CN109982771A - 用于加湿器的流动板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加湿器(1)的流动板(22；47；52)，其在流动板(22；47；52)的两个彼此相对的平坦侧部(21、27)上具有流场(28、29)。这种加湿器具体用于加湿用于电化学系统或HVAC应用的工艺气体。传统的加湿器具有较低的性能，因为水分交换通常仅发生在紧邻水交换膜的层之间。此处提出的流动板具有多个通过开口(40、48)，其中，通过开口(40、48)设计成使得这些通过开口(40、48)到平行于流动板(22；47；52)的平坦的表面平面定向的平面上的垂直投影具有非零化的面积，使得通过通过开口(40、48)的气体至少部分地引起垂直于流动板(22；47；52)的平坦的表面平面的流场(28、29)中引导的气体的混合。通过开口(40、48)改善了加湿器的性能，因此允许更少数量的流动板，并从而实现了更轻且更紧凑的设计。

Description

用于加湿器的流动板
本申请涉及一种用于加湿器的流动板，其较佳地用于加湿工艺气体，并且涉及一种包括这种流动板的加湿器，例如在电化学系统中的。前述电化学系统可以是例如燃料电池系统、电化学压缩机、电解槽或类似物。除了在电化学系统领域中的应用以外，加湿器也能用于在建筑技术以及车辆中的空气管理领域中处理空气、即在总结为术语“加热、通风和空气调节”(HVAC)的领域中处理空气。
这种加湿器例如用于加湿用于燃料电池的工艺气体，燃料电池以分子氢和/或氧气或空气运行以用于发电。通常用于这种燃料电池运行的质子交换膜在温度和湿度方面要求尽可能稳定，以便增加耐久性并提高效率。因此，供应到燃料电池的工艺气体通常在加湿器中调节到期望的、稳定的湿度。这种加湿器包括流动板，流动板通常在它们的平坦侧部上设有用于引导气体的流场。流场可例如具有通道结构，其中，通道邻近水传递介质，水传递介质通常呈透水膜的形式或呈具有透水膜的膜复合物的形式。
这种组件通常设有多个堆叠的流动板，在该多个堆叠的流动板之间布置有水传递膜或具有水传递膜的膜复合物。除了水传递膜之外，膜复合物通常包含至少一个气体扩散层或GDL作为支承介质。例如，GDL可以布置在传递膜的两侧的每一侧上。GDL可以例如形成为非织造织物、织造织物或多层织物(Gelege)。膜的重要性质在于是它们是不透气的，但允许水传递膜和围绕它们的气体之间的水分交换。
例如，可以规定，在水传递膜或膜组合物的一侧上，较湿润的气体被引导通过相邻的流动板的流场，并且在水传递膜的相对侧上，较干燥的气体通过第二流动板的流场。在这种情况下，在水传递膜或膜复合物的一侧上的较湿润的气体将水分释放至膜，而在相对侧上膜将水分释放至较干燥的气体。布置在水传递膜两侧上的流场与布置在它们之间的水传递膜或者与布置在它们之间的膜复合物一起相应地形成加湿器单元。
水传递膜占生产所述加湿器的成本的较大比例，因而通常寻求最小化水传递膜的面积，并且因此在任何情况下也是最小化流动板的面积。对气体通过流动板的流场的有效引导效率因此至关重要，因为必须在尽可能最小化的交换表面上通过穿过膜传递水分可靠地设置气体的预定湿度。
在这方面，从现有技术、例如德国实用新型说明书DE 20 2014 006 480U1已知在加湿器的流动板的内部的通道的设计，其对气体的流动具有有利的影响，从而允许与水传递膜的全面的水分交换。
本发明相对于现有技术的背景解决了建立用于加湿器的流动板的问题，流动板使得能以尽可能更有效的方式经由水传递膜交换水分。
该问题通过根据权利要求1的用于加湿器的流动板和根据权利要求24的具有多个这种流动板的加湿器来解决。在从属权利要求中描述了具体的实施例。
因此，提出了一种用于加湿器的流动板，具体是用于对用于电化学系统的工艺气体进行加湿的加湿器或用于HVAC应用的加湿器。流动板在其两个彼此相对的平坦侧部上具有用于引导流体的流场，具体是用于沿着流动板引导气体。流场例如可具有通道结构。多个通过开口形成在流动板中，较佳地，在流场的区域中，更具体地，使得通过开口到平行于流动板的平坦的表面平面定向的平面中的垂直投影具有非零面积。例如，通过开口可以形成在流动板的一部分中，该部分与流动板的平坦的表面平面包围小于90度并且较佳地大于0度的角度。然而，该部分也可能在流动板的平坦的表面平面中行进(延伸)或平行于流动板的平坦的表面平面行进(延伸)。
这样，穿过通过开口从第一流场到相对的平坦侧部上的第二流场中的气体可以引起与在垂直于流动板的平坦的表面平面的流场中被引导的气体混合。具体地，这促进了垂直于流动板的平坦的表面平面的、在沿着流动板的流场中被引导的气体中形成均匀的水分分布，并且避免了仅在靠近膜的平面之间发生水交换。这样，可以最大化经由相邻的膜的水传递速率。因此，布置在相邻的流动板之间的膜的面积以及因此制造加湿器系统的成本可以显著降低。
因此，流动板较佳地在此不用于在流场区域中分离不同的介质。相反，由于通过开口，通常在此在流动板的两个侧部上流动的是相同的介质，即待加湿的并且然后在进一步的过程中实际经加湿的气体，或者湿润的、在进一步的过程中降低水分含量的气体。这也可以称为单极设计；此处仅经由水传递膜进行气体系统的分离。
平坦的表面平面可例如由流动板的边缘或由不位于直线上的、流动板边缘上的至少三个点限定。也可以设想，流动板的平坦的表面平面可由整体间隔(Abstandsintegral)呈现最小值的平面定义，其中，给定平面的整体间隔与流动板和在流动板的表面上的集成(集合)的该平面之间的距离相同。在多个堆叠的流动板情况中，例如在加湿器中，流动板的平坦的表面平面通常垂直于堆叠方向定向。
流动板可以由金属形成，较佳地由不锈钢形成。例如，它可以形成为具有至多150μm、较佳的至多100μm、特别较佳的至多80μm的厚度的金属片材，该厚度与其平坦的表面平面垂直确定。金属具有有利地低的热膨胀系数，由此在加湿器运行期间当温度波动时发生的机械应力可以最小化。具体地，这可以提高加湿器的水传递膜的使用寿命。还有利的是，流动板形成为一层。这减少了加湿器的重量和其制造引起的材料成本。为了微密封或为了保护抵抗腐蚀，流动板可以附加地完全或至少部分地例如由亲水或疏水涂层涂覆。
流动板还可以具有引导结构，引导结构布置和设计成使得它们经由通过开口将沿着流动板的平坦侧部在流场的区域中流动的气体引导至在流动板的相对的平坦侧部上的流场或引导到该流场中。因此，可以进一步改善垂直于流动板的平坦的表面平面的气体混合。
具体地，流动板和引导结构可以一体形成，即由一件形成。这可以大大简化板的制造并可降低制造成本。例如，引导结构可以例如通过冲压或拉深成形模制到流动板中。
引导结构可以布置和设计成使得它们达到通过开口。引导结构因此可以使沿着流动板的表面流动的气体特别高效地通过通过开口到板的相对表面。然而，也可以设想其中引导结构或至少一些引导结构与通过开口间隔开的实施例。例如，在这种情况下，引导结构可以布置和设计成使得它们至少部分地阻挡气体的流动。
通过开口或至少一些通过开口可以冲压到流动板中。还可以设想，通过开口或至少一些道通开口由在流动板中的切口形成，具体地由非去除材料切口形成，例如由在切割时或随后开口的直线切口形成。例如，至少部分为圆顶状或半壳状的舌状或肋状引导结构可以通过这种切口并通过使邻近切口的区域变形而在流动板中形成。为了形成通过开口，这些可以至少在一些区域中从流动板的平坦的表面平面中弯出或可以从流动板突出。引导结构或它们中的至少一些也可以形成为肋部。通过开口然后可以例如通过这些肋部的开口的侧面来提供。
具体地，引导结构可以与流动板的平坦的表面平面在各个情况下至少部分地包围至少45度、较佳地至少75度、特别较佳地至少80度的角度。对于垂直于流动板的平坦的表面平面确定的引导结构的高度H，如下关系可适用：0.5·D≤H≤10·D、较佳地2·D≤H≤5·D，其中，D是流动板的厚度，例如其片材厚度。
为了支承特别是在流场区域中与流动板相邻的水交换膜或膜复合物，引导结构可以在它们远离流动板的端部处定向为至少部分地平行于流动板的平坦的表面平面和/或可以朝向流动板弯曲。例如，因此可以避免膜或膜复合物被引导结构损坏。
流动板可以在流动板的两个平坦侧部上均具有引导结构。流动板因此可以包括第一引导结构和第二引导结构，其中，第一引导结构在第一平坦侧部上从流动板突出，并且其中第二引导结构在与第一平坦侧部相对的第二平坦侧部上从流动板突出。第一引导结构然后可以引导气体从第一平坦侧部通过通过开口至第二平坦侧部，并且第二引导结构可以引导气体从第二平坦侧部通过通过开口至第一平坦侧部。因此，可以进一步促进气体的混合。作为结果，通常改善了气体的流动特性和混合。
通过开口和/或引导结构可以布置为距彼此处于周期性的距离。例如，通过开口和/或引导结构可以布置成平行于流动板的的平坦的表面平面沿第一方向以及沿着第二方向距彼此达周期性距离。沿着第一方向确定的相邻的通过开口和/或相邻的引导结构之间的第一距离然后可以与沿着第二方向确定的相邻的通过开口和/或相邻的引导结构之间的第二距离不同。第一方向和第二方向可以彼此垂直，但是也可以包围小于90度的角度。从流动板的第一平坦侧部突出的第一引导结构和从流动板的第二平坦侧部突出的第二引导结构可沿着第一方向和/或沿着第二方向交替地布置。
为了进一步改善沿着板表面引导的气体的混合，引导结构可以形成为使得平行于流动板的平坦的表面平面确定的引导结构的横截面各自垂直于流动板的平坦的表面平面是可变的。例如，流动通过引导结构的气体可以至少部分地横向于流动板的平坦的表面平面偏转。
为了引导待加湿的气体和经加湿的气体或为了引导待除湿的气体和经除湿的气体通过流动板，流动板还可以具有排出开口，其中，排出开口流体连接至流场。排出开口通常布置在流动板的边缘区域中，具体是在角部区域中。如果多个流动板堆叠在加湿器中，则排出开口形成在堆叠方向上延伸通过堆叠部的管线。经由这些管线，可以向加湿器单元供应待加湿的气体或待除湿的气体。还可以经由这些管线从加湿器单元中移除经除湿的或经加湿的气体。排出开口因此通常流体连接至加湿器外部的、例如在其至少一个端板上的气体端口。单个排出开口的横截面通常比单个通过开口的横截面大数倍，例如大至少十倍或至少二十倍。
为了密封流场和/或排出开口，流动板还可以具有密封组件，例如呈模制到流动板中的珠缘的形式。具体地，密封组件可以布置在流场周围和/或排出开口周围并且包围它们。为了在排出开口和流场之间建立流体连接，密封组件或珠缘可以具有孔。能引导气体经由通过密封组件的这些孔从排出开口进入流场中或从流场到排出开口。替代地，也能应用或附连呈弹性体元件的形式密封件。
还提出了一种加湿器，具体用于加湿用于电化学系统或用于HVAC应用的工艺气体。该加湿器具有多个所描述的类型的堆叠的流动板。这种加湿器特征在于高度紧凑性和低生产成本，以及特别高的效率。
水交换膜或膜复合物通常布置在堆叠部的相邻的流动板之间。如在开头所述的，除了水交换膜之外，膜复合物可具有作为支承介质的至少一层气体扩散层，较佳地为两层气体扩散层，其在水交换膜的两侧上各布置一个。
本发明的示例性实施例将在附图中示出并且将参考以下描述更详细地阐释。在附图中：
图1示出了具有多个堆叠的加湿单元的加湿器；
图2示出了具有根据图1的加湿器的电化学系统；
图3示出了从现有技术已知的用于加湿器的流动板和布置在流动板之间的膜复合物；
图4示出了根据本发明的用于加湿器的流动板的实施例；
图5示出了根据本发明的用于加湿器的流动板的又一实施例；
图6a示出了根据图4的流动板的剖视图；
图6b和6c示出了根据图5的流动板的剖视图；
图7示出了根据本发明的用于加湿器的流动板的又一实施例的细节；
图8示出了根据本发明的用于加湿器的流动板的又一实施例；以及
图9示出了根据本发明的加湿器的单极设计的示意图。
图1以立体图示出了具有加湿器单元3的块形的加湿器1，加湿单元3沿堆叠方向2堆叠并且每个加湿单元包括至少一个流动板和一层水传递膜，其中，加湿器单元通过排出开口彼此连接，排出开口在堆叠方向2上对齐并且向外通入向外引导的气体端口4、5、6、7。气体端口4、5、6、7穿过加湿器1的端板8、9中的一个。气体入口此处设有附图标记4和5，而气体出口设有附图标记6和7。相应的气流方向由A、B、C、D标示。
堆叠在加湿器1中的单独的加湿器单元3各自具有相同的外尺寸，使得通过堆叠部建立具有平坦侧面的立方体。
图2示意性地示出了具有压缩机11、加湿器1和例如包括多个氢/氧燃料电池的燃料电池堆12的电化学系统10。在此处和下文中，重复的特征将由相同的附图标记表示。例如分子氢或分子氧或空气的、待加湿的干燥工艺气体由压缩机11经由加湿器1的第一入口5供应到加湿器1。然后，在加湿器1中加湿的工艺气体经由加湿器1的第一出口6排出到燃料电池堆12。在那里，不同工艺气体的化学能借助于多个膜电极单元转换成电能。在燃料电池堆12中的工艺气体反应期间产生的、含水的排出空气经由第二入口4供应到加湿器1，并且在那儿用于加湿经由第一入口5、通过水交换膜供应到加湿器1的干燥工艺气体。经除湿的气体经由加湿器1的第二出口7排出到例如周围环境中。
图2的大写字母对应于图1中同样示出的气流方向，并且在上下文中结合气体端口进行阐释。
图3以立体图示出从现有技术已知的加湿器单元3并且在所描述的情况中包括两个流动板13、14和布置在它们之间的水交换膜15、以及在两侧上支承水交换膜15的、呈非织造织物形式的两层支承介质16、17。水交换膜15和支承介质16、17的边缘区域未在图示中示出。
流动板13、14各自在其至少一个侧部上具有通道，所述通道通过肋部14a、14b彼此分开。将相邻的通道彼此分开的肋部14a、14b可接触支承介质16、17，使得在所有侧部上产生闭合的通道，用于使气体沿着加湿器单元3内部的流动板流动。气体经由排出开口18、19供应到单独的流动板，并且可以在穿过相应的流动板之后经由另一排出开口20移除(排出)。为此目的，每个流动板13、14在所示的示例中具有四个排出开口，其中，在每种情况下，这些排出开口中的两个布置成彼此相对并且与流动板的一个平坦侧部相关联。另外两个排出开口在每种情况下与相对的平坦侧部和在那里延伸的通道相关联，尽管这些在图3中不可见。当组装加湿器时，流动板13、14堆叠成使得排出开口18、19彼此对齐，并形成用于向所有流动板供应气体的管线。在相对的侧部上，通过对齐的排出开口形成用于从流动板13、14移除(排出)气体的另一管线。
在图3中示出的加湿器单元3中，气体以大致层流的方式在流动板13、14的通道中流动，流动板13、14布置在水交换膜15的两侧上并且各自邻近膜15。这可能导致在通道内部沿着堆叠方向2、即垂直于流动板13、14的平坦的表面平面来调节静态湿度梯度，更具体地是使得在加湿器单元3的湿润侧上的湿度朝向水交换膜15降低，并且在加湿器单元3的干燥侧上的湿度朝向水交换膜15增加。因为经由水交换膜15的水的传递速率按比例近似正比于紧邻膜15处所存在的湿度差，所以在邻近膜15的通道中所描述的静态湿度梯度的设计引起水传递速率的不期望的降低。图3中所示的来自现有技术的这种解决方案因此构成非优化的实施例，该实施例将由本发明进行改进。
图4示出了根据本发明具有排出开口23、24、25、26的、单层流动板22的第一平坦侧部21的平面图。流动板22形成为具有例如厚度小于100μm的片材的不锈钢片材。流动板22是来自图1的加湿器1的板堆叠部的一部分。排出开口23、24、25、26各自由密封珠缘30、31、32、33向外和朝向加湿器1的内部密封。流场28也由密封珠缘54围绕，密封珠缘54向外和朝向排出开口23、24、25、26将流场28密封，其中，珠缘仅在此处勾画点出。密封珠缘30、31、32、33过渡到密封珠缘54中。排出开口25流体连接到入口5，经由该入口5将来自压缩机11的干燥气体引入加湿器1中。排出开口23流体连接到加湿器1的出口6(参见图1和图2)，经由该出口6将经加湿的气体从加湿器1排出并供应到燃料电池堆12。排出开口26流体连接到入口4，经由该入口4将来自燃料电池堆12的水蒸气引入加湿器1中。排出开口24流体连接到出口7，经由该出口7将来自加湿器1的经除湿的水蒸气排放到周围环境中。
在图4中隐藏了在背离观察者的流动板22的后侧上的第二平坦侧部27。第一流场28布置在第一平坦侧部21上，在排出开口25和23之间。排出开口23、25经由珠缘布置30、32中的孔34、35流体连接到第一流场28。因而，同样在图4中隐藏的第二流场29布置在第二平坦侧部27上、相同的排出开口23和25之间。该第二流场29也流体连接到排出开口23、25。在加湿器1运行期间，经由排出开口25供应到流动板22的并且是待加湿的干燥气体流动通过在流动板22的每个侧部上的流场28、29朝向排出开口23。在流场28、29的区域中，流至排出开口23的干燥气体然后经由水传输膜(未示出)吸收水分，该水传递膜在流动板22的每个侧部上邻接第一平坦侧部21和第二平坦侧部27。可选地，气体扩散层也可以布置在水传递膜和流动板的平坦侧部21、27之间。在流场28、29的区域中这样加湿的气体，然后经由排出开口23再次从流动板22排出。排出开口24，26用于引导湿润气体或用于排出经除湿的气体，并且不流体连接至流动板22的流场28、29，因为围绕它们的密封珠缘31、33没有任何孔。
设计为用于引导湿润气体的加湿器1的流动板可以根据流动板22形成。然而，与图4中所示的流动板22相反，引导湿润气体的排出开口然后流体连接至流动板的平坦侧部上的流场，而引导干燥气体的排出开口不流体连接至流场。在加湿器1中，交替地布置用于引导干燥气体的流动板22类型的流动板和用于引导湿润气体的流动板。
在图4中，流动板22的两个平坦侧部21、27上的流场28、29通过多个通过开口40相互流体连接。因此，沿着该平坦侧部21、27流动的气体在其从排出开口25到排出开口23的路径上，可通过通过开口40从第一流场28连续流动进入第二流场29以及从第二流场29连续流动进入第一流动场28。为了清楚起见，在图4中仅一些通过开口40设有附图标记。通过开口40形成为使得通过开口40到在图4中平行于绘图平面定向的、流动板22的平坦的表面平面上的垂直投影具有非零化的面积。例如，通过开口40到流动板22的平坦的表面平面上的投影各自具有至少0.2mm2或至少0.5mm2的面积。然而它们也可以更大，例如在1mm2和3.5mm2之间。由于通过开口40的这一设计，随着在流场28、29中流动的空气穿过通过开口40，它会具有垂直于流动板22的平坦的表面平面、即沿着堆叠方向2(参见图1和3)的速度分量，使得在运行期间，气体以及由气体携带并且在流场28、29的区域中被吸收的水分垂直于流动板22的平坦的表面平面混合。如上所述，这种混合引起水传递速率和加湿器1的效率的提高。
通过开口40例如是冲压到流动板22中或从流动板22中冲压出的。还可以设想，通过开口40通过非去除材料、即对流动板22的线性切割并且通过流动板22在切口区域中的随后变形而形成。为了有目的地将在流场28、29中流动的气体倾斜地引导穿过通过开口40并且到其它平坦侧部21、27，流动板22在第一平坦侧部21上在第一流场28的区域中具有多个第一引导结构41a，并且在第二平坦侧部27上在第二流场29的区域中具有多个第二引导结构41b。
引导结构41a、41b在各种情况下在通过流动板22的与通过开口相邻的区域中的变形形成。在图4中，引导结构41a、41b各自形成至少部分地(分部段地)圆顶状、球形或半壳状的隆起部，并且它们在流动板22的每个侧部上从流动板22的平坦侧部21、27突出。第一引导结构41a从面向观察者的第一平坦侧部21突出，而第二引导结构41b从背离观察者的第二平坦侧部27突出。例如，引导结构41a、41b各自从平坦侧部21、27以至少1.5倍的片材厚度突出。
除圆顶状引导结构41a、41b的接界通过开口40的部分以外，引导结构41a、41b具有平行于流动板22的平坦的表面平面的大致圆形的横截面，该横截面垂直于流动板22的平坦的表面平面随着与平坦的表面平面的距离增加而变化，具体是渐缩。因此，垂直于流动板22的平坦的表面平面的速度分量附加地施加到沿着平坦侧部21、27流动的气体，附加地促进了气体在该方向上的混合。相对于诸如排出开口23、25的流动板22的其它结构，通过开口40和引导结构41a、41b在此都不必按比例示出。在实际中，它们趋向更小。选择图示的尺寸是为了更容易理解而选择的。相对于彼此，通过开口40和引导结构41a、41b以比例示出。
通过开口40和引导结构41a、41b以沿着两个相互垂直的方向42、43呈规则间隔的网格布置，方向42、43各自平行于矩形流动板22的平直的外边缘定向。此处，相邻的通过开口40和引导结构41a、41b之间的距离在两个方向42、43上是相同的。在替代实施例中，两个方向42、43上的距离也可以不同。此外，通过开口40和引导结构41a、41b的格栅(网格)状布置具有另一对称的方向44、45，其在各个情况下与前述方向42、43包围大约45度的角度。同样沿着方向44、45，通过开口40和引导结构41a、41b以规则间隔布置。具体地，第一引导结构41a和第二引导结构41b沿着与流动板的外边缘倾斜延伸的方向44、45交替地布置。该布置可有助于，在流场28、29之间切换的气体以与在相反方向上大致相同的程度从第一流场28流入第二流场29。因此可以避免形成可能不利地影响流动特性和气体的混合的局部压差。
另外，可以看出，通过开口40沿着方向42或大致沿着从用作气体入口的排出开口25至用作气体出口的排出开口23的气体的流动方向分别布置在第一引导结构41a和第二引导结构41b的相对的端部处。因此，沿着方向42通过开口40形成面向用作气体入口的排出开口25的第一引导结构41a的端部。相反，沿着方向42通过开口40形成面向用作气体出口的排出开口23的第二引导结构41b的端部。在替代实施例中，可以设想通过开口40相对于引导结构41a、41b的其它布置。例如，通过开口40可以类似地邻近第一引导结构41a和第二引导结构41b的、面向用作气体出口的排出开口23(参见图7)的端部。
为了说明来自图4的流动板22的第一平坦侧部21上的第一引导结构41a的几何形状，在图6a中示出了沿剖面线B-B剖过流动板22的截面。示出的是第一平坦侧部21、第二平坦侧部27、通过开口40和第一引导结构41a，通过开口40以规则的间隔沿着方向42布置，第一引导结构41a以规则的间隔沿着方向42布置并且直接达到远至通过开口40。如能清晰所见的，通过开口40在第一平坦侧部21上的第一流场28和第二平坦侧部27上的第二流场29之间建立流体连接。第一引导结构41a从第一平坦侧部21突出，更具体地以大约片材厚度的三倍突出。由于第一引导结构41a相对于平坦侧部21凸出，在从第一平坦侧部21上的第一流场28流入第二平坦侧部上的第二流场29的气体上，随着所述气体穿过邻近第一引导结构41a的通过开口40，施加有垂直于流动板22的平坦的表面平面定向的速度分量。穿过通过开口40的气体的流动和第一引导结构41a的引导效果借助图6a中的流动箭头46作为示例示出。
图5示出根据本发明的流动板47的另一实施例。沿着图5中所示的剖面线C-C和D-D剖过流动板47的截面在图6b和6b中示出，其中,截面平面在每种情况下垂直于流动板47的平坦的表面平面定向。
根据图5的流动板47通过在平坦的侧部21、27上的流场28、29的部分不同的实施例而与根据图4的流动板22不同。除了结合流动板22所描述的大致圆形的通过开口40以及圆顶状或半壳状的引导结构41a、41b以外，流动板47具有附加的细长的、在端部处倒圆的通过开口48和邻近通过开口48的引导结构49。流动板47的彼此相对的平坦侧部21、27上的流场28、29经由通过开口48彼此流体连接。类似于通过开口40，通过开口48到流动板47的平坦的表面平面上的投影具有非零化的面积。在图5中，流动板47的平坦的表面平面平行于绘图平面定向。根据通过开口48的纵向延伸(量)，该面积可例如为至少1mm2、至少2mm2或至少3mm2。对于非常宽的通过开口48，该面积可一定大于10mm2或甚至大于20mm2。典型的宽度在0.5mm至2.5mm的范围内，然而诸如0.5mm或例如3.5mm的更小或更大的宽度也是可能的。
类似于通过开口40，通过开口48可以冲压到形成流动板47的金属片材中，或从其中冲压出。替代地，通过开口48可以通过流动板47中的切口，特别是非去除材料切口形成。例如，引导结构49与流动板形成为一体，并且模制到流动板47中，形成具有沿着纵向侧的开口侧面的肋部。在图5所示的实施例中，引导结构49以至少三倍片材厚度从第一平坦侧部21突出。通过开口48和形成引导结构49的肋部在纵向方向上延伸的长度例如为矩形流动板47的较短的纵向侧部的长度的至少百分之十五、至少百分之三十或至少百分之七十。这些肋部又可至少部分地相对于平坦的侧部21具有凸曲率，使得随着气体流经通过开口48，引导结构49给予该气体垂直于流动板47的平坦的表面平面的速度分量。
通过开口48和引导结构49定向为大致横向于气体流动的流动方向，在加湿器1运行期间，从用作气体入口的排出开口25沿着平坦侧部21、27、通过流场28、29到用作气体出口的排出开口23。具体地，细长的通过开口48和细长的引导结构49定向为大致横向于排出开口25和排出开口23之间的最短的直的连接线。例如，细长的通过开口48和细长的引导结构49与排出开口25和排出开口23之间的最短的直的连接线包围角度，该角度在此在60度和70度之间。原则上，该角度可以自由选择，并且较佳地大于60度。具体地，角度的大小取决于通过开口48或引导结构49是平行于流动板的外边缘布置还是倾斜于流动板的两个外边缘布置，以及取决于流动板的外部几何形状。由于通过开口48和引导结构49的这一设计，从排出开口25流动到排出开口23的气体可以特别有效地从第一平坦侧部21上的第一流场28被引导到第二平坦侧部上的第二流场29中，或者反过来也能。另外，流动板具有闭合的引导结构50，每个引导结构50以圆顶状或球形方式例如以片材厚度的至少三倍从流动板的第二平坦侧部27突出。平行于流动板47的平坦的表面平面，引导结构50具有圆形横截面，其随着距平坦的表面平面的距离增加而减小。
图7示出了流动板51的细节，其是来自图4的流动板22的略微修改的变型。来自图7的流动板51的流场28、29与来自图4的流动板22的流场28、29的不同在于，通过开口40各自邻近引导结构41a、41b的面向用作气体出口的排出开口23(未示出)的端部。图7另外示出了流动板51沿着剖面线A-A的剖视图，其中，截面平面再次垂直于流动板51的平坦的平面表面定向，其如前所述平行于绘图平面行进(延伸)。还能看出，通过开口40和引导结构41a、41b沿着方向42、45周期性地布置。紧邻的通过开口40和紧邻的引导结构41a、41b之间的距离在此沿着方向42比沿着方向45更大。
图8示出了流动板52，其是来自图4的流动板22的进一步修改。来自图8的流动板52与根据图4的流动板22的不同在于，除了通过开口40和引导结构41a、41B之外，在平坦侧部21、27上的流场28、29具有通道结构53。通道结构53例如通过压花或深拉模制到形成流动板52的金属片材中。通道结构53设计成通过流场28、29将气体从用作气体入口的排出开口25引导到用作气体出口的排出开口23。另外，流动板52中的一些引导结构41a’、41b’布置成相对于其它引导结构41a、41B旋转90°，并且类似地，布置在这些引导结构41a’、41b’的区域中的通过开口40’相对于其它通过开口40旋转90°。因此，气流可以被针对性地引导到流场28、29的外部区域或从流场28、29的外部区域引导出。还可以相对于彼此以许多不同的角度布置各种通过开口和引导结构，以获得气流的最佳流动和混合。
相反，图9示出了加湿器模块或具有两个不同流动板13、14的加湿器的细节的单极设计。流动板13布置在湿润气体(“W”)的两个流动空间之间，而流动板14布置在较干燥的气体(“D”)的两个流动空间之间。流动板13、14各自具有通路，使得两个相邻的流动空间不从彼此完全分离。代替两个不同的流动板，在一些情况下也可仅使用单个流动板，所述单个流动板安装为具有不同的定向，使得13和14仍然彼此不同。

Claims (26)

1.一种用于加湿器(1)的流动板(22；47；52)，具体是用于加湿用于电化学系统的工艺气体的加湿器(1)或用于HVAC应用的加湿器(1)，所述流动板在所述流动板(22；47；52)的两个彼此相对的平坦侧部(21、27)上具有流场(28、29)并且在所述流场(28、29)的区域中具有多个通过开口(40、48)，其中，所述通过开口(40、48)形成为使得所述通过开口(40、48)到平行于所述流动板(22；47；52)的平坦的表面平面定向的平面上的垂直投影具有非零的面积，使得通过所述通过开口(40、48)的气体至少部分地垂直于所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面由所述流场(28、29)中引导的气体混合。
2.根据权利要求1所述的流动板(22；47；52)，其特征在于具有引导结构(41a、41b、49)，所述引导结构(41a、41b、49)设计成：在所述流场(28、29)的区域中，通过所述通过开口(40、48)将沿着板表面流动的气体运输到在所述流动板(22；47；52)的相对的平坦侧部(21、27)上的所述流场(28、29)或传送到所述流场(28、29)中，从而促进垂直于所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面的气体的混合。
3.根据前述权利要求中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述流动板(22；47；52)由金属形成，较佳地由不锈钢形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述流动板形成为具有由垂直于所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面确定的厚度的金属片材，所述厚度为至多150μm、较佳地为至多100μm、特别较佳地为至多80μm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述流动板(22；47；52)形成为一层。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述流动板(22；47；52)和所述引导结构(41a、41b、49)整体地形成。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述引导结构(41a、41b、49)模制到、具体地是冲压到所述流动板(22；47；52)中。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述引导结构各自延伸远至所述通过开口(40、48)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述通过开口(40、48)至少部分地冲压到所述流动板(22；47；52)中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述通过开口(40、48)由所述流动板(22；47；52)中的切口形成。
11.根据权利要求10所述流动板(22；47；52)，其特征在于，所述切口形成舌状、肋状或壳状的引导结构(41a、41b、49)，所述引导结构(41a、41b、49)至少部分地从所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面弯曲出来，更具体较佳地至少部分地垂直于所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面，以形成所述通过开口(40、48)。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述引导结构(41a、41b，49)各自至少部分与所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面包围至少45度、较佳地至少75度、特别较佳地至少80度的角度。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述引导结构(49)形成为各自具有开口的侧面的肋部。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述引导结构(41a，41b，49)在它们从所述流动板(22；47；52)突出的端部处定向为至少部分地平行于所述平坦的表面平面和/或朝向所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面弯曲，以便支承水交换膜(15)或膜复合物。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于具有第一引导结构(41a、49)和第二引导结构(41b)，所述第一引导结构(41a、49)在所述流动板(22；47；52)的所述第一平坦侧部(21)上从所述流动板(22；47；52)突出，所述第二引导结构(41b)在所述流动板(22；47；52)的与所述第一平坦侧部(21)相对的所述第二平坦侧部(27)上从所述流动板(22；47；52)突出。
16.根据前述权利要求中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述通过开口(40、48)和/或所述引导结构(41a、41b、49)布置为距彼此处于周期性的距离。
17.根据权利要求16所述流动板(22；47；52)，其特征在于，所述通过开口(40)和/或所述引导结构(41a、41b)平行于所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面沿着第一方向(42)以及沿着第二方向(43、45)布置为距彼此处于周期性的距离。
18.根据权利要求17所述流动板(22；47；52)，其特征在于，沿着所述第一方向(42)确定的相邻的所述通过开口(40)和/或相邻的所述引导结构(41a、41b)之间的第一距离与沿着所述第二方向(45)确定的相邻的所述通过开口(40)和/或相邻的所述引导结构(41a、41b)之间的第二距离不同。
19.根据权利要求17或18所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述第一方向(42)和所述第二方向(43)彼此垂直。
20.根据权利要求15以及根据权利要求17至19中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，从所述流动板(22；47；52)的所述第一平坦侧部(21)突出的所述第一引导结构(41a、49)和从所述流动板(22；47；52)的所述第二平坦侧部(27)突出的所述第二引导结构(41b)沿着所述第一方向(42)和/或沿着所述第二方向(45)交替地布置。
21.根据前述权利要求中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，所述流场(28、29)具有通道结构(53)。
22.根据权利要求2至22中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于，为了改善沿着板表面引导的气体的混合，所述引导结构(41a、41b、49)形成为使得平行于所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面确定的所述引导结构(41a、41b、49)的横截面沿着垂直于所述流动板(22；47；52)的所述平坦的表面平面的方向是能改变的。
23.根据前述权利要求中任一项所述的流动板(22；47；52)，其特征在于具有排出开口(23、24、25、26)，用于待加湿的气体和经加湿的气体或待除湿的气体和经除湿的气体穿过所述流动板(22；47；52)，其中，所述排出开口(23、24、25、26)流体连接至所述流场(28、29)。
24.一种加湿器(1)，具体用于加湿用于电化学系统或用于HVAC应用的工艺气体，所述加湿器(1)具有多个堆叠的、根据前述权利要求中的任一项所述的流动板(22；47；52)。
25.一种加湿器(1)，具体用于加湿用于电化学系统或用于HVAC应用的工艺气体，所述加湿器(1)具有多个堆叠的、根据权利要求23所述的流动板(22；47；52),其中，所述流动板(22；47；52)的所述排出开口(23、24、25、26)对准布置并且形成用于引导待加湿的气体、经加湿的气体、待除湿的气体和经除湿的气体通过堆叠部的管线。
26.根据权利要求24或25中任一项所述的加湿器(1)，其特征在于，水交换膜(15)或膜复合物布置在堆叠部内的相邻的所述流动板(22；47；52)之间，其中，所述膜复合物包括水交换膜(15)和至少一层气体扩散层(16、17)，较佳地为两层气体扩散层(16、17)，所述气体扩散层布置在所述水交换膜(15)的两侧上。
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