特開 2024-173813 膜加湿器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024173813

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】膜加湿器

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04119 20160101AFI20241205BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04119

H01M8/04 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024088372

(22)【出願日】2024-05-30

(31)【優先権主張番号】10 2023 205 080.3

(32)【優先日】2023-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】506292974

【氏名又は名称】マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｐｒａｇｓｔｒａｓｓｅ ２６－４６， Ｄ－７０３７６ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー イェアガー

(72)【発明者】

【氏名】マティアス オアトマン

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ フロマー

(72)【発明者】

【氏名】ペーター ノヴァク

(72)【発明者】

【氏名】エーファ ベンデル

(72)【発明者】

【氏名】トビアス バウムガート

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AC02

5H127BB02

5H127BB34

5H127EE17

(57)【要約】      （修正有）

【課題】燃料電池システム用の膜加湿器を提供する。
【解決手段】複数の平たい膜（３）と、弾性変形可能な材料から成る少なくとも１つの圧縮部材（１６）とを積層させた膜スタック（２）から構成される燃料電池システム用の膜加湿器であって、圧縮部材（１６）が、膜スタック（２）の温度に起因する変化を補償する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池システム用の膜加湿器（１）であって、
前記膜加湿器（１）は、複数の平たい膜（３）を含む膜スタック（２）を有し、
前記膜スタック（２）の前記膜（３）は、積層方向（ＳＴ）に互いに間隔をあけて積層されており、
前記膜スタック（２）は、前記積層方向（ＳＴ）に対して平行に向けられた４つの通流可能な側面（６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ）と、前記積層方向（ＳＴ）に対して横方向に向けられた２つの通流不能な端面（８ａ，８ｂ）とを有し、
前記膜加湿器（１）は、支持ケージ（９）を有し、該支持ケージ（９）内に前記膜スタック（２）が収容されており、
前記通流可能な側面（６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ）は、前記支持ケージ（９）を通って通流可能になっている、膜加湿器（１）において、
前記膜スタック（２）は、弾性変形可能な材料から成る少なくとも１つの圧縮部材（１６）を有し、各該圧縮部材（１６）は、前記膜スタック（２）内で前記膜（３）と共に積層されており、かつ
前記膜スタック（２）の前記積層方向（ＳＴ）に規定される長さの、温度に起因する変化を、前記支持ケージ（９）内の各前記圧縮部材（１６）により補償することができる
ことを特徴とする、膜加湿器（１）。

【請求項2】

前記膜スタック（２）の前記積層方向（ＳＴ）に規定される長さの、最大±２％の大きさの温度に起因する変化を、前記支持ケージ（９）内の各前記圧縮部材（１６）により補償することができる、請求項１記載の膜加湿器（１）。

【請求項3】

各前記圧縮部材（１６）の前記材料は、軟弾性的に変形可能であり、かつ／または
各前記圧縮部材（１６）の前記材料は、独立気泡型であり、かつ／または
各前記圧縮部材（１６）の前記材料は、エチレン・プロピレン・ジエンゴムから形成されており、かつ／または
各前記圧縮部材（１６）は、１．５ｋＰａ以上の弾性率を有し、かつ／または
各前記圧縮部材（１６）は、２５±６ショアのショア硬度を有し、かつ／または
各前記圧縮部材（１６）は、前記積層方向（ＳＴ）において規定された１～４ｍｍの厚さを有し、かつ／または
各前記圧縮部材（１６）は、前記積層方向（ＳＴ）において規定された１０％～３０％の加圧を有し、かつ／または
各圧縮部材（１６）は、前記積層方向（ＳＴ）に最大７０％加圧可能であり、かつ／または
各前記圧縮部材（１６）は、５％未満の吸水性を有し、かつ／または
各前記圧縮部材（１６）は、３５±１５ｋＰａの圧縮応力において２５％の圧縮を有し、かつ／または９５±２５ｋＰａの圧縮応力において５０％の圧縮を有し、かつ／または
各前記圧縮部材（１６）は、２３℃の温度および５０％の湿度において、３０分後には６５％以下の圧縮ひずみを有し、２４時間後には２０％以下の圧縮ひずみを有し、かつ／または４０℃の温度および５０％の湿度において、３０分後には８５％以下の圧縮ひずみを有し、２４時間後には４０％以下の圧縮ひずみを有している、
請求項１または２記載の膜加湿器（１）。

【請求項4】

各前記圧縮部材（１６）は、前記膜スタック（２）の最後の膜（３）に当接しており、かつ前記膜スタック（２）の前記最後の膜（３）と前記支持ケージ（９）との間に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の膜加湿器（１）。

【請求項5】

前記膜スタック（２）の前記膜（３）は、前記積層方向（ＳＴ）において２つのグループに分けられており、各前記圧縮部材（１６）は、前記膜（３）の前記２つのグループの間に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の膜加湿器（１）。

【請求項6】

各前記圧縮部材（１６）は、それぞれ隣り合う前記膜（３）に材料結合式に結合、好適には接着されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の膜加湿器（１）。

【請求項7】

各前記圧縮部材（１６）は、前記積層方向（ＳＴ）に対して横方向に向けられたプレート（１７）により図示されており、各前記プレート（１７）と、前記膜スタック（２）の各前記膜（３）とは、前記積層方向（ＳＴ）に対して横方向に同一形状かつ同一面積である、請求項１から６までのいずれか１項記載の膜加湿器（１）。

【請求項8】

各前記圧縮部材（１６）は、前記積層方向（ＳＴ）に対して横方向に向けられた４つのプレート状の角隅部材（１８）により図示されており、各該角隅部材（１８）は、前記膜スタック（２）の角隅領域（１９）に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の膜加湿器（１）。

【請求項9】

個々の隣り合う前記膜（３）の間かつ／または個々の隣り合う前記膜（３）に接して、各１つの通流可能なスペーサ（４）が配置されており、
各前記角隅部材（１８）と各前記スペーサ（４）とは、前記積層方向（ＳＴ）に対して横方向の１つの共通の平面内に配置されており、かつ
各前記角隅部材（１８）と各前記スペーサ（４）とは共に、それぞれ隣り合う前記膜（３）の全面を被覆している、
請求項８記載の膜加湿器（１）。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項記載の膜加湿器（１）用の複数の平たい膜（３）を含む膜スタック（２）において、
前記膜スタック（２）の前記膜（３）は、積層方向（ＳＴ）に互いに間隔をあけて積層されており、
前記膜スタック（２）は、前記積層方向（ＳＴ）に対して平行に向けられた４つの通流可能な側面（６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ）と、前記積層方向（ＳＴ）に対して横方向に向けられた２つの通流不能な端面（８ａ，８ｂ）とを有し、
前記膜スタック（２）は、弾性変形可能な材料から成る少なくとも１つの圧縮部材（１６）を有し、各該圧縮部材（１６）は、前記膜スタック（２）内で前記膜（３）と共に積層されており、かつ
前記膜スタック（２）の前記積層方向（ＳＴ）に規定される長さの、温度に起因する変化を、各前記圧縮部材（１６）により補償することができる、
膜スタック（２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、複数の平たい膜を含む膜スタックを備えた燃料電池システム用の膜加湿器に関する。本発明は、膜加湿器用の膜スタックにも関する。

【0002】

膜加湿器は一般に、複数の膜から成る１つの膜スタックと、この膜スタックを収容する支持ケージとを含む。膜スタックの膜は、積層方向に互いに間隔をあけて積層されているため、膜同士の間には、積層方向に対して横方向に通流可能な通路が形成されている。この場合、これらの膜は互いに接着されており、これにより、膜スタック内の通路は、燃料電池システムから流れる湿った排気と、燃料電池システムに流れる乾燥した給気との交差流を形成している。全体的に膜スタックは、積層方向に対して平行に向けられた４つの通流可能な側面と、積層方向に対して横方向に向けられた２つの通流不能な端面とを有している。この場合、膜スタックは、通流可能な側面が支持ケージを貫通して通流可能であり続けるように、支持保持器内に収容されている。動的負荷と熱負荷とに基づき、膜スタックの内部で膜と膜の接着部とに作用する力が発生する。したがって、膜の接着部は十分な弾性を有している必要があると共に、それにもかかわらず、給気の、排気からの十分な封止が保証されていなければならない。同時に、接着部の機械的負荷を最小限にするために、膜は、膜スタックにおいて十分固定的にまとめられていなければならない。

【0003】

したがって本発明の課題は、上位概念に記載の形式の膜加湿器用に、上述の欠点が克服される、改良されたまたは少なくとも代替的な実施形態を提供することにある。また本発明の課題は、膜加湿器用の相応する膜スタックを提供することにもある。

【0004】

この課題は本発明に基づき、独立請求項の対象により解決される。有利な実施形態は従属請求項の対象である。

【0005】

本発明は、膜および膜の接着部に作用する力を、圧縮可能な部材により補償する、という一般的な思想に基づいている。

【0006】

本発明による膜加湿器は、燃料電池システム用に想定もしくは設計されている。この場合、膜加湿器は、複数の平たい膜を含む膜スタックを有しており、この場合、膜スタックの膜は、積層方向に互いに間隔をあけて積層されている。これにより、膜スタックは、積層方向に対して平行に向けられた４つの通流可能な側面と、積層方向に対して横方向に向けられた２つの通流不能な端面とを有している。さらに、膜加湿器は支持ケージを有している。膜スタックは、支持ケージ内に収容されており、この場合、通流可能な側面は、支持ケージを貫通して通流可能になっている。本発明では、膜スタックは、弾性変形可能な材料から成る少なくとも１つの圧縮部材を有している。材料は、特に弾性変形可能なポリマー、特に弾性変形可能な発泡体であってもよい。この場合、各圧縮部材は、膜スタック内で膜と共に積層されている。この場合、支持ケージ内の膜スタックの積層方向に規定される長さの、温度に起因する変化を、各圧縮部材により補償することができる。

【0007】

膜スタックの膜は、膜スタックにおいて互いに間隔をあけて積層されており、これにより、膜同士の間に、積層方向に対して横方向に通流可能な複数の通路が形成されている。個々の隣り合う膜の間かつ／または個々の隣り合う膜に接して、各１つの通流可能なスペーサが配置されていてもよい。スペーサにより、特に個々の隣り合う膜同士の間の間隔を維持することができる。好適には、膜は矩形であり、互いに同一に形成されている。この場合、個々の膜は互いに接着されていてもよく、これにより、膜スタック内の個々の通路は、燃料電池システムから流れる湿った排気と、燃料電池システムに流れる乾燥した給気との交差流を形成するようになっている。換言すると、個々の膜は互いに接着されていてもよく、これにより、専ら膜スタックの互いに反対の側に位置する側面だけが互いに空気案内式に接続されている、もしくは流体接続されている、もしくは通流可能に接続されている。この場合、個々の膜は、空気非透過性かつ水蒸気透過性であるため、給気および排気は、混合することなく交差流で膜スタックを通流すると共に、個々の膜を通じて互いに湿分を交換することができるようになっている。この場合、燃料電池システムから流れる湿った排気により、燃料電池システムに向かって流れる乾燥した給気に加湿することができる。

【0008】

膜スタックの膜は、積層方向に相接して積層されているため、膜スタックは、積層方向に対して平行に向けられた４つの通流可能な側面と、積層方向に対して横方向に向けられた２つの通流不能な端面とを有している。通流不能な端面は、特に積層方向においてそれぞれ最後の膜により形成されていてもよい。膜自体は空気非透過性ひいては通流不能であるため、膜スタックの端面も通流不能である。

【0009】

膜スタックは支持ケージ内に、通流可能な側面が支持ケージを通って通流可能に保たれるように収容されている。支持ケージは、例えば２つのフレームと２つの閉鎖板とを有していてもよく、これらは互いに固く結合されて１つの直方体形の構造体を形成している。この場合、膜スタックは、支持ケージ内に相対移動不能にかつ相対回動不能に収容されていてもよく、もしくは支持ケージにより外部に対して少なくとも部分的に取り囲まれていてもよい。各フレームは、膜スタックの互いに反対の側に位置する通流可能な側面のうちの２つを縁部側において取り囲んでいてもよく、２つの閉鎖板は、膜スタックの通流不能な端面に当接していてもよい。支持ケージは、膜スタックを安定化させることができると共に、膜加湿器のケーシング内での膜スタックの封止を簡単にすることができる。支持ケージは、例えばプラスチックから形成されていてもよい。支持ケージは、膜スタックに材料結合式に結合、例えば接着されていてもよい。

【0010】

膜加湿器は、ケーシングを有していてもよく、支持ケージは、収容された膜スタックと共にケーシング内に収容されていてもよい。支持ケージは、膜スタックの通流可能な側面が、ケーシング内で－場合により別の別個のシールにより－互いに気密に分離されているように形成されておりかつ／またはケーシング内に配置されていてもよい。ケーシングは、外部からケーシングの内部空間内に通じる４つの通流可能なゲートを有していてもよく、この場合、各ゲートは、膜スタックの通流可能な各側面に対応して配置されていてもよい。この場合、２つのゲートが、燃料電池システムに向かって流れる乾燥した給気用の入口と出口とを形成してもよく、２つのゲートが、燃料電池システムから流れる湿った排気用の入口と出口とを形成してもよい。この場合、膜加湿器内で、給気と排気とが混合することなしに、専ら膜スタックのみを通流すると共に、互いに湿分を交換することができるようになっている。

【0011】

膜スタックと支持ケージとは、それぞれ異なる材料から成っており、積層方向において規定される長さの、温度に起因した互いに異なる変化を有している。各圧縮部材は、膜と共に膜スタック内に積層されており、支持ケージの内部における膜スタックの温度に起因した変化を補償することができる。特に、膜スタックの積層方向に規定される長さの、最大±２％の大きさの温度に起因する変化を、支持ケージ内の各圧縮部材により補償することができる。各圧縮部材は、取付け時に例えば１０％～３０％だけ圧縮されていてもよい。この場合、各圧縮部材は、特に支持ケージ内の膜スタックの圧縮を緩和することができる。これにより、膜の接着部を保護し、全体として膜スタックの耐用年数を延長することができる。

【0012】

各圧縮部材は、弾性変形可能な材料から形成されており、この場合、材料は、弾性的または軟弾性的に変形可能であってもよい。材料は、特に弾性変形可能なポリマー、特に弾性変形可能な発泡体であってもよい。各圧縮部材の材料は、独立気泡型であってもよく、かつ／またはエチレン・プロピレン・ジエンゴムから形成されていてもよい。各圧縮部材は、積層方向において規定された１～４ｍｍの厚さを有していてもよい。各圧縮部材は、積層方向において規定された１０％～３０％の加圧を有していてもよく、もしくは積層方向において１０％～３０％だけ加圧されていてもよい。各圧縮部材は、例えば１．５ｋＰａ以上の弾性率および／または２５±６ショアのショア硬度を有していてもよい。各圧縮部材は、５％未満の吸水性を有していてもよく、かつ／または積層方向に最大７０％加圧可能であってもよい。各圧縮部材は、例えば３５±１５ｋＰａの圧縮応力において２５％の圧縮を有していてもよく、かつ／または９５±２５ｋＰａの圧縮応力において５０％の圧縮を有していてもよい。各圧縮部材は、２３℃の温度および５０％の湿度において、３０分後には６５％以下の圧縮ひずみを有していてもよく、２４時間後には２０％以下の圧縮ひずみを有していてもよい。各圧縮部材は、４０℃の温度および５０％の湿度において、３０分後には８５％以下の圧縮ひずみを有していてもよく、２４時間後には４０％以下の圧縮ひずみを有していてもよい。

【0013】

膜スタックは、圧縮部材を１つだけ有していてもよい。択一的に、膜スタックは複数の－つまり、正確には２つまたは正確には３つまたは正確には４つ以上の－圧縮部材を有していてもよい。この場合、各圧縮部材は、膜スタック内で積層方向に分散されて、もしくは複数の膜により互いに隔離されて配置されていてもよい。個々の圧縮部材は、互いに異なる形状および／または積層方向に対して横方向に規定された互いに異なる面および／または積層方向において規定された互いに異なる厚さおよび／または互いに異なる構造および／または互いに異なる性質を有していてもよい。さらに個々の圧縮部材は、互いに異なる材料から形成されていてもよい。

【0014】

各圧縮部材は、膜スタックの最後の膜に当接していてもよく、かつ膜スタックの最後の膜と支持ケージとの間に配置されていてもよい。択一的に、膜スタックの膜は、積層方向において２つのグループに分けられていてもよく、各圧縮部材は、膜の２つのグループの間に配置されていてもよい。

【0015】

膜加湿器の１つの可能な実施形態では、膜スタックは、例えば正確には２つの圧縮部材を有していてもよい。両圧縮部材は、積層方向において最後の両方の膜に当接していてもよく、これにより、それぞれ積層方向において支持ケージと最後の膜との間に配置されていてもよい。膜加湿器の１つの可能な別の実施形態では、膜スタックは、上述の圧縮部材に対して追加的に、１つの別の圧縮部材を有していてもよい。この別の圧縮部材は、膜スタック内の中央において膜同士の間に配置されていてもよい。膜加湿器の別の実施形態も考えられる、ということは自明である。

【0016】

各圧縮部材は、それぞれ隣り合う膜に材料結合式に結合、好適には接着されていてもよい。各圧縮部材が、膜スタック内で隣り合う２つの膜の間に配置されている場合、各圧縮部材は、隣り合う２つの膜に材料結合式に結合、好適には接着されていてもよい。各圧縮部材が、積層方向において膜スタックの最後の膜に配置されている場合、各圧縮部材は、専らこの膜にのみ材料結合式に結合、好適には接着されていてもよい。

【0017】

各圧縮部材は、例えば積層方向に対して横方向に向けられたプレートにより図示されていてもよい。この場合、各プレートと、膜スタックの各膜とは、積層方向に対して横方向に同一形状かつ同一面積であってもよい。択一的に、各圧縮部材は、積層方向に対して横方向に向けられた４つのプレート状の角隅部材により図示されていてもよい。この場合、各角隅部材は、膜スタックの角隅領域に配置されていてもよい。角隅領域では、それぞれ隣り合う膜同士のそれぞれの接着部が積層方向に重なり合っているため、膜スタックは角隅領域において特に剛性になっている。各４つの角隅部材により、角隅領域における膜スタックの長さの、温度に起因する変化が補償され得、これにより、膜スタックの接着部が保護され得る。各角隅部材は、任意の形状を有していてもよく、積層方向に対して横方向に、例えば正方形または矩形であってもよい。

【0018】

個々の隣り合う膜の間かつ／または個々の隣り合う膜に接して、各１つの通流可能なスペーサが配置されていてもよい。各スペーサは、特に個々の膜同士の間の間隔を維持することができる。各圧縮部材がプレートにより図示されている場合、プレートが、隣り合う膜同士の間のスペーサを代替し得る。各圧縮部材が４つの角隅部材により図示されている場合、各角隅部材と各スペーサとは、積層方向に対して横方向の１つの共通の平面内に配置されていてもよい。各角隅部材と各スペーサとは共に、それぞれ隣り合う膜の全面を被覆していてもよい。スペーサは、例えば積層方向に対して横方向に十字形に形成されていてもよい。この場合、各角隅部材は積層方向に対して横方向に矩形または正方形であってもよく、スペーサの十字形状を補足して矩形を形成していてもよい。

【0019】

本発明は、上述の膜加湿器用の複数の平たい膜を含む膜スタックにも関する。上述のように、膜スタックの膜は、積層方向に互いに間隔をあけて積層されている。これにより、膜スタックは、積層方向に対して平行に向けられた４つの通流可能な側面と、積層方向に対して横方向に向けられた２つの通流不能な端面とを有している。この場合、膜スタックは、弾性変形可能な材料から成る少なくとも１つの圧縮部材を有している。この材料は、特に弾性変形可能なポリマー、特に弾性変形可能な発泡体であってもよい。各圧縮部材は、膜スタック内に膜と共に積層されており、積層方向において規定される膜スタックの長さの温度に起因する変化が、各圧縮部材により補償可能である。繰り返しを避けるために、ここでは上述の説明を参照されたい。

【0020】

本発明のその他の重要な特徴および利点は、従属請求項、図面および付属の図面に基づく図面の説明から明らかである。

【0021】

上述した特徴およびさらに後述する特徴は、それぞれ記載された組合せにおいてだけでなく、他の組合せにおいても、または単独でも、本発明の範囲から逸脱することなしに使用可能である、ということは自明である。

【0022】

本発明の好適な実施例を図示し、以下の説明においてより詳しく説明する。この場合、同一の参照符号は、同一または類似のコンポーネント、または機能的に同一のコンポーネントに関係する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明による膜加湿器を第１の実施形態で概略的に示す断面図である。

【図2】図１に示した膜加湿器の膜スタックを概略的に示す断面図である。

【図3】図２に示した膜スタックの断面を拡大して概略的に示す部分図である。

【図4】膜加湿器を第１の実施形態で概略的に示す別の断面図である。

【図5】図４に示した膜加湿器の膜スタックを概略的に示す別の断面図である。

【図6】図５に示した膜スタックの別の断面を拡大して概略的に示す部分図である。

【図7】第１の実施形態の膜加湿器をケーシングなしで概略的に示す分解図である。図である。

【図8】第１の実施形態の膜加湿器をケーシングなしで概略的に示す分解図である。図である。

【図9】第１の実施形態の膜加湿器をケーシングなしで概略的に示す分解図である。図である。

【図10】第１の実施形態の膜加湿器をケーシングなしで概略的に示す分解図である。図である。

【図11】第１の実施形態の膜加湿器の膜スタックを概略的に示す分解図である。

【図12】図１１に示した分解図を拡大して概略的に示す部分図である。

【図13】第１の実施形態の膜加湿器の膜スタックを概略的に示す分解図である。

【図14】本発明による膜加湿器の膜スタックを第２の実施形態で概略的に示す分解図である。

【図15】第２の実施形態の膜加湿器の膜スタックの個々の層を概略的に示す平面図である。

【図16】第２の実施形態の膜加湿器の膜スタックの個々の層を概略的に示す平面図である。

【図17】第２の実施形態の膜加湿器の膜スタックの個々の層を概略的に示す平面図である。

【図18】第２の実施形態の膜加湿器の膜スタックの個々の層を概略的に示す平面図である。

【0024】

図１には、膜スタック２を備えた、燃料電池用の本発明による膜加湿器１の第１の実施形態の断面図が示されている。図２には、図１に示した膜加湿器の膜スタック２の断面図が示されている。図３には、図２に示した膜スタック２の拡大部分が示されている。図４には、第１の実施形態の膜加湿器１の別の断面図が示されている。図５には、図４に示した膜加湿器１の膜スタック２の別の断面図が示されている。図６には、図５に示した膜スタック２の別の断面図の拡大部分が示されている。

【0025】

膜加湿器１の膜スタック２は、直方体形であり、複数の平たい正方形の膜を含む。膜３は、積層方向ＳＴに互いに間隔をあけて積層されており、－特に図３および図６から判るように－対毎に、通流可能なスペーサ４により互いに分離されている。個々の膜３とスペーサ４とは、接着剤５により互いに接着されており、これにより、個々の膜３の間に通流可能な通路６および７が成形されている。膜３は、空気非透過性かつ水蒸気透過性である。

【0026】

これにより膜スタック２は、積層方向ＳＴに対して平行に向けられた４つの通流可能な側面６ａ，６ｂおよび７ａ，７ｂと、積層方向ＳＴに対して横方向もしくは垂直方向に向けられた２つの通流不能な端面８ａ，８ｂとを有している。通流可能な通路６，７は、積層方向ＳＴにおいて互い違いに、交差流になるように配置されている。この場合、通路６は、膜スタック２を貫通して側面６ａと６ｂとを互いに通流可能に接続している、もしくは流体接続している、もしくは空気案内式に接続しており、側面７ａおよび７ｂからは接着剤５により流体的に切り離されている。通路７は、膜スタック２を貫通して側面７ａと７ｂとを互いに通流可能に接続している、もしくは流体接続している、もしくは空気案内式に接続しており、側面６ａおよび６ｂからは接着剤５により流体的に切り離されている。

【0027】

さらに、膜加湿器１は、直方体形の支持ケージ９を有しており、支持ケージ９内に膜スタック２が収容されている。この場合、支持ケージ９と膜スタック２とは互いに接着されており、これにより、通流可能な側面６ａ，６ｂと側面７ａ，７ｂとは、支持ケージ９内で互いに流体的に、もしくは気密に分離されている。支持ケージ９は、積層方向ＳＴに対して平行に向けられておりかつ通流可能な側面６ａ，６ｂに対応して配置された２つのフレーム１０ａ，１０ｂと、積層方向ＳＴに対して横方向もしくは垂直方向に向けられておりかつ両端面８ａ，８ｂに対応して配置された２つの閉鎖板１２ａ，１２ｂとを有している。この場合、各フレーム１０ａ，１０ｂは、各側面６ａ，６ｂの縁部側を取り囲んでおり、この場合、側面６ａ，６ｂおよび７ａ，７ｂは、支持ケージ９を通って通流可能に保たれる。閉鎖板１２ａ，１２ｂは、膜スタック２の端面８ａ，８ｂに当接している。

【0028】

さらに、膜加湿器１はケーシング１３を有しており、ケーシング１３内に支持ケージ９が膜スタック２と共に収容されている。この場合、ケーシング１３は、それぞれ側面６ａ，６ｂおよび７ａ，７ｂのうちの１つに対応して配置された合計４つのゲート１４－図１～図６では４つのゲートのうちの１つしか見えていない－を有している。この場合、支持ケージ９は、通流可能な各側面６ａ，６ｂおよび７ａ，７ｂならびに個々のゲート１４が互いに流体的にもしくは気密に分離されているように加工成形されており、かつ／またはケーシング１３内に収容されてシール１５により封止されている。

【0029】

膜加湿器１では、例えば、燃料電池システムに向かって流れる乾燥した給気が、燃料電池システムから流れる湿った排気により加湿され得る。このとき、湿った排気は、それぞれ一方のゲート１４を介してケーシング１３内の側面６ａに供給され、膜スタック２の通路６を通って案内され、側面６ｂのそれぞれ他方のゲート１４を介してケーシング１３から導出され得る。このとき、乾燥した給気は、それぞれ一方のゲート１４を介してケーシング１３内の側面７ａに供給され、膜スタック２の通路７を通って案内され、側面７ｂのそれぞれ他方のゲート１４を介してケーシング１３から導出され得る。このとき、湿った排気と乾燥した給気とは、混合することなく膜加湿器１を通流し、この場合、通路６および７を通流する際に、乾燥した給気は、空気不透過性かつ水蒸気透過性の膜３を通る湿った排気により加湿される。

【0030】

膜スタック２はさらに、弾性変形可能な材料－ここでは発泡体－から成る正確には３つの圧縮部材１６を有している。発泡体は、特に独立気泡型かつ軟弾性であってもよい。発泡体の独立気泡構造は、吸水量の低下をもたらし、発泡体の軟弾性的な構造は、各圧縮部材１６の高い圧縮性をもたらす。各圧縮部材１６は、その高い圧縮性に基づき、温度に起因した、積層方向ＳＴにおける膜スタック２の変化を緩和することができ、これにより、温度に起因した膜スタック２の変化にかかわらず、膜スタック２は、支持ケージ９に確実に接着された状態に保たれる。各圧縮部材１６は、それぞれ隣接する膜３に接着されている。

【0031】

膜加湿器１の第１の実施形態では、圧縮部材１６はプレート１７により図示されている。この場合、各プレート１７は、積層方向ＳＴに対して横方向に向けられており、膜スタック２の膜３と、同一形状かつ同一面積になるように形成されている。この場合、３つのプレート１７のうちの２つは、積層方向ＳＴにおいて膜スタック２の最後の膜３に当接している。この場合、両長手方向端部側のプレート１７は、膜スタック２の端面８ａ，８ｂを形成しており、支持ケージ９の閉鎖板１２ａ，１２ｂと、膜スタック２のそれぞれ最後の膜３との間に位置している。この場合、各長手方向端部側の圧縮部材１６は、閉鎖板１２ａ，１２ｂに接着されていてもよい。３つのプレート１７のうちの１つは、膜スタック２の中央において２つの隣り合う膜３の間に配置されており、各膜３の間のスペーサ４を代替することができる。

【0032】

図１～図３では、膜加湿器１および膜スタック２は、側面７ａ，７ｂに対して平行に向けられた平面において断面されている。図４～図６では、膜加湿器１および膜スタック２は、側面６ａ，６ｂに対して平行に向けられた平面において断面されている。

【0033】

図７には膜スタック２および支持ケージ９の分解図が示されており、図８には膜スタック２および支持ケージ９の図が示されている。圧縮部材１６－ここではプレート１７－は、膜スタック２内の中央と、長手方向端部側とに配置されている。さらに、支持ケージ９の両閉鎖プレート１２ａ，１２ｂが示されており、これらの閉鎖プレート１２ａ，１２ｂは、膜スタック２の端面８ａ，８ｂに、－ここでは各プレート１７に－当接している。

【0034】

図９には膜スタック２および支持ケージ９の分解図が示されており、図１０には膜スタック２および支持ケージ９の図が示されている。ここでは、環状のシール１５を備えた支持ケージ９の２つのフレーム１０ａおよび１０ｂが示されており、シール１５は、膜スタック２の側面６ａ，６ｂに配置されている。フレーム１０ａ，１０ｂは、両側面６ａ，６ｂを縁部側において取り囲んでおり、膜スタック２に接着されていてもよい。

【0035】

図１１には膜スタック２の分解図が示されており、図１２には、図１１に示した分解図の拡大部分が示されている。図１１および図１２では、特に複数の膜３が接着剤５により互い違いに接着されていることが認められ、これにより、膜スタック２内に通路６および７が形成される。ここでも認められるように、個々の膜３の間にはスペーサ４が配置されていて、一緒に接着されている。

【0036】

図１３には、第１の実施形態の膜加湿器１の膜スタック２の分解図が示されている。ここでは特に、膜スタック２内の層形成が認められる。

【0037】

図１４には、第２の実施形態の本発明による膜加湿器１の膜スタック２の分解図が示されている。図１～図１３に示した第１の実施形態とは異なり、ここでは膜スタック２の圧縮部材１６が異なって加工成形されている。ここでは各圧縮部材１６が、４つの矩形の板状の角隅部材１８により図示されており、これらの角隅部材１８は、各膜３の角隅領域１９に配置されていて、膜３に接着されている。図１４には、長手方向端部側の圧縮部材１６の４つの角隅部材１８のうちの１つだけが示されている。その他の点では、膜加湿器１の第１の実施形態と第２の実施形態とは一致している。

【0038】

図１５～図１８には、第２の実施形態の膜加湿器１の膜スタック２の個々の層の平面図が示されている。図１５～図１８では、膜スタック２が、図平面から徐々に積み上げられ、膜スタック２の中央に配置された圧縮部材１６が膜スタック２に組み込まれる。

【0039】

図１５には、膜スタック２の中央に位置する膜３の平面図が示されており、この膜３には接着剤５が、通路６を形成するために被着されている。図１６には、図１５に示した膜３に接着された、積層方向ＳＴにおいて次に位置する膜３の平面図が示されている。膜スタック２の角隅領域１９において、膜３には接着剤５が被着される。図１７には、図１６に示した膜３の平面図が示されており、この場合、ここでは角隅領域１９に、膜スタック２の中央に配置された圧縮部材１６の角隅部材１８が配置されている。接着剤５により、角隅部材１８は膜３に接着されている。図１８には、図１７に示した膜３の平面図が示されており、この場合、ここでは膜３に、十字状に切り抜かれたスペーサ部材４が配置されている。十字状のスペーサ部材４と４つの角隅部材１８とは、膜３の面と同一の、１つの共通の面を形成している。角隅部材１８上には接着剤５が被着されていてもよく、角隅部材１８に次の膜３が接着され得る。次いで、膜スタック２が引き続き形成され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【外国語明細書】