CN105098210A - 例如用于燃料电池的加湿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种例如用于燃料电池的加湿装置，具体而言，该加湿装置具有至少两个褶皱形的膜，该膜相叠地布置。

Description

例如用于燃料电池的加湿装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的加湿装置，该加湿装置例如用于燃料电池。
背景技术
例如在文件DE102009034095A1或EP1261992B1中所述的已知的用于燃料电池的加湿装置具有多个膜(Menbran)，其位于平行的平面中且分开位于之间的流动通道，通过该流动通道引导潮湿的或干燥的空气。水分子透过每个膜从潮湿的空气流进入到干燥的空气流，其据此富含湿度。加湿的空气流被输送到燃料电池系统，在其中在电化学反应中产生电流。
根据文件DE102009034095A1多个相叠的膜以堆叠的方式结合。膜在其边缘区域中与壳体的框架部分(Rahmenteil)连接，其中在相邻的膜的框架部分之间布置有用于流动密封的封闭的密封元件。相叠的流动通道(在其之间分别布置有膜)由干燥的或潮湿的空气交叉地流过。框架部分和位于之间的密封元件同时用作间距保持器(Abstandshalter)，使得以彼此间隔开的方式固定平行夹入的膜。
发明内容
本发明的目的在于创建一种简单且紧凑构造的加湿装置，其具有多个流动通道，干燥的或潮湿的气流流动通过该流动通道。
根据本发明该目的利用权利要求1的特征来实现。从属权利要求给出有利的改进方案。
根据本发明的加湿装置允许流动空气富含湿度，从而在空气流中达到要求的最少湿度含量。加湿装置例如使用于燃料电池，在其中在电化学反应中产生电流。在此富含湿度的空气供应给燃料电池的入口。带有相对高的湿度含量的排出空气在出口侧离开燃料电池；排出空气被导入到加湿装置中，在其中湿度经由膜传送给引来的新鲜空气流。
此外在其它技术领域中使用加湿装置也是可行的。例如加湿装置可使用于加湿在封闭的空间或舱室(如例如在飞机中)中的呼吸空气。
加湿装置具有至少两个相叠的可透水的膜，该膜容纳在壳体中。分别沿着每个膜的相对而置的侧边引导气流，其中气流具有不同大小的湿度含量。水通过膜相应从带有较高的湿度含量的气流到达带有较低的湿度含量的气流。
在根据本发明的加湿装置中，至少两个相叠的膜中的每个膜褶皱形地容纳在壳体中。膜的不同的褶皱分开用于带有高的和低的湿度份额的气流的流动通道，湿度份额穿过膜至少部分地被平衡。每个膜可折叠多次，这意味着与传统的带有堆叠单元(其带有多个分别布置在平行的平面中的膜)的加湿装置相比显著的结构上的简化。在根据本发明的实施方案中，加湿装置的每层仅唯一的膜基本上足够，然而其如有可能可折叠许多次。但还可行的是，每层使用多个膜，其直接彼此邻接。至少两个(如有可能多于两个)的膜相叠地布置在加湿装置中。
通过膜相叠地堆叠在加湿装置中(其中每个膜构造成褶皱形)，可达到进一步的效率提升。膜可容纳在共同的壳体中。然而有利地，每个膜布置在分开的带有模块壳体的加湿模块中，其中模块壳体可堆叠。该实施方案具有如下优点，即膜固定地容纳在其相应的模块壳体中且在模块壳体内部在膜的不同的侧边之间进行密封。
各两个加湿模块有利地镜像对称地堆叠。例如两个加湿模块可底部相靠地结合在一起，这具有如下优点，即侧向待供应的气流可经由共同的流入开口引入到膜的相应的流动通道中。以相应的方式经由在相对而置的壳体侧边上的共同的流出开口导出气流。据此总体上降低用于供应和导出气流的接口的数量。
根据另一适宜的实施方案，镜像对称地堆叠的加湿模块在彼此毗连的区域中在没有底板或盖板的情况下相互靠放。由此在加湿装置的内部获得用于待供应的气流的共同的流动空间，其分布在位于上方和位于下方的膜的流动通道上。共同的流动空间位于在位于上方的膜和位于下方的膜之间的中间。例如带有降低的湿度的新鲜空气导入到该流动空间中，然而带有提高的湿度份额的气流在每个膜的相应背离中间的流动空间的侧边上行进。
可为有利的是，经由附加的分隔元件分开在膜之间的共同的流动空间，以便确保，导入的气流与每个膜侧边直接接触且因此可经由膜发生高效的湿度交换。位于中间的分隔元件防止在流入开口和流出开口之间笔直地穿流加湿装置。分隔元件例如由无纺织物(Vlies)制成，其中也考虑其它的纺织材料或者吸收力超强材料。
可为适宜的是，在膜的褶皱中插入间隔元件，其稳定褶皱且防止褶皱坍缩。尤其在在带有较高的和较低的湿度含量的气流之间存在压力差的情况中，间隔元件用于稳定褶皱。但在此足够的是，间隔元件仅插入到带有较低压力的气流的褶皱中，因为通过较高的压力防止在另一气流中的褶皱的坍缩。
间隔元件有利地在延伸跨过褶皱的长度。间隔元件有例如构造成矩形的插入部件，其保持在基板处。在基板处可容纳有大量这种插入部件，其分别伸入到膜的褶皱中。间隔元件有利地实施成与基板分开且插入到基板中。如有可能插入开口引入到基板中，经由该插入开口间隔元件可引入到其在基板处的安装位置中。可为适宜的是，将间隔元件的一部分一起喷铸(anspritzen)到基板处且通过插入开口装配间隔元件的一部分。例如对于每隔一个间隔元件将插入开口引入到基板中。
根据另一适宜的实施方案，间隔元件具有基部支座(Grundt?ger)，其如有可能可实施为板且为横向异型部的支座，该横向异型部确定了褶皱宽度。基部支座优选延伸跨过褶皱长度，横向异型部可沿着基部支座的高度布置在不同的位置处且按照高度位置具有不同的宽度。由此可考虑在褶皱底部的方向上逐渐变细的褶皱宽度。
沿着褶皱(间隔元件插入到该褶皱中)的气流可沿着基板的两侧引导。支撑膜的横向异型部可在此形成沿着基部支座的曲折形的流动通道，通过该流动通道引导气体。在基部支座的一侧或如有可能两侧处流动通道的曲折结构确保通过流动通道引导的气流与膜的足够长的接触以用于期望的湿度交换。
间隔元件尤其基部支座可在端侧的区域中具有密封元件，其喷铸到间隔元件处或以其它方式与间隔元件连接。密封元件负责在间隔元件的端棱边和加湿装置的起容纳作用的壳体之间流动密封的连接。如有可能在间隔元件处的密封元件与在壳体处的另一密封元件按照迷宫式密封相互作用。
为了支撑由相当薄的材料制成的膜，有利地在膜的至少一侧处贴靠有支撑格栅(Stüzgitter)，该支撑格栅例如由塑料或金属制成且至少近似优选地完全在一侧处延伸越过膜的表面。在支承格栅中的流动开口允许在膜的不同的侧边之间足够的流动交换。膜和支承格栅可相互连接。但如有可能膜仅松动地安放在支承格栅上。不仅这样的实施方案(即在其中仅在膜的一侧处设置有支承格栅)而且在膜的两侧处带有支承格栅的实施方案都是可行的。
根据再另一适宜的实施方案，密封元件喷铸到膜的端侧处。通过密封元件(其沿着膜的褶皱的端棱边延伸)还防止在膜的不同的侧边之间的错误气流。
为了膜的边缘侧的密封还可行的是，两个梳形构造的侧向的框架部分相互接合。
附图说明
可从其它权利、附图说明以及图纸中得出其它优点和适宜的实施。其中：
图1显示了用于例如用于燃料电池的加湿装置的加湿模块，带有模块壳体，在其中容纳有可透水的折叠的膜，其中，板形的间隔元件引入到膜的褶皱中；
图2以放大的图示显示了横向于间隔元件的纵平面穿过加湿装置的截面；
图3以端侧视图显示了保持在基板处的间隔元件；
图4以透视图显示了保持在基板处的间隔元件；
图5以透视图显示了带有两个彼此堆叠的加湿模块的加湿装置；
图6显示了穿过根据图5的加湿装置的截面；
图7显示了类似图5然而在平行偏移的平面中的另一截面图。
在附图中相同的部件设有相同的参考标号。
具体实施方式
在图1到4中示出了加湿模块1，其可例如用于使用于燃料电池的供应空气富含湿度。加湿模块1形成湿度交换器，在其中带有高的湿度份额的第一气流根据箭头5引入到加湿模块1的模块壳体2中或从其中导出且同时与其垂直地带有低湿度含量的第二气流6同样被导引通过壳体2。褶皱形的膜(其构造成可透水的)位于壳体2中，其中带有高的湿度含量的气流5在膜的一侧上被引导，而带有低的湿度含量的气流6在膜的相对而置的一侧上被引导。通过膜发生从潮湿的气流5到带有低的湿度含量的气流6的湿度交换，从而气流6富含湿度。气流5例如是燃料电池的废气流(其具有相对高的湿度含量)，而气流6是从环境中引来的带有较低湿度含量的新鲜空气流，其作为燃料电池的输入流被供应且必须被带到限定的较高的湿度含量中。
大量间隔元件3置入到模块壳体2中，该间隔元件实施为板形且彼此平行地伸延。如可根据图2的放大的图示中得出的那样，板形的间隔元件3伸入到膜7的每隔一个褶皱中。每个间隔元件3保持在基板4处，该基板为模块壳体2的一部分。间隔元件3位于由潮湿的气流5穿流的褶皱中，该气流是燃料电池的废气流。因为废气流5具有比新鲜空气6更小的压力，因此在带有更小的压力的这一侧支撑膜7的褶皱是足够的。与此相反在具有较高压力的新鲜空气侧上支撑膜7的褶皱是不必要的。
为了稳定膜可在一侧处或如有可能在两个膜侧处相应地布置有由塑料或金属制成的支撑格栅，其延伸至少基本上跨过膜的整个表面且以与膜相同的方式实施成褶皱形。
流动开口8和9引入到壳体2的基板4中，该流动开口延伸跨过基板4的宽度且废气流5经由该流动开口进入或离开。流动开口8,9延伸跨过整个间隔元件3。由此废气流5到达膜7的间隔元件3伸入到其中的褶皱的区域中。
如可图2中得出的那样，间隔元件3分别具有板形的基部支座10和横向于基部支座10的平面在两侧延伸的横向异型部11。保持在基部支座10处的横向异型部11形成曲折结构，从而在基部支座10的两个侧面处分别形成曲折形的流动通道，通过其引导废气流5(图4)。在基部支座10的侧面处的曲折形的结构延长了在入口和出口之间的废气流的流动路径且由此延长了湿度交换率。
如此外可图2中得出的那样，在间隔元件3的基部支座10处的横向异型部11在褶皱底部的方向具有减小的宽度，其考虑到逐渐变细的褶皱宽度。横向异型部11在基部支座10的两侧延伸。横向异型部11的自由端侧以间距保持贴靠的膜侧7或赋予膜7褶皱形。
在图5到7中示出了加湿装置20，其由两个彼此堆叠的、分开构造的加湿模块1组合而成，其中每个加湿模块1以在图1至4中所描述的方式构建且分别具有褶皱形的膜。两个加湿模块1能够如有可能经由连接元件来连接且镜像地相互靠放，从而上方的加湿模块的底部与下方的加湿模块的盖重合。模块壳体如此叠放，即使得形成共同的平坦面型的(glattfl?chig)侧壁。上方的加湿模块的底部以及下方的加湿模块的盖取走，从而在上方的和下方的膜之间形成共同的流动空间。
如可图5结合根据图6和7的截面图示得出的那样，对于两个加湿模块分开地经由相应的流动开口8供应潮湿的废气流5且经由相应的流动开口9进行导出。从上方经由流动开口8流入位于上方的加湿模块1，在通过加湿模块之后气流可经由流动开口9再离开模块。以相应的方式用于位于下方的加湿模块1的废气流5的流入和导出经由位于底部中的位于下方的流动开口8,9进行。
与此相反，第二气流6(新鲜空气流)的流入和导出分别经由两个加湿模块1的共同的侧面进行。这使得如下成为可能，即例如经由共同的供应接管将气流6导入到加湿装置20中且经由共同的导出接管将气流6从加湿装置20中导出。
实施成无纺织物的分隔元件21位于加湿装置20内部，该分隔元件将在加湿装置20中共同的流动空间(气流6引入到其中)划分成下方区域和上方区域，下方区域与下方的加湿模块1关联，并且上方区域与上方的加湿模块1关联。据此导入的气流6分开成两个部分流，这具有如下优点，即在加湿模块1中的每个部分流6直接地在位于加湿模块内部的每个膜7处具有较长的停留时间。据此改善在气流5和6之间的湿度交换。

Claims (12)

1.一种加湿装置，例如用于燃料电池，该加湿装置带有至少两个可透水的膜(7)，在该膜处沿着相对而置的侧边分别引导带有较高的湿度份额的气流(5)和带有较低的湿度份额的气流(6)，其特征在于，所述膜(7)构造成褶皱形且相叠地布置在所述加湿装置(1)中。
2.根据权利要求1所述的加湿装置，其特征在于，在所述膜(7)之间布置有分开气流(5,6)的分隔元件(21)。
3.根据权利要求2所述的加湿装置，其特征在于，所述分隔元件(21)实施成无纺织物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加湿装置，其特征在于，每个膜(7)布置在分开的加湿模块(1)中且所述加湿模块(1)可堆叠。
5.根据权利要求4所述的加湿装置，其特征在于，所述加湿模块(1)镜像对称地堆叠。
6.根据权利要求2或3和4或5所述的加湿装置，其特征在于，每个加湿模块(1)具有没有底板或盖板的模块壳体(2)且所述模块壳体(2)的缺少底板和盖板的侧边直接相叠靠放。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的加湿装置，其特征在于，间隔元件(3)插入到膜(7)的褶皱中。
8.根据权利要求7所述的加湿装置，其特征在于，所述间隔元件(3)分别构造成矩形的插入部件，该插入部件保持在基板处(4)。
9.根据权利要求7或8所述的加湿装置，其特征在于，所述间隔元件(3)具有基部支座(10)，在该基部支座处布置有侧向突出的横向异型部(11)，所述膜(7)支撑在该横向异型部处。
10.根据权利要求9所述的加湿装置，其特征在于，所述横向异型部(11)沿着所述基部支座(10)形成曲折形的流动通道。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的加湿装置，其特征在于，在膜(7)的至少一侧处贴靠有支撑格栅，该支撑格栅至少近似延伸跨过所述膜的整个表面。
12.一种燃料电池，带有根据权利要求1至11中任一项所述的加湿装置(1)。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20151125

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