CN117836050A - 具有通道板的加湿装置、用于加湿装置的通道部分板和通道板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加湿装置(100)，具有在板堆叠体(50)中沿堆叠方向(40)跟随彼此的多个通道板(10、20)，其中，至少一个通道板(10、20)包括沿堆叠方向(40)布置在彼此之上的两个通道部分板(11)，具有环绕框架(14)，其中，相对于通道板(10、20)的纵向轴线(L)倾斜地延伸的腹板(16)布置在相应框架(14)的两个相对侧面之间。沿堆叠方向(40)可以看出邻近通道部分板(11)的腹板(16)交叉。本发明还涉及用于加湿装置(100)的通道部分板(11)和用于加湿装置(100)的通道板(10、20)。

Description

具有通道板的加湿装置、用于加湿装置的通道部分板和通 道板
技术领域
本发明涉及特别是用于燃料电池系统的加湿装置以及用于加湿装置的通道部分板和通道板，所述加湿装置具有多个通道板。
背景技术
DE10 2016 224 478 A1公开了一种用于燃料电池系统的膜加湿器，其中，来自燃料电池的潮湿排放气体用于加湿燃料电池中的反应气体。膜加湿器包括堆叠在彼此之上的多个流板。在两个紧邻或邻近布置的流板之间分别布置有水分可渗透膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种特别是用于燃料电池系统的改进加湿装置。
另一目的是提供一种用于这种加湿装置的改进通道部分板。
另一目的是提供一种用于这种加湿装置的改进通道板。
根据本发明的一方面，通过特别是用于燃料电池系统的加湿装置来实现上述目的，所述加湿装置具有在板堆叠体中沿堆叠方向依次跟随彼此的多个通道板，其中，至少一个通道板包括沿堆叠方向布置在彼此之上的两个通道部分板，具有周向延伸框架，其中，相对于通道板的纵向轴线倾斜地延伸的腹板布置在相应框架的两个相对地定位的侧面之间，其中，在板堆叠体中形成至少两组流动通道，由半渗透层、特别是水分可渗透层隔开；其中，沿堆叠方向依次跟随彼此，一组流动通道与另一组流动通道交替，其中，一组流动通道沿垂直于堆叠方向定位的纵向轴线延伸，并且其中，沿堆叠方向观察，通道部分板的腹板彼此交叉。
根据本发明的另一方面，另一目的通过设计用于特别是用于燃料电池系统的加湿装置的通道部分板来解决，所述通道部分板包括周向延伸框架，其中，相对于纵向轴线倾斜地延伸的腹板设置在框架的两个相对地定位的侧面之间。
根据本发明的另一方面，另一目的通过设计用于特别是用于燃料电池系统的加湿装置的通道板来解决，所述通道板具有沿堆叠方向布置在彼此之上的两个通道部分板，具有周向延伸框架，其中，相对于纵向轴线倾斜地延伸的腹板布置在相应框架的两个相对地定位的侧面之间，其中，沿堆叠方向观察，通道部分板的腹板彼此交叉。
本发明的有利实施例和优点由附加权利要求、说明书和附图得出。
根据本发明的一方面，提出了一种特别是用于燃料电池系统的加湿装置，具有在板堆叠体中沿堆叠方向依次跟随彼此的多个通道板，其中，至少一个通道板包括沿堆叠方向布置在彼此之上的两个通道部分板，具有周向延伸框架。在本文中，相对于通道板的纵向轴线倾斜地延伸的腹板布置在相应框架的两个相对地定位的侧面之间。在板堆叠体中形成至少两组流动通道，由半渗透层、特别是水分可渗透层隔开，其中，沿堆叠方向依次跟随彼此，一组流动通道与另一组流动通道交替，其中，一组流动通道沿垂直于堆叠方向定位的纵向轴线延伸。在本文中，沿堆叠方向观察，通道部分板的腹板彼此交叉。
有利地，潮湿或富含水的流体(例如燃料电池的排放气体)可以在一组流动通道中流动，而干燥流体(如新鲜气体，例如空气)可以在另一组流动通道中流动。经由半渗透层，干燥流体可以由在邻近的流动通道中流动的其它流体加湿。
优选地，流动通道在通道板内和通道板之间形成。
例如，所提出的加湿装置可以是平坦膜加湿器的有利实施例。在本文中，特别地，用于燃料电池系统的排放气体的流动通道由两个通道部分板形成。通道部分板的实施例被设计成使得倾斜地延伸的腹板布置在流动区域中。由于通道部分板的镜像或180°旋转安装，腹板彼此相遇并由此彼此交叉。由此产生的在两个平面中的交叉肋结构导致流动通道中的波状流动运动。腹板可以将相应流体朝向半渗透层引导，并且以这种方式改进例如两组流动通道之间的水分传输。由于对流动的这种有针对性的影响，可以实现改进的质量传输，特别是水分传输，并且以这种方式可以提高加湿装置的效率。
有利地，堆叠在彼此之上的三个通道部分板包围两个流动通道。
有利地，腹板可以与通道部分板一起实施为一件，并且可以以常见的制造过程(例如通过注射成型的方法)来生产。由于腹板集成到通道部分板中，因此可以实现简化的结构。特别地，可以通过简单地将通道部分板放置在彼此之上来实现交叉肋结构。
腹板可以有利地相对于彼此等距布置。然而，腹板的角度、距离和宽度当然可以变化。腹板的横截面可以被实施为例如矩形、具有倒圆角边缘的矩形或圆形。有利地，例如，堆叠在彼此之上的通道部分板的矩形腹板可以彼此相互支撑，以便以这种方式承受负重在其上的半渗透层的压力。替代地或附加地，腹板还可以至少部分地包括其它横截面，例如L形或U形横截面，其中，成角度的支腿突出到邻近的流动通道中并且在那里增强流动通道中的湍流，这对于质量传输是有利的。
在替代实施例中，用于新鲜气体(特别是燃料电池系统的供应空气)的流动通道也可以设置有用于影响流动的腹板。
有利地，与每组流动通道布置在其自己的通道板中的现有技术相比，在所提出的加湿装置中仅需要一半数量的板，因为两组流动通道形成在通道部分板中或处。对应地，加湿装置表现出减小的流动阻力。而且，板堆叠体中的通道部分板需要更少的结合位置。具有半渗透层的每个通道部分板可以在生产中单独进行测试，这整体上导致通道部分板的废品风险降低，因为有缺陷的通道部分板可以在结合到板堆叠体之前被识别和废弃。
通道板的堆叠方向可以是笔直的，使得通道板的板堆叠体具有长方体构造，其中用于新鲜气体和排放气体的两个流入区域形成为长方体的彼此垂直的两个横向面。然而，堆叠方向原则上也可以是圆形或弧形的形式，从而得到例如中空圆柱体作为通道板的布置，其中流入区域被实施为中空圆柱体的壁且另一个流入区域作为中空圆柱体的端面。
有利地，例如实施为膜的半渗透层可以由微孔材料形成。材料中的微孔允许通过半渗透层的水分传输。有利地，水分传输可以通过微孔材料中的毛细管作用来实现。特别地，半渗透层可以由PFSA形成。PFSA是全氟磺酸塑料材料，除了其它之外，已知为商标名NAFION。该膜可以在两个侧面处包括多孔层，特别地非织造层，用于保护和机械稳定。
根据加湿装置的有利实施例，至少一个通道板可包括两个相同的通道部分板，所述通道部分板被布置为沿纵向轴线旋转180°以便搁置在彼此之上。由于通道部分板沿纵向轴线的180°旋转布置，具有腹板的内侧布置在通道板中，以便直接搁置在彼此之上。以这种方式，有利地得到通道板的交叉肋结构，对于例如排放气体的流动引导作用，关于排放气体的涡流并且因此对于排放气体的水分传输到干燥新鲜气体(特别是供应空气)是有利的。特别有利的是，这种布置可以利用相同的通道部分板来实现，使得对于通道板的生产来说，仅需要用于制造一种通道部分板的一种工具。
根据加湿装置的有利实施例，通道部分板可以在板平面中包括至少两个区域，其中，腹板彼此镜像对称地布置。以这种方式，通道部分板的制造可以以有利的方式设计，特别是通过塑料材料的注射模制。
根据加湿装置的有利实施例，第一类型的通道板可以在两侧由相应半渗透层封闭，该半渗透层分别形成相应通道部分板的外侧。在本文中，相应通道部分板的内部的腹板可布置在半渗透层之间。以这种方式，可以有利地影响在通道板的内部引导的排放气体流的流动行为，因为由于借助腹板的交叉肋结构，通过产生湍流而可以实现排放气体流的涡旋，特别是通过流动方向的频繁改变。
根据加湿装置的有利实施例，腹板可包括至少部分地为L形或U形横截面。在L形横截面的情况下，相应腹板包括突出到用于排放气体的邻近的流动通道中的成角度的支腿。在腹板的后部处开始，支腿可相对于腹板的后部以20°至120°之间的有利角度范围成角度。大约90°的角度是有利的，然而具体的角度可以由本领域技术人员任意选择。
在U形横截面的情况下，腹板包括两个成角度的支腿，所述支腿相对地定位在腹板处并且突出到邻近的流动通道中。在腹板的后部处开始，支腿可相对于腹板的后部以20°至120°之间的有利角度范围成角度。大约90°的角度是有利的，然而具体的角度可以由本领域技术人员任意选择。
有利地，借助于腹板，排放气体侧的流动格栅可以通过形成L形横截面和/或U形横截面而由通道部分板本身形成。在新鲜气体侧，可选地，可以在半渗透膜处插入单独的流动格栅，其在两侧界定用于新鲜气体的流动通道。由于对流动的这种有针对性的影响，可以实现改进的质量传输，特别是从排放气体流到新鲜气体流的水分传输。以这种方式，可以提高加湿装置的效率。由于L形和U形横截面的形状，特别是它们的高度、腹板的支腿和后部之间的角度、沿腹板的不同类型的横截面之间的距离等，可以以针对性的方式影响质量传输和压力损失。排放气体侧的L形横截面或U形横截面还可以用作间隔件，并防止流动通道由于可能存在的压力差而塌陷。
根据加湿装置的有利实施例，通道部分板中的一个的腹板中的至少一个可包括其至少部分地为L形且其至少部分地为U形横截面。当沿腹板组合L形和U形横截面时，沿相应腹板的路线的U形和L形横截面可以交替，特别是以等距间隔交替。在本文中，U形横截面允许相对于邻近通道部分板的肋结构或腹板的改进支撑，而L形横截面允许横向于流动方向的有利流动混合和/或湍流产生。
根据加湿装置的有利实施例，通道部分板可包括至少一个新鲜气体板和至少一个排放气体板，它们的腹板在横截面中至少部分地被不同地设计。特别地，至少一个新鲜气体板可包括具有至少部分地为L形横截面的腹板，其中，相应腹板的成角度的支腿突出到邻近的流动通道中。作为替代或附加地，至少一个排放气体板可包括具有至少部分地为U形横截面的腹板，其中，相对地定位在腹板处的两个成角度的支腿突出到邻近的流动通道中。有利地，可以通过用于排放气体的流动通道中的增加湍流来实现改进的质量传输。同时，可以实现排放气体板相对于彼此的有利支撑。腹板的特别是平面的后部可有利地用于将半渗透膜放置在其上。
有利地，通道板可以由排放气体板和新鲜气体板形成。两个通道部分板可以彼此粘合并与其它通道板(包括排放气体板和新鲜气体板)结合成板堆叠体。替代地，各个通道部分板可以分开地堆叠在彼此之上。
根据加湿装置的有利实施例，第一组流动通道可布置在沿堆叠方向依次跟随彼此的两个通道板的外侧之间，第二组流动通道可布置在至少一个通道板的内部在位于两侧的半渗透层之间并由半渗透层沿堆叠方向界定。以这种方式可以实现燃料电池系统的排放气体和新鲜气体的高效流动引导作用。而且，以这种方式可以更有效地设计从排放气体到新鲜气体的水分传输。
根据加湿装置的有利实施例，相应通道部分板可包括用于半渗透层的接收表面，其中，接收表面在接收表面处至少在两个相对地定位的侧面处包括相应边缘部分，所述边缘部分高于在其上布置有半渗透层的接收表面。当通道部分板放置在彼此之上时，由于边缘部分和接收表面之间的高度差，在其上布置有半渗透层的通道部分板之间自动形成流动通道。该流动通道通过沿堆叠方向依次跟随彼此的通道部分板的半渗透层的外侧形成在两个相对地定位的侧面处，并且通过经过其上布置有半渗透层的通道部分板的接收表面的边缘部分的突出长度形成在另外两个侧面处。
根据加湿装置的有利实施例，两组流动通道可以彼此倾斜地或横向地延伸。特别地，具有半渗透层的沿堆叠方向依次跟随彼此的通道板的外侧之间的流动通道可以形成为横向于纵向轴线比沿流动通道的纵向轴线的宽度明显更窄，特别是至多一半宽，其中流动通道的最大宽度位于流动通道板的内部，在位于两侧的其半渗透层之间。在本文中，通道板的外侧对应于半渗透层的外侧，并且通道板的内部对应于半渗透层相对于通道板的内侧。在本文中，特别是可以在沿堆叠方向依次跟随彼此的通道板的外侧之间分别形成单个流动通道，该单个流动通道沿堆叠方向在两侧由半渗透层界定。可以简单地通过将通道部分板放置在彼此之上来形成流动通道。有利地，半渗透层的内侧之间的流动通道可以相同且等距地构造。特别地，这些流动通道可以彼此平行地延伸。
根据加湿装置的有利实施例，除了流入区域或流出区域之外，通道板可以不透流体地彼此连接。特别地，通道板可以在通道部分板的框架处彼此连接，特别是可以彼此焊接或粘合。以这种方式，可以在通道部分板和具有通道部分板的几乎无泄漏的板堆叠体之间产生可靠的不透流体连接。同时，板堆叠体可以在机械上非常稳定和坚固。
根据加湿装置的有利实施例，第二类型的通道板可构造成没有半渗透层。利用该第二类型的通道板，可以有利地构造例如用于新鲜气体(例如供应空气)的流动通道，其还通过产生湍流而表现出对流动的有效影响，并且以这种方式提高了加湿装置的效率。
根据加湿装置的有利实施例，第一类型的通道板可以与第二类型的通道板沿堆叠方向交替布置。由于两种类型的通道板的交替布置，即具有半渗透层的通道板和没有半渗透层的通道板分别交替地堆叠在彼此之上，因此可以例如有利地构造用于新鲜气体(例如供应空气)的流动通道，其还通过产生湍流而表现出对流动的有效影响，并且以这种方式提高了加湿装置的低效率。
根据本发明的一个方面，提出了一种设计用于特别是用于燃料电池系统的加湿装置的通道部分板，包括周向延伸框架，其中，相对于纵向轴线倾斜地延伸的腹板布置在框架的两个相对地定位的侧面之间。
通道部分板的实施例可被设计成使得倾斜地延伸的腹板在流动区域中延伸。由于在组装通道板时通道部分板的镜像或180°旋转安装，腹板彼此相遇并因此彼此交叉。由此产生的两个平面中的交叉肋结构导致流动通道中的波状流动运动。腹板可以将相应流体朝向半渗透层引导，并且以这种方式例如改进两组流动通道之间的水分传输。由于对流动的这种有针对性的影响，可以实现改进的质量传输，特别是水分传输，并且可以以这种方式提高加湿装置的效率。
有利地，在实施例中，通道部分板可以具有相同的设计。替代地，通道部分板可包括至少一个新鲜气体板和至少一个排放气体板，它们的腹板在横截面中至少部分地被不同地设计。特别地，至少一个新鲜气体板可包括具有至少部分地为L形横截面的腹板，其中，相应腹板的成角度的支腿突出到按预期邻近的流动通道中。替代地或附加地，至少一个排放气体板可包括具有至少部分地为U形横截面的腹板，其中，相对地定位在腹板处的两个成角度的支腿突出到按预期邻近的流动通道中。有利地，可以通过增加用于排放气体的流动通道中的湍流来实现改进的质量传输。同时，可以实现排放气体板相对于彼此的有利支撑。腹板的特别是平面的后部可有利地用于将半渗透膜放置在其上。
通道部分板可以有利地由塑料材料形成，特别是聚苯硫醚或纤维增强的聚苯硫醚。通道部分板例如可以被注射成型或压印。可以使用其它塑料材料，只要塑料材料表现出尽可能小的吸水性并且不释放离子并且另外是耐温的。
有利地，通道部分板的至少边缘可以由塑料材料形成，特别是聚苯硫醚或纤维增强的聚苯硫醚。
根据通道部分板的有利实施例，可以在板平面中设置至少两个区域，其中腹板彼此镜像对称地布置。以这种方式，可以有利地设计通道部分板的制造，特别是通过塑料注射成型。
根据通道部分板的有利实施例，周向延伸框架可以环绕用于半渗透层的接收表面。特别地，相对地定位在接收表面处的两个边缘部分可以被设计为高于另外两个相对地定位的边缘部分。特别地，在本文中，位于两侧的两个相对地定位的边缘部分可以沿堆叠方向以突出长度突出经过接收表面。边缘部分经过接收表面的突出长度有利地如此大，使得即使半渗透层布置在接收表面上，仍然存在边缘经过半渗透层的突出长度。当通道部分板放置在彼此之上时，由于边缘部分和接收表面之间的高度差，在其上布置有半渗透层的通道部分板之间自动形成流动通道。该流动通道在两个相对地定位的侧面处通过沿堆叠方向依次跟随彼此的通道部分板的半渗透层的外侧形成，并且在另外两个侧面处通过经过在其上布置有半渗透层的通道部分板的接收表面的边缘部分的突出长度形成。
根据本发明的一个方面，提出了一种设计特别是用于燃料电池系统的加湿装置的通道板，其具有沿堆叠方向布置在彼此之上的两个通道部分板，具有周向延伸框架。在本文中，相对于纵向轴线倾斜地延伸的腹板布置在相应框架的两个相对地定位的侧面之间，其中，沿堆叠方向观察，通道部分板的腹板彼此交叉。
通道部分板的实施例可被设计成使得倾斜地延伸的腹板在流动区域中延伸。由于在组装通道板时通道部分板的镜像或180°旋转安装，腹板彼此相遇并由此彼此交叉。由此产生的在两个平面中的交叉肋结构导致流动通道中的波状流动运动。腹板可以将相应流体朝向半渗透层引导，并且以这种方式例如改进两组流动通道之间的水分传输。由于对流动的这种有针对性的影响，可以实现改进的质量传输，特别是水分传输，并且以这种方式提高加湿装置的效率。
根据有利的实施例，通道板可包括两个相同的通道部分板，所述通道部分板沿纵向轴线旋转180°布置，以便搁置在彼此之上。由于通道部分板沿纵向轴线旋转180°的布置，具有腹板的内侧布置在通道板中，以便直接搁置在彼此之上。以这种方式，有利地产生通道板的交叉肋结构，对于例如排放气体的流动引导作用，关于排放气体的涡流并且因此对于排放气体的水分传输到干燥新鲜气体是有利的。特别有利的是，这种布置可以利用相同的通道部分板来实现，使得对于通道板的生产来说，仅需要用于制造一种通道部分板的一种工具。
然而，作为替代，可以设置成：通道部分板包括至少一个新鲜气体板和至少一个排放气体板，它们的腹板在横截面中至少部分地被不同地设计。特别地，至少一个新鲜气体板可以包括具有至少部分地为L形的横截面的腹板，其中，相应腹板的成角度的支腿突出到邻近的流动通道中。替代地或附加地，至少一个排放气体板可包括至少部分地为U形横截面的腹板，其中，相对地定位在腹板处的两个成角度的支腿突出到邻近的流动通道中。有利地，可以通过增加用于排放气体的流动通道中的湍流来实现改进的质量传输。同时，可以实现排放气体板相对于彼此的有利支撑。腹板的特别是平面的后部可有利地用于将半渗透膜放置在其上。
根据通道板的有利实施例，通道部分板的相应周向延伸框架可环绕用于半渗透层的接收表面。特别地，在接收表面处的两个相对地定位的边缘部分可以被设计为高于另外两个相对地定位的边缘部分。特别地，在本文中，两个相对地定位的边缘部分可以沿堆叠方向在两侧以突出长度突出经过接收表面。当通道部分板放置在彼此之上时，由于边缘部分和接收表面之间的高度差，在其上布置有半渗透层的两个通道部分板之间自动形成流动通道。该流动通道在两个相对地定位的侧面处通过沿堆叠方向依次跟随彼此的通道部分板的半渗透层的外侧形成，并且在另外两个侧面处通过经过在其上布置有半渗透层的通道部分板的接收表面的边缘部分的突出长度形成。
根据加湿装置的替代实施例，通道板可以沿堆叠方向布置，其不包括腹板或用于影响流动的任何其它构造。在该实施例中，流动可以受到单独的插入部分的影响。至少一个插入部分可包括例如有利地提供用于新鲜气体(例如供应空气)的流动通道的腹板。在特定实施例中，由于多个插入部分的布置，可以产生交叉肋结构，并以这种方式提高加湿装置的效率。
附图说明
进一步的优点由下面的附图说明得出。在附图中，示出了本发明的实施例。附图、说明书和权利要求书组合地包含许多特征。本领域技术人员也将有利地单独考虑所述特征，并将它们组合成有利的进一步组合。以下图中以示例性方式示出了：
图1以等距视图示出了根据本发明的实施例的特别是用于燃料电池系统的加湿装置的通道部分板，在一侧上具有半渗透层；
图2从后部示出了根据图1的通道部分板，其中腹板相对于其纵向方向倾斜地延伸。
图3以等距视图示出了根据本发明的实施例的特别是用于燃料电池系统的加湿装置的两个通道部分板的通道板，具有半渗透层。
图4示出了根据图3的通道板，在没有半渗透层的情况下示出；
图5示出了根据图4的通道板的放大细节，在没有半渗透层的情况下示出；
图6以纵向截面图示出了根据图3的通道板；
图7以纵向截面图示出了根据图4的通道板；
图8示出了根据本发明的实施例的新鲜气体板形式的通道部分板，在没有半渗透层的情况下示出；
图9示出了根据图8的实施例的排放气体板形式的通道部分板；
图10示出了具有三个通道部分板的堆叠体，其形成新鲜气体通道和排放气体通道的通道对，在具有半渗透层的情况下示出；
图11示出了具有图10的三个通道部分板且没有半渗透层的堆叠体；
图12示出了具有图10的三个通道部分板的堆叠体的细节；
图13示出了图10的通道部分板的堆叠体的平面图，没有半渗透层，具有截面平面A-A；
图14示出了图13中的截面A-A的细节；
图15以示意图示出了根据本发明的实施例的特别是用于燃料电池系统的加湿装置的板堆叠体，其被组装好；
图16以等距视图示出了根据本发明的实施例的特别是用于燃料电池系统的加湿装置的板堆叠体；和
图17以等距视图示出了根据本发明的实施例的加湿装置。
具体实施方式
在附图中，相同或相同类型的部件用相同的附图标记来标识。附图仅示出示例并且不应被理解为限制性的。
图1以等轴视图示出了根据本发明的实施例的特别是用于燃料电池系统的加湿装置100的通道部分板11，其具有半渗透层30，而图2从相对侧示出了通道部分板11。
通道部分板11包括周向延伸框架14，其中，相对于纵向轴线L倾斜地延伸的腹板16布置在框架14的两个相对地定位的侧面之间，如图2中可以看到的那样。纵向轴线L垂直于堆叠方向40(由图中的箭头指示)延伸。通道板10(图3-7)可以由通道部分板11形成，并且可以按照预期沿堆叠方向40堆叠在彼此之上。通道部分板11的横截面可以是例如矩形。
在本文中，如图2中所示的实施例中那样，可以在通道部分板11的板平面28中设置至少两个区域，其中，腹板16相对于彼此相对于横向轴线Q镜像对称地布置。这关于制造原因可以是有利的。横向轴线Q垂直于堆叠方向40和纵向轴线L。
通道部分板11的一个平坦侧面由半渗透层30形成，另一平坦侧面由腹板16形成。
周向延伸框架14环绕用于半渗透层30(例如膜，特别是水分可渗透膜)的接收表面18。例如，半渗透层30可以粘合到接收表面18上。
在接收表面18处彼此相对地定位的至少两侧上，接收表面18分别包括边缘部分26，该边缘部分26被实施为高于其上布置有半渗透层30的接收表面18。
在接收表面18处彼此相对地定位的两个边缘部分26被实施为高于另外两个相对地定位的边缘部分24。
特别地，位于两侧的两个相对地定位的边缘部分26可沿堆叠方向40以突出长度34突出经过接收表面18。如图中可以看到的那样，半渗透层30定位得比边缘部分26更深，并且例如可以与边缘部分24齐平，其中边缘部分24上的中心间隔件25沿向上方向以突出长度34突出。以这种方式，当堆叠通道部分板11时可以形成流动通道。在本文中，边缘部分24的间隔件25彼此相互支撑。
通道部分板11的具有半渗透层30的那一侧形成通道板10的外侧(图3-7)。在其相对地定位的后侧，边缘部分24稍微高于边缘部分26并且具有平面构造。当两个通道部分板11被放置在彼此之上以形成通道板10(图3-7)时，被实施为平面的边缘部分24的后侧彼此接触。在本文中，两个通道板11中的一个围绕纵向轴线L旋转180°。
图3以等轴视图示出了根据本发明的实施例的特别是用于燃料电池系统的加湿装置100的通道板10，而在图4中，根据图3的通道板10在没有半渗透层30的情况下示出。图5示出了通道板10的放大细节。
通道板10包括沿堆叠方向40布置在彼此之上的两个通道部分板11，具有周向延伸框架14。两个通道部分板11放置在彼此之上，其中它们的腹板16彼此面对。两个通道部分板11的腹板16形成通道板10的内部44。半渗透层30形成通道板10的两个外侧42。
在本文中，至少一个通道板10包括沿纵向轴线旋转180°布置以便搁置在彼此之上的两个相同通道部分板11。由于通道部分板11沿纵向轴线L旋转180°的布置，通道板10中的腹板16布置成直接搁置在彼此之上。以这种方式，有利地在通道板10的内部44中形成交叉肋结构，对于例如排放气体64的流动引导作用，关于排放气体64的涡流并且因此将排放气体64的水分传输至干燥新鲜气体66(特别是供应空气)是有利的。特别有利的是，这种布置可以利用相同的通道部分板11来实现，使得对于通道板10的制造来说，仅需要用于制造一种通道部分板11的一种工具。
通道部分板11的相应周向延伸框架14环绕用于半渗透层30(例如水分可渗透膜)的接收表面18。特别地，在本文中，在接收表面18处的两个相对地定位的边缘部分26被配置为高于另外两个相对地定位的边缘部分24。沿纵向轴线L的方向延伸的两个相对地定位的边缘部分26在两侧沿堆叠方向40以突出长度34突出经过接收表面18，使得当通道板沿堆叠方向40堆叠在彼此之上时可以形成流动通道54。
倾斜地延伸的腹板16设置在相应框架14的两个相对地定位的侧面之间，其在图4中可以在移除半渗透层30的情况下看到，其中，沿堆叠方向40观察，堆叠在彼此之上的通道部分板11的腹板16彼此交叉。
通道板10包括流动通道52，流动通道52由放置在彼此之上的通道部分板11形成并且在通道板10的内部44中延伸。流动通道52可用于例如排放气体64。
当两个通道板10堆叠在彼此之上时，于是形成另一流动通道54，其垂直于第一流动通道52延伸并分别在放置在彼此之上的两个通道板10的半渗透层30之间延伸。另一流动通道54可用于例如燃料电池系统的新鲜气体66。
当沿堆叠方向40堆叠通道板10时，它们的边缘部分24(其中心间隔件(图1、图3)未详细标识)以及它们的边缘部分26(与边缘部分24相比升高)彼此接触。
在本文中，两个流动通道52、54的相应流入区域46L、46Q形成在图平面中的前方，而流出区域48L、48Q形成在图平面中的后方。一个流动通道52横向于纵向轴线L延伸，另一流动通道54沿纵向轴线L的方向延伸。
在图5的放大视图中，可以在由布置在彼此之上的两个通道部分板11形成的通道板10的内部44中看到以交叉布置方式布置的腹板16。
图6以纵向截面图示出了根据图3的通道板10，而在图7中通道板10在半渗透层30被移除的情况下示出。
通道部分板11的实施例被设计成使得倾斜地延伸的腹板16在流动区域中延伸。由于通道部分板11的镜像或180度旋转安装，集成实施在通道部分板11中的腹板16彼此相遇并由此彼此交叉。以这种方式在两个平面中产生的交叉肋结构导致流动通道52中的波状流动运动。腹板16可以将相应流体朝向半渗透层30引导，并且以这种方式，例如，改进了两组流动通道52、54之间的水分传输。由于对流动的这种有针对性的影响，可以实现更好的质量传输，特别是水分传输，并且由此提高加湿装置100的效率。
在截面图中，可以看到堆叠在彼此之上的两个通道部分板11的布置在彼此之上的相应交叉腹板16。
腹板16可以有利地彼此等距布置。然而，腹板16的角度、距离和宽度当然可以变化。腹板16的横截面可以构造为例如矩形、具有倒圆角边缘的矩形或圆形。有利地，例如，堆叠在彼此之上的通道部分板11的矩形腹板16可以彼此相互支撑，以承受负重在其上的半渗透层30的压力。然而，由于流体原因，可以在相对地定位的腹板16之间形成薄间隙。
有利地，通道板10可以由一对通道部分板11形成，沿堆叠方向40堆叠在彼此之上，用于形成板堆叠体50(图15、16)。替代地，通道部分板11也可以单独地堆叠在彼此之上并结合成堆叠体50(图15、16)。有利地，通道部分板11例如可以彼此粘合。
图8至图14示出了本发明的另一实施例，其中通道部分板11形成为新鲜气体板12和排放气体板13。
图8示出了新鲜气体板12形式的通道部分板11，在没有半渗透层30(图10)的情况下示出。图9示出了排放气体板13形式的通道部分板11。
新鲜气体板12形式的通道部分板11包括周向延伸框架14，其中，相对于纵向轴线L倾斜地延伸的腹板16布置在框架14的两个相对地定位的侧面之间。例如，腹板16从左下延伸至右上。
纵向轴线L垂直于图中箭头所指示的堆叠方向40延伸。通道板10(图3-7)可以由通道部分板11形成，按照预期，通道部分板11可以沿堆叠方向40堆叠在彼此之上。通道部分板11的横截面可以是例如矩形。通道部分板11的平坦侧由半渗透层30形成，另一平坦侧由腹板16形成。
腹板16具有沿腹板交替地实施为L形和U形的横截面。在L形横截面的情况下，支腿15(图14)成角度，使得其在组装时突出到邻近的流动通道中。在U形横截面的情况下，相对地定位在腹板16处的两个支腿15、17(图14)成角度，使得它们在组装时突出到邻近的流动通道中。在图8中，支腿15、17(图14)突出到绘图平面中。
周向延伸框架14环绕用于半渗透层30(例如膜，特别是水分可渗透膜)的接收表面18。例如，半渗透层30可以粘合到接收表面18上。
在相对地定位在接收表面18处的至少两侧上，用于半渗透膜30的接收表面18(图10)分别包括边缘部分26，该边缘部分26高于其上布置有半渗透层30的接收表面18。
相对地定位在接收表面18处的边缘部分26被实施为高于另外两个相对地定位的边缘部分24。
特别地，位于两侧的两个相对地定位的边缘部分26可以沿堆叠方向40以突出长度34突出经过接收表面18。间隔件25布置在边缘部分24处。以这种方式，当堆叠通道部分板11时，可以形成流动通道。在本文中，边缘部分24的间隔件25相互支撑在自身上。新鲜气体可以在由两个新鲜气体板12界定的流动通道中沿纵向轴线L的方向流动。
图9中所示的排放气体板13形式的通道部分板11包括腹板16，如新鲜气体板12那样，腹板16沿其纵向延伸部交替地包括L形和U形横截面。在图9中，L形横截面和U形横截面的支腿15、17(图14)突出到绘图平面之外。用于半渗透膜30的接收表面18(图10)布置在排放气体板13的背对观察者的那一侧上。
在图9中，排放气体板13处的腹板16从右下延伸到左上。排放气体可以在由两个半渗透层30界定的流动通道中沿横向轴线Q的方向流动。横向轴线Q垂直于堆叠方向40和纵向轴线L。
当新鲜气体板12和排放气体板13交替堆叠在彼此之上时，新鲜气体板12和排放气体板13的腹板16彼此交叉。在本文中，腹板16的支腿15、17在新鲜气体板12和排放气体板13的一侧上彼此相互支撑，而半渗透层30布置在新鲜气体板12和排放气体板13的相对地定位的那一侧处。在该侧上，定位腹板16中的位于接收表面18的平面内并支撑半渗透层30的腹板的后部。
图10示出了三个通道部分板11的堆叠体，其形成具有用于排放气体的流动通道52和用于新鲜气体的流动通道54的通道对，示出有半渗透层30。图11示出了具有图10的三个通道部分板11而没有半渗透层30的堆叠体。图12示出了具有图10的三个通道部分板11的堆叠体的细节。
如图中可以看出的那样，半渗透层30定位成低于边缘部分26，并且例如可以与边缘部分24齐平，其中，边缘部分24上的间隔件25沿向上方向以突出长度34突出。
如图12中的细节图中可以看出的那样，在图中从下到上，新鲜气体板12之后是排放气体板13，并且再次是新鲜气体板12。在下部新鲜气体板12和中心排放气体板13的相对地定位的半渗透层30之间，用于新鲜气体66的流动通道54从用于新鲜气体66的流入区域46L沿纵向轴线L延伸。两个通道部分板11的距离通过插入的格栅来稳定，此处未标识。中心排放气体板13和顶部新鲜气体板12通过它们的腹板16的支腿彼此相互支撑。排放气体64在此横向于纵向轴线L流动通过因此形成的流动通道52，朝向排放气体64的流出区域48Q。
顶部新鲜气体板12和中心排放气体板13在边缘部分24的区域中彼此粘合。
图13示出了图10的通道部分板11的堆叠体的平面图，在没有半渗透层的情况下示出，具有指示的截面平面A-A。图14显示了图13中的截面A-A的细节。
可以看到腹板16的L形和U形横截面的交替布置，一方面在一侧具有支腿15，另一方面在两侧具有成角度的支腿15、17。在该示例中，用于新鲜气体66的流动通道中没有插入格栅。
图15以等距视图示出了根据本发明的实施例的特别是用于燃料电池系统的加湿装置100的板堆叠体50，其被组装好，而完整的板堆叠体50在图16中示出。
根据本发明的加湿装置100包括在板堆叠体50中沿堆叠方向41依次跟随彼此的多个通道板10、20，如图3至7中所示。在板堆叠体50中，形成至少两组流动通道52、54，其由半渗透层30(特别是水分可渗透层30)隔开，并且相对于彼此横向延伸。在本文中，如图1和2中所示，通道板10、20包括沿堆叠方向40布置在彼此之上的两个通道部分板11，其具有周向延伸框架14。相对于纵向轴线L倾斜地延伸的腹板16布置在相应框架14的两个相对地定位的侧面之间，其中，当沿堆叠方向14观察时，部分板11的腹板16彼此交叉，如在图4、5和7中可以看到的那样。开口形成在相应框架14的两个相对地定位的侧面中，以便使杆58穿过通道板10、20，板堆叠体50中的通道板10、20可通过杆58固定在彼此之上。
如图6中可以看到的那样，第一类型的通道板10在两侧由设置在相应通道部分板11的外侧42上的相应半渗透层30封闭。在本文中，腹板16布置在相应通道部分板11的内侧44处。
相应通道部分板11包括用于半渗透层30的接收表面18。
第一组流动通道52布置在沿堆叠方向40依次跟随彼此的通道板10的半渗透层30的外侧42之间，并且第二组流动通道54布置在至少一个通道板10、20的内部44中在位于两侧的半渗透层30之间并且沿堆叠方向40由半渗透层30界定。
沿堆叠方向40，一组流动通道52交替地跟随另一组流动通道54。在本文中，一组流动通道54沿垂直于堆叠方向40定位的纵向轴线L延伸。
两组流动通道52、54彼此横向地延伸。特别地，具有半渗透层30的沿堆叠方向40依次跟随彼此的通道板10的外侧42之间的流动通道54可以形成为横向于纵向轴线L比沿流动通道52的纵向轴线L的宽度显著更窄，例如至多一半宽，其中流动通道52的最大宽度在通道板10的内部44中在位于两侧的其半渗透层30之间。在替代实施例中，单个流动通道52可分别形成在沿堆叠方向40依次跟随彼此的通道板10的外侧42之间。
除了流入或流出区域46L、46Q、48L、48Q之外，依次堆叠的通道板10彼此不透流体地连接。特别地，例如，通道板10在通道部分板11的框架14处被焊接在一起或粘合。
在替代实施例中，第二类型的通道板20可实施为没有半渗透层30。这种替代通道板20类似于如图2和4中的通道板。利用它，板堆叠体50可形成为：沿堆叠方向40，第一类型的通道板10与第二类型的通道板20交替布置，即具有半渗透层30的通道板10和没有半渗透层30的通道板20分别交替堆叠在彼此之上。以这种方式，除了由腹板16设置有肋的第一组流动通道52之外，还可以有利地形成第二组流动通道54，其也包括具有腹板16的肋结构，这有助于流动流体的附加涡流和增加湍流产生。
图17以等轴视图示出了根据本发明的实施例的加湿装置100。
在图17中，示出了加湿装置100的外部视图。加湿装置100包括壳体102，壳体102具有用于第一流体(例如，燃料电池的排放气体)的入口104和出口106，以及用于第二流体(例如，新鲜气体，特别是空气，作为燃料电池的反应介质)的入口108和出口110。在加湿装置100中，发生从第一流体到第二流体的水分传输。
在壳体102中，如图16中所示，布置长方体板堆叠体50，其中通道部分板11或通道板10沿堆叠方向40依次跟随彼此。板堆叠体50在其端面处由周向延伸密封件68抵靠壳体102密封。
第一流体，例如，特别是燃料电池的潮湿排放气体，穿过在图17中布置在壳体102的底部处的入口104进入壳体102，并流动通过穿过板堆叠体50的流动通道52(在图16中从前面进入绘图平面)，并释放水分。流动通道52从靠近入口104的板堆叠体50的外侧延伸到板堆叠体50中，并且通过在图17中布置在壳体102的底部处的出口106从壳体102离开。
第二流体，例如新鲜气体，特别是干燥空气，特别是用于燃料电池，穿过在图17中横向布置在壳体前部的入口108进入壳体102，并流动通过穿过板堆叠体50的流动通道54(在图16中从左到右)并吸收水分。流动通道54从入口108附近的板堆叠体50的外侧延伸到板堆叠体50中，并通过在图17中布置在壳体102的后部的出口110从壳体102离开。
两组流动通道52、54以交叉流动布置设置，即流动通道52、54的方向彼此倾斜地或垂直地布置。
附图标记列表
10 通道板
11 通道部分板
12 新鲜气体板
13 排放气体板
14 框架
16 腹板
18 接收表面
20 通道板
24 边缘部分
25 间隔件
26 边缘部分
28 板平面
30 半渗透层
34 突出长度
40 堆叠方向
42 外侧
44 内部
46L、46Q 流入区域
48L、48Q 流出区域
50 板堆叠体
52 流动通道
54 流动通道
58 杆
64 排放气体
66 新鲜气体
68 密封件
100 加湿装置
102 壳体
104 入口，第一流体排放气体
106 出口，第一流体
108 入口，第二流体新鲜气体
110 出口，第二流体
L 纵向轴线
Q 横向轴线

Claims (19)

1.一种特别是用于燃料电池系统的加湿装置(100)，具有在板堆叠体(50)中沿堆叠方向(40)依次跟随彼此的多个通道板(10、20)，其中：
至少一个通道板(10、20)包括沿堆叠方向(40)布置在彼此之上的两个通道部分板(11)，具有周向延伸框架(14)，其中，相对于通道板(10、20)的纵向轴线(L)倾斜地延伸的腹板(16)布置在相应框架(14)的两个相对地定位的侧面之间，
在板堆叠体(50)中形成通过半渗透层(30)、特别是水分可渗透层(30)隔开的至少两组流动通道(52、54)，其中，沿堆叠方向(40)依次跟随彼此，一组流动通道(52)交替地跟随另一组流动通道(54)，其中，一组流动通道(54)沿垂直于堆叠方向(40)定位的纵向轴线(L)延伸；
其中，沿堆叠方向(40)观察，通道部分板(11)的腹板(16)彼此交叉。
2.根据权利要求1所述的加湿装置，其中，所述至少一个通道板(10、20)包括两个相同的通道部分板(11)，所述两个相同的通道部分板(11)沿纵向轴线(L)旋转180°布置，以便搁置在彼此之上。
3.根据权利要求1或2所述的加湿装置，其中，所述通道部分板(11)在板平面(28)中包括至少两个区域，在所述至少两个区域中，所述腹板(16)彼此镜像对称地布置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其中，第一类型的通道板(10)在两侧由相应半渗透层(30)封闭，所述半渗透层形成相应通道部分板(11)的外侧(42)，且其中，腹板(16)布置在相应通道部分板(11)的内部(44)中在半渗透层(30)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其中，所述腹板(16)包括至少部分地为L形或U形横截面，其中，在L形横截面的情况下，相应腹板(16)包括突出到邻近的流动通道(52)中的成角度的支腿，并且其中，在U形横截面的情况下，腹板(16)包括相对地定位在腹板(16)处并突出到邻近的流动通道(52)中的两个成角度的支腿(15、17)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其中，所述通道部分板(11)中的一个的所述腹板(16)中的至少一个包括至少部分地为L形并且至少部分地为U形的横截面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其特征在于，所述通道部分板(11)包括至少一个新鲜气体板(12)和至少一个排放气体板(13)，它们的腹板(16)在横截面中至少部分地被不同地设计，
特别地，其中，至少一个新鲜气体板(12)包括具有至少部分地为L形横截面的腹板(16)，其中，相应腹板(16)的成角度的支腿(15)突出到邻近的流动通道(52)中，和/或
特别地，其中，至少一个排放气体板(13)包括具有至少部分地为U形横截面的腹板(16)，其中，相对地定位在腹板(16)处的两个成角度的支腿(15、17)突出到邻近的流动通道(52)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其特征在于，第一组流动通道(52)布置在沿堆叠方向(40)依次跟随彼此的两个通道板(10)的外侧(42)之间，第二组流动通道(54)布置在至少一个通道板(10、20)的内部(44)内在位于两侧的半渗透层(30)之间并沿堆叠方向(40)由半渗透层(30)界定。
9.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其中，相应通道部分板(11)包括用于半渗透层(30)的接收表面(18)，其中，所述接收表面(18)在接收表面(18)处的至少两个相对地定位的侧面上分别包括边缘部分(26)，该边缘部分(26)高于其上布置有半渗透层(30)的接收表面(18)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其中，两组流动通道(52、54)彼此倾斜地或横向地延伸，特别地，其中，所述流动通道(54)在具有半渗透层(30)的沿堆叠方向(40)依次跟随彼此的通道板(10)的外侧(42)之间被实施为横向于纵向轴线(L)比沿流动通道(52)的纵向轴线(L)的宽度显著更窄，特别是至多一半宽，其中流动通道(52)的最大宽度位于流动通道板(10)的内部(44)在位于两侧的其半渗透层(30)之间，特别地，其中，单个流动通道(52)分别在沿堆叠方向(40)依次跟随彼此的通道板(10)的外侧(42)之间形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其中，除了流入或流出区域(46L、46Q、48L、48Q)之外，所述通道板(10)彼此不透流体地连接，特别地，在通道部分板(11)的框架(14)处彼此连接，特别是彼此焊接或粘合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其中，第二类型的通道板(20)被实施为没有半渗透层(30)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置，其中，所述第一类型的通道板(10)与所述第二类型的通道板(20)沿堆叠方向(40)交替布置。
14.一种设计用于根据前述权利要求中任一项所述的加湿装置(100)的通道部分板(11)，包括周向延伸框架(14)，其中，相对于纵向轴线(L)倾斜地延伸的腹板(16)布置在框架(14)的两个相对地定位的侧面之间。
15.根据权利要求14所述的通道部分板，其中，在板平面(28)中设置有至少两个区域，在所述至少两个区域中，所述腹板(16)彼此镜像对称地布置。
16.根据权利要求14或15所述的通道部分板，其中，所述周向延伸框架(14)环绕用于半渗透层(30)的接收表面(18)，特别地，其中，在所述接收表面(18)处的两个相对地定位的边缘部分(26)被实施为高于另外两个相对地定位的边缘部分(24)，特别地，其中，位于两侧的两个相对地定位的边缘部分(26)沿堆叠方向(40)以突出长度(34)突出经过接收表面(18)。
17.一种设计用于根据权利要求1至13中任一项所述的加湿装置(100)的通道板(10、20)，具有沿堆叠方向(40)布置在彼此之上的两个通道部分板(11)，具有周向延伸框架(14)，其中，相对于纵向轴线(L)倾斜地延伸的腹板(16)设置在相应框架(14)的两个相对地定位的侧面之间，其中，沿堆叠方向(40)观察，通道部分板(11)的腹板(16)彼此交叉。
18.根据权利要求17所述的通道板，包括两个相同通道部分板(11)，所述两个相同通道部分板(11)沿纵向轴线(L)旋转180°，并且布置成搁置在彼此之上。
19.根据权利要求17或18所述的通道板，其中，所述通道部分板(11)的相应周向延伸框架(14)环绕用于半渗透层(30)的接收表面(18)，特别地，其中，在接收表面(18)处的两个相对地定位的边缘部分(26)被实施为高于另外两个相对地定位的边缘部分(24)，特别地，其中，位于两侧的两个相对地定位的边缘部分(26)沿堆叠方向(40)以突出长度(34)突出经过接收表面(18)。
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