水蒸汽轉移裝置的製作方法
2024-01-29 01:27:15 1
專利名稱：水蒸汽轉移裝置的製作方法
技術領域：
本公開涉及一種水蒸汽轉移設備，並且更具體地涉及一種用於在燃料電池系統中使用的水蒸汽轉移裝置。
背景技術：
燃料電池系統正越來越廣泛地在各種不同的應用場合中被用作電源。例如，已經提出將燃料電池系統用於機動車輛中以代替內燃機。燃料電池系統還可以被用作建築物和住宅中的固定發電廠，攝像機、計算機中的便攜電源等。通常，燃料電池系統包括被設置為燃料電池堆的多塊燃料電池以產生電力，用於給電池充電或者給電機供電。一種典型的燃料電池被稱為質子交換膜(PEM)燃料電池，其將燃料(例如氫氣)和氧化劑(例如氧氣)相組合以生成電力和水。氧氣通常由空氣流提供。為了在所需的效率範圍內工作，應該保持燃料電池的質子交換膜中足夠的溼度。足夠的溼度可以令人滿意地延長燃料電池中交換膜的有效壽命並且保持所需的工作效率。作為燃料電池系統的一部分，水蒸汽轉移(WVT)設備可以被用於給進入燃料電池堆中的空氣流加溼。WVT設備將水蒸汽從來自於燃料電池堆的排氣流轉移至進入燃料電池堆的進氣流。這通常可以通過使用只允許水蒸汽從中經過的水蒸汽轉移膜來實現。該膜通常被永久性地連接至控制氣流的被稱為分離部分的擴散介質層。Skala的公開號為2009/0092863的美國專利申請中公開了一種用於燃料電池系統的示範性WVT設備，因此通過引用將其全部的公開內容併入本文。Skala介紹了一種用於WVT設備的面板，具有由擴散介質構成的頂層以及由擴散介質構成的底層。基本為平面的細長帶狀物陣列被設置在頂部擴散介質層和底部擴散介質層之間以構成WVT設備中的單塊面板。膜被粘接至頂部擴散介質層和底部擴散介質層中的至少一者。作為燃料電池系統的一部分，WVT設備可以被用於給進入燃料電池堆中的空氣流加溼。已知可以將WVT設備組裝在殼體內，並且將WVT裝置裝入燃料電池系統的燃料電池模塊例如下端單元(LEU)中。WVT具有流過其中的幹氣流和溼氣流。幹氣流是流至燃料電池系統陰極入口的空氣流，並且通常是藉助壓縮機從大氣中抽入。幹氣流可以具有最小的相對溼度以及大約為二十一個百分點(21%)的氧氣含量。溼氣流通常來自於燃料電池堆的陰極出口，高度潮溼並且僅含很少量的氧氣或者根本不含氧氣。具體的相對溼度和氧氣含量取決於燃料電池堆的工作狀態。幹氣流的壓力通常高於溼氣流，具體的壓力則取決於通過燃料電池系統中模塊化流道的壓降以及在給定的工作狀態下燃料電池堆兩端的壓降。利用WVT設備中的膜保持幹氣流和溼氣流分離，該膜允許水蒸汽從溼氣流通過到達幹氣流而不允許氣體例如氧氣通過(也就是說幹氣流被加溼但氧氣含量不會減少)。為了讓WVT設備有效運行，溼氣流和幹氣流都必須被密封至它們在燃料電池模塊內的配合部件。幹氣流洩漏會導致輸送至燃料電池堆的氧氣反應物的損失，並且需要通過壓縮機額外輸入空氣，這將降低燃料電池系統的效率。溼氣流洩漏會導致被加溼的空氣繞過WVT設備， 並且被向外傾洩或者排出。溼氣流洩漏會導致可供用於轉移至幹氣流的水蒸汽變少。
已知的設計方案試圖使用彈性體密封件為幹氣流和溼氣流提供充分的流體緊密密封。在大多數情況下，溼氣流和幹氣流的密封面是彼此垂直的。這就會引發一些問題例如需要保持WVT裝置和燃料電池模塊中的配合部件之間的精密公差，目的是為了保持目標密封壓力。由於安裝期間的密封件摩擦，因此難以將WVT裝置安裝到燃料電池模塊內也是公知的。儘管也可以改變彈性體密封件的壓力以在WVT裝置四個密封面中的兩個密封面內獲得充分的密封，但是很難改變WVT裝置中另外兩個密封面內的壓力。對於WVT裝置存在持續的需求簡化到燃料電池模塊內的安裝，避免在WVT裝置所需的密封面內使用壓緊密封，並且使WVT裝置端板兩端的壓差最小化。優選地，WVT裝置與常規裝置相比需要的構件更少並且具有更少的部件數量，而且對於與燃料電池模塊的裝配接口允許更大的公差。
發明內容
根據本公開，出人意料地公開了一種WVT裝置，簡化了到燃料電池模塊內的安裝， 避免在WVT裝置所需的密封面內使用壓緊密封，使WVT裝置端板兩端的壓差最小化，與常規裝置相比需要的構件更少且具有更少的部件數量，而且對於與燃料電池模塊的裝配接口允許更大的公差。本公開採用的密封方法中不需要對溼氣流進行氣密密封。利用通過在WVT設備和殼體的接口處包含部件而形成的曲折旁路路徑使得繞過WVT設備的溼氣流量被最小化，這就導致沿旁路路徑流動的溼氣流在接口處的壓降增大。曲折旁路路徑可以被設計為最小間隙部件，或者可以包括接近於零間隙的部件以有助於形成壓降。接近於零間隙的部件可以通過使用具有撓性凸肋或刷狀部件的端板獲得。另外，通過包括偏置部件增強對部件幾何形狀的利用以在安裝過程期間偏置最終的WVT位置，由此進一步增加壓降。WVT設備在安裝期間的偏置可以通過使用彈簧元件在殼體內偏置WVT設備而實現。可選方案包括利用幾何形狀、重力和氣壓中的至少一種來實現類似的偏置效果。在一個實施例中，一種水蒸汽轉移裝置包括至少一臺水蒸汽轉移設備，具有多塊被設置用於接收溼氣流的溼面板以及多塊被設置用於接收幹氣流的乾麵板。溼面板和乾麵板在堆內交替排列並通過水轉移膜彼此分離。水蒸汽轉移設備允許將水分從溼氣流轉移至幹氣流。水蒸汽轉移設備被設置在一對端板之間。每一塊端板都具有多根向外延伸的凸肋。 水蒸汽轉移設備和端板被設置在殼體內。殼體具有形成在其中的一對溼氣流孔和一對幹氣流孔。溼氣流孔與水蒸汽轉移設備的溼面板相連通。幹氣流孔與水蒸汽轉移設備的乾麵板相連通。殼體進一步包括鄰近幹氣流孔形成的多條通道。通道與溼氣流孔流體連通。端板的向外延伸的凸肋與通道相配合以在殼體的溼氣流孔之間界定出曲折的旁路流動路徑。在另一個實施例中，水蒸汽轉移裝置進一步包括一對彈性體密封件。其中一個彈性體密封件被設置在殼體中的每一個幹氣流孔內。彈性體密封件與端板和水蒸汽轉移設備鄰接，並防止幹氣流洩漏進入溼氣流內。端板還包括至少一個彈簧元件，被設置用於將端板的凸肋向形成在殼體內的通道一側偏置。凸肋和通道之間的間隙被最小化，並且曲折的旁路流動路徑兩端的壓差相對於水蒸汽轉移設備兩端的壓差被最大化，以由此促進溼氣流流過水蒸汽轉移設備。在進一步的實施例中，凸肋和通道具有對應的楔形楔頭形狀以允許將每一根凸肋都靠在每一條通道 的表面上。方案1 一種水蒸汽轉移裝置，包括
至少一臺水蒸汽轉移設備，具有多塊被設置用於接收溼氣流的溼面板以及多塊被設置用於接收幹氣流的乾麵板，所述溼面板和所述乾麵板在堆內交替排列並通過水轉移膜彼此分離，所述至少一臺水蒸汽轉移設備允許將水分從溼氣流轉移至幹氣流；
一對端板，所述至少一臺水蒸汽轉移設備被設置在所述一對端板之間，每一塊端板都具有多根向外延伸的凸肋；以及
殼體，具有形成在其中的一對溼氣流孔和一對幹氣流孔，所述至少一臺水蒸汽轉移設備和所述端板被設置在所述殼體內，所述溼氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的溼面板相連通，並且所述幹氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的乾麵板相連通，所述殼體進一步包括鄰近所述幹氣流孔形成並且與所述溼氣流孔流體連通的多條通道，端板的向外延伸的凸肋與通道相配合以在所述殼體的溼氣流孔之間界定出曲折的旁路流動路徑。方案2 如方案1所述的水蒸汽轉移裝置，進一步包括一對彈性體密封件，其中一個彈性體密封件被設置在殼體中的每一個幹氣流孔內，彈性體密封件與端板和所述至少一臺水蒸汽轉移設備鄰接，並防止幹氣流洩漏進入溼氣流內。方案3 如方案2所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述彈性體密封件包括具有與凸肋的截面形狀基本相同形狀的翼片。方案4:如方案3所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述彈性體密封件的翼片與所述端板的凸肋鄰接。方案5 如方案1所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述凸肋和所述通道之間的間隙被最小化，並且曲折的旁路流動路徑兩端的壓差被最大化，以由此促進溼氣流流過所述至少一臺水蒸汽轉移設備。方案6 如方案5所述的水蒸汽轉移裝置，其中在所述凸肋和所述通道之間基本上沒有間隙。方案7 如方案5所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述端板包括至少一個彈簧元件， 被設置用於將端板的凸肋向形成在所述殼體內的通道一側偏置。方案8 如方案7所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述至少一個彈簧元件與所述殼體內部鄰接。方案9 如方案7所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述至少一個彈簧元件被設置在每一塊端板的末端處。方案10 如方案9所述的水蒸汽轉移裝置，其中每一塊端板設有所述彈簧元件的末端鄰近所述水蒸汽轉移設備的相同側。方案11 如方案9所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述至少一個彈簧元件與每一塊端板形成為整體。方案12 如方案11所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述至少一個彈簧元件是板簧。方案13 如方案5所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述凸肋和所述通道具有對應的楔形楔頭形狀以允許將每一根凸肋都靠在每一條通道的表面上。方案14 如方案1所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述殼體包括與第二殼體部分相連的第一殼體部分，所述第一殼體部分具有其中一個幹氣流孔，而所述第二殼體部分具有另一個幹氣流孔，通過所述第一殼體部分和第二殼體部分的連接而構成所述溼氣流孔。方案15 如方案14所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述第一殼體部分包括狹槽而所述第二殼體部分包括凸片，所述凸片與所述狹槽相配合以將所述第一殼體部分和第二殼體部分對齊並密封。方案16 如方案15所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述第一殼體部分和第二殼體部分的每一個都具有向外延伸的肩部，肩部具有穿過其中而形成的多個孔，所述第一殼體部分和第二殼體部分通過穿過孔的被設置在其向外延伸的肩部內的螺栓連接以構成所述水蒸汽轉移裝置的所述殼體。方案17 如方案1所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述幹孔被設置在所述殼體的相對兩側，而所述溼孔被設置在所述殼體的相對兩端，所述幹孔和溼孔允許幹氣流相對於溼氣流的流動橫向地流過所述至少一臺水蒸汽轉移設備。方案18 如方案1所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述至少一臺水蒸汽轉移設備包括第一水蒸汽轉移設備和第二水蒸汽轉移設備，所述第一水蒸汽轉移設備和第二水蒸汽轉移設備由設置在殼體內的分離板分離。方案19 一種水蒸汽轉移裝置，包括
至少一臺水蒸汽轉移設備，具有多塊被設置用於接收溼氣流的溼面板以及多塊被設置用於接收幹氣流的乾麵板，溼面板和乾麵板在堆內交替排列並通過水轉移膜彼此分離，所述至少一臺水蒸汽轉移設備允許將水分從溼氣流轉移至幹氣流；
一對端板，所述至少一臺水蒸汽轉移設備被設置在所述一對端板之間，每一塊端板都具有多根向外延伸的凸肋；
殼體，具有形成在其中的一對溼氣流孔和一對幹氣流孔，所述至少一臺水蒸汽轉移設備和端板被設置在所述殼體內，所述溼氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的溼面板相連通，並且所述幹氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的乾麵板相連通，所述殼體進一步包括鄰近幹氣流孔形成並且與所述溼氣流孔流體連通的多條通道，端板的向外延伸的凸肋與通道相配合以在殼體的溼氣流孔之間界定出曲折的旁路流動路徑；以及
一對彈性體密封件，其中一個彈性體密封件被設置在殼體中的每一個幹氣流孔內，彈性體密封件與端板和所述至少一臺水蒸汽轉移設備鄰接，並防止幹氣流洩漏進入溼氣流內，
其中所述端板包括至少一個彈簧元件，被設置用於將端板的凸肋向形成在殼體內的通道一側偏置，並且其中所述凸肋和所述通道之間的間隙被最小化，而曲折的旁路流動路徑兩端的壓差被最大化，以由此促進溼氣流流過所述至少一臺水蒸汽轉移設備。方案20 —種水蒸汽轉移裝置，包括
至少一臺水蒸汽轉移設備，具有多塊被設置用於接收溼氣流的溼面板以及多塊被設置用於接收幹氣流的乾麵板，溼面板和乾麵板在堆內交錯排列並通過水轉移膜彼此分離，所述至少一臺水蒸汽轉移設備允許將水分從溼氣流轉移至幹氣流；
一對端板，所述至少一臺水蒸汽轉移設備被設置在所述一對端板之間，每一塊端板都具有多根向外延伸的凸肋；以及
殼體，具有形成在其中的一對溼氣流孔和一對幹氣流孔，所述至少一臺水蒸汽轉移設備和所述端板被設置在所述殼體內，所述溼氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的溼面
7板相連通，並且所述幹氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的乾麵板相連通，所述殼體進一步包括鄰近幹氣流孔形成並且與溼氣流孔流體連通的多條通道，端板的向外延伸的凸肋與通道相配合以在殼體的溼氣流孔之間界定出曲折的旁路流動路徑；
其中所述凸肋和所述通道具有對應的楔形楔頭形狀以允許每一根凸肋都靠在每一條通道的表面上，並且其中所述凸肋和所述通道之間的間隙被最小化，而曲折的旁路流動路徑兩端的壓差被最大化，以由此促進溼氣流流過所述至少一臺水蒸汽轉移設備。
對 於本領域技術人員而言，根據以下的詳細說明，特別是在結合本文中介紹的附圖一起考慮時，本公開上述以及其他的優點就將變得顯而易見。圖1是根據本公開一個實施例的水蒸氣轉移裝置的透視圖，示出了位於殼體內的水蒸汽轉移設備以及溼氣流和幹氣流通過水蒸汽轉移設備的流向；
圖2是圖1中示出的水蒸汽轉移裝置的透視圖，其中移除了圖中的一部分殼體，並且示出了用於藉助多個螺栓來連接殼體的第一和第二部分的螺栓孔；
圖3是圖2中所示並以圓圈3標記的水蒸汽轉移裝置放大的部分透視圖； 圖4是圖2中所示水蒸汽轉移裝置的透視圖，其中移除了整個殼體； 圖5是圖1中所示水蒸汽轉移裝置的透視圖，其中移除了整個水蒸汽轉移設備； 圖6是示出了圖1中所示並以圓圈6標記的水蒸汽轉移裝置端板上多根凸肋的放大的部分側面正視圖，多根凸肋與殼體上形成的多條通道相配合；以及
圖7是根據本公開另一個實施例的水蒸氣轉移裝置的示意性部分側面正視圖，示出了端板上與水蒸汽轉移裝置殼體內形成的多條通道相配合的多根凸肋。
具體實施例方式以下的詳細說明和附圖介紹並圖示了本發明的不同實施例。說明書和附圖用於使本領域技術人員能夠實現並利用本發明，而並不是為了以任何方式限制本發明的保護範圍。如圖1-3中所示，水蒸氣轉移裝置2包括至少一臺水蒸氣轉移設備4。水蒸氣轉移設備4可以具有多塊被設置用於接收溼氣流3的溼面板以及多塊被設置用於接收幹氣流5 的乾麵板。溼面板和乾麵板在堆內交替排列並通過水轉移膜彼此分離。水蒸汽轉移設備允許將水分從溼氣流3轉移至幹氣流5。Skala的公開號為2009/0092863的美國專利申請中介紹了一種示範性的水蒸汽轉移設備，因此通過引用將其全部公開內容併入本文。本領域普通技術人員應該意識到在本公開的範圍內也可以使用其他結構和類型的水蒸氣轉移設備4。水蒸氣轉移裝置2包括例如在圖4中詳細示出的一對端板6。水蒸汽轉移設備4 被設置在端板6之間。每一塊端板都具有多根向外延伸的凸肋8。水蒸汽轉移設備4和端板6被設置在殼體10內。殼體10根據需要可以是單獨的單片式殼體10或者是多片式殼體10。殼體10具有形成在其中的一對溼氣流孔12，14和一對幹氣流孔16，18。例如，溼氣流孔12可以是具有一定水蒸汽含量的溼氣流3的入口。溼氣流孔14可以是具有一定水蒸汽含量的溼氣流3的出口。溼氣流孔12，14與水蒸汽轉移設備4中的溼面板相連通。幹氣流孔16，18與水蒸汽轉移設備4中的乾麵板相連通。例如，幹氣流孔16可以是幹氣流5 例如大氣空氣的入口。幹氣流孔18可以是幹氣流5的出口。入口乾氣流孔16和出口乾氣流孔18被設置在殼體10的相對兩側。溼氣流孔 12，14類似地被設置在殼體10的相對兩端。在一個特定的實施例中，幹氣流孔16，18和溼氣流孔12，14允許幹氣流5相對於溼氣流3流過水蒸汽轉移設備4的流動基本上橫向地流動通過水蒸汽轉移設備4。在本公開的範圍內溼氣流3和幹氣流5也可以採用其他的流動方向。殼體10進一步包括鄰近殼體10中的幹氣流孔16，18形成的多條通道20。通道20 與溼氣流孔12，14流體連通。端板6的向外延伸的凸肋8與通道20相配合以在殼體10的溼氣流孔12，14之間界定出曲折的旁路流動路徑21 (在圖6中示出)。在一個可選實施例中，曲折的旁路流動路徑21可以根據需要被設置在幹氣流孔16，18之間而不是設置在溼氣流孔12，14之間，或者是除了被設置在溼氣流孔12，14之間以外也被設置在幹氣流孔16，18 之間。水蒸氣轉移裝置2可以進一步包括一對彈性體密封件22。在一個特定的實施例中，其中一個彈性體密封件22被設置在殼體10中的每一個幹氣流孔16，18內。彈性體密封件22與端板6和水蒸汽轉移設備4鄰接。彈性體密封件22還與燃料電池模塊中相鄰的配合部件(未示出)鄰接以將幹氣流5輸送至水蒸汽轉移設備4。用彈性體密封件形成基本上流體緊密的密封能防止幹氣流5在水蒸氣轉移裝置2工作期間洩漏進入溼氣流3內。彈性體密封件22如圖4中所示可以包括多個翼片24。翼片M可以具有與端板6 上形成的凸肋8的形狀基本相同的形狀。例如，翼片M可以具有與凸肋8的截面相同的形狀，並且被安置在凸肋8的末端上。在一個特定的實施例中，彈性體密封件22中的翼片M 與端板6中凸肋8的末端鄰接。與用於輸送幹氣流5的鄰近的配合部件協作，彈性體密封件22和翼片M防止幹氣流5洩漏進入溼氣流3的曲折旁路流動路徑21內，曲折旁路流動路徑21延伸在殼體10的溼氣流孔12，14之間。通過旁路流動路徑21的彎曲促使一部分溼氣流3流過水蒸汽轉移設備4而不是流過曲折旁路流動路徑。作為非限制性的示例，可以允許有大約一個百分點(1%)到四個百分點的溼氣流3在運行時旁路經過水蒸汽轉移設備4。已經令人吃驚地發現水蒸汽轉移設備4的這種旁路只會導致對幹氣流5的水份轉移率下降僅僅約十分之一個百分點 (0. 1%)到約半個百分點(0. 5%)，同時允許在水蒸汽轉移設備4的工作狀態和水蒸汽轉移設備4外部的大氣狀態之間的壓力有一定的平衡。在某些實施例中，凸肋8和通道20的壁部之間的間隙或縫隙可以被最小化以最大化曲折旁路流動路徑兩端的壓差。具體地，曲折旁路流動路徑21兩端的壓差可以相對於水蒸汽轉移設備4兩端的壓差被最大化。應該理解曲折旁路流動路徑21兩端壓差的最大化進一步促進溼氣流3流過水蒸汽轉移裝置2的水蒸汽轉移設備4。凸肋8和通道20可以相對於彼此設置成使凸肋8和通道20之間基本上沒有間隙。 例如，可以在水蒸汽轉移裝置2內安裝端板6後而將凸肋8向通道20的一側偏置。如圖3 中所示，端板6可以包括至少一個彈簧元件沈，被設置用於將端板6的凸肋8向形成在殼體 10內的通道20的一側偏置。儘管在凸肋8和通道20的壁部之間可以由於上述偏置而基本上沒有間隙，但是應該意識到溼氣流3的壓力也可足以促使至少最少部分的溼氣流3流過凸肋8和通道20的壁部之間的接口。至少一個彈簧元件26可以例如與殼體10的內部鄰接以促成偏置。應該理解的是為了實現沿一個方向偏置凸肋8，至少一個彈簧元件26應被設置在每一塊端板6的同一端， 並且鄰近水蒸汽轉移設備4的相同側。至少一個彈簧元件26可以與每一塊端板6形成為整體，或者被設置為單獨的彈簧元件26，設置在端板6和殼體10的內部之間。在圖2至4 示出的特定實施例中，至少一個彈簧元件26是板簧。本領域普通技術人員也可以根據需要選擇其他類型的彈簧用於至少一個彈簧元件26。 如圖5中所示，殼體10可以包括與第二殼體部分30相連的第一殼體部分28。第一殼體部分28可以包括其中一個幹氣流孔16，而第二殼體部分30可以具有另一個幹氣流孔18。例如通過第一殼體部分28和第二殼體部分30的連接即可構成溼氣流孔12，14。重新參照圖2和圖3，第一殼體部分28可以包括狹槽32而第二殼體部分30可以包括對應的凸片34。凸片34與狹槽32相配合以在連接第一殼體部分28和第二殼體部分 30時將它們對齊並密封。凸片34可以與狹槽32摩擦配合在一起，或者可以可選地包括彈性塗層以有助於第一殼體部分28和第二殼體部分30基本上流體緊密的密封。第一殼體部分28和第二殼體部分30中的每一個都可以具有向外延伸的肩部36， 肩部36具有穿過其中而形成的多個孔38。孔38可以具有例如內螺紋以與螺栓40的外螺紋相配合。第一殼體部分28和第二殼體部分30可以通過被設置為穿過第一殼體部分28和第二殼體部分30向外延伸的肩部36內的孔38的螺栓40被連接以密封並構成水蒸汽轉移裝置2的殼體10。在本公開的範圍內也可以使用其他的方式來用於連接第一殼體部分28 和第二殼體部分30。應該理解至少一臺水蒸汽轉移設備4可以包括很多臺水蒸汽轉移設備4。在圖1，2 和4所示的實施例中，至少一臺水蒸汽轉移設備4包括第一水蒸汽轉移設備4和第二水蒸汽轉移設備4。第一和第二水蒸汽轉移設備4根據需要可以是基本相同或不同的結構。在殼體10內可以通過分離板42使第一水蒸汽轉移設備4與第二水蒸汽轉移設備4分離。本領域技術人員可以根據需要選擇端板6的凸肋8的形狀。凸肋8的形狀例如可以是基本為矩形的截面形狀。在特定的示例中，凸肋8的形狀可以被選擇為有助於使凸肋8 和在其中放置凸肋8的通道20的壁部之間的間隙最小化。凸肋8的形狀可以利用重力作用力和氣壓的偏置作用力中的至少一種來促使成形的凸肋8接觸或幾乎接觸到通道20的壁部。作為非限制性的示例，凸肋8和通道20可以具有對應的楔形楔頭形狀以允許將每一根凸肋8都靠在每一條通道20的表面上。應該意識到凸肋8和通道20的壁部之間的間隙最小化可以由此獲得。類似地，無論在溼氣流孔12，14處是否缺乏彈性體密封件，均可促使溼氣流3改為行進通過水蒸汽轉移設備4。有利地，本公開中的水蒸汽轉移裝置2簡化了將水蒸汽轉移設備4安裝到燃料電池模塊內的過程。應該意識到水蒸汽轉移裝置2避免了在與殼體10的溼氣流孔12，14相關聯的密封面處使用壓緊密封，而是改為依賴於旁路流動路徑21的彎曲以及由端板6造成的偏置中的至少一種來促使溼氣流3行進通過水蒸汽轉移設備4。水蒸汽轉移裝置2兩端的壓差也由於溼氣流旁路流動的彎曲結構以及端板6的凸肋8的偏置中的至少一種而被最小化。而且，水蒸汽轉移裝置2與具有四個彈性體密封件也就是具有用於溼氣流3和幹氣流5的每一個入口和出口的一個彈性體密封件的常規裝置相比，需要的構件更少，並且具有更少的部件數量。由於沒有在殼體10的溼氣流孔12，14處使用彈性體密封件，因此對於燃料電池模塊中的配合部件接口可以有利地使用更大的公差。 儘管已經為了介紹本發明而示出了一些代表性的實施例和細節內容，但對於本領域技術人員顯而易見的是可以進行各種修改而並不背離下面所附權利要求中進一步說明的本公開的保護範圍。
權利要求
1.一種水蒸汽轉移裝置，包括至少一臺水蒸汽轉移設備，具有多塊被設置用於接收溼氣流的溼面板以及多塊被設置用於接收幹氣流的乾麵板，所述溼面板和所述乾麵板在堆內交替排列並通過水轉移膜彼此分離，所述至少一臺水蒸汽轉移設備允許將水分從溼氣流轉移至幹氣流；一對端板，所述至少一臺水蒸汽轉移設備被設置在所述一對端板之間，每一塊端板都具有多根向外延伸的凸肋；以及殼體，具有形成在其中的一對溼氣流孔和一對幹氣流孔，所述至少一臺水蒸汽轉移設備和所述端板被設置在所述殼體內，所述溼氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的溼面板相連通，並且所述幹氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的乾麵板相連通，所述殼體進一步包括鄰近所述幹氣流孔形成並且與所述溼氣流孔流體連通的多條通道，端板的向外延伸的凸肋與通道相配合以在所述殼體的溼氣流孔之間界定出曲折的旁路流動路徑。
2.如權利要求1所述的水蒸汽轉移裝置，進一步包括一對彈性體密封件，其中一個彈性體密封件被設置在殼體中的每一個幹氣流孔內，彈性體密封件與端板和所述至少一臺水蒸汽轉移設備鄰接，並防止幹氣流洩漏進入溼氣流內。
3.如權利要求2所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述彈性體密封件包括具有與凸肋的截面形狀基本相同形狀的翼片。
4.如權利要求3所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述彈性體密封件的翼片與所述端板的凸肋鄰接。
5.如權利要求1所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述凸肋和所述通道之間的間隙被最小化，並且曲折的旁路流動路徑兩端的壓差被最大化，以由此促進溼氣流流過所述至少一臺水蒸汽轉移設備。
6.如權利要求5所述的水蒸汽轉移裝置，其中在所述凸肋和所述通道之間基本上沒有間隙。
7.如權利要求5所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述端板包括至少一個彈簧元件，被設置用於將端板的凸肋向形成在所述殼體內的通道一側偏置。
8.如權利要求7所述的水蒸汽轉移裝置，其中所述至少一個彈簧元件與所述殼體內部鄰接。
9.一種水蒸汽轉移裝置，包括至少一臺水蒸汽轉移設備，具有多塊被設置用於接收溼氣流的溼面板以及多塊被設置用於接收幹氣流的乾麵板，溼面板和乾麵板在堆內交替排列並通過水轉移膜彼此分離，所述至少一臺水蒸汽轉移設備允許將水分從溼氣流轉移至幹氣流；一對端板，所述至少一臺水蒸汽轉移設備被設置在所述一對端板之間，每一塊端板都具有多根向外延伸的凸肋；殼體，具有形成在其中的一對溼氣流孔和一對幹氣流孔，所述至少一臺水蒸汽轉移設備和端板被設置在所述殼體內，所述溼氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的溼面板相連通，並且所述幹氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的乾麵板相連通，所述殼體進一步包括鄰近幹氣流孔形成並且與所述溼氣流孔流體連通的多條通道，端板的向外延伸的凸肋與通道相配合以在殼體的溼氣流孔之間界定出曲折的旁路流動路徑；以及一對彈性體密封件，其中一個彈性體密封件被設置在殼體中的每一個幹氣流孔內，彈性體密封件與端板和所述至少一臺水蒸汽轉移設備鄰接，並防止幹氣流洩漏進入溼氣流內，其中所述端板包括至少一個彈簧元件，被設置用於將端板的凸肋向形成在殼體內的通道一側偏置，並且其中所述凸肋和所述通道之間的間隙被最小化，而曲折的旁路流動路徑兩端的壓差被最大化，以由此促進溼氣流流過所述至少一臺水蒸汽轉移設備。
10. 一種水蒸汽轉移裝置，包括至少一臺水蒸汽轉移設備，具有多塊被設置用於接收溼氣流的溼面板以及多塊被設置用於接收幹氣流的乾麵板，溼面板和乾麵板在堆內交錯排列並通過水轉移膜彼此分離，所述至少一臺水蒸汽轉移設備允許將水分從溼氣流轉移至幹氣流；一對端板，所述至少一臺水蒸汽轉移設備被設置在所述一對端板之間，每一塊端板都具有多根向外延伸的凸肋；以及殼體，具有形成在其中的一對溼氣流孔和一對幹氣流孔，所述至少一臺水蒸汽轉移設備和所述端板被設置在所述殼體內，所述溼氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的溼面板相連通，並且所述幹氣流孔與所述至少一臺水蒸汽轉移設備的乾麵板相連通，所述殼體進一步包括鄰近幹氣流孔形成並且與溼氣流孔流體連通的多條通道，端板的向外延伸的凸肋與通道相配合以在殼體的溼氣流孔之間界定出曲折的旁路流動路徑；其中所述凸肋和所述通道具有對應的楔形楔頭形狀以允許每一根凸肋都靠在每一條通道的表面上，並且其中所述凸肋和所述通道之間的間隙被最小化，而曲折的旁路流動路徑兩端的壓差被最大化，以由此促進溼氣流流過所述至少一臺水蒸汽轉移設備。
全文摘要
一種用於燃料電池系統的水蒸汽轉移裝置，包括至少一臺水蒸汽轉移設備。水蒸汽轉移設備允許將水分從溼氣流轉移至幹氣流。水蒸汽轉移設備被設置在一對端板之間。每一塊端板都具有多根向外延伸的凸肋。水蒸汽轉移設備和端板被設置在殼體內，殼體具有形成在其中的一對溼氣流孔和一對幹氣流孔。殼體進一步包括鄰近幹氣流孔形成的多條通道。通道與溼氣流孔流體連通。端板的向外延伸的凸肋與通道相配合以在殼體的溼氣流孔之間界定出曲折的旁路流動路徑。
文檔編號H01M8/04GK102280651SQ20111015241
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月8日 優先權日2010年6月8日
發明者D.A.馬丁徹克, I.R.傑米 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司