專利名稱：水蒸氣傳遞膜到氣體擴(kuò)散分離器的附接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水蒸汽傳遞裝置，尤其地涉及用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)越來越多地用作各式各樣的應(yīng)用中的功率源。例如，已提出在車輛中將燃料電池系統(tǒng)用作內(nèi)燃機(jī)的替換。燃料電池系統(tǒng)還可用作建筑和住宅中的固定發(fā)電站、攝影機(jī)、計(jì)算機(jī)中的便攜式電源等等。通常，燃料電池系統(tǒng)包括布置在燃料電池組中以發(fā)電的多個(gè)燃料電池，該燃料電池系統(tǒng)用于給蓄電池充電或向電動(dòng)機(jī)提供功率。已知典型的燃料電池為聚合物電解質(zhì)膜(PEM)燃料電池，該燃料電池將諸如氫的燃料與諸如氧的氧化劑結(jié)合以產(chǎn)生電和水。氧通常由空氣流供應(yīng)。為了在期望的效率范圍內(nèi)運(yùn)行，應(yīng)維持燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜足夠潤濕。足夠的潤濕合乎需要地延長燃料電池中的電解質(zhì)膜的有效壽命，以及維持期望的工作效率。作為燃料電池系統(tǒng)的一部分，水蒸汽傳遞(WVT)裝置可用于潤濕進(jìn)入燃料電池組的空氣流。WVT裝置將來自燃料電池組的排氣流中的水蒸氣傳遞至進(jìn)入燃料電池組的饋送流。這通常通過利用僅允許水蒸汽通過的水蒸汽傳遞膜實(shí)現(xiàn)。該膜可永久地附接至稱為分離器的擴(kuò)散介質(zhì)層，該擴(kuò)散介質(zhì)層控制氣流。膜附接至分離器的位置希望是無泄漏的。在Skala的美國專利申請(qǐng)公開No. 2009/0092863中公開了一種用于燃料電池系統(tǒng)的示例性水蒸汽傳輸裝置，因此該專利申請(qǐng)的全部公開在此以參考的方式并入。Skala描述了一種用于水蒸汽傳輸裝置的板，該板具有由擴(kuò)散介質(zhì)形成的頂層和由擴(kuò)散介質(zhì)形成的底層。一排大致平面的細(xì)長帶狀物設(shè)置在頂層擴(kuò)散介質(zhì)與底層擴(kuò)散介質(zhì)之間。膜粘附至頂層擴(kuò)散介質(zhì)和底層擴(kuò)散介質(zhì)中的至少一個(gè)。還已知制造一種由塑料板組成的水蒸汽傳遞分離器，塑料板具有機(jī)械加工或模制在塑料板中的流動(dòng)通道。氣體擴(kuò)散層和膜層利用壓敏粘合劑(PSA)附接至塑料板。然而， PSA施加困難并且費(fèi)時(shí)。另外，在沒有正確地施加PSA的情況下，得到的水蒸汽傳遞裝置通常不能修理。存在對(duì)一種制造系統(tǒng)和方法的持續(xù)需求，以將水蒸汽傳遞膜有效且永久地結(jié)合至氣體擴(kuò)散分離器。希望的是，制造過程在水蒸汽傳遞膜與分離器之間形成耐用的無泄漏的結(jié)合，在不會(huì)不利地影響得到的水蒸汽傳遞裝置的水蒸汽傳遞率的情況下產(chǎn)生滿足特定面積中的尺寸和平面度公差的組件，以及能容易地結(jié)合到卷裝進(jìn)出法或分批成片法中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)一種將水蒸汽傳遞膜有效且永久地結(jié)合至氣體擴(kuò)散分離器的制造過程，其在水蒸汽傳遞膜與分離器之間形成耐用的無泄漏的結(jié)合，在不會(huì)不利地影響得到的水蒸汽傳遞裝置的水蒸汽傳遞率的情況下產(chǎn)生滿足特定面積中的尺寸和平面度公差的組件，并且能容易地結(jié)合到卷裝進(jìn)出法或分批成片法中。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于燃料電池的水蒸汽傳遞裝置包括一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層。擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層均具有第一邊緣和第二邊緣。一對(duì)邊緣襯條設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層之間。邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣設(shè)置。邊緣襯條中的另一邊緣襯條鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第二邊緣設(shè)置。邊緣襯條通過熱熔性粘合劑結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層。一排細(xì)長線設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層之間并設(shè)置在邊緣襯條中間。細(xì)長線通過熱熔性粘合劑結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層。細(xì)長線限定擴(kuò)散介質(zhì)層之間的多個(gè)流動(dòng)通道。擴(kuò)散介質(zhì)層、邊緣襯條和細(xì)長線設(shè)置在一對(duì)聚合物膜之間。聚合物膜通過來自邊緣襯條的熱熔性粘合劑鄰近邊緣襯條結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層。聚合物膜在邊緣襯條之間沒有結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層。在另一實(shí)施例中，一種用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的方法首先包括提供分離器組件的步驟。分離器組件包括設(shè)置在一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層之間的一對(duì)邊緣襯條和一排細(xì)長線。邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣設(shè)置。邊緣襯條中的另一個(gè)邊緣襯條鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第二邊緣設(shè)置。邊緣襯條通過熱熔性粘合劑結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層。細(xì)長線排大致與第一邊緣和第二邊緣平行布置在邊緣襯條中間。細(xì)長線通過熱熔性粘合劑結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層并限定擴(kuò)散介質(zhì)層之間的多個(gè)流動(dòng)通道。聚合物膜設(shè)置在分離器組件的擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層上。對(duì)分離器組件施加熱和壓力，以使邊緣襯條的熱熔粘合劑涂層熔化并滲透通過擴(kuò)散介質(zhì)層并接觸聚合物膜。使線的熱熔粘合劑涂層熔化并僅滲透到擴(kuò)散介質(zhì)層中。然后，冷卻分離器組件，以使邊緣襯條和線上的熱熔粘合劑涂層固化并將邊緣襯條結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層和聚合物膜兩者。線在分離器組件的冷卻期間僅結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層，從而形成水蒸汽傳遞裝置。在另一實(shí)施例中，一種用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的系統(tǒng)包括用于施加熱和壓力的裝置，以使邊緣襯條的粘合劑涂層熔化并滲透通過擴(kuò)散介質(zhì)層并接觸聚合物膜。本發(fā)明還提供以下技術(shù)方案
方案1. 一種用于燃料電池的水蒸汽傳遞裝置，包括
一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層，所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層均具有第一邊緣和第二邊緣； 一對(duì)邊緣襯條，所述邊緣襯條設(shè)置在所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間，所述邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的所述第一邊緣設(shè)置，而所述邊緣襯條中的另一邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的所述第二邊緣設(shè)置，所述邊緣襯條通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層；
一排細(xì)長線，所述排細(xì)長線設(shè)置在所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間并大致與所述第一邊緣和所述第二邊緣平行布置在所述對(duì)邊緣襯條之中間，所述細(xì)長線通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層并限定所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間的多個(gè)流動(dòng)通道；
一對(duì)聚合物膜，所述擴(kuò)散介質(zhì)層、所述邊緣襯條和所述細(xì)長線設(shè)置在所述聚合物膜之間，所述聚合物膜通過來自所述邊緣襯條的熱熔粘合劑鄰近所述邊緣襯條結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層，所述聚合物膜在所述對(duì)邊緣襯條之中間不結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層。方案2.根據(jù)方案1所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述邊緣襯條和所述細(xì)長線涂有所述熱熔粘合劑。方案3.根據(jù)方案2所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述邊緣襯條上的所述熱熔粘合劑涂層具有比所述線上的熱熔粘合劑涂層的厚度大的厚度。方案4.根據(jù)方案3所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述邊緣襯條上的熱熔粘合劑涂層的厚度足以滲透通過所述擴(kuò)散介質(zhì)層并結(jié)合所述聚合物膜。方案5.根據(jù)方案4所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述線上的所述粘合劑涂層的厚度不足以滲透通過所述擴(kuò)散介質(zhì)層并結(jié)合所述聚合物膜。方案6.根據(jù)方案1所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述擴(kuò)散介質(zhì)層由玻璃纖維、玻璃基紙、碳纖維和碳基紙中的一種形成。方案7.根據(jù)方案1所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述邊緣襯條和所述線由聚丙烯和玻璃中的一種形成。方案8. —種用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的方法，所述方法包括步驟
提供分離器組件，所述分離器組件包括設(shè)置在一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層之間的一對(duì)邊緣襯條和一排細(xì)長線，所述邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣設(shè)置，而所述邊緣襯條中的另一邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第二邊緣設(shè)置，所述邊緣襯條通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層，并且所述排細(xì)長線大致與所述第一邊緣和所述第二邊緣平行布置在所述對(duì)邊緣襯條中間，所述細(xì)長線通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層并限定所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間的多個(gè)流動(dòng)通道；
將聚合物膜設(shè)置在所述分離器組件的所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層上； 對(duì)所述分離器組件施加熱和壓力，以使所述邊緣襯條的粘合劑涂層熔化并滲透通過所述擴(kuò)散介質(zhì)層和接觸所述聚合物膜，并使所述線的粘合劑涂層熔化并僅滲透到所述擴(kuò)散介質(zhì)層中且不接觸所述聚合物膜；
冷卻所述分離器組件以使所述邊緣襯條和所述線上的熱熔粘合劑涂層凝固并將所述邊緣襯條結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層和所述聚合物膜兩者，并將所述線僅結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層，從而形成所述水蒸汽傳遞裝置。方案9.根據(jù)方案8所述的方法，其中在將所述聚合物膜設(shè)置在所述擴(kuò)散介質(zhì)層上之前進(jìn)行施加熱和壓力的步驟，以使所述邊緣襯條和所述線的熱熔粘合劑涂層熔化并滲透到所述擴(kuò)散介質(zhì)層中。方案10.根據(jù)方案9所述的方法，其中還在將所述聚合物膜設(shè)置在所述分離器組件的所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層上之后進(jìn)行施加熱和壓力的步驟，以使所述邊緣襯條的熱熔粘合劑涂層熔化并接觸所述聚合物膜。方案11.根據(jù)方案10所述的方法，其中僅在所述分離器組件的第一邊緣和第二邊緣處進(jìn)行將所述聚合物膜設(shè)置在所述分離器組件的所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層上之后施加熱和壓力的步驟，所述邊緣襯條設(shè)置在所述第一邊緣和所述第二邊緣下方。方案12.根據(jù)方案10所述的方法，其中提供所述分離器組件的步驟包括以下步驟
提供一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層，所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層均具有第一邊緣和第二邊緣；一對(duì)邊緣襯條，所述邊緣襯條具有熱熔粘合劑涂層；和一排細(xì)長線，所述排細(xì)長線具有熱熔粘合劑涂層；以及
將所述邊緣襯條和所述細(xì)長線設(shè)置在所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間以形成分離器組件，所述邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的所述第一邊緣設(shè)置， 而所述邊緣襯條中的另一邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的所述第二邊緣設(shè)置，所述線設(shè)置在所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間并大致與所述第一邊緣和所述第二邊緣平行布置在所述對(duì)邊緣襯條中間。方案13. —種用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的系統(tǒng)，所述水蒸汽傳遞裝置具有設(shè)置在一對(duì)聚合物膜之間的分離器組件，所述分離器組件包括設(shè)置在一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層之間的一對(duì)邊緣襯條和一排細(xì)長線，所述邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣設(shè)置，而所述邊緣襯條中的另一邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第二邊緣設(shè)置，所述邊緣襯條通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層，并且所述排細(xì)長線大致與所述第一邊緣和所述第二邊緣平行布置在所述對(duì)邊緣襯條中間，所述細(xì)長線通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層并限定所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間的多個(gè)流動(dòng)通道，所述系統(tǒng)包括
用于施加熱和壓力的裝置，以使所述邊緣襯條的粘合劑涂層熔化并滲透通過所述擴(kuò)散介質(zhì)層和接觸所述聚合物膜。方案14.根據(jù)方案13所述的系統(tǒng)，還包括
一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層輥，所述擴(kuò)散介質(zhì)層輥連續(xù)地提供所述一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層； 一對(duì)邊緣襯條輥，所述邊緣襯條輥提供一對(duì)邊緣襯條，所述邊緣襯條具有熱熔粘合劑的涂層；
線分配子系統(tǒng)，所述線分配子系統(tǒng)提供一排線，所述線具有熱熔粘合劑的涂層；以及一對(duì)膜輥，所述膜輥將所述一對(duì)聚合物膜設(shè)置在所述擴(kuò)散介質(zhì)層上； 其中用于施加熱和壓力的所述裝置包括一對(duì)第一加熱輥，所述第一加熱輥具有層壓所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間的所述邊緣襯條和所述排線以形成所述分離器組件的輥隙。方案15.根據(jù)方案14所述的系統(tǒng)，其中所述膜輥向所述第一加熱輥的所述輥隙提供聚合物膜，所述第一加熱輥還層壓所述聚合物膜之間的所述擴(kuò)散介質(zhì)層、所述邊緣襯條、所述線。方案16.根據(jù)方案14所述的系統(tǒng)，還包括一對(duì)第二加熱輥，所述第二加熱輥包括接收所述分離器組件和所述聚合物膜的輥隙，所述第二加熱輥層壓所述聚合物膜之間的所述分離器組件。方案17.根據(jù)方案16所述的系統(tǒng)，其中所述第二加熱輥各自包括構(gòu)造成接觸所述聚合物膜并對(duì)所述聚合物膜和所述分離器組件施加熱和壓力的凸起部分。方案18.根據(jù)方案17所述的系統(tǒng)，其中所述第二加熱輥的所述凸起部分是加熱盤，所述加熱盤包括用于將所述聚合物膜壓在所述分離器組件上的輥隙，并且其中所述第二加熱輥在所述凸起部分之間不接觸所述聚合物膜。方案19.根據(jù)方案14所述的系統(tǒng)，還包括一對(duì)切割輥，所述切割輥包括用于在將所述聚合物膜設(shè)置在所述分離器組件的所述擴(kuò)散介質(zhì)層上之后切割所述水蒸汽傳遞裝置的刀片。方案20.根據(jù)方案13所述的系統(tǒng)，其中用于施加熱和壓力的所述裝置包括用于接納所述分離器組件和所述一對(duì)聚合物膜的一對(duì)壓板，并且其中加熱所述壓板中的至少一塊壓板。


尤其地當(dāng)根據(jù)在此描述的附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的以上以及其他的優(yōu)點(diǎn)將從以下的詳細(xì)說明對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員變得容易顯而易見。圖1A-1C圖示根據(jù)本發(fā)明的水蒸汽傳遞裝置的裝配的分步序列；
圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的連續(xù)系統(tǒng)； 圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的連續(xù)系統(tǒng)；以及圖4A-4B圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的成批系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式以下的詳細(xì)說明和附圖描述并圖示了本發(fā)明的各種實(shí)施例。說明和附圖用于使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造并使用本發(fā)明，并且不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。關(guān)于公開的方法，介紹的步驟的順序本質(zhì)上是示例性的，并因此不是必需的或關(guān)鍵的。如圖1A-1C所示，本發(fā)明包括用于燃料電池系統(tǒng)的水蒸汽傳遞裝置2。水蒸汽傳遞裝置2具有一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層4、6。擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層均具有第一邊緣 8和第二邊緣10。作為非限制性示例，擴(kuò)散介質(zhì)層6、8由玻璃纖維、玻璃基紙、碳纖維和碳基紙中的一種制成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可如所需要地為擴(kuò)散介質(zhì)層6、8選擇其他滲透性材料。一對(duì)邊緣襯條12、14設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層4、6之間。邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條12 鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣8設(shè)置。邊緣襯條中的另一邊緣襯條 14鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第二邊緣10設(shè)置。邊緣襯條12、14通過熱熔性粘合劑16結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層。作為非限制性示例，邊緣襯條 12、14可由聚丙烯形成。還可采用其他的材料，所述其他的材料在使用中對(duì)與水蒸汽傳遞裝置2相關(guān)的環(huán)境條件具有合適的抗耐性。一排細(xì)長線18設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層4、6之間。細(xì)長線18還設(shè)置在邊緣襯條12、14 中間。盡管在圖1A-1C中僅示出三根細(xì)長線18，但應(yīng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明可以有更多的細(xì)長線18并且所述線18通常設(shè)置成排列。細(xì)長線18通過熱熔性粘合劑20結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層。細(xì)長線18限定擴(kuò)散介質(zhì)層4、6之間的多個(gè)流動(dòng)通道22。擴(kuò)散介質(zhì)層4、6與細(xì)長線18裝配，以形成用于水蒸汽傳遞裝置2的分離器組件M。水蒸汽傳遞裝置2還包括一對(duì)聚合物膜沈、28。聚合物膜沈、觀可由適于允許水蒸汽通過的任一材料形成。作為非限制性示例，聚合物膜沈、觀可由全氟磺酸(PFSA)形成。 在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可采用用于水蒸汽傳遞的其他聚合物膜沈、28。形成分離器組件M的擴(kuò)散介質(zhì)層4、6、邊緣襯條12、14和細(xì)長線18設(shè)置在聚合物膜沈、觀之間。聚合物膜沈、觀通過來自邊緣襯條12、14的熱熔性粘合劑16鄰近邊緣襯條12、14結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層4、6。聚合物膜沈、觀在邊緣襯條12、14之間沒有結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層4、6。在說明性實(shí)施例中，邊緣襯條12、14和細(xì)長線18涂有熱熔性粘合劑16、20。在特定的實(shí)施例中，邊緣襯條上的粘合劑涂層16具有比線18上的熱熔性粘合劑20的厚度大的厚度。邊緣襯條12、14上的熱熔粘合劑涂層16的厚度足以滲透通過擴(kuò)散介質(zhì)層4、6并與聚合物膜26J8結(jié)合。線18上的粘合劑涂層20的厚度不足以滲透通過擴(kuò)散介質(zhì)層4、6并與聚合物膜26J8結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施例中，邊緣襯條12、14上的熱熔粘合劑涂層16的厚度在邊緣襯條12、14的每一側(cè)上近似為0. 100mm,而在線18上熱熔粘合劑涂層20的厚度近似為0. 050mm。應(yīng)意識(shí)到的是，熱熔粘合劑16、20的相對(duì)厚度可取決于邊緣襯條12、14和線 18設(shè)置在其之間的擴(kuò)散介質(zhì)層4、6的厚度而改變。邊緣襯條12、14和細(xì)長線18中的每一個(gè)上的熱熔性粘合劑16、20可如所需要地相同或不同。可使用對(duì)水蒸汽傳遞裝置2的操作環(huán)境具有足夠的抗耐性的用于熱熔性粘合劑16、20的材料。作為非限制性示例，熱熔性粘合劑16、20可包括乙烯-醋酸乙烯(EVA) 聚合物、丙烯酸乙酯聚合物或聚乙烯聚合物。在特定的實(shí)施例中，熱熔性粘合劑16、20是市場(chǎng)上可從E. I.du Pont de Nemours and Company 買至Ij的 DuPont Bynel 的可共擠塑的粘合用樹脂?？扇缢枰夭捎糜糜跓崛坌哉澈蟿?6、20的其他合適的材料。本發(fā)明包括用于水蒸汽傳遞裝置2的裝配的方法。該方法首先可包括提供一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層4、6的步驟、提供具有熱熔粘合劑涂層16的一對(duì)邊緣襯條12、14的步驟、和提供具有熱熔粘合劑涂層20的細(xì)長線18排的步驟。將邊緣襯條12、14和細(xì)長線18設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層4、6之間，以形成分離器組件M。邊緣襯條12、14中的一個(gè)邊緣襯條鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣8設(shè)置。邊緣襯條12、14中的另一邊緣襯條鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第二邊緣10設(shè)置。線18布置在擴(kuò)散介質(zhì)層4、6之間和邊緣襯條12、14中間。線18可大致與第一和第二邊緣8、10平行布置。盡管可如在上文中所描述地裝配分離器組件M，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，可為隨后與聚合物膜沈、28的裝配提供預(yù)裝配的分離器組件24，以形成水蒸汽傳遞裝置2。分離器組件M可如所需要地設(shè)置成離散的預(yù)裝配板、或設(shè)置成以連續(xù)卷的形式。然后，將聚合物膜沈、觀中的一個(gè)聚合物膜設(shè)置在分離器組件M的擴(kuò)散介質(zhì)層4、 6中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層上。可例如如圖2所示在分離器組件M的形成之后、或者例如如圖 3所示與分離器組件M的形成同時(shí)，將聚合物膜沈、觀設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層4、6上。對(duì)分離器組件M施加熱和壓力的組合，以使邊緣襯條12、14的熱熔粘合劑涂層16 熔化并滲透通過擴(kuò)散介質(zhì)層4、6。一旦去除熱和壓力，熱熔性粘合劑16就冷卻并遍及擴(kuò)散介質(zhì)層4、6凝固，從而使邊緣襯條12、14與擴(kuò)散介質(zhì)層4、6結(jié)合。邊緣襯條12、14上的熱熔粘合劑涂層16還可接觸聚合物膜沈、28。在邊緣襯條12、14上初始的熱熔性粘合劑的量不足以接觸聚合物膜26的情況下，可涂覆附加的粘合劑30 (圖2所示)。還使線18的粘合劑涂層20熔化。線的粘合劑涂層20僅滲透到擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中。線18的粘合劑涂層20 沒有接觸聚合物膜26、28。然后，冷卻分離器組件24，以使邊緣襯條12、14和線18上的熱熔粘合劑涂層16、 20凝固。熱熔粘合劑涂層16將邊緣襯條12、14結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層4、6和聚合物膜沈、28 兩者。線18的熱熔粘合劑涂層20將線18僅結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層4、6。因此，形成本發(fā)明的水蒸汽傳遞裝置2。應(yīng)理解的是，基于所采用的熱熔粘合劑涂層16、20的類型選擇熱和壓力。熱和壓力還被選擇成在水蒸汽傳遞裝置2的通常運(yùn)行條件下妨礙熱熔粘合劑涂層16、20的脫膠。 在非限制性示例中，在近似0. 1噸的壓力下將熱熔粘合劑涂層16、20加熱至近似300° F的溫度。作為非限制性示例，可對(duì)熱熔粘合劑涂層16、20施加熱和壓力達(dá)到近似30秒?？扇缢枰剡x擇其他溫度、壓力和時(shí)間。還應(yīng)意識(shí)到的是，可在將聚合物膜沈、觀設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層4、6上之前、或者在將聚合物膜26J8設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層4、6上之后執(zhí)行施加熱和壓力的步驟。在將聚合物膜 26,28設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層4、6上之前施加熱和壓力的情況下，使邊緣襯條12、14和線18的熱熔粘合劑涂層16、20熔化并滲透到擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中。此外在將聚合物膜沈、觀設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層4、6上之后施加熱和壓力的情況下，使邊緣襯條12、14的熱熔粘合劑涂層16熔化并且也接觸聚合物膜26、28。在圖2所示的特定的實(shí)施例中，在將聚合物膜沈、觀設(shè)置在分離器組件M的擴(kuò)散介質(zhì)層4、6上之后施加熱和壓力的步驟僅在設(shè)置有邊緣襯條12、14 的第一和第二邊緣8、10處執(zhí)行。本發(fā)明的方法還可包括鄰近分離器組件M的擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣8和第二邊緣10涂覆附加的粘合劑30的步驟。附加的粘合劑30可以是另一種熱熔性粘合劑。在圖2所示的特定實(shí)施例中，在將聚合物膜沈、觀設(shè)置在分離器組件 24的擴(kuò)散介質(zhì)層4、6上之前涂覆附加的粘合劑30。如圖2和3所圖示地，本發(fā)明還包括用于水蒸汽傳遞裝置2的裝配的連續(xù)系統(tǒng) 100。系統(tǒng)100包括一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層輥102、一對(duì)邊緣襯條輥104、線分配子系統(tǒng)106、一對(duì)第一加熱輥108和一對(duì)膜輥110。擴(kuò)散介質(zhì)層輥102為水蒸汽傳遞裝置2連續(xù)地提供擴(kuò)散介質(zhì)層4、6。一對(duì)邊緣襯條輥104連續(xù)地提供具有熱熔粘合劑涂層16的邊緣襯條12、14。線分配子系統(tǒng)106連續(xù)地提供具有熱熔粘合劑涂層20的線18的排。線分配子系統(tǒng)106可包括從多個(gè)線卷軸107 接收線18并將線18布置成期望的排列的繩線對(duì)準(zhǔn)工具111。在某些實(shí)施例中，邊緣襯條輥 104和線分配子系統(tǒng)106可向粘合劑涂布機(jī)子系統(tǒng)(未示出)提供無涂層的邊緣襯條12、 14和線18，在該粘合劑涂布機(jī)子系統(tǒng)處，在邊緣襯條12、14和線18被裝配在分離器組件M 中之前向它們涂覆熱熔粘合劑涂層16、20。一對(duì)第一加熱輥108具有接納擴(kuò)散介質(zhì)層4、6、邊緣襯條12、14和線18的輥隙 112。第一加熱輥108層壓擴(kuò)散介質(zhì)層4、6之間的邊緣襯條12、14和線排18，以形成分離器組件對(duì)。一對(duì)膜輥110將聚合物膜沈、觀放置在分離器組件M的擴(kuò)散介質(zhì)層4、6上，以形成水蒸汽傳遞裝置2。參考圖3，膜輥110向第一加熱輥108的輥隙112提供聚合物膜沈、28。因此，第一加熱輥108可將擴(kuò)散介質(zhì)層4、6、邊緣襯條12、14、線18和聚合物膜沈、觀夾在輥之間。 第一加熱輥提供足夠的熱和壓力，以使邊緣襯條12、14上的熱熔性粘合劑16熔化并結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層12、14和聚合物膜沈、28。第一加熱輥還提供足夠的熱，以使線18上的熱熔性粘合劑20熔化并僅結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層12、14。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，可限制線18 上的熱熔性粘合劑20的量，以便防止線18與聚合物膜沈、28的結(jié)合。在其他實(shí)施例中，線 18上的熱熔性粘合劑20的熔化溫度可高于邊緣襯條12、14上的熱熔性粘合劑16的熔化溫度，以便控制線18上的熱熔性粘合劑20熔化并滲透到擴(kuò)散介質(zhì)層4、6中的量。因此，可防止線18上的熱熔性粘合劑20與聚合物膜沈、28的結(jié)合。重新參考圖2，本發(fā)明的系統(tǒng)100還可包括一對(duì)第二加熱輥114，該對(duì)第二加熱輥 114具有用于接納分離器組件M和聚合物膜沈、28的輥隙116。該對(duì)第二加熱輥114可分別具有凸起部分118。凸起部分118構(gòu)造成接觸聚合物膜沈、28并對(duì)聚合物膜沈、觀和分離器組件對(duì)施加熱和壓力。尤其地，第二加熱輥114的凸起部分118為加熱盤。凸起部分 118具有輥隙116，該輥隙116將聚合物膜沈、觀僅壓在分離器組件M的存在邊緣襯條12、 14的部分上。在說明性實(shí)施例中，凸起部分118僅對(duì)鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層4、6的第一和第二邊緣8、 10的聚合物膜沈、觀和分離器組件M施加熱和壓力。同樣地，第二加熱輥114在凸起部分 118之間的剩余部分不接觸聚合物膜沈、28。應(yīng)意識(shí)到的是，凸起部分118僅施加熱和壓力以再次熔化邊緣襯條12、14上的熱熔性粘合劑16，以便使熱熔性粘合劑16與聚合物膜沈、 28結(jié)合。凸起部分118還防止線18上的熱熔性粘合劑20的再次熔化和線18與聚合物膜 26,28隨后不合需要的結(jié)合。本發(fā)明的連續(xù)系統(tǒng)100還可包括一對(duì)切割輥120。切割輥120可具有刀片，用于在將聚合物膜26J8設(shè)置在分離器組件M的擴(kuò)散介質(zhì)層4、6上之后切割水蒸汽傳遞裝置2。盡管在上文中描述的系統(tǒng)100是連續(xù)的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，本發(fā)明的方法還可例如如圖4A和4B所示地實(shí)踐為分批法。在特定的實(shí)施例中，將聚合物膜沈、 觀層壓成分離器組件M的分批工具可包括一對(duì)壓板200、202。如所需要地，加熱壓板200、 202中的一塊或多塊。在某些實(shí)施例中，如圖4A所示，壓板200、202可通過電致動(dòng)、液壓致動(dòng)和氣壓致動(dòng)中的一個(gè)由壓板200、202中的一個(gè)的整體的垂直運(yùn)動(dòng)打開和閉合。在其他實(shí)施例中，如圖4B所示，可鉸接或蛤殼式連接的壓板200、202?？墒謩?dòng)地致動(dòng)鉸接或蛤殼式連接的壓板200、202，以打開和閉合。在僅加熱壓板200、202中的一塊的情況下，可首先將聚合物膜沈、28中的一塊聚合物膜插入分離器組件對(duì)與壓板200、202中的被加熱的一塊壓板之間。然后，使壓板200、 202以足夠的溫度和壓力閉合達(dá)足夠的時(shí)間量，以熔化分離器組件M的一側(cè)上的熱熔性粘合劑16。將組合的分離器組件M與聚合物膜沈、觀中的一塊聚合物膜翻過來。然后，將膜沈、觀中的另一塊膜插入壓板200、202中的被加熱的一塊壓板與分離器組件M之間。使壓板200、202再次閉合以熔化分離器組件M的另一側(cè)上的熱熔性粘合劑16。因此，可以分批法制造在上文中描述的水蒸汽傳遞裝置2。其中例如如圖4B所示作為一批一起形成多個(gè)水蒸汽傳遞裝置2，所述多個(gè)水蒸汽傳遞裝置2隨后可如所需要地在切割操作中被分開。同現(xiàn)有技術(shù)的壓敏粘合劑(PSA)比較起來，如在上文中公開的熱熔性粘合劑16、 20的采用提供許多優(yōu)點(diǎn)。如果在邊緣襯條12、14上存在足夠量的熱熔性粘合劑16，則不需要向組件添加其它粘合劑。僅需要重新熔化已存在于邊緣襯條12、4和鄰近的擴(kuò)散介質(zhì)層 4、6中的熱熔性粘合劑16，以與聚合物膜沈、觀結(jié)合。重新熔化邊緣襯條12、14上的熱熔性粘合劑16有助于高容量輥式制造過程，在該制造過程中，分離器組件M的裝配和聚合物膜沈、觀的附接全部由同一系統(tǒng)100執(zhí)行。由于同一熱熔性粘合劑16用于將邊緣襯條12、 14結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層4、6和聚合物膜沈、觀兩者，所以方法和系統(tǒng)100還減小水蒸汽傳遞裝置2的總高度。不存在需要將聚合物膜沈、觀和分離器組件M夾在中間所需的附加的粘合劑層。盡管為了例證本發(fā)明已示出某些代表性的實(shí)施例和細(xì)節(jié)，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的在所附權(quán)利要求中進(jìn)一步描述的范圍的情況下可作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池的水蒸汽傳遞裝置，包括一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層，所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層均具有第一邊緣和第二邊緣；一對(duì)邊緣襯條，所述邊緣襯條設(shè)置在所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間，所述邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的所述第一邊緣設(shè)置，而所述邊緣襯條中的另一邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的所述第二邊緣設(shè)置，所述邊緣襯條通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層；一排細(xì)長線，所述排細(xì)長線設(shè)置在所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間并大致與所述第一邊緣和所述第二邊緣平行布置在所述對(duì)邊緣襯條之中間，所述細(xì)長線通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層并限定所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間的多個(gè)流動(dòng)通道；一對(duì)聚合物膜，所述擴(kuò)散介質(zhì)層、所述邊緣襯條和所述細(xì)長線設(shè)置在所述聚合物膜之間，所述聚合物膜通過來自所述邊緣襯條的熱熔粘合劑鄰近所述邊緣襯條結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層，所述聚合物膜在所述對(duì)邊緣襯條之中間不結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述邊緣襯條和所述細(xì)長線涂有所述熱熔粘合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述邊緣襯條上的所述熱熔粘合劑涂層具有比所述線上的熱熔粘合劑涂層的厚度大的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述邊緣襯條上的熱熔粘合劑涂層的厚度足以滲透通過所述擴(kuò)散介質(zhì)層并結(jié)合所述聚合物膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述線上的所述粘合劑涂層的厚度不足以滲透通過所述擴(kuò)散介質(zhì)層并結(jié)合所述聚合物膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述擴(kuò)散介質(zhì)層由玻璃纖維、玻璃基紙、碳纖維和碳基紙中的一種形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水蒸汽傳遞裝置，其中所述邊緣襯條和所述線由聚丙烯和玻璃中的一種形成。
8.一種用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的方法，所述方法包括步驟提供分離器組件，所述分離器組件包括設(shè)置在一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層之間的一對(duì)邊緣襯條和一排細(xì)長線，所述邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣設(shè)置，而所述邊緣襯條中的另一邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第二邊緣設(shè)置，所述邊緣襯條通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層，并且所述排細(xì)長線大致與所述第一邊緣和所述第二邊緣平行布置在所述對(duì)邊緣襯條中間，所述細(xì)長線通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層并限定所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間的多個(gè)流動(dòng)通道；將聚合物膜設(shè)置在所述分離器組件的所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層上；對(duì)所述分離器組件施加熱和壓力，以使所述邊緣襯條的粘合劑涂層熔化并滲透通過所述擴(kuò)散介質(zhì)層和接觸所述聚合物膜，并使所述線的粘合劑涂層熔化并僅滲透到所述擴(kuò)散介質(zhì)層中且不接觸所述聚合物膜；冷卻所述分離器組件以使所述邊緣襯條和所述線上的熱熔粘合劑涂層凝固并將所述邊緣襯條結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層和所述聚合物膜兩者，并將所述線僅結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層，從而形成所述水蒸汽傳遞裝置。
9.一種用于水蒸汽傳遞裝置的裝配的系統(tǒng)，所述水蒸汽傳遞裝置具有設(shè)置在一對(duì)聚合物膜之間的分離器組件，所述分離器組件包括設(shè)置在一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層之間的一對(duì)邊緣襯條和一排細(xì)長線，所述邊緣襯條中的一個(gè)邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣設(shè)置，而所述邊緣襯條中的另一邊緣襯條鄰近所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第二邊緣設(shè)置，所述邊緣襯條通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層，并且所述排細(xì)長線大致與所述第一邊緣和所述第二邊緣平行布置在所述對(duì)邊緣襯條中間，所述細(xì)長線通過熱熔粘合劑結(jié)合至所述擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層并限定所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間的多個(gè)流動(dòng)通道，所述系統(tǒng)包括用于施加熱和壓力的裝置，以使所述邊緣襯條的粘合劑涂層熔化并滲透通過所述擴(kuò)散介質(zhì)層和接觸所述聚合物膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層輥，所述擴(kuò)散介質(zhì)層輥連續(xù)地提供所述一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層；一對(duì)邊緣襯條輥，所述邊緣襯條輥提供一對(duì)邊緣襯條，所述邊緣襯條具有熱熔粘合劑的涂層；線分配子系統(tǒng)，所述線分配子系統(tǒng)提供一排線，所述線具有熱熔粘合劑的涂層；以及一對(duì)膜輥，所述膜輥將所述一對(duì)聚合物膜設(shè)置在所述擴(kuò)散介質(zhì)層上；其中用于施加熱和壓力的所述裝置包括一對(duì)第一加熱輥，所述第一加熱輥具有層壓所述擴(kuò)散介質(zhì)層之間的所述邊緣襯條和所述排線以形成所述分離器組件的輥隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及水蒸氣傳遞膜到氣體擴(kuò)散分離器的附接。用于燃料電池的水蒸氣傳遞裝置包括一對(duì)擴(kuò)散介質(zhì)層、一對(duì)邊緣襯條、一排細(xì)長線和一對(duì)聚合物膜。邊緣襯條中的一個(gè)設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層的第一邊緣之間。邊緣襯條中的另一個(gè)鄰近擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層的第二邊緣設(shè)置。邊緣襯條通過熱熔性粘合劑結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層。細(xì)長線設(shè)置在擴(kuò)散介質(zhì)層之間并設(shè)置在邊緣襯條中間。細(xì)長線通過熱熔性粘合劑結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層中的每個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)層并限定擴(kuò)散介質(zhì)層之間的多個(gè)流動(dòng)通道。聚合物膜通過來自邊緣襯條的熱熔性粘合劑鄰近邊緣襯條結(jié)合至擴(kuò)散介質(zhì)層。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102263275SQ201110140309
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者M. 古斯達(dá) J. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司