度で設けられる直交流構成に配置されてもよい。
【0013】
一実施形態では、各プレート内の隣接するリブが、互いに複数のウェブによって接続されていてよく、ウェブそれぞれが上部表面と底部表面とを持っていてよい。ウェブは、プレートの上面と底面との間に設けられた平面に形成されてよい。ウェブは、ウェブの上部表面と底部表面との両方に沿っている入口通路および出口通路の間に流体連通を促すための開口がリブの端部に形成されている箇所を除き、リブの全長にわたり連続して形成されてよい。
【0014】
一実施形態では、封止上面と封止底面とが互いにオフセットされていてよい。封止上面および封止底面は、それぞれ、入口通路および出口通路のそれぞれ異なる領域をカバーしていてよい。
【0015】
一実施形態では、ダイブスルー開口が、プレート全体における、入口通路および出口通路にわたり延びる封止上面および封止底面の部分の間に延びていてよい。
【0016】
一実施形態では、各プレートに、少なくとも１つの一体形成されたマニフォルド開口が設けられ、少なくとも１つのマニフォルドが複数のプレートに対して一体形成されるようにしてよい。各プレートには、一体形成されたマニフォルド開口が４つ設けられ、第１の対のマニフォルドと第２の対のマニフォルドとが複数のプレートに一体形成されるようにしてもよい。
【0017】
一実施形態では、複数のプレートが４つの辺をもっていてよく、入口開口および出口開口が、複数のプレートの周辺端部に沿って形成されていてよい。これらプレートは正方形であっても長方形であってもよい。
【0018】
一実施形態では、隣接するリブの各対が、複数のウェブで接続されており、これらウェブが、リブの長さ方向に互いに間隔をあけて形成されていて、プレートに形成されている複数の開口が、隣接するリブの各対の間に形成されるようにしてもよい。
【0019】
一実施形態では、第１の気流からの水蒸気を第２の気流に移すための加湿器のためのプレートが提供される。プレートは、（ｉ）上面と、底面と、上面と底面との間で計測された厚みと、（ｉｉ）複数のプレートのそれぞれの端部に沿っている入口開口と、（ｉｉｉ）複数のプレートそれぞれの端部に沿っている出口開口と（ｉｖ）複数のプレートそれぞれの中央部分に定義され、複数のプレートそれぞれの上面に沿っている開口した上面と、複数のプレートそれぞれの底面に沿った開口した底面とを有する流動場と、（ｖ）流動場の開口した上面と開口した底面とに、入口開口をつなげる入口通路と、（ｖｉ）流動場の開口した上面と開口した底面を、出口開口をつなげる出口通路と、（ｖｉｉ）複数のプレートのそれぞれの上面に沿って延び、流動場の周りに連続して延び、入口通路及び出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止上面と、（ｖｉｉｉ）プレートの底面に沿って延び、流動場の周りに連続して延び、入口通路及び出口通路を通るようにそれぞれ延びる橋架部を含む、平面状の封止底面と、（ｉｘ）流動場の内部に位置して、複数のプレートのそれぞれの上面と底面との間に延びる複数の支持構造とを有している。
【0020】
本発明を、添付図面を参照しながら、あくまで例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】第１の実施形態における、加湿器の概略透視図である。
【0022】
【0023】
【図2B】湿性プレートの底部平面図である。
【0024】
【0025】
【図3B】乾性プレートの底部平面図である。
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【図9】第２の実施形態における、加湿器の湿性プレートの上面平面図である。
【0032】
【0033】
【図11】第３の実施形態における、加湿器の湿性プレートの上部平面図である。
【0034】
【図12】湿性プレートの底部透視図である。
【0035】
【図13】第３の実施形態における、加湿器の乾性プレートの上部平面図である。
【0036】
【図14】乾性プレートの底部平面図である。
【0037】
【図15】第３の実施形態における、加湿器プレートの積層状態を示す。
【0038】
【図16A】隅の部分にスナップ式部材を有するプレートを示す。
【図16B】隅の部分にスナップ式部材を有するプレートを示す。
【0039】
【図17A】本発明の第４の実施形態における、加湿器の湿性プレートの上部を示す平面図である。
【図17B】本発明の第４の実施形態における、加湿器の湿性プレートの底部を示す平面図である。
【0040】
【図18A】本発明の第４の実施形態における、加湿器の乾性プレートの上部を示す平面図である。
【図18B】本発明の第４の実施形態における、加湿器の乾性プレートの底部を示す平面図である。
【0041】
【図19】本発明の第４の実施形態における、加湿器のリブパターンの変形例を示す。
【0042】
【図20】本発明における、加湿器の流動場構成の変形例を示す。
【図21】本発明における、加湿器の流動場構成の変形例を示す。
【図22】本発明における、加湿器の流動場構成の変形例を示す。
【0043】
【図23】本発明の第５の実施形態における、加湿器の湿性または乾性のプレートの上部平面図である。
【0044】
【0045】
【0046】
【図26】本発明の第６の実施形態における、加湿器のコアの一部の透視図である。
【0047】
【0048】
【発明を実施するための形態】
【0049】
以下で、第１の気流から第２の気流に水蒸気を移すことのできる加湿器の多くの実施形態を説明する。第１の気流は、比較的高い水蒸気含有量で加湿器に入り、以下では「湿性気流」と示される場合がある。第２の気流は、比較的低い水蒸気含有量で加湿器に入り、以下では「乾性気流」と称される場合がある。
【0050】
添付図面においては、ここで説明する加湿器の部材の多くが、必ずしも実際の縮尺に即して描かれておらず、一部の寸法（厚み等）を強調表示することで、説明しやすくしたり、明瞭にしたりしている場合があることを理解されたい。
【0051】
以下の説明では、加湿器は、第１の気流が、燃料電池カソードの排気を含み、第２の気流が、燃料電池システムの環境からの空気を含んでいる、燃料電池システムの部材として示されている。カソードの排気は、燃料電池で反応した空気を含んでおり、燃料電池では、酸素が消費され、水が生成されるために、この排気は、酸素の含有量が比較的低く、水蒸気の含有量が比較的高い。第２の気流に含まれる空気は、水の含有量が比較的低く、加湿器に入る前に、カソード空気冷却器、または、給気冷却器における圧縮及び冷却処理を受けてもよい。これは、カソードの空気が、燃料電池のエンジンに供給する前に、約１．５から２バールになるまで選択的に加圧される、自動車の燃料電池システムでは特に有用である。
【0052】
乾性気流には、この代わりに、水素を含む燃料の流れが入ってきてもよく、この場合には、湿性気流が、入ってくる水素を含む気流よりも水蒸気の含有量が多いアノードの排気を含んでもよいことを理解されたい。
【0053】
図１から図８には、第１の実施形態における加湿器１０が示されている。加湿器１０は、後述するプレート積層を含むコア１２と、コア１２の外部に位置している２対のマニフォルドとからなる。以下の説明では、「コア」「積層」を入れ替え可能な用語として利用する。
【0054】
コア１２は、全部で６面を有し、湿性気流は、これら面のいずれか１つを通ってコア１２に入り、対向する面を通ってコア１２から出てゆく。同様に、乾性気流も、これら面のいずれか１つを通ってコア１２に入り、対向する面を通ってコア１２から出てゆく。残りの二面は、水交換には利用されないが、一対の構造端部プレート７２、１７３の間の加湿器の積層の圧縮アセンブリの面を機械的に固定する役割を持つ（図７を参照して後述する）。
【0055】
加速器１０のコア１２は、積層全体において交互に積層された複数の湿性プレート１４と複数の乾性プレート１６とを含む。湿性プレート１４及び乾性プレート１６は、どちらも平坦で、４つの辺を有している。図示する実施形態では、各プレート１４、１６の４つの辺全てが、同じ長さを持ち、プレート１４、１６が正方形となっている。溝７１を封止する位置を除いて（その機能については後述する）、湿性プレート１４及び乾性プレート１６は、同一であることが理解されよう。一部の実施形態では、マニフォルドの構成に応じて、溝７１を４つの辺全てに沿って設けることもできるし、あるいは、完全になくしてしまうこともでき、この場合には湿性プレートと乾性プレートとが同一になる。プレート１４、１６は、２つの長い辺と２つの短い辺とを持つ、長方形の構成を有してもよく、この場合には、２つの異なるプレート構成が必要となるだろう。
【0056】
湿性プレート１４は、図２Ａ及び図２Ｂの矢印の方向の、プレート１４の２つの辺に対して平行な湿性気流（たとえばカソードの排気）の流れのために構成され、乾性プレート１６は、図３Ａ及び図３Ｂの矢印の方向に、プレート１６の２つの辺に対して平行な乾性気流（たとえば空気）の流れのために構成される。積層１２の湿性プレート１４、乾性プレート１６は、各湿性気流及び乾性気流が、互いに直角になるように加湿器内を流れるように配向されるので、加湿器は直交流の加湿器である。湿性プレート１４及び乾性プレート１６は、実質的に互いに同一なので、以下の記載では、湿性プレート１４に主に焦点を当てて説明するが、特にそうではないと明記しない限り、湿性プレート１４の説明が乾性プレート１６にも適用されることを理解されたい。図面及び以下の説明では、湿性プレート１４と乾性プレート１６とにおける同様の部材には同様の参照番号を付している。
【0057】
湿気にも対応可能なように、プレート１４、１６は、ポリマー材料で構成される。必要な厚み及び特徴を確実に達成するために、プレートは、成形法で製造される（たとえば、圧縮成形、圧縮／射出成型、射出成型、シート成形、または熱成形）。
【0058】
加湿器１０では、湿性気流は、各湿性プレート１４の上面及び底面両方を通り、乾性気流は、各乾性プレート１６の上面及び両面両方を通る。コア１２内では、図６に示すように、透水性の膜１８が、積層の隣接するプレートの間に挟まれて、封止され、湿性気流と乾性気流とを互いに物理的に分離させて、湿性気流から乾性気流へ水蒸気を移動させる。
【0059】
膜１８は、非常に薄いプラスチック膜であり、正常に機能するためには支持が必要である。この理由から、積層の各膜１８は通常、図６に示すように、気体拡散層２０によって両辺を支持されており、これは本文献で「拡散媒体」と称される場合もある。加湿器１０では、各膜１８の両辺に対して複数の気体拡散層２０が設けられる。各気体拡散層２０は、膜１８よりも実質的に厚く剛性を有するがプレート１４、１６より比較的薄く柔軟な、親水性のカーボンファイバマットを含んでよい。気体拡散層２０は通常、約０．１０ｍｍの厚みを有しており、膜１８は、約１００ミクロン未満というオーダの厚みを有していてよい。
【0060】
入ってくる乾性気流は圧縮されるので、通常は、湿性気流よりも圧力が高い。発明者は、乾性気流のほうを高い圧力にしておくことで、膜１８を、乾性プレート１６の表面から離すことができる傾向があるので、気体拡散層１２０を、膜１８と乾性プレート１６との間に設ける必要がなくなることを発見した。発明者はさらに、湿性側の気体拡散層２０が、ここで記載する適切な流動場の設計を利用して支持されている限りは、乾性側の気体拡散層２０を取り除いても、加湿器のパフォーマンスは損なわれないことも確認した。したがって、膜１８の乾性側の気体拡散層２０は設けなくてもよく、本発明の一部の実施形態では、気体拡散層２０を、各膜１８の湿性側のみに（つまり、膜１８と湿性プレート１４との間に）設けてもよい。
【0061】
気流は、プレート１４、１６の外端を通ってコア１２に入ったり出たりして、プレート１４、１６の中央部分の間を利用して水蒸気が行き来する（ここでは「流動場」と称される場合もある）。湿性気流と乾性気流とが混合しないようにするために、湿性プレート１４、及び乾性プレート１６を、流動場の周辺の周りで封止する。次に、プレート１４の構成について説明する。
【0062】
湿性プレート１４は、上面２２と、それに対向する底面２４とを有し、プレート１４の上面２２と底面２４との間の最大距離として定義される厚みＴ（図４−図５）を有する。製品の設計目的は、厚みＴを比較的薄く抑えながら（通常は０．７５−３ｍｍの範囲）積層の全体積及び高さを最小限にしつつ、湿性気流と乾性気流の間の膜１８の有効表面積を最大化することである。それぞれのチャネル形状及び圧力降下の必要性に応じて、湿性プレート１４の厚みＴは、乾性プレート１６の厚みＴとは異なっていてもよい。ここで利用する「上面」「底面」といった用語は、単に説明しやすくする目的で利用されており、ここで記載して請求するプレートまたは加湿器の方向を限定するものとして解釈されるべきではない。
【0064】
流動場３２は、プレート１４の中央部分に定義される。流動場３２は、膜１８を通る、湿性気流と乾性気流との間における水蒸気が流れる領域を定義するので、プレート１４の全面積に対する流動場３２の面積は、最大化されると好適である。加湿器１０では、流動場３２の形状は実質的に正方形または長方形であり、プレート１４の周辺端部近くまで延びる。流動場３２はさらに、膜１８及び気体拡散層２０に支持構造を提供する複数の支持構造を含み、膜１８及び気体拡散層２０が弛んだり、プレート１４における湿性気流の流れを締め付けたり、遮蔽したりしないようにする。加湿器１０では、これらの支持構造が、流動場３２の長さ全体にわたり横方向に延びる支持リブ２８の形状で形成されている。
【0065】
支持リブ２８同士は、膜１８及び気体拡散層２０に対して支持構造を提供することができるよう、十分近い間隔で設けられる。通常のリブ間の間隔は、約１．０から約３．０ｍｍである（たとえば約１．５ｍｍである）。リブ２８は、比較的厚みが薄く、膜１８及び気体拡散層２０を切断しない程度にこれら部材を支持することができる程度の厚みがあるが、リブのランドから膜１８及び気体拡散層２０の両方または片方にわたる中間領域における水蒸気の交換を助ける程度の薄い経路を作成することができるほどの厚みはなく、流体を流すために利用するチャネルの開口を完全に妨害することがないように十分狭い上面のランド幅を有している。リブ２８は、また、互いに平行であり、過度な圧力降下がないようにしている。通常リブ２８は、約０.３から約１．０ｍｍである（たとえば約０．５ｍｍである）。気体拡散層（１または複数）２０も膜１８を支持するので、より厚みのある気体拡散層の利用により、リブ間隔を広げ、リブ２８自体の幅も広げることができるようになるが、積層の高さが増すことになる。開示したリブの厚み及び間隔の例は、約０．１ｍｍの厚みの気体拡散層２０に基づいている。リブ２８が膜１８を支持するので（随意で気体拡散層２０も支持する）、流動場３２は、上部及び底部が開いている。
【0066】
流動場３２内に延びる支持リブ２８は、プレート１４の厚みＴと実質的に同じであるが、厚みＴよりわずかに小さい高さを持つ（これは、流動場３２及び流動場３２のすぐ外側にある周囲のプレート１４の部分の厚みが減らすことで、気体拡散層２０を受け入れる浅いポケットを形成する目的のためである）。肩部２３は、湿性プレート１４の上面２２に提供され、これが、厚みの減った領域を画定して、気体拡散層２０の領域を画定している。湿性プレート１４の底面２４には、対応する肩部２５が設けられている。したがって図８の断面図に示す実施形態では、プレート１４の流動場３２のリブ２８の高さが、プレート１４の厚みＴから、気体拡散層２０の厚みの二倍を減算したものに等しくなる。
【0067】
プレート１４、１６の厚みＴ全体、及び、リブ２８の高さ、幅、及び間隔は、湿性プレート１４と乾性プレート１６との間で必ずしも同じではなくてもよい。たとえばこれらの寸法を異ならせることで、湿性気流及び乾性気流の圧力降下を調節することもでき、異ならせることで、湿性気流と乾性気流との間の圧力差を説明（take into account）することもできる。さらに、随意で設けられる気体拡散層２０を膜１８の乾性側から削除する実施形態では、乾性プレート１６から気体拡散層２０のポケット２３、２５を削除することもでき、これにより、乾性プレート１６のリブ２８の高さに影響がでる。
【0068】
支持リブを利用する代わりに、ディンプル、細長いディンプル、波型または角度を持った不連続のリブ、その他の突起を、支持構造として提供してもよい。
【0069】
湿性プレート１４は、プレート１４の端部表面に提供された入口開口２６を有する（この場合には、プレート１４の１つの辺にある、プレート１４の外部周辺端部沿いに延びる端部表面である）。入口開口２６は、端部表面の長さの殆どをカバーするように延び、プレート１４の隅部付近で終端している。入口開口２６は、プレート１４の上面２２で開口しており、底面２４で閉じている。
【0070】
入口通路３６は、入口開口２６を流動場３２につなげて、入口開口２６から、流動場３２の開口した上面及び開口した底面へと、流体連通させる。流動場３２の支持リブ２８は、入口通路３６を通って、入口開口２６が提供されている端部表面に延びることで、入口開口２６及び入口通路３６を分割して、支持することができる。湿性プレート１４は、同様に形成された、プレート１４の端部表面に設けられた出口開口３０を持ち、この端部表面が、プレート１４の反対側の外周辺端部沿いに延び、これもプレート１４の辺の１つを画定している。出口開口３０は、この端部表面の長さの殆どをカバーするように延び、プレート１４の隅部付近で終端している。出口開口３０も、プレート１４の上面２２で開口しており、底面２４で閉じている。
【0071】
出口通路３８は、出口開口３０を、流動場３２の開口した上面及び開口した底面につなげて、出口開口３０から流動場３２へと、流体連通させる。流動場３２の支持リブ２８は、出口通路３８を通って、出口開口３０が提供されている端部表面に延びることで、出口開口３０及び出口通路３８を分割して、支持することができる。
【0072】
プレート１４の上面２２は、平面状の封止上面３４を有し、この平面状の封止上面３４に沿って、プレート１４の上面２２が、プレート１４と隣接する乾性プレート１６との間に位置している膜１８に封止され、乾性プレート１６は、それぞれの封止底面４４に沿って同じ膜１８に対して封止される。平面状の封止上面３４は、流動場３２の外端の周りに連続形成され、完全に流動場３２を取り囲み、さらには、気体拡散層２０及び肩部２３の可能な場所も取り囲む。封止上面３４は、入口通路３６を通って延びる第１の橋架部４０と、出口通路３８を通って延びる第２の橋架部４２とを含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート１４の上面２２で閉じており、底面２４で開口している。これらの橋架部分４０、４２は、プレート１４の上面２２に沿って連続した封止を提供することができ、一方では、湿性気流を、プレート１４の周辺端部表面と中央流動場３２との間に流れさせる。
【0073】
プレート１４の底面２４は、平面状の封止底面４４を有し、この平面状の封止底面４４に沿って、プレート１４の底面２４が、隣接する乾性プレート１６に封止される。平面状の封止底面４４は、流動場３２の外端の周りに連続形成され、完全に流動場３２を取り囲み、さらには、気体拡散層２０及び肩部２５の可能な場所も取り囲む。封止底面４４は、入口通路３６を通って延びる第１の橋架部４６と、出口通路３８を通って延びる第２の橋架部４８とを含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート１４の底面２４で閉じており、上面２２で開口している。これらの橋架部分４６、４８は、プレート１４の底面２４に沿って連続した封止を提供することができ、一方では、湿性気流を、プレート１４の周辺端部表面と中央流動場３２との間に流れさせる。
【0075】
プレート１６の中央部分にも、流動場３２が画定される。流動場３２は、膜１８または気体拡散層２０に支持構造を提供する複数の支持構造を含み、膜１８及び気体拡散層２０が弛んだり、プレート１６における湿性気流の流れを締め付けたり、遮蔽したりしないようにする。加湿器１０では、これら支持構造が、流動場３２の長さ全体にわたり横方向に延びる支持リブ２８の形状で形成されている。乾性プレート１６は、上面２２と底面２４とを有している。図３Ｂに示す乾性プレート１６の底面２４には、入口開口２６が、プレート１６の端部表面に設けられている（この場合には、プレート１６の１つの辺にある、プレート１６の外部周辺端部沿いに延びる端部表面である）。入口開口２６は、端部表面の長さの殆どをカバーするように延び、プレート１６の隅部付近で終端している。入口開口２６は、プレート１６の底面２４で開口して、上面２２で閉じている。プレート１６も、入口開口２６を流動場３２につなげる入口通路３６を有する。
【0076】
乾性プレート１６も、プレート１６の端部表面に設けられた出口開口３０を持ち、この端部表面が、プレート１６の反対側の外周辺端部沿いに延び、プレート１６の辺の１つを画定している。出口開口３０は、この端部表面の長さの殆どをカバーするように延び、プレート１６の隅部付近で終端している。出口開口３０も、プレート１６の底面２４で開口しており、上面２２で閉じている。プレート１６も、出口開口３０を流動場３２につなげる出口通路３８を有する。
【0077】
図３Ａのプレート１６の上面２２は、平面状の封止上面３４を有し、この平面状の封止上面３４に沿って、プレート１６の上面２２が、プレート１６と隣接する湿性プレート１４との間に位置している膜１８に封止されている。平面状の封止上面３４は、流動場３２の外端の周りに連続形成され、完全に流動場３２を取り囲み、さらには、気体拡散層２０及び肩部２３の可能な場所も取り囲む。プレート１６の封止上面３４は、入口通路３６を通って延びる第１の橋架部４６と、出口通路３８を通って延びる第２の橋架部４８とを含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート１６の上面２２で閉じており、底面２４で開口している。これらの橋架部分４６、４８は、プレート１６の上面２２に沿って連続した封止を提供することができ、一方では、湿性気流を、プレート１６の周辺端部表面と中央流動場３２との間に流れさせる。
【0078】
図３Ｂに示すように、プレート１６の底面２４は平面状の封止底面４４を有し、この平面状の封止底面４４に沿って、プレート１６の底面２４が、隣接する乾性プレート１６の上面２２に、膜１８経由で封止される。平面状の封止底面４４は、流動場３２の外端の周りに連続形成され、完全に流動場３２を取り囲み、さらには、気体拡散層２０及び肩部２５の可能な場所も取り囲む。封止底面４４は、入口通路３６を通って延びる第１の橋架部４０と、出口通路３８を通って延びる第２の橋架部４２とを含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート１６の底面２４で閉じており、上面２２で開口している。これらの橋架部分４０、４２は、プレート１６の底面２４に沿って連続した封止を提供することができ、一方では、湿性気流を、プレート１６の周辺端部表面と中央流動場３２との間に流れさせる。
【0079】
次に、プレート１４とプレート１６と両方に対する説明を行う。
【0080】
封止上面３４及び封止底面４４は、プレート１４、１６の厚みが最大値に等しくなる領域を定義している。封止手段は、それに沿って、隣接するプレート１４、１６、及び膜１８が、ともに積層内に封止されるよう、封止上面３４及び封止底面４４に提供される。たとえば、図４及び図５に示すように、封止上面３４及び封止底面４４はそれぞれが、気体拡散層２０のポケット同様の深さを持つ浅い溝６８を設けられる。この溝６８内には、予め定められた圧縮率を有する封止材料７０を設けられる。封止材料７０は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、またはステンシル印刷等の印刷プロセスによってプレート１４、１６に塗布されてよい。または、封止材料７０は、液噴射成形法によってプレート１４、１６に塗布されてもよい。さらには、封止材料７０は、プレートに、未硬化状態の液体またはペーストの形態で、たとえばロボットを利用して塗布され、後で、塗布された封止材料７０を硬化させてもよい。これらの塗布方法は、加湿器の組み立て前に、封止材料７０とプレート１４、１６とを一体的に封止することができる。これら塗布方法は、さらに、封止材料７０の厚みを正確に制御することができ、後述するさらなる利点を提供することができる。
【0081】
図４及び図５に示すように、封止材料７０は、最初は、溝６８から飛び出た、溝６８より短い、または背の高い薄いビーズとして見えてよい。しかし図８に示すように、コア１２の組み立て中に、隣接するプレート１４、１６同士が互いに、隣接するプレート１４、１６の封止上面３４、封止底面４４の圧縮可能封止材料７０と接触することで、封止上面３４、封止底面４４の圧縮可能封止材料７０により圧力をかけられて、圧縮される（「接触」とは、隣接するプレート１４、１６の圧縮可能封止材料７０の層が、直接接触する、または膜１８により分離されていてもよい状態を示す）。圧縮可能封止材料７０は、隣接するプレート１４、１６における圧縮可能材料７０及び膜１８の両方または片方に封止するときに溝６８内に広がり、溝６８のいずれかの辺の封止表面３４、４４が、互いに接触して、「ハードストップ」を提供して、プレート間の圧縮を制限するように設けられる。この「ハードストップ」封止特徴部は、以下のように、一貫したセル間隔の繰り返しを設ける手助けを行う。プレート１４、１６が互いに接触しそうになると、圧縮力によって、積層のプレート１４、１６全てが均等化され、一貫した圧縮距離を達成することで、セル間隔が均等化させる傾向にある。さらに、隅部の圧縮負荷移動点（隅部の穴６４）が、橋架部４０、４２、４６、４８の領域で特に、周辺の封止６８、７０に密な間隔で設けられ、それら自身が同じ封止構造で実質的に覆われるようになるので、積層の組み立てを行うために比較的軽い圧縮負荷でよくなり、比較的計量の上部（端）及び底部（端）の固定構造を利用しても、局所的にかかる湾曲偏向力が絶対的に最小化される。ここで、プレート間を封止しつつ、ハードストップを設けるためには、各圧縮材料７０層の厚みを正確に制御する必要があることは理解されたい。
【0082】
封止の上述の記載は、プレート１４、１６の間の接触について言及しているが、本実施形態の各プレート１４、１６の対の間の膜１８は、膜１８が、湿性気流と乾性気流とを分離しているプレート１４、１６の領域であるアクティブな封止領域、及び、これら領域の端部を封止している封止表面３４、４４の部分を少なくとも完全にカバーしている。たとえば、加湿器１０では、膜１８が、流動場３２全体とともに、流動場３２の端部を封止しているプレート１４、１６の封止上面３４、封止底面４４の部分をカバーしている。したがってこれらの領域では、プレート１４、１６、及び、より詳しくは、封止表面３４、４４のエラストマー製の封止材料７０は、膜１８の互いに対向する辺に封止される（直接互いに対して封止されるのではなく）。上述した利点に加えて、この配置によって、膜の両辺には適合した封止（compliant seal）を行うことで、膜が損傷を受けないようにしている。図６に示すように、加湿器１０の膜１８は、穴６４を囲う領域を含む封止表面３４、４４全体にわたり延びている。他方、気体拡散層２０は、膜１８より面積が小さく、気体拡散層２０は、肩部２３、２５内の流動場３２のみをカバーするように延びており、封止上面３４、封止底面４４とは重ならない。したがって気体拡散層２０は、膜１８とともに封止されるプレート１４、１６の領域には存在しないことになる。
【0083】
橋架部４０、４２、４６、４８は、開口２６、３０、及び流路３６、３８の流れを妨げないように十分薄く、且つ、厚みの限られた１つのプレート構造内で十分な橋架支持構造を提供することができる必要がある。橋架部の厚みは、プレート１４、１６の厚みに依存しており、通常は、プレートの厚みに応じて、プレートの厚みの約１０から約５０パーセントの範囲で、または、約０．０７ｍｍから約１．５ｍｍの範囲で、変化する。
【0084】
プレート１４、１６では、第１の橋架部４０が、プレート１４、１６の反対の辺の第１の橋架部４６に対して、流動場３２側に内向きにオフセットされており、第１の橋架部４０、４６の間に重なりはない。入口通路３６を介した流れを促すために、オフセットの量をさらに増やして、第１の橋架部４０の外端（流動場３２から遠いほう）を、第１の橋架部４６の内端から離れるようにして、プレートに間隙５４を生成するが、この間隙５４は、リブ２８によって一連の小さな穴に分割したものである。第１の橋架部４６は、入口開口２６が提供される端部表面に延びているので、プレート１４の入口開口２６の閉じた底面を、及び、プレート１６の入口開口２６の閉じた上面を形成する。
【0085】
同様に、プレート１４、１６の反対側の辺では、第２の橋架部４２が、第２の橋架部４８に対して、流動場３２側に内向きにオフセットされており、第２の橋架部４２、４８の間に重なりはない。出口通路３８を介した流れを促すために、オフセットの量をさらに増やして、第２の橋架部４２の外端（流動場３２から遠いほう）を、第２の橋架部４８の内端から離れるようにして、プレート１４に間隙５６を生成するが、この間隙５６は、リブ２８によって一連の小さな穴に分割したものである。
【0086】
橋架部４０、４６、及び４２、４８の、重なりをなくすためのオフセットによって、入口開口２６、出口開口３０、及び、入口通路３６、出口通路３８を開口した溝として形成することができるようになる。これにより、プレート１４、１６の製造性が高まる場合もある（必ずではないが）。本発明の一部の実施形態では、第１の橋架部４０、４６が重なってもよいし、または、互いに直接対向して、入口通路３６の長さの少なくとも一部が、プレート１４、１６の上面２２及び底面２４によって閉じられてもよい。同様に、第２の橋架部４２、４８が重なってもよいし、または、互いに直接対向して、出口通路３８の長さの少なくとも一部が、プレート１４、１６の上面２２及び底面２４によって閉じられてもよい。
【0087】
上述したように、支持リブ２８が、流動場３２にわたり延び、膜１８及び気体拡散層２０を支持する。流れと水蒸気の流れを最大化するために、支持リブ２８は非常に薄く、横方向に支持されて、その長さ方向に押下（ティッピング）または湾曲されないようにする必要がある。したがって、ウェブ５８を隣接するリブ２８間に設けて、リブ２８を固定する。ウェブ５８は、非常に薄く、製造可能な範囲の制約の範囲内で可能な限り薄くするとよい。ウェブは、通常、約０．０７から約０．５ｍｍの範囲の厚みを有しており、たとえば約０．１１ｍｍの厚みであってよい。加湿器１０のウェブ５８は、プレート１４の上面２２及び底面２４の間にある平面に位置しており、たとえば、プレート１４、１６の上面２２及び底面２４の間の中間に位置する中央平面に位置していてよい。加速器１０では、各ウェブ５８が、流動場３２においてリブ２８に平行に延び、第１の橋架部４０から短い距離の地点で終端されて、間隙６０が形成されるが、この間隙６０は、リブ２８が、プレート１４に延在する一連の小さな穴に分割されたものである。同様に、各ウェブ５８も、第２の橋架部４２から短い距離の地点で終端されて、間隙６２が形成されるが、この間隙６２は、リブ２８が、プレート１４に延在する一連の小さな穴に分割されたものである。間隙６０及び６２も、プレート１４、１６に延在するように設けられ、流動場３２の開いた上面及び開いた底面と、入口通路３６及び出口通路３８との間を流体連通させることから、ここでは「ダイブスルー開口（dive-through openings）」と称される。
【0088】
間隙６０を設けることで、入口通路３６から、流動場３２のプレート１４、１６の両辺にかけて湿性気流が流れるようになり、湿性気流がウェブ５８の上及び下（流動場３２の開いた上面及び開いた底面）に実質的に均等に分割される。同様に、間隙６２を設けることで、流れが実質的にウェブ５８の上及び下（流動場３２の開いた上面及び開いた底面）に分割され、出口通路３８に入る。
【0089】
湿性プレート１４及び乾性プレート１６のそれぞれの隅部には、穴６４が設けられて、ボルト、ロッド、スタッド、またはケーブル等の細長い固定具を受け入れる（図７にボルト６６及びナット６７を示す）。図７にはさらに、湿性プレート１４及び乾性プレート１６を、膜１８と気体拡散層２０を、隣接する湿性プレート１４及び乾性プレート１６の各対の間に配置するように交互に積層することで、コア１２が一対の構造端部プレート７２、１７３の間に組み立てにより組み入れられることが示されている。積層が形成されると、コア１２を圧縮して、上述したようにプレート１４及び１６を、共有している膜１８の各辺に対して圧縮して、膜１８がプレート１４及び１６の間に挟まれ、固定具（たとえばボルト６６及びナット６７）によって圧縮され続けるようにする。
【0090】
剛性は、プレート１４、１６の端部における封止経路沿いにのみ必要なので、比較的厚みのある端部プレート７２、１７３を、より軽量な固定具で置き換えることもできる。たとえば、端部プレート７２、１７３の中央部分を取り除いて、厚みがあり、剛性を有する端部周辺フレームを提供してよく、これには、より小型のリブまたはトラスのような構造（truss like structure）を組み込むこともできる。
【0091】
図７に示すように、積層されているプレート１４、１６の封止溝７１が位置合わせされて、コア１２の高さ全体に延在するように連続した溝７３が設けられる。溝７１は、含まれている封止材料７０及び封止溝６８と連通して、溝７１の端部に連続した封止を提供する。示されているように、上端プレート７２は、溝７３と位置合わせされた脚部７７を含む溝７５と、プレート７２の端部に沿って延びる細長い部分７９とを含む。図示されていないが、溝７５は連続しており、細長い部分７９が、プレート７２の他端にまで延び、別の脚部７７（不図示）が、コア１２の他端に形成された溝７３と連通する。同様に、底面端部プレート１７３には、溝７３と位置合わせされた脚部８３を含む溝８１と、プレート１７３の端部に沿って延びる細長い部分８５とが設けられる。図示されてはいないが、溝８１は連続しており、細長い部分８５が、プレート１７３の他端にまで延び、別の脚部８３（不図示）が、コア１２の他端に形成された溝７３と連通する。したがって、コア１２と端部プレート７２、１７３を含むアセンブリの少なくとも一面に沿って、コア１２にマニフォルドを封止するためのＯ−リング等の封止部材を受けるための連続した長方形の溝が設けられている。
【0092】
次に、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照するとわかるように、組み立て、及び、組み立て中にプレート１４、１６の位置合わせの維持を補助するために、プレート１４、１６に、雄雌スナップ式の部材（male and female snap fit elements）を提供してもよい。これらスナップ式の部材は、穴６４内に提供されると好適であろう。たとえば、図１６Ａ及び図１６Ｂでは、各プレート１４、１６の上面２２に、穴６４を取り囲む環形の突起１２０を設け、各プレート１４、１６の底面２４に、穴６４を取り囲む環形の窪み１２２を設けてよく、この環形の窪み１２２は、隣接するプレート１４、１６に対して環形の突起１２０をスナップ式に受け取ることができるに足るサイズと深さとを有する。たとえば積層段階を利用することで、プレート１４、１６の各対がこのようにして予め組み立てられてはいるかもしれないが、スナップ式の部材自身が、十分な積層圧縮負荷をかけることはできない点は理解されたい。したがって積層は通常、スナップ式の部材を提供する場合であっても、積層圧縮及び組み立てを行うためには細長い固定具を必要とする。
【0093】
図面に示されているように、湿性プレート１４及び乾性プレート１６の入口及び出口は、コア１２の４つの面に沿って観察することができる。コア１２のこれら４面は、プレート１４、１６の入口及び出口及び燃料電池システムの他のコンポーネントの間に流れを連通させるマニフォルドによって封止及びカバーされている。
【0094】
特に、図１に示すように、湿性気流入口マニフォルド７４は、湿性プレート１４の入口開口２６がそれに沿って提供されているコア１２の面をカバーする。湿性気流入口マニフォルド７４の一端は、コア１２に封止され、他端が、マニフォルド７４を燃料電池カソードの排出ポート（不図示）に接続するコンジット（不図示）に封止されている。
【0095】
湿性気流出口マニフォルド７６は、湿性プレート１４の出口開口３０がそれに沿って提供されているコア１２の面をカバーしており、これは、入口開口２６が提供されている面の正反対側にある。湿性気流入口マニフォルド７６の一端は、コア１２に封止され、他端が、カソード排気を燃料電池システムから排出する、または、カソード排気をリサイクルしたり、システムから排出する前にさらなる処理を施したりするための燃料電池システムの別のコンポーネントにつながるコンジット（不図示）に封止されている。
【0096】
乾性気流入口マニフォルド７８は、乾性プレート１６の入口開口２６がそれに沿って提供されているコア１２の面をカバーしている。乾性気流入口マニフォルド７８の一端は、コア１２に封止され、他端が、マニフォルド７４を外気源に接続するコンジット（不図示）に封止されている。上述したように、外気は、加湿器１０に投入される前にまず圧縮されて冷却されるので、マニフォルド７８は、圧縮器の下流に設けられている給気冷却器（不図示）の出口または空気圧縮器（不図示）の出口に接続されたコンジット（不図示）に接続されてよい。
【0097】
乾性気流出口マニフォルド８０は、乾性プレート１６の出口開口３０がそれに沿って提供されるコア１２の面をカバーしており、これは、乾性プレート１６の入口開口２６が提供されている面の正反対側にある。乾性気流入口マニフォルド８０の一端は、コア１２に封止され、他端が、湿気を燃料電池システム（不図示）に搬送して、燃料と反応させるためのコンジット（不図示）に封止されている。
【0098】
マニフォルド７４、７６、７８、８０は、コア１２に直接取り付けられてもよいし、コア１２が封止されている筐体（不図示）に取り付けられてもよい。
【0099】
第２の実施形態における加湿器１１０を図９及び図１０を参照して後述する。加湿器１１０は、以下に示す差異を除いて、全ての点で加湿器１０と同一であるので、加湿器１０の部材に関する説明は、そうではないと明記しない限りにおいて加湿器１１０に対しても同様にあてはまる。さらに、図面及び以下の説明において、加湿器１０及び１１０における同様の部材は、同様の参照番号を付している。
【0100】
第２の実施形態における加湿器１１０は、湿性プレート１４、乾性プレート１６、膜１８、及び気体拡散層２０から構築されるコア１２を含む。加湿器１１０のコア１２に利用される湿性プレート１４及び乾性プレート１６は、流動場３２の構成を除く全ての点において、加湿器１０の湿性プレート１４及び乾性プレート１６と同一である。加湿器１１０では、プレート１４、１６の流動場３２を、支持リブ２８が横切り、隣接するリブ２８がウェブ８２によって接続されている。加湿器１０の流動場３２を実質的に全体的に覆っている加湿器１０の細長いウェブ５８に比べると、ウェブ８２は、より短く、リブ２８の長さにわたり断続的に間隔を置いて配置されており、隣接するリブ２８の間に更なる間隙８４が設けられている。これら間隙８４は、各プレート１４、１６の上部領域及び底部領域に沿って流れる気体の間を連通させるさらなる領域を提供している。ウェブ８２及び間隙８４がカバーする領域はそれぞれ可変であり、ウェブ８２が短くなっており、間隙８４が、流動場３２がメッシュ状の外観を呈するまで拡大されることで、プレート１４、１６の上部領域及び底部領域に沿って流れる気流の間を実質的に連続して連通させることがわかる。間隙８４は、上述した間隙６０、６２同様に、「ダイブスルー」開口としても機能することがわかるだろう。
【0101】
図示されている加湿器１１０では、複数の比較的短いウェブ８２を、流動場３２を横切る各リブ２８の長さに沿って提供する。隣接するリブ２８の対の間に設けられるウェブ８２は、リブ２８の方向を横切る方向に互いに位置合わせされてよいが、これは必須ではない。ウェブ５８同様に、ウェブ８２は、それぞれが、プレート１４、１６の上面２２及び底面２４の間にある平面に位置していてよいが、これも必須ではない。むしろ、ウェブ８２それぞれが、プレート１４、１６の上面２２または底面２４と位置合わせされてよい。
【0102】
第３の実施形態における加湿器１１０を図１１から図１５を参照して後述する。加湿器２１０は、直交流の加湿器であり、以下に示す点を除くすべての点において、加湿器１０及び１１０と同一である。したがって、加湿器１０、１１０の部材の説明は、そうではないと明記しない限りにおいて加湿器２１０にも適用される。さらに、図面及び以下の記載では、加湿器１０、１１０、及び２１０の同様の部材が、同様の参照番号で示される。
【0103】
加湿器２１０は、湿性気体及び乾性気体のための入口及び出口マニフォルドがコア１２の一部として一体形成される点が加湿器１０と異なる。こうすることで、別途、コアに封止させるべき外部マニフォルド７４、７６、７８、８０を設ける必要がなくなる。一体形成されたマニフォルドを提供するために、加湿器２１０を構成する各湿性プレート１４及び乾性プレート１６が、プレート１４、１６が積層されると、湿性気流及び乾性気流用の入口マニフォルド及び出口マニフォルドを形成するマニフォルド開口を含んでいる。次に加湿器２１０のプレート１４、１６を説明する。
【0104】
まず、図面からわかるように、加湿器２１０を構成する湿性プレート１４、乾性プレート１６が、加湿器１０の湿性プレート１４、乾性プレート１６のすべての部材と同じ部材を含む。加えて、各プレート１４、１６は、４つのマニフォルド開口が向けられる４つの辺に沿った延長部を含む。
【0105】
たとえば図１１及び図１２は、それぞれ、加湿器２１０の湿性プレート１４の上面２２及び底面２４を示す。プレート１４の対向する短い辺からは、一対のマニフォルド延長部が延びている（つまり、湿性入口マニフォルド開口８８を画定する湿性入口マニフォルド延長部８６と、湿性出口マニフォルド開口９２を画定する湿性出口マニフォルド延長部９０）。湿性入口マニフォルド開口８８は、その全長にわたり湿性プレート１４の入口開口２６と気体連通しているので、入口開口２６が提供されるプレート１４の辺の略全長にわたり湿性入口マニフォルド延長部８６が延びる。湿性入口マニフォルド延長部８６は、プレート１４の封止上面３４とコプラナーな封止上面９４と、プレート１４の封止底面４４とコプラナーな封止底面９６とを含む。封止上面９４及び封止底面９６は、後述するように、加湿器２１０の組み立て中に、隣接する乾性プレート１６の間の湿性マニフォルド延長部に封止される。
【0106】
同様に、プレート１４の湿性出口マニフォルド開口９２は、その全長にわたり湿性プレート１４の出口開口３０と気体連通しており、湿性出口マニフォルド延長部９０は、出口開口３０が設けられているプレート１４の辺の略全長にわたり延びる。湿性出口マニフォルド延長部９０は、プレート１４の封止上面３４とコプラナーな封止上面９８と、プレート１４の封止底面４４とコプラナーな封止底面１００とを含む。封止上面９８及び封止底面１００は、後述するように、加湿器２１０の組み立て中に、隣接する乾性プレート１６の間の湿性マニフォルド延長部に封止される。
【0107】
したがって、加湿器２１０の湿性プレート１４では、入口開口２６と出口開口３０とが、それぞれ湿性入口マニフォルド開口８８及び湿性出口マニフォルド開口９２内に開口しているプレート１４の端部表面に形成される。これは、入口開口２６及び出口開口３０がプレート１４の外部周辺端部に沿って延びる端部表面に形成されている加湿器１０の湿性プレート１４とは対照的である。
【0108】
加湿器２１０の湿性プレート１４には、さらに、プレート１４の互いに対向する長辺沿いに、一対のマニフォルド延長部が設けられる（つまり、乾性入口マニフォルド開口１０４を画定する乾性入口マニフォルド延長部１０２と、乾性出口マニフォルド開口１０８を画定する乾性出口マニフォルド延長部１０６）。乾性入口マニフォルド開口１０４及び乾性出口マニフォルド開口１０８は、湿性プレート１４の流動場３２と気体連通していない。乾性マニフォルド延長部１０２、１０６は、単に、後述するように乾性入口及び出口マニフォルドの構成における充填部としてのみ機能する。乾性入口マニフォルド延長部１０２は、プレート１４の封止上面３４とコプラナーな封止上面１１２と、プレート１４の封止底面４４とコプラナーな封止底面１１４とを含む。封止上面１１２及び封止底面１１４は、後述するように、加湿器２１０の組み立て中に、隣接する乾性プレート１６の間の湿性マニフォルド延長部に封止される。
【0109】
乾性出口マニフォルド延長部１０６も、同様に、プレート１４の封止上面３４とコプラナーな封止上面１１６と、プレート１４の封止底面４４とコプラナーな封止底面１１８とを含む。封止上面１１６及び封止底面１１８は、後述するように、加湿器２１０の組み立て中に、隣接する乾性プレート１６の間の湿性マニフォルド延長部に封止される。
【0110】
マニフォルド延長部８６、９０、１０２、及び１０６にはそれぞれ、１以上の強化リブ９９を設けられ、内部的圧力がかかった場合であってもそれぞれの開口８８、９２、１０４、１０８の形状を維持することができる。マニフォルド延長部の封止表面３４、４４には、プレート１４の封止上面３４、封止底面４４の残りの部分同様に、溝６８と封止材料７０とが提供される。
【0111】
図１３及び図１４は、それぞれが、加湿器２１０のプレート１６の上面２２及び底面２４を示している。乾性プレート１６にも、以下に説明する点を除いて、湿性プレート１４と同じ構成のマニフォルド延長部及び開口が設けられている。したがって、図面及び以下の記載では、加湿器２１０の乾性プレート１６の同様の部材（マニフォルド延長部を含む）に、同様の参照番号を付す。
【0112】
乾性プレート１６それぞれは、プレート１６の互いに対向する長辺に沿って乾性入口及び出口マニフォルド延長部１０２、１０６を含み、乾性入口及び出口マニフォルド延長部１０２、１０６は、それぞれ、プレート１６の入口及び出口マニフォルド開口１０４、１０８を画定している。プレート１６の入口マニフォルド開口１０４は、入口開口２６と気体連通しており、出口マニフォルド開口１０８は、出口開口３０と気体連通している。
【0113】
湿性及び乾性プレート１４，１６が加湿器２１０を形成するために積層されるとき、湿性及び乾性プレートの湿性マニフォルド延長部８６、９０が、封止表面に沿って互いに封止される。湿性及び乾性プレート１４、１６の複数の湿性入口マニフォルド開口８８は組み合わせられて、加湿器２１０の全高にわたり延びる湿性入口マニフォルド空間を形成して、湿性プレート１４のすべての湿性入口開口２６は、湿性入口マニフォルド空間の内部と気体連通している。同様に、湿性及び乾性プレート１４、１６の複数の湿性出口マニフォルド開口９２も組み合わせられて、加湿器２１０の全高にわたり延びる湿性出口マニフォルド空間を形成して、湿性プレート１４のすべての湿性出口開口３０は、湿性出口マニフォルド空間の内部と気体連通している。
【0114】
さらに、加湿器２１０では、湿性及び乾性プレート１４、１６の乾性入口マニフォルド開口１０４が組み合わせられて、加湿器２１０の全高にわたり延びる乾性入口マニフォルド空間を形成して、乾性プレート１６のすべての乾性入口開口２６は、乾性入口マニフォルド空間の内部と気体連通している。同様に、湿性及び乾性プレート１４、１６の複数の乾性出口マニフォルド開口１０８が組み合わせられて、加湿器２１０の全高にわたり延びる乾性出口マニフォルド空間を形成して、乾性プレート１６のすべての乾性出口開口３０は、乾性出口マニフォルド空間の内部と気体連通している。上述した加湿器１０同様に、加湿器２１０のコア１２も、端部プレートの間で圧縮されるが、端部プレートは、マニフォルド空間と連通する穴が設けられ、これら穴の上に、燃料電池システムの他のコンポーネントとの接続のための係合がなされている点において、上述した端部プレート７２、１７３とは、外観が若干異なっている。各マニフォルド空間の１つまたは両方の端部は、端部プレートにおいて開いている。上述した加湿器１０、１１０におけるのと同様に、膜１８（不図示）及び気体拡散層２０（不図示）が、加湿器２１０の隣接する湿性及び乾性プレート１４、１６の間に提供される。上述したように、膜１８は、少なくともアクティブな封止領域（つまり、流動場３２、及び、流動場３２の縁部の周りに延びる封止上面３４、封止底面４４の部分）に存在している。膜１８は、マニフォルドの領域内に外向きに延びる封止表面の部分間（たとえば封止上面及び底面１１２、１１４、１１６、１１８）には、存在させなくてよい。これら領域には、封止表面間に、及び、隣接するプレート間の封止表面１１２、１１４、１１６、１１８の上に提供されるエラストマー封止材料７０の間に、直接的な接触がある。
【0115】
上述し、図面に示したすべての実施形態は、直交流加湿器に関していた。本発明の一部の実施形態では、湿性気流及び乾性気流が逆流配置（互いに反対方向に流れる）、または、並行流配置（同じ方向に流れる）であってもよく、これらの構成は、湿性プレート１４または乾性プレート１６の配向及び流れの方向を変更することで達成可能である。
【0116】
次に、本発明の第４の実施形態における加湿器３１０を、図１７Ａ、図１７Ｂ，図１８Ａ、及び図１８Ｂを参照して後述するが、この加湿器では、湿性気流と乾性気流とが、互いに対して逆流配置または並行流配置である。
【0117】
後述する点を除き、加湿器３１０の部材は、上述した加湿器１０、１１０、及び２１０のうち少なくとも１つの部材と同一である。したがって、したがって、加湿器１０、１１０、及び２１０の部材の説明は、そうではないと明記しない限りにおいて加湿器３１０にも適用され、図面及び以下の記載では、３１０の同様の部材が、同様の参照番号で示される。さらに、図１７Ａ、図１７Ｂ，図１８Ａ、及び図１８Ｂは、本実施形態の特徴部を説明するためには不要な詳細を省いて、簡略化されたものとなっている。たとえば、図面からは、浅い溝６８、圧縮可能な封止材７０、拡散層２０を受けるための肩部２３、２５、及び、プレート同士を接合するための穴６４が省かれている。これら部材が、第４の実施形態における加湿器３１０を構成するプレートに存在していてもよい点を理解されたい。
【0118】
加湿器３１０は、湿性プレート３１４と乾性プレート３１６とが交互に配列された積層から構成されたコアを含む。加湿器２１０におけるのと同様に、加湿器３１０の湿性気体及び乾性気体用の入口及び出口マニフォルドは、コアとともに一体成形されており、各プレート３１４、３１６が、湿性入口マニフォルド開口８８、湿性出口マニフォルド開口９２、乾性入口マニフォルド開口１０４、及び、乾性出口マニフォルド開口１０８を含んでいる。気流を逆流または並行流にするために、プレート３１４、３１６の各端部には、乾性マニフォルド開口の隣に湿性マニフォルド開口が設けられている。湿性プレート３１４の上面及び底面の図を図１７Ａ及び図１７Ｂに示し、乾性プレート３１６の上面及び底面の図を図１８Ａ及び図１８Ｂに示す。
【0119】
湿性気流と乾性気流とを逆流させる図示されている実施形態では、湿性入口マニフォルド開口８８が、乾性出口マニフォルド開口１０８のプレート３１４、３１６の同じ端部に配置され、湿性出口マニフォルド開口９２が、乾性入口マニフォルド開口１０４に隣接する、対向する端部に配置される。並行流に変更する場合には、湿性気流または乾性気流のいずれかの流れを、図面に示す方向と逆にすればよい。
【0120】
さらに、図面に示す加湿器３１０のプレート３１４及び３１６では、湿性気流用の入口及び出口マニフォルド開口８８、９２が、プレート３１４、３１６の互いに正反対の端部に配置され、乾性気流用の入口及び出口マニフォルド開口１０４、１０８が、同様に、プレート３１４、３１６の互いに正反対の端部に配置される。この配置の代わりに、開口の位置を変更して、湿性気流の入口及び出口マニフォルド開口８８、９２が、互いの斜交いの隅に配置され、乾性気流用の入口及び出口マニフォルド開口１０４、１０８が、同様に、互いの斜交いの隅に配置されてもよい。入口及び出口マニフォルド開口を斜交いの隅に配置すると、プレートの隅付近のデッドスペースが低減され、プレートにより多い圧力降下が提供されるであろう。
【0121】
図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、湿性気流用の入口開口２６は、湿性入口マニフォルド開口８８内に向かって開口しているプレート３１４の端部表面に配置されている。入口開口２６は、入口開口２６を分割して支持し、入口開口から流動場３２に向かって外向きの放射状に設けられ、入口開口２６を流動場３２に接続する入口通路３６を画定している複数の支持リブ２８により分割されている。同様に、湿性気流用の出口開口３０も、湿性出口マニフォルド開口９２内に向かって開口しているプレート３１４の端部表面に配置されている。出口開口３０は、出口開口３０を分割して支持し、出口開口から流動場３２に向かって外向きの放射状に設けられ、出口開口３０を流動場３２に接続する出口通路３８を画定している複数の支持リブ２８により分割されている。これは、入口及び出口開口２６、３０が開口８８、９２の湾曲面に沿って配置されており、支持リブ２８及び通路３６、３８が、流動場３２に向かってそこから外向きに放射するよう配置されていることを除いて、加湿器の湿性プレート１４の構成と同じである。プレート３１４、３１６の開口８８、９２、１０４、１０８は、必ずしも円形ではなくてよく、特定の用途の要件により定められる任意の適切な形状であってよいことを理解されたい。
【0122】
加速器１０及び２１０におけるのと同様に、加湿器３１０の各プレート３１４、３１６の流動場３２を、膜１８（不図示）及び気体拡散層２０（不図示）に支持構造を提供する支持リブ２８が横切っている。しかし、流動場をまっすぐ横切るリブ２８を有する代わりに、リブ２８は、流体の流れの方向に対して一定の角度を持って流動場３２内を延びてもよく、プレート３１４、３１６の端部に隣接したマニフォルド開口８８、９２から離れる方向に延びる角度を持つ放射部分をもち、プレート３１４、３１６の中央部分が起伏のある波形状のパターンとなっていてよい。説明の便宜上、加湿器３１０のリブ２８は実際の縮尺で示していない。リブ２８は、上述した加湿器１０のリブ２８と厚み及び数が類似していてよい。リブ２８それぞれは、湿性マニフォルド開口８８、９２の間に連続して延びる（図１７Ａ、図１７Ｂ）、または、乾性マニフォルド開口１０４、１０８の間に連続して延びる（図１８Ａ、図１８Ｂ）、として示されている。
【0123】
プレート３１４の上面２２には、平面状の封止上面３４が設けられて、この封止上面３４に沿って、プレート３１４の上面２２が、プレート３１４と３１６との間に設けられている膜１８に封止され、乾性プレート３１６が、各封止底面４４に沿って同じ膜１８に封止される。上述した加湿器２１０同様に、膜１８は、少なくともアクティブな封止領域（つまり、流動場３２、及び、流動場３２の縁部の周りに延びる封止上面３４、封止底面４４の部分）に存在している。膜１８は、マニフォルド開口８８、９２、１０４、１０８の外端の周りに延びる封止表面３４、４４の部分の間には存在しなくてよい。平面状の封止上面３４は、流動場３２の外端の周りに連続して延び、さらに、適宜、気体拡散層２０（不図示）を取り囲む。封止上面３４は、入口通路３６を通って延びる第１の橋架部４０と、出口通路３８を通って延びる第２の橋架部４２とを含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート３１４の上面２２で閉じており、底面２４で開口している。これらの橋架部分４０、４２は、プレート３１４の上面２２に沿って連続した封止を提供することができ、一方では、湿性気流を、入口開口及び通路２６、３６から、流動場３２を通り、出口通路及び開口３８、３０に流すことができる。封止上面３４が完全に各マニフォルド開口８８、９２、１０４、及び１０８を取り囲んでいることがわかるだろう。したがって乾性気流マニフォルド開口１０４、１０８が、プレート３１４の流動場３２への気体連通に対して封止され、湿性気流マニフォルド開口８８、９２及び流動場の間の気体連通は、入口開口及び出口開口２６、３０それぞれによってのみ可能である。
【0124】
図１７Ｂに示す湿性プレート３１４の底面２４は、封止底面４４を有し、この封止底面４４に沿って、湿性プレート３１４の底面２４が、膜１８を通り隣接する乾性プレート３１６の上面２２に封止される。平面状の封止底面４４は、流動場３２の外端の周りに連続形成され、さらには、マニフォルド開口８８、９２、１０４、１０８も取り囲む。封止底面４４は、入口通路３６を通って延びる第１の橋架部４６と、出口通路３８を通って延びる第２の橋架部４８とを含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート３１４の底面２４で閉じており、上面２２で開口している。これらの橋架部分４６、４８は、プレート３１４の底面２４に沿って連続した封止を提供することができる。
【0126】
プレート３１４、３１６では、第１の橋架部４６が、第１の橋架部４０に対して、流動場３２側に内向きにオフセットされており、第１の橋架部４０、４６の間に重なりはないが、リブ２８によって一連の小さな穴に分割された間隙５４がプレート３１４または３１６に形成される程度のオフセットとしてもよい。同様に、第２の橋架部４８が、第２の橋架部４２に対して流動場３２に対して内向きにオフセットされており、リブ２８によって一連の小さな穴に分割した間隙５６がプレート３１４または３１６に形成される程度のオフセットはあってもよい。図１７Ａまたは図１７Ｂの開口８８、９２のいずれかにおける端部から延びる放射状の断面、または、図１８Ａまたは図１８Ｂの開口１０４、１０８のいずれかにおける端部から流動場３２内へと放射状に延びる断面において、これらのプレートは、図８の断面図に示したプレート１４及び１６と実質的に同じ外観を呈する。
【0127】
乾性プレート３１４の流動場３２のリブ２８に関する以下の説明は、湿性プレート３１６にも適用される。乾性プレート３１４の流動場３２の波型のリブ２８は、プレート３１４の厚みに実質的に等しい高さを有していてよいが、これは、通常は、気体拡散層２０の厚みをカバーするためにプレート３１４の厚みよりは小さい。説明の都合上、気体拡散層２０を受けるポケットは、加湿器３１０に関する図面には示されていない。リブ２８に横方向の支持を与えるために、連続したウェブ５８を設けて、互いに対する位置を維持させる。ウェブ５８は、加湿器１０の説明でも述べたように、非常の薄く、流動場３２全体にリブ２８の間に延び、橋架部４０及び４２から短い距離の地点で終端されて、間隙６０及び６２、または「ダイブスルー開口」が形成されるが、これらは、流動場３２の開口した上面及び開口した底面及び、入口通路及び出口通路３６、３８を提供している。
【0128】
連続したウェブ５８を設ける代わりに、プレート３１４には、図９及び図１０に示すような、より短く、リブ２８の長さ方向に断続的に間を空けて設けられたウェブ８２を設けてもよく、隣接するリブ間にさらに間隙８４があってもよい。これら間隙８４は、プレート３１４の上部及び底部領域に沿って流れる気体を連通させるさらなる領域を提供しており、「ダイブスルー」開口としても機能する。
【0129】
上述した直交流の実施形態と同様に、湿性プレート３１４のリブ２８は、隣接する乾性プレート３１６のリブ２８との間で十字（criss-cross）のパターンを形成する。湿性及び乾性プレート３１４、３１６のリブパターンを比べてみるとわかるように、プレート３１４、３１６が整列したマニフォルド開口８８、９２、１０４、１０８と交互に積層されている場合、湿性プレート３１４のマニフォルド開口８８、９２に隣接している、放射状の、リブ２８の圧倒的に直線の部分は、乾性プレート３１６のマニフォルド開口１０４、１０８に隣接するリブ２８の圧倒的の直線の部分との間で、十字の、クロスハッチングを施されたパターンを形成する。さらに、湿性プレート３１４の流動場３２の中央部分の、起伏のある波形状のパターンは、乾性プレート３１６の流動場３２のパターンとは、約９０度「位相がずれて」おり、十字の構成を形成している。リブ２８を十字の構成とすると、リブ２８、膜１８、及び拡散層２０を支持する目的で好適であり、さらには、膜１８及び拡散層２０を傷つける可能性のある、隣接するプレート間のリブ２８の交互配置を防止する目的でも好適である。
【0130】
さらに、少なくともリブ２８が起伏のある波型状のパターンを有している流動場３２の部分においてリブ２８の間のウェブ５４または８２を完全に撤廃した、第３の実施形態における加湿器３１０の変形例も可能である旨を理解されたい。この場合には、図１７Ａに示すものに類似した第１の波型パターンをプレート３１４の上部に設け、図１８Ａに示すものに類似した位相のずれた第２の波型パターンをプレート３１４の底部に設けることで、十字のパターンを各プレート内に形成する。したがって、リブ２８の上部は、リブ２８の底部に十字に交わり、図１９に示すようなパターンが形成される（図１９は、湿性または乾性の加湿器プレート３１４または３１６の流動場３２の部分的な平面図である）図１９では、プレートの上部のリブを実線で示し、参照番号２８ａが付されており、プレートの底部のリブを点線で示し、参照番号２８ｂが付されている。
【0131】
直交流、並行流、または逆流の気体を提供するために、気流の方向を変化させるためには、いくつもの可能性が考えられることを理解されたい。さらに、リブの配置、及び、入口開口及び出口開口の配置には、一体化されたマニフォルド開口を設けようと設けまいと、様々な可能性がある。すでに複数の変形例について上記で詳述したが、いくつか別の例を以下に追加する。
【0132】
図２０は、ここで記載する実施形態のいずれかで利用可能な湿性加速器プレートまたは乾性加湿器プレートの流動場３２の変形例を示す。上述した実施形態それぞれは、複数の細長い連続した支持リブ２８を有している。しかし、本発明のすべての実施形態で、連続した支持リブ２８を利用せねばならないというわけではない。例えば、図２０に示すように、リブは、間を隔てられた複数行のディンプル２８０で部分的または完全に置き換えることができる。ディンプル２８０は、図２０に示すように、ディンプル２８０の上面及び底面の間の略中間に位置する平面に位置するものとして、上述したようにウェブ５８により接続されてよい。ウェブ５８は、連続していてもいいし、または、定期的または不定期的な間隔の穿孔で遮られてもよい（図２０に示す穿孔２８２）。図２１に示すディンプル２８０は、定期的な間隔の行とされ、ブロック形状を有するが、ディンプル２８０の間隔及び形状は、膜１８と拡散層２０とを支持することができさえすれば、任意のものであって構わないことを理解されたい。
【0133】
図２１は、湿性プレートまたは乾性プレートの流動場３２に、連続したウェブ５８で接続されたディンプルを設けられている別の変形例を示す。図２０のディンプル２８０と比べると、図２１の流動場３２には、ウェブ５８の平面から上方に延びた間隔のあいたディンプル２８４と、ウェブ５８の平面から下方に延びた間隔のあいたディンプル２８６とが設けられている。図２０のウェブの構成とディンプルの間隔及び形状に関する説明は、図２１に適用可能である。
【0134】
図２２は、湿性または乾性の加湿器プレートのための流動場の構成におけるまた別の変形例を示す。図２２の変形例は、図２０の変形例と類似しており、流動場３２が、複数の間隔をあけたディンプル２８０の行を含んでいる。図２２のウェブ５８は、拡大された金属メッシュの外観を呈しており、複数の定期的な間隔をあけられた開口２８２を有することで、プレートの上面と底面との間に流体連通を提供する。ウェブ５８を含むメッシュは、各ディンプル２８０の辺に取り付けられることで、ディンプル２８０の行同士を接続する。メッシュ形状のウェブ５８の利用は、本実施形態に限ったことではなく、流動場３２に連続したリブが設けられている上述した実施形態で利用することもできる。
【0136】
後述する箇所以外は、加湿器４１０の部材は、上述した加湿器１０、１１０、２１０及び３１０の部材と等しい。従って、上述した加湿器１０、１１０、２１０及び３１０の部材の説明は、そうではないと明記しない限り加湿器４１０にも同様に当てはまり、加湿器４１０の同様の部材を図面及び以下の記載において同様の参照番号で特定する。さらに、図２３から図２５は、本実施形態の特徴を説明するために不要な詳細を省いて簡略化されたものとしている。たとえば、図面からは、浅い溝６８、圧縮封止材７０、及び、拡散層２０を受けるための肩部２３、２５が省かれている。これら部材が、第５の実施形態における加湿器を構成するプレートに存在していてもよい点を理解されたい。
【0137】
加湿器４１０は、湿性プレートと乾性プレートとが交互に配置された積層から構成されたコアを含む。図２３から図２５は、加湿器の湿性プレート４１５を示し、図２３及び図２４は、湿性プレート４１５の底面２４を示し、図２５は、湿性プレートの上面２２を示している。
【0138】
逆流／並行流の加湿器２１０及び３１０と同様に、加湿器４１０の湿性気体及び乾性気体のための入口及び出口マニフォルドは、コアと一体形成され、各湿性プレート４１５が湿性入口マニフォルド開口８８と、湿性出口マニフォルド開口９２と、乾性入口マニフォルド開口１０４と、乾性出口マニフォルド開口１０８とを含む。逆流または並行流の気流を生成するためには、プレート４１５の各端部に対して、乾性マニフォルド開口の隣に湿性マニフォルド開口を設ける。プレート４１５のマニフォルド開口は、一般的には三角形である。湿性プレート４１５は、逆流する湿性気流及び乾性気流のためのものなので、乾性入口マニフォルド開口１０４及び湿性入口マニフォルド開口８８は、プレートのそれぞれ反対側の端部に位置している（乾性出口マニフォルド開口１０８及び湿性出口マニフォルド開口９２も同様である）。プレート４１５では、湿性気流用の入口及び出口マニフォルド開口８８、９２が、プレート４１５のそれぞれ斜交いの端部に位置しており、乾性入口及び出口マニフォルド開口１０４、１０８も同様に斜交いに配置される。プレート４１５は、図１７Ａの湿性プレート３１４に構造的に類似している。例えば、プレート４１５は、湿性入口マニフォルド開口８８内に向かって開口するプレート４１５の端部表面に位置している湿性気流の入口開口２６を有している。入口開口２６は、入口開口から流動場３２に向かって外向きに延びるよう設けられている複数の支持リブ２８により分割されている。入口開口２６がそれに沿って形成されている端部表面は、プレート４１５の辺に対して斜交いに設けられており、入口開口２６を分割している支持リブ２８も、開口２６の端部から斜交いに延びる。同様に、湿性気流の出口開口３０も、湿性出口マニフォルド開口９２内に向かって開口している、プレート４１５の斜交いに延びる端部表面に位置している。出口開口３０は、開口９２から流動場３２に向かって外向きに延びるよう設けられている複数の支持リブ２８により分割されている。
【0139】
プレート３１４と同様に、プレート４１５の流動場３２も、膜１８（不図示）及び気体拡散層２０（不図示）に支持構造を提供する支持リブ２８が横切っている。流動場３２では、湿性入口及び出口マニフォルド開口８８、９２に隣接するリブ２８の部分が、まっすぐであり、一般的には互いに並列であり、プレート４１５に斜交いに延びる。リブ２８のプレート４１５の中央部は、起伏のある波型の外観を呈している。プレート４１５の複数のリブ２８が流動場全体に連続して延びていることが（まっすぐで、斜交いの端部及び起伏のある中央部分を含む）、図面からわかる。これら長いほうのリブは、図面の参照番号２８ｃを付されている。長いほうのリブ２８ｃの各対の間には、まっすぐの端部がなく、真ん中の起伏のある部分しかない短いほうのリブが設けられている。これらの短いほうのリブは、図面で参照番号２８ｄを付されている。短いほうのリブ２８ｄを含めたことで、長いほうのリブ２８ｃのまっすぐの端部の間に形成されている各チャネルが、流動場３２の中央部分のリブ２８ｃ、２８ｄの波型の部分の間に形成されている隣接している一対のチャネルと流体連通していることがわかるだろう。言い換えると、まっすぐのチャネルと、流動場の波型のチャネルとの比率は約１：２である。この比率が、１：２より小さくても大きくてもよく、たとえば、図１７Ａ、Ｂ及び図１８Ａ、Ｂの実施形態では１：１であってよい。
【0140】
図２５に一部が示されているプレート４１５の上面２２には、プレート４１５の上面２２が隣接する乾性プレートに封止されている平面状の封止上面が提供されている。平面状の封止上面３４は、流動場３２の外端の周りに連続して延び、入口通路３６に延びる第１の橋架部４０、及び、出口通路３８に延びる第２の橋架部４２を含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート４１５の上面２２で閉じており、底面２４で開口している。これらの橋架部分４０、４２は、プレート４１５の上面２２に沿って連続した封止を提供することができ、一方では、湿性気流が、入口開口２６及び入口通路３６から、流動場３２を通り、出口通路３８及び出口開口３０に流れるようになっている。前述した実施形態同様に、封止上面３４は、各マニフォルド開口８８、９２、１０４、及び１０８を完全に取り囲む。したがって乾性気流マニフォルド開口１０４、１０８が、プレート４１５の流動場３２への気体連通に対して封止され、湿性気流マニフォルド開口８８、９２及び流動場３２の間の気体連通は、入口開口及び出口開口２６、３０それぞれによってのみ可能である。
【0141】
図２３及び図２４に示す湿性プレート４１５の底面２４は、封止底面４４を有し、この封止底面４４に沿って、湿性プレート４１５の底面２４が、隣接する乾性プレート４１５の上面２２に封止される。平面状の封止底面４４は、流動場３２の外端の周りに連続形成され、さらには、マニフォルド開口８８、９２、１０４、１０８も取り囲む。封止底面４４は、入口通路３６を通って延びる第１の橋架部４６と、出口通路３８を通って延びる第２の橋架部４８とを含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート４１５の上面２２で閉じており、上面２２で開口している。これらの橋架部分４６、４８は、プレート４１５の底面２４に沿って連続した封止を提供することができる。
【0142】
プレート４１５の底面２４の第１の橋架部４６が、プレート４１５の上面２２上の第１の橋架部４０に対して、流動場３２側に内向きにオフセットされており、橋架部４０、４６の間には重なりがないようになっており、オフセットは、間隙５４がプレート４１５に形成される程度に大きくされてもよく、間隙５４は、リブ２８によって一連の小さな穴に分割されている。プレート４１５の底面２４の第２の橋架部４８が、プレート４１５の上面２２の第２の橋架部４２に対して、同様にオフセットされており、リブ２８によって一連の小さな穴に分割された間隙５６がプレート４１５に形成される程度のオフセットとしてもよい。間隙５４、５６は、プレート４１５の上面２２と底面２４とを流体連通させることから、ダイブスルー開口である。開口８８、９２の端部から延びるプレート４１５の積層の断面は、実質的に図８に示す外観と同じである。
【0143】
リブ２８に横方向の支持を与えるために、連続したウェブ５８を設けて、互いに対する位置を維持させる。図２３から図２５の実施形態におけるウェブ５８は、流動場３２全体に延び、橋架部４０、４２から短い距離の地点で終端されて、リブ２８ｃによって一連の小さい穴に分割される。間隙６０、６２は、プレート４１５の上面２２と底面２４とを流体連通させることから、ダイブスルー開口である。プレート４１５のウェブ５８は、図８に示すウェブ５８同様に、プレート４１５の上面及び底面２２、２４の間に位置する平面に形成される。
【0144】
連続したウェブ５８の代わりに、プレート４１５には、図９及び図１０に示し上述したような断続的に間隔を置いて配置されたウェブ８２が設けられてもよい。また別の代替的な構成では、少なくともリブ２８が起伏のある波型状のパターンを有している流動場３２の中央部分において、ウェブ５４を完全に撤廃することもできる点も理解されたい。図１９を参照して上述したように、流動場３２の底部の波型リブ２８ｂとは位相のずれた波型リブ２８ａを流動場３２の上部に設けることで、十字のリブパターンをプレートの流動場３２の中央部分に形成することができる。十字パターンは、リブ２８に剛性を与え、ウェブ５４を流動場の中央部分全体からなくすことができるようになる。
【0146】
プレート４１５は、対称面がないので、加湿器４１０の乾性プレートは、湿性プレート４１５とは若干外観が異なっている。この点に関しては、乾性プレートの底面が、湿性プレート４１５の底面の鏡面画像であるが、マニフォルド開口８８及び１０８の位置が逆になっており、マニフォルド９２及び１０４の位置が逆になっている。湿性プレート及び乾性プレートと同じ関係が、プレートそれぞれの上面に対しても当てはまる。乾性プレートの外観は、湿性プレート４１５から容易に導出できるので、乾性プレートに関する別の図面は含めないことにする。
【0147】
本発明の第６の実施形態における加湿器を、図２６から図２８を参照して後述する。加湿器５１０は、直交流または並行流の加湿器である。後述する点を除いては、加湿器５１０の部材は、上述した加湿器の部材と同一である。したがって、加湿器１０、１１０、２１０、３１０、及び４１０の部材の記述は、そうではないと明記しない限り加湿器５１０にも当てはまり、図面及び以下の記載では、加湿器５１０の同様の部材は、同様の参照番号により特定されるさらに、図２６から図２８では、浅い溝６８、圧縮可能な封止材７０、及び肩部２３、２５を含む不要な詳細については省かれている。これら部材が、加湿器５１０を構成するプレートに存在していてもよい点を理解されたい。
【0148】
加湿器５１０は、湿性プレートと乾性プレートとが交互に配列された積層から構成されたコア５１２を含む。湿性プレート及び乾性プレートは同一であり、湿性気流及び乾性気流の直交流または並行流いずれかについて構成されている。以下の説明では、湿性プレート及び乾性プレートは、参照番号５１５で特定され、乾性プレートは参照番号５１５'で特定される。
【0149】
加湿器５１０の湿性気流及び乾性気流の入口及び出口マニフォルドは、コア５１２と一体形成されており、各プレート５１５または５１５'が、湿性気流及び乾性気流のための全部で６つのマニフォルド開口を含んでいる。コア５１２では、乾性気流及び湿性気流それぞれの入口マニフォルドまたは出口マニフォルドが、「分割された」マニフォルドである。より詳しくは、乾性気流には２つの別個の入口または出口マニフォルドがあり、湿性気流には２つの別個の入口または出口マニフォルドがある。コア５１２は、図２６には、中央に位置している乾性気流出口マニフォルド８０（プレート５１５、５１５'の乾性出口マニフォルド開口１０８を含む）の反対の、コア５１２の一端における反対の隅部に位置している、２つの別個の湿性気流入口マニフォルド７４ａ、７４ｂ（プレート５１５、５１５'の湿性入口マニフォルド開口８８ａ、８８ｂを含む）を含む、分割された湿性気流入口マニフォルド７４を有するとして、任意で示されている。コア５１２の反対側の端部には、２つの別個の乾性気流出口マニフォルド開口７８ａ、７８ｂ（プレート５１５、５１５'の乾性出口マニフォルド開口１０４ａ、１０４ｂを含む）を含む、分割された乾性気流入口マニフォルド７８の間に位置する、湿性気流出口マニフォルド７６（プレート５１５、５１５'の湿性出口マニフォルド開口９２を含む）がある。このマニフォルドの配置は、流動場における沈滞点（sluggish points）（プレートの流体の流れが比較的ゆっくりした領域）をなくすことができるために、好適である。
【0150】
湿性気流及び乾性気流の両方または片方のための入口及び出口マニフォルドの位置は、逆とすることで、乾性気流及び湿性気流の両方または片方の出口マニフォルドを分割されたマニフォルドとしてもよい。プレート５１５、５１５'を修正して、これらが６つを超える数のマニフォルドを持つようにすることもできる（たとえば、マニフォルド全てが分割されたマニフォルドとして提供されたり、分割されたマニフォルドが、２を超える数の部分から形成されたりするような場合）。
【0151】
湿性気体及び乾性気体のマニフォルドをプレート５１５で対称な配置とすることにより、同じプレート５１５を、加湿器５１０の湿性プレート及び乾性プレート両方として利用することができるようになる。湿性プレート５１５の上面２２は、図２６のコア５１２の上面に示されており、湿性プレート５１５の底面２４は、図２７では隔離されて示されている。乾性プレート５１５'も、その長軸周りに１８０度回転され、次に端部同士を合わせるように回転させた湿性プレート５１５と同じである。
【0152】
プレート５１５は、湿性気流の一対の入口開口２６を有しており、それぞれの入口開口は、湿性入口マニフォルド開口８８ａ、８８ｂのいずれかに向かって開口しているプレート４１５の端部表面に位置している。各入口開口２６は、開口８８から流動場３２に向かって外向きに延びる複数の支持リブ２８により分割されている。入口開口２６がそれに沿って設けられている端部表面は、プレート５１５の辺に対して斜交いであり、入口開口２６を分割している支持リブ２８も、開口２６の端部から斜交いに延びる。
【0153】
湿性気流用の出口開口３０は、湿性出口マニフォルド開口９２内に向かって開口しているプレート５１５の端部表面に位置しており、端部表面は、プレート５１５の短いほうの辺に平行である。出口開口３０は、開口９２から流動場３２に向かって外向きに延びる複数の支持リブ２８により分割されている。
【0154】
プレート５１５の流動場３２は、膜１８（不図示）及び気体拡散層２０（不図示）に支持構造を提供する支持リブ２８が横切っている。リブ２８は、図１９の十字リブの構造に類似しており、リブの上部層２８ａが、流動場３２の上の部分に提供され、リブの底部層２８ｂが、流動場３２の下の部分に提供されて、リブ２８間のウェブがなくなっている。しかし、上部層及び底部層２８ａ及び２８ｂのリブはまっすぐであり、互いに約９０度で十字に横切っており、流動場全体においてクロスハッチングのパターンが形成されている。このパターンによって、膜１８及び気体拡散層２０が支持されるのみならず、湿性気流及び乾性気流の流れに乱流が促されて、膜１８の水の動きが増す。
【0155】
上述した差異を除いては、加湿器５１０は、上述した他の直交流／並行流の加湿器に類似している。
【0156】
プレート５１５の上面２２には、これにそってプレート５１５の上面２２が、プレート５１５に構造が同一の隣接する乾性プレートに封止される、平面状の封止上面３４が設けられている。平面状の封止上面３４は、流動場３２の外端の周りに連続して延び、各入口通路３６に延びる第１の橋架部４０、及び、出口通路３８に延びる第２の橋架部４２を含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート５１５の上面２２で閉じており、底面２４で開口している。これらの橋架部分４０、４２は、プレート５１５の上面に沿って連続した封止を提供することができ、一方では、湿性気流を、入口開口及び通路２６、３６から、流動場３２を通り、出口通路及び開口３８、３０に流れさせる。封止上面３４は、完全に各マニフォルド開口88a, 88b, 92, 104a, 104b及び108を囲っている。したがって乾性気流マニフォルド開口104a, 104b, 108が、プレート５１５の流動場３２への気体連通に対して封止され、湿性気流マニフォルド開口８８ａ、８８ｂ、９２及び流動場３２の間の気体連通は、入口開口及び出口開口２６、３０それぞれによってのみ可能である。
【0157】
図２７に示すプレート５１５の底面は、封止底面４４を有し、この封止底面４４に沿って、湿性プレート５１５の底面２４が、隣接する乾性プレート５１５の上面２２に封止される。平面状の封止底面４４は、流動場３２の外端の周りに連続形成され、さらには、マニフォルド開口88a, 88b, 92, 104a, 104b, 108も取り囲む。封止底面４４は、各入口通路３６を通って延びる第１の橋架部４６と、出口通路３８を通って延びる第２の橋架部４８とを含む。これら領域では、入口通路３６及び出口通路３８が、プレート５１５の底面２４で閉じており、上面２２で開口している。これらの橋架部分４６、４８は、プレート５１５の底面２４に沿って連続した封止を提供することができる。
【0158】
プレート５１５の底面２４の第１の橋架部４６は、プレート５１５の上面２２の上の第１の橋架部４０に対して流動場３２側に内向きにオフセットされており、橋架部４０、４６間に重なりがないようになっており、オフセットは、間隙５４がプレート５１５内に形成されるように増分されて、間隙５４が、リブ２８によって一連の小さな穴に分割されてもよい。プレート４１５の底面２４の第２の橋架部４８も、プレート４１５の上面２２の上の第２の橋架部４２に対してオフセットされており、オフセットは、間隙５６がプレート４１５内に形成されるように増分されて、間隙５６が、リブ２８によって一連の小さな穴に分割されてもよい。間隙５４、５６は、プレート４１５の上面２２及び底面２４の間に気体連通を提供することから、ダイブスルー開口である。
【0159】
本発明を一定の好適な実施形態を参照して記載してきたが、これらに限定はされない。本発明は、以下の請求項の範囲に含まれるすべての実施形態を含む。