(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の燃料電池システムにおいて流体を加湿するための加湿装置（１）であって、少なくとも１枚の膜が配設されたハウジング（２）と、前記少なくとも１枚の膜を迂回するためのバイパス流路（５）と、前記流体を前記少なくとも１枚の膜へとガイドするための流路（８）とを有するものであり、前記バイパス流路（５）は矩形断面を有し、前記ハウジングと一体化した扁平形状の流路として形成されること、および前記流体をガイドするための流路（８）は矩形断面を有し、前記ハウジングに配設された扁平形状の流路として形成されることを特徴とする加湿装置。
【請求項２】
前記バイパス流路（５）を、前記ハウジング（２）周りに及び隣接してガイドすることを特徴とする、請求項１に記載の加湿装置。
【請求項３】
流通可能な前記バイパス流路（５）の断面を変化させるために、前記バイパス流路（５）に制御要素を配設することを特徴とする、請求項１又は２に記載の加湿装置。
【請求項４】
前記制御要素を絞り弁として形成することを特徴とする、請求項３に記載の加湿装置。
【請求項５】
前記制御要素を、前記ハウジング（２）に及び／又は前記ハウジング（２）内に配設されたアクチュエータによって駆動できることを特徴とする、請求項３又は４に記載の加湿装置。
【請求項６】
前記ハウジング（２）は、２つのハウジング部（２ａ、２ｂ）を備え、単一のカートリッジ（３）を、前記ハウジング部（２ａ、２ｂ）間に配設し、前記カートリッジ（３）に前記少なくとも１枚の膜を組込むことを特徴とする、請求項１〜５の１項に記載の加湿装置。
【請求項７】
前記単一のカートリッジ（３）は、矩形断面を有することを特徴とする、請求項６に記載の加湿装置。
【請求項８】
前記単一のカートリッジ（３）は、前記２つのハウジング部（２ａ、２ｂ）の断面に適合する断面を有することを特徴とする、請求項６又は７に記載の加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１枚の膜を配設したハウジング、及びこの少なくとも１枚の膜を迂回するバイパス流路を有する、自動車の燃料電池システムで流体を加湿する加湿装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そうした加湿装置は現行技術で既に知られている。特許文献１は、被加湿ガス流を加湿する役割を果たす、燃料電池システムに設ける加湿装置について開示している。燃料電池システムからの湿った排ガスを加湿に使用する。水蒸気だけを透過させる膜を加湿装置に配設する。この既知の加湿装置ではバイパス流路を更に設け、この流路を通してガス流を部分的に膜周りにガイドできる。それにより加湿されるガス流の露点を、自在に調整できる。
【０００３】
現在、自動車内で利用可能な設置空間における加湿装置の配置、及び加湿装置の有効容積増大に関する、加湿装置の設計又は構造に関心が集まっている。有効容積は直ちに、加湿装置の実際の機能、即ち流体の加湿に使用する容積となる。
【０００４】
現行技術において周知の加湿装置を、図１に示す。この周知の加湿装置１は、２つのハウジング部２ａ、２ｂから成るハウジング２を備える。周知のように水蒸気のみを透過させる少なくとも１枚の膜を有する加湿ユニット３を、ハウジング部２ａ、２ｂ間に配設する。この周知の加湿装置１では、加湿ユニット３を、夫々少なくとも１枚の膜を有する２個のカートリッジ３ａ、３ｂを互いに隣接させて形成している。
【０００５】
図１では更にまた、自動車で利用可能な加湿ユニット１のための設置空間４も示している。ここでは、２つのカートリッジ３ａ、３ｂの容積が加湿装置１の有効容積となる点について言及しておく。図１で示すように、間隔によって結果的に、円形断面を有するカートリッジ３ａ、３ｂを使用して利用可能な設置空間４が決まる。加湿ユニット３の設計の結果生じた間隔により、利用可能な設置空間４は加湿装置１の実際の機能、即ち流体の加湿に最適な方法で使用されず、そのため有効容積が狭くなる。図１の加湿装置１では、有効容積は４．５リットルである。
【０００６】
この周知の加湿装置１は、加湿ユニット３に配設した膜を迂回するためのバイパス流路５を更に備える。バイパス流路５によって、被加湿流体の湿度及び露点を、任意に調整できる。図１に示すように、円形断面を有するバイパス流路５を、加湿装置１のハウジング２の周りにガイドする。ここでもまた、利用可能な設置空間４を十分に使用していないという課題が現れており、そのためカートリッジの有効容積を大きくできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第ＤＥ１０２３２７５７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、加湿ユニットのために利用可能な設置空間を、流体を加湿するのに良好な方法で使用できる、流体を加湿する加湿装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、この目的を、請求項１の特徴を有する加湿装置によって解決する。本発明の有利な設計については、従属請求項で提供する。
【００１０】
本発明による加湿装置を、自動車の燃料電池システムにおいて流体を加湿するために形成する。加湿装置は、少なくとも１枚の膜が配設されたハウジングを備える。加湿装置は、少なくとも１枚の膜を迂回させるためのバイパス流路を更に備える。本発明によると、バイパス流路の断面を円形以外のものとする。「断面」とは特に、外断面又は断面形状の外輪郭を表す。
【００１１】
本発明による加湿装置によって、加湿装置に利用可能な自動車内の設置空間を有利な方法で、一層良好に使用でき、それによって加湿装置の有効容積を増大できる。
【００１２】
バイパス流路を角張った断面、特に矩形断面とすると特に有利なことを示している。特に、バイパス流路を、加湿ユニットのハウジングと一体化させた扁平流路の形で形成するものとする。更に好適には、バイパス流路をハウジングの内壁に隣接して配設する。加湿装置のハウジングを立方形とした場合、ハウジングの内壁の全表面が、特にバイパス流路の内壁となる。特に、ハウジングの内壁に沿って延在する扁平なバイパス流路を使用することで、利用可能な設置空間を一層良好に使用でき、それにより少なくとも１枚の膜のための容積を大きくとれる。
【００１３】
或いは、バイパス流路をハウジング周りに、及びハウジングに隣接して設けることもできる。
【００１４】
好適な方法では、流通可能なバイパス流路の断面を変化させる制御要素を、バイパス流路に配設する。制御要素を、好適には絞り弁として形成し、好適には、ハウジングに及び／又はハウジング内に配設するアクチュエータによって駆動可能にする。流通可能なバイパス流路の断面を変化させるために形成した制御要素を使用することで、被加湿流体の湿度及び露点を自在に調整できる。絞り弁を使用することで、流通可能なバイパス流路の断面を変化させることが、技術的に簡単な方法で更に可能になる。この実施形態では、制御要素を、ハウジングに配設しバイパス流路の一部分を含む連結部分又は連結領域に、配設することもできるものとする。アクチュエータを、電動、空気圧、油圧アクチュエータとしてもよい。
【００１５】
好適な実施形態では、ハウジングは２つのハウジング部を備え、カートリッジをこれらハウジング部間に配設し、カートリッジに少なくとも１枚の膜を組込むものとする。単一のカートリッジを使用することで、加湿装置に利用可能な自動車内の設置空間を、加湿装置の有効容積の増大に関して現行技術の場合より良好な方法で、使用できる。この実施形態では、少なくとも１枚の膜が配設される単一のカートリッジの断面を、円形以外の、好適には角張った、特に好適には矩形断面とすると、特に有利なことを示している。この単一のカートリッジの断面を、特に２つのハウジング部の断面に適合させる。これにより、結果として、有効容積を減少させる間隔がカートリッジと２ハウジング部との間に生じなくなる。
【００１６】
本発明の更なる効果、特徴及び詳細は、以下の好適な実施形態についての記載から、また添付図により、明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】現行技術による加湿装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による加湿装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に更に詳細に説明する実施形態では、本発明の好適な実施形態について示す。
同じ又は機能的に同じ要素には、複数の図面において同じ参照番号を付すものとする。
【００１９】
本発明の実施形態による図２に示す加湿装置１は、自動車の燃料電池システムにおいて流体を加湿するために形成したものである。加湿装置１はハウジング２を備え、このハウジング２は少なくとも２つのハウジング部２ａ、２ｂを有し、これらハウジング部間に単一のカートリッジ３を配設する。複数の膜（図示せず）を、カートリッジ３に配設する。
【００２０】
加湿装置１は、空気を加湿する役目を果たし、加湿した空気を、加湿装置１から燃料電池システムに酸化手段として提供する。加湿装置１は、空気供給部６を備え、空気供給部６を介して空気を、酸化手段として例えば自動車のファンから加湿装置１に供給する。従って、空気供給部６を、ハウジング２の第１ハウジング部２ａに配設される連結部７に配設する。連結部７に、空気供給部６から分岐を設ける。その結果、連結部７は、ファンによって提供される外気を少なくとも１枚の膜へとハウジング内にガイドする第１連結流路７ａと、第２連結流路７ｂとを有する。連結部７の第１連結流路７ａを、本実施例ではハウジングに配設した空気流路８に連結し、空気流路８を介して外気を、ハウジング２に入れた後、少なくとも１枚の膜へとガイドする。第２連結流路７ｂを、少なくとも１枚の膜を迂回するためにハウジング２内に組込んだバイパス流路５に直結させる。その結果、ファンによって提供した外気を、少なくとも１枚の膜周りに第２連結流路７ｂを介して、更にバイパス流路５を介してガイドできる。
【００２１】
加湿装置１は、排ガス連結部９を更に備え、排ガス連結部９を介して燃料電池システムから生じる生成水を含む排ガスを、加湿装置にガイドする。この排ガス及び、特に、水蒸気の形で提供される生成水を使用して、水蒸気を少なくとも１枚の膜を介して外気に対して放出することで、空気流路８を通りハウジング２に供給された空気を加湿する。
【００２２】
加湿装置１は、加湿済み空気を酸化手段として燃料電池システムに提供する、燃料電池に接続された燃料電池連結部１０を更に備える。従って、この燃料電池システムに提供される加湿空気は、空気流路８を介してカートリッジ３に供給された加湿空気と、バイパス流路５を介してガイドされた乾燥空気との混合物ということになる。
【００２３】
バイパス流路５を使用することで、燃料電池システムに提供される空気の湿度を有利な方法で調整可能にできる。そのために、加湿装置１は、連結部７の第２連結流路７ｂに組込まれる絞り弁を更に備える。絞り弁を、本実施例ではアクチュエータにより作動できる。流通可能なバイパス流路５、特に連結部７の第２連結流路７ｂの断面を、この絞り弁を用いて直ちに変更できる。
【００２４】
加湿装置１のために設けた設置空間を最適に使用するために、バイパス流路５は、本実施例では矩形の断面を有する。バイパス流路５を更に扁平形状の流路として形成し、この流路をハウジング２の内壁に隣接して配設し、単一のカートリッジ３の内壁とする。また、直ちにこの内壁の全表面をバイパス流路５の内壁とする。ハウジング２に側面に沿って配設されるバイパス流路５を扁平に構成することで、少なくとも１枚の膜のための設置空間、即ち加湿装置１の実際の機能のための設置空間を、円形断面のバイパス流路と比べて、広くできる。
【００２５】
また、空気流路８も、本実施例では矩形断面を有し、扁平形状の流路として形成する。空気流路８を、バイパス流路５と対向するハウジング２の側面に直ちに配設し、且つハウジング２の内壁に隣接させて配設する。従って、また、ハウジング２の内壁の全表面が、空気流路８の内壁となる。
【００２６】
ハウジング２の側面に配設し、ハウジングに組込んだ扁平流路５、８を使用することで、且つ絞り弁を連結部７に組込むことによって、自動車の特定の設置空間を、大幅に良好に使用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１          加湿装置
２          ハウジング
２ａ、２ｂ  ハウジング部
３          加湿ユニット／カートリッジ
４          設置空間
５          バイパス流路
６          空気供給部
７          連結部
７ａ、７ｂ  連結流路
８          空気流路
９          排ガス連結部
１０        燃料電池連結部
【図１】
0005518860.tif 000002
【図２】
0005518860.tif 000003