水传输复合结构制造技术

本申请涉及一种水传输复合结构，其优选地用于燃料电池的工艺气体的加湿，包括：透水和基本上气密的水传输层，以及至少部分地透水和透气的至少一个热塑性保护层，其中所述水传输层和所述热塑性保护层彼此至少部分地重叠并且包括第一重叠区域和第二重叠区域，其中在所述第一重叠区域中，潮湿气体能够穿过所述热塑性保护层到达所述水传输层，以及在所述第二重叠区域中，所述水传输复合结构被热压缩，使得在所述第二重叠区域中，潮湿气体不能够穿过压缩的热塑性保护层到达所述水传输层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种水传输复合结构、加湿器模块、加湿器以及用于生产水传输复合 结构的设备。所述水传输复合结构可以优选地用于燃料电池的工艺气体的加湿。
技术介绍
燃料电池尤其使用气体工艺介质，例如，用于产生电流的分子氢和氧。 该燃料电池通常使用聚合物-电解质膜（polymer-electrolyte membrane，PEM)。 在操作中，该PEM加热直至80°C或90°C。对于燃料电池的效率度以及PEM的耐久性，重要 的是，在PEM的区域中给出关于温度和湿度的相对固定的状态。具体来说，PEM的干燥对燃 料电池的耐久性和效率度能够产生负面的影响。 对于将供应到燃料电池的工艺气体的湿度的特意设置，因此在工艺气体被供应到 燃料电池之前，通常将具体的工艺气体加湿。为此，已知加湿器，在该加湿器中，透水薄膜布 置在包括流动通道的两个流动板之间。该透水薄膜或水传输层将待在其一侧上被加湿的干 燥气体流与需要在其另一侧被除湿的气体流分开。 当至少具有最小增湿的该透水薄膜基本上气密时，实现了两种气体中的水含量的 接近，但是防止了两种气体本身的混合。然而，不利的是，已知的加湿器的制造非常昂贵，并 且用于制造和安装的公差必须非常密切地关注，以便确保所需的湿度交换。 为此，当它们被使用在现有技术中时使用了两种组件，特别是透水薄膜，因此，水 传输层极其薄并因此柔软，该水传输层引起特定的困难。如果使用热塑性保护层用于保护 这些脆弱的薄膜，则使用通常用在自动化过程中的真空夹紧系统，它们的多孔性妨碍了抓 取和定位。由于这个原因，定位过程变得非常复杂，并且甚至可以发生最轻微的不精确的泄 露，例如由折叠的或错误的插入薄膜引起的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种水传输复合结构、加湿器模块、加湿器和分别用于 生产这些部件的设备以及方法，其中可以大规模地制造相应的产品，并且给定它们的巧妙 设计时它们有成本效益，使得加湿器和分别与加湿器连接的燃料电池系统可以无缺陷地操 作。 该目的是通过独立要求的目的实现。 首先，这是一种水传输复合结构，特别地用于燃料电池的工艺气体的加湿，其包 括： -透水的且基本上气密的水传输层，以及 -至少一个热塑性保护层，其中 -所述水传输层和所述热塑性保护层彼此至少部分地重叠，并且包括第一重叠区 域和第二重叠区域， -其中，所述水传输复合结构在所述第一重叠区域中为透水的且被热压缩从而在 所述第二重叠区域中为水密的和气密的。 在接合之前，将水传输层以及一个热塑性保护层或多个热塑性保护层分别布置成 它们至少部分地重叠。然而，这不意味着这些需要具有一致的外边缘。在此，仅需要存在重 叠即可。 根据本专利技术的该重叠具有两个区域，即第一重叠区域和第二重叠区域。 在该方面，重要的是，在第一重叠区域中，可以使湿气或潮湿气体通过该热塑性保 护层。这意味着如在所述水传输复合结构中给出的热塑性保护层至少部分地需要透水和透 气，以便允许实现本专利技术。 在被热压缩的第二重叠区域中，所述热塑性保护层以这样的方式被压缩，使得所 述热塑性保护层不透过气体（尤其是潮湿气体），因此潮湿气体不能够到达位于所述热塑 性保护层下面的水传输层。这意味着在第二重叠区域中，如所描述被压缩的热塑性保护层 是水密和气密的，优选地在它的平面的方向上以及垂直于它的平面的方向上。总之，下面的 水传输层在其整个表面上至少是不透气的，但是可透过液体。这对于垂直于表面尤其正确。 在热压缩过程中，利用压力将热辊或印模（stamp)施加在待连接的区域。对于根 据本专利技术的水传输复合结构，使用的典型压力是〇. IMPa至5MPa，优选地为0. 8MPa至2MPa， 典型温度为150°至300°C，优选地为220°C至270°C。所使用的确切条件还取决于所使用 的特定的材料。 在其它权利要求中描述了本专利技术的有利的变型。 有利的变型提供了 ：热塑性保护层被设置在所述水传输层的两侧。这允许对所述 水传输层额外保护，因为通过该方式在两侧上保护水传输层。然而，将强调的是，该三层布 置对于本专利技术来说是非强制性的，两层布置以及具有另外层或额外的中间层的布置分别也 被本专利技术所涵盖。 有利的变型提供了：所述第二重叠区域示出与所述第一重叠区域相比减小的厚 度。 在此，最小厚度被接受为所述第二重叠区域的厚度，因为可以推断出该区域不可 透过潮湿气体。所述第一重叠区域的厚度被采纳为所述第一重叠区域的最大厚度。出于技 术原因，将在过渡区域中给出层厚度的各种变型，在过渡区域中，厚度从所述第二重叠区域 稳定地增大到所述第一重叠区域。在该过渡区域中，潮湿气体仍然可以至少在某种程度上 透过。然而，在本说明书中该过渡区域被认为是所述第一重叠区域的一部分。 另外的实施方式提供了：所述第二重叠区域至少在所述第一重叠区域的两个纵向 边缘处限定了所述第一重叠区域。如果实现了线圈材料的组装以便获得连续水传输复合结 构，则这是特别有利的。在该情况下，之后例如在垂直于线圈的纵向边缘上可以实现各个部 分的隔开。 然而，还可行的是，所述第二重叠区域周向上限定了所述第一重叠区域。这样，也 可以以更简单的方式实现所述水传输复合结构的所谓的活跃区域的侧向密封。 -个有利变型提供了 ：所述第一重叠区域的厚度达到在35 μπι和600 μπι之间，所 述第二重叠区域的厚度相当于所述第一重叠区域的厚度的10%至75%，优选地为20%至 50%。该厚度极大地取决于存在仅一个热塑性保护层还是存在两个热塑性保护层。第一 重叠区域中的单个热塑性保护层的厚度总体上相当于在30 μπι和250 μπι之间，优选地为 80 μ m和110 μ m之间。第一重叠区域中的水传输层的厚度总体上相当于在8 μ m和30 μ m 之间，优选地为在15 μ m和30 μ m之间。 -个有利的变型提供了：第一重叠区域中的热塑性保护层是多孔的，并且具有的 多孔度优选地为50 %至95 %。 在此，该多孔度使得潮湿气体通过所述热塑性保护层扩散到所述水传输层。在此， 在所述热塑性保护层的区域中考虑了该多孔度，所述热塑性保护层不被热压缩而热影响和 机械地影响；因此，不是在朝向所述第二重叠区域的过渡区域中考虑该多孔度。另一有利实 施方式提供了 ：所述第二重叠区域中的热塑性保护层基本上是无孔的，因此在该区域中的 热塑性保护层的密度大于所述第一重叠区域中的上述多孔区域的密度。 实施方式提供了 ：在所述第二重叠区域中通过激光切割出、冲压出、或导入开口。 这涉及完全由所述第二重叠区域环绕的所谓的内区域。然而，还可行的是、或可替选地或额 外地，至少部分地在所述第二重叠区域中或在第二重叠区域处通过激光切割出、冲压出或 再成形水传输复合结构的外边缘。 在优选的实施方式中，所述水传输层实现为非强化薄膜，该非强化薄膜可以置于 支撑介质上。类似于保护层，可以使用由聚合物纤维制成的热塑性纤维纸、纤维粗纱、绒毛 或纤维织物。在可替选的有利实施方式中，水传输层实现为强化薄膜。 实施方式提供了：热塑性保护层包括：聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四 氟乙烯、聚邻苯二甲酰亚胺（POlyphtalamide)、聚乙烯对苯二甲酸酯和/或聚对苯二甲酸 丁二醇酯或由这些物质组成。这意味着提到的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水传输复合结构(4)，所述水传输复合结构(4)优选地用于燃料电池的工艺气体的加湿，所述水传输复合结构(4)包括：‑透水且基本上不透气的水传输层(5)，以及‑至少一个热塑性保护层(6)，所述至少一个热塑性保护层至少部分地透水和透气，其中‑所述水传输层和所述热塑性保护层至少部分地彼此重叠，并且包括第一重叠区域(10)和第二重叠区域(11)，其中‑在所述第一重叠区域中，潮湿气体能够穿过所述热塑性保护层到达所述水传输层(5)，以及‑在所述第二重叠区域中，所述水传输复合结构(4)被热压缩，使得在所述第二重叠区域(11)中，潮湿气体不能够穿过压缩的所述热塑性保护层(6)到达所述水传输层(5)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约阿希姆·舍雷尔，赖纳·格卢克，托马斯·斯托尔，维尔纳·邦茨，曼弗雷德·布吕尔，
申请(专利权)人：莱茵兹迪兹通斯有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE