DE102008006793A1

DE102008006793A1 - humidifier

Info

Publication number: DE102008006793A1
Application number: DE102008006793A
Authority: DE
Inventors: Klaus Leister; Harald Dr. Ehrentraut
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2009-08-06
Also published as: WO2009095201A1

Abstract

Befeuchter (1), umfassend ein Gehäuse (2) mit Einströmöffnungen (3) für Zuluftströme und Ausströmöffnungen (4) für Abluftströme sowie zumindest ein Befeuchtermodul (5), welches in dem Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei das Befeuchtermodul (5) so ausgebildet ist, dass sich zumindest zwei Anströmflächen (6, 7) für einen Zuluftstrom ergeben, wobei die Anströmflächen (6, 7) zueinander geneigt sind.A humidifier (1), comprising a housing (2) with inflow openings (3) for supply air streams and outflow openings (4) for exhaust air streams and at least one humidifier module (5) arranged in the housing (2), the humidifier module (5) being such is formed, that at least two inflow surfaces (6, 7) for a supply air flow, wherein the inflow surfaces (6, 7) are inclined to each other.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Befeuchter, umfassend ein Gehäuse mit Einströmöffnungen für Zuluftströme und Ausströmöffnungen für Abluftströme sowie zumindest ein Befeuchtermodul, welches in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Befeuchtermodul so ausgebildet ist, dass sich zumindest zwei Anströmflächen für einen Zuluftstrom ergeben.The The invention relates to a humidifier comprising a housing with inflow openings for supply air flows and outflow openings for exhaust air streams as well at least one humidifier module, which is arranged in the housing is, wherein the humidifier module is formed so that at least Two inflow surfaces for one supply air flow result.

Stand der TechnikState of the art

Ein derartiger Befeuchter ist aus der DE 102 44 707 A1 bekannt. Der dort beschriebene Befeuchter wird vorwiegend in Brennstoffzellen eingesetzt. Eine befeuchtete Zuluft ist insbesondere bei Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) Brennstoffzellen erforderlich, da die Stromerzeugungseffizienz in der Elektrolytmembran sinkt, wenn die Elektrolytmembran austrocknet. In dem Befeuchter wird in den Befeuchtermodulen das zur Befeuchtung der Zuluft erforderliche Wasser der Abluft der Brennstoffzelle entnommen. Dadurch ergibt sich ein Kreislauf des Wassers, so dass das Nachfüllen von Wasser entfallen kann, was insbesondere für mobile Anwendungen vorteilhaft ist. Bei dem vorbekannten Befeuchter werden mehrere Befeuchtermodule beabstandet zueinander angeordnet, so dass sich zwischen diesen Befeuchtermodulen ein freier Raum ergibt. In diesem freien Raum, der durch Anströmflächen der angrenzenden Befeuchtermodule begrenzt ist, verteilt sich ein Luftstrom und strömt durch über die Anströmflächen in die Befeuchtermodule. Der Aufbau ähnelt dem eines Plattenwärmetauschers.Such a humidifier is from the DE 102 44 707 A1 known. The humidifier described there is mainly used in fuel cells. A humidified supply air is required in particular in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells, since the power generation efficiency in the electrolyte membrane decreases when the electrolyte membrane dries out. In the humidifier, the water required for humidifying the supply air is taken from the exhaust air of the fuel cell in the humidifier modules. This results in a cycle of water, so that the refilling of water can be omitted, which is particularly advantageous for mobile applications. In the prior art humidifier, a plurality of humidifier modules are spaced apart from each other so that there is free space between these humidifier modules. In this free space, which is delimited by inflow surfaces of the adjacent humidifier modules, an air flow is distributed and flows through the inflow surfaces into the humidifier modules. The structure is similar to that of a plate heat exchanger.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorbekannten Befeuchter so weiter zu entwickeln, dass sich der Druckverlust des in den Raum eindringenden Luftstroms vergleichmäßigt.Of the Invention is based on the object, the prior art humidifier to develop so that the pressure loss of the penetrating into the room Air flow evened.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.These The object is achieved with the features of claim 1. On advantageous embodiments take the dependent claims Reference.

Zur Lösung der Aufgabe sind die Anströmflächen zueinander geneigt. Dadurch variiert die Querschnittsfläche die von dem Luftstrom durchströmt wird. Die Neigung der Anströmflächen wird erfindungsgemäß so eingestellt, dass sich die größte Querschnittfläche an der Einströmöffnung ergibt und sich die Querschnittsfläche danach stetig verkleinert. Dadurch ergibt sich ein besonders günstiger Verlauf des Druckverlustes, da in dem Bereich mit dem größten Volumenstrom, nämlich an der Einströmöffnung die größte durchströmbare Querschnittsfläche ergibt. Nach Einstritt der Zuluft teilt sich der Volumenstrom der Zuluft auf, wobei ein Teil des Volumenstroms über die beiden Anströmflächen in die Befeuchtermodule eindringt. Dadurch verringert sich der in dem durch die Anströmflächen begrenzten Raum verbleibende Volumenstrom. Da sich aber gleichzeitig die Querschnittsfläche verringert, bleibt der Druckverlust im Wesentlichen konstant. Das führt dazu, dass der Volumenstrom über die gesamte Anströmfläche gleichmäßig in das zumindest eine Befeuchtermodul eindringt und so dass das Befeuchtermodul gleichmäßig durchströmt wird und die zur Verfügung stehende Austauscherfläche vollständig genutzt wird. In einen Befeuchter werden zwei Zuluftströme eingebracht. Ein erster Zuluftstrom ist ein feuchter Zuluftstrom und ein weiterer Zuluftstrom ist der zu befeuchtender Zuluftstrom. Bei dem erfindungsgemäßen Befeuchter erfolgt der Austausch der Feuchtigkeit über eine Membran, die in dem Befeuchtermodul angeordnet ist. Dazu kann das Befeuchtermodul eine Vielzahl von Hohlfasern umfassen. Zum Stoffaustausch wird dann ein Zuluftstrom außerhalb der Hohlfasern geführt und umströmt diese und der andere Zuluftstrom wird durch die Hohlfasern hindurch geführt. Meist umströmt die feuchte Zuluft die Hohlfasern und die zu befeuchtende Zuluft durchströmt die Hohlfasern. Daraus ergibt sich, dass die feuchte Zuluft über die Anströmflächen dem Befeuchtermodul zugeführt wird, in das Befeuchtermodul eindringt und hier die Hohlfasern umströmt. Aufgrund des sich verringernden Querschnitts dringt in jedem Flächenstück der Anströmflächen ein vergleichbarer Volumenstrom in das Befeuchtermodul ein. In anderen Ausführungen kann auch die zu befeuchtende Zuluft über die Anströmflächen dem Befeuchtermodul zuführbar sein.to The solution to the problem is the flow surfaces inclined to each other. As a result, the cross-sectional area varies which is flowed through by the air flow. The inclination of the Anströmflächen is inventively so set that is the largest cross-sectional area at the inflow opening results and the cross-sectional area then steadily reduced. This results in a particularly favorable Course of pressure loss, as in the area with the largest Volume flow, namely at the inlet opening the largest flowable cross-sectional area results. After entering the supply air, the volume flow of the Supply air, wherein a part of the volume flow over the two Inflow surfaces penetrates into the humidifier modules. This reduces the in the by the inflow areas limited space remaining volume flow. But at the same time reduces the cross-sectional area, the pressure loss remains essentially constant. This causes the volume flow over the entire flow area evenly into which at least one humidifier module penetrates and so that the The humidifier module flows through evenly and the available exchanger surface is complete is being used. In a humidifier are two supply air streams brought in. A first supply air flow is a moist supply air flow and another supply air is the supply air to be humidified. In the humidifier according to the invention, the Replacing the moisture across a membrane in the Humidifier module is arranged. For this purpose, the humidifier module a Variety of hollow fibers include. For mass transfer then a Supply air flow out of the hollow fibers and flows around this and the other supply air flow is through the Hollow fibers passed. Mostly it flows around moist supply air flows through the hollow fibers and the supply air to be humidified the hollow fibers. It follows that the moist supply air over the inflow surfaces are fed to the humidifier module, penetrates into the humidifier and here flows around the hollow fibers. Due to the decreasing cross section penetrates in each surface piece the flow surfaces a comparable volume flow into the humidifier module. In other versions can also the supply air to be humidified via the inflow surfaces be fed to the humidifier module.

Das Befeuchtermodul kann V-förmig ausgebildet sein. In dieser Ausgestaltung ist in dem Gehäuse nur ein einziges Befeuchtermodul vorgesehen, welches so ausgestaltet ist, dass sich innerhalb des Befeuchtermoduls zwei Anströmflächen ergeben. Die Ober- und Unterseite des Befeuchtermoduls sind dann entsprechend die Ausströmflächen. Vorteilhafterweise ist das Befeuchtermodul mittig geteilt, wobei sich zwei Befeuchtermodulteile mit im Wesentlichen gleicher Dicke ergeben. Diese werden dann gleichmäßig von der Zuluft durchströmt. Der Querschnitt des zwischen den Befeuchtermodulteilen ausgebildeten Raums verringert sich von einem Maximalwert im Bereich der Einströmöffnung und kann sich bis auf Null verkleinern, wenn sich die Befeuchtermodulteile an einer Stirnseite treffen. Vorzugsweise ist das Befeuchtermodul rechteckig ausgebildet. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung vergrößert sich die Anströmfläche erheblich. Mit der vergrößerten Anströmfläche geht auch eine vergrößerte Austauscherfläche einher, was wiederum zu einem vergrößerten Austauschgradienten führt. Das bedeutet, dass das Befeuchtermodul bei gleicher Dicke eine größere Befeuchterleistung aufweist.The Humidifier module can be V-shaped. In this Embodiment is in the housing only a single humidifier module provided, which is designed so that within the humidifier module result in two inflow areas. The top and bottom the humidifier module are then corresponding to the Ausströmflächen. Advantageously, the humidifier module is divided in the middle, wherein two humidifier module parts result in substantially the same thickness. These are then flowed through evenly by the supply air. The cross section of the formed between the humidifier module parts Raums decreases from a maximum value in the region of the inflow opening and can downsize to zero when the humidifier module parts are on meet a front page. Preferably, the humidifier module is rectangular educated. In the embodiment according to the invention increases the inflow area considerably. With the enlarged inflow area also goes an enlarged exchange surface which in turn leads to an increased exchange gradient leads. This means that the humidifier module at the same Thickness has a greater humidifier performance.

Es können zwei Befeuchtermodule vorgesehen sein, die V-förmig zueinander angeordnet sind. Diese werden analog zu dem oben beschriebenen einzigen Befeuchtermodul ausgebildet und angeordnet. Es ist auch denkbar, mehrere Befeuchtermodule nach Art eines plissierten Filters zickzackförmig anzuordnen.It Two humidifier modules can be provided, which are V-shaped are arranged to each other. These become analogous to the single described above Humidifier module designed and arranged. It is also conceivable several humidifier modules like a pleated filter zigzag to arrange.

Das Befeuchtermodul kann Hohlfasern umfassen. Hohlfasern sind wasserdampfdurchlässige Fasern, bei denen ein Stoffaustausch zwischen dem durch die Fasern hindurch strömenden Volumenstrom und die Fasern umströmenden Volumenstrom erfolgt. In einem Befeuchtermodul werden eine Vielzahl von Hohlfasern angeordnet und meist an den Stirnseiten durch eine Vergussmasse miteinander verbunden, die gleichzeitig verhindert, dass sich die beiden Volumenströme unmittelbar treffen.The Humidifier module may comprise hollow fibers. Hollow fibers are water vapor permeable fibers, where there is a mass transfer between through the fibers flowing volume flow and the fibers flowing around Volume flow takes place. In a humidifier module are a variety arranged by hollow fibers and usually on the front sides by a Potting compound connected together, which simultaneously prevents that the two volume flows meet directly.

Die Hohlfasern können in Richtung der Neigung oder Quer zur Neigung der Anströmflächen des Befeuchtermoduls angeordnet sein. Bei der ersten Lösung ergibt sich je nach Strömungsrichtung ein Stoffaustausch im Gleich- oder Gegenstrom. Bei der zweiten Lösung ergibt sich ein Stoffaustausch im Kreuzstrom. Bei der zweiten Lösung werden also der feuchte Zuluftstrom und der zu befeuchtende Zuluftstrom im Kreuzstrom geführt. Bei dieser Ausgestaltung ist vorteilhaft, dass die Einströmöffnungen der beiden Zuluftströme orthogonal zueinander angeordnet sind und daher die Anschlüsse besonders einfach herstellbar sind und auch die Luftführung gestaltet sich vorteilhaft, da sich die Luftströme vor dem Befeuchtermodul nicht treffen oder durchdringen.The Hollow fibers may be in the direction of inclination or transverse to Inclination of the inflow surfaces of the humidifier module be arranged. At the first solution arises depending on Flow direction a mass transfer in cocurrent or countercurrent. In the second solution results in a mass transfer in the cross flow. In the second solution, so the moist supply air and the supply air flow to be humidified in cross flow. In this embodiment, it is advantageous that the inflow openings the two supply air flows arranged orthogonal to each other are and therefore the connections particularly easy to produce are and also the air duct is advantageous, since the air streams do not meet in front of the humidifier module or penetrate.

In dem Gehäuse können Rippen angeordnet sein. Insbesondere bei flach ausgebildeten und rechteckigen Befeuchtermodulen ergibt sich ein ebenfalls flach ausgebildetes Gehäuse. In dem Gehäuse angeordnete Rippen stabilisieren das Gehäuse und können gleichzeitig so ausgestaltet sein, dass sie als Strömungsführung fungieren.In The housing may be arranged ribs. Especially results in flat and rectangular humidifier modules itself a likewise flat trained housing. By doing Housing arranged ribs stabilize the housing and at the same time they can be designed to be act as a flow guide.

Das zumindest eine Befeuchtermodul kann sich an den Rippen abstützen. Dabei stützt sich das Befeuchtermodul mit seinen Außenflächen an den Rippen ab. Analog zu dem sich verringernden Querschnitt des durch die Anströmflächen gebildeten Raums ergibt sich auf der Ausströmseite, also den Außenflächen des Befeuchtermoduls ein sich vergrößernder Querschnitt des durch die Außenflächen und dem Gehäuse gebildeten Raums. Dies verbessert nochmals die Strömungsverhältnisse, da an dem dem Eintritt der Zuluft entsprechenden Austritt nur ein geringer Volumenstrom durch das Befeuchtermodul hindurch tritt und an dem anderen Ende der gesamte Volumenstrom durch das Befeuchtermoduls hindurch geführt wurde. An dieser Stelle ist der Querschnitt auf der Ausströmseite am größten. Die Strömungsverhältnisse sind dabei bei einem Gehäuse mit rechteckigem Querschnitt am besten. Im Querschnitt betrachtet, sind dabei die Befeuchtermodule oder -teile an einer Schmalseite mittig angeordnet und an der gegenüber liegenden Schmalseite außen angeordnet, so dass sich ein V-förmiger Querschnitt des Befeuchtermoduls ergibt.The at least one humidifier module can be supported on the ribs. The humidifier module is supported by its outer surfaces from the ribs. Analogous to the decreasing cross section of the results from the flow surfaces formed space on the outflow side, ie the outer surfaces the humidifier module is an increasing cross-section by the outer surfaces and the housing formed space. This again improves the flow conditions, because at the entrance of the supply air corresponding exit only a small Flow through the humidifier module passes through and on the other end of the total flow through the humidifier module was passed through. At this point is the cross section largest on the outflow side. The Flow conditions are in a case with rectangular cross section best. Seen in cross-section, are the humidifier modules or parts on a narrow side arranged centrally and on the opposite narrow side arranged outside, leaving a V-shaped Cross section of the humidifier results.

Den Einströmöffnungen und den Ausströmöffnungen können Sammler zugeordnet sein. Die Sammler an den Einströmöffnungen führen zu einer Vergleichmäßigung der Strömung, so dass über den gesamten Querschnitt ein vergleichbarer Volumenstrom eintritt. Die Sammler an den Ausströmöffnungen führen zu einer Vergleichmäßigung der austretenden Strömung, so dass die Abluft über den gesamten Querschnitt austreten kann.The Inlet openings and the outflow openings can be assigned to collectors. The collectors at the inlet openings lead to a homogenization of the Flow, so over the entire cross-section a comparable volume flow occurs. The collectors at the outflow openings lead to a homogenization of the exiting flow, so that the exhaust air over can escape the entire cross section.

Ein derartiger Befeuchter eignet sich insbesondere zur Befeuchtung der Brennstoffzellenzuluft einer PEM-Brennstoffzelle, die insbesondere im automobilen Bereich Anwendung findet.One Such humidifier is particularly suitable for moistening the Fuel cells supply a PEM fuel cell, in particular used in the automotive sector.

Der große Querschnitt im Bereich der Einströmöffnung eignet sich insbesondere zur Integration eines Filters, beispielsweise eines Partikelfilters oder eines chemischen Filters oder einer Kombination aus beidem. Der große Querschnitt ermöglicht den Einsatz eines großflächigen Filters, der einen geringen Druckverlust und eine hohe Filterleistung aufweist. Dieser Filter kann zwischen Sammler und Einströmöffnung angeordnet oder vor dem Sammler angeordnet sein. Es ist auch denkbar, den Filter auf der Anströmfläche des zumindest einen Befeuchtermoduls anzuordnen. Der Filter kann dabei als Filtermatte oder als Faltenfilter ausgebildet sein und einen chemischen und physikalischen Filterabschnitt umfassen. Ein derartiger Filter umfasst beispielsweise ein Elektretfiltermaterial sowie eine Filterlage mit Aktivkohle. Eine Brennstoffzelle kann im Betrieb Stoffe emittieren, die über die feuchte Zuluft in den Befeuchter gelangen kann. Diese Stoffe können die Lebensdauer des Befeuchters, insbesondere der Membran beeinträchtigen. Es ist also insbesondere vorteilhaft, wenn die aus der Brennstoffzelle dem Befeuchter zugeführte feuchte Zuluft durch einen Filter geleitet wird, um die schädigenden Stoffe zurück zu halten. Durch die Integration des Filters in den Befeuchter ergibt sich eine besonders Platz sparende Bauweise. Des Weiteren wirkt der Filter aufgrund der direkt zum Befeuchtermodul benachbarten Anordnung als Diffusor und bewirkt damit eine Homogenisierung der Zuluft und eine gleichmäßige Durchströmung des Befeuchtermoduls. Dies ist insbesondere bei Befeuchtern vorteilhaft, die aufgrund ihrer Bauart einen geringen Druckverlust aufweisen, was im Teillastbetrieb zu einer ungleichmäßigen Durchströmung des Befeuchtermoduls führen kann. Durch diese ungleichmäßige Durchströmung sinkt die Befeuchterleistung des Befeuchtermoduls. Der vorgeschaltete Filter bewirkt insbesondere im Teillastbetrieb einen erhöhten Druckverlust, was zu einer verbesserten Anströmung der Anströmflächen des Befeuchtermoduls führt. Die Anordnung des Filters ist nicht nur auf die Anordnung des Befeuchtermoduls mit geneigten Anströmflächen eingeschränkt. Es ist auch denkbar, einen derartigen Filter einem beliebigen Befeuchtermodul vorzuschalten. Das kann beispielsweise als ein rechteckiges oder auch rundes Befeuchtermodul ausgebildet sein und nur einer oder auch mehreren Anströmflächen umfassen. Wesentlich ist, dass der Filter einer Anströmfläche zugeordnet ist und unmittelbar benachbart zu dieser angeordnet ist. Damit tritt die zuvor beschriebene vorteilhafte Wirkung des Filters auch bei diesen Befeuchtermodulen auf.The large cross section in the region of the inflow opening is particularly suitable for the integration of a filter, for example a particle filter or a chemical filter or a combination of both. The large cross-section allows the use of a large-area filter, which has a low pressure loss and a high filter performance. This filter can be arranged between the collector and inlet opening or arranged in front of the collector. It is also conceivable to arrange the filter on the inflow surface of the at least one humidifier module. The filter can be designed as a filter mat or as a pleated filter and comprise a chemical and physical filter section. Such a filter comprises, for example, an electret filter material and a filter layer with activated carbon. During operation, a fuel cell can emit substances that can reach the humidifier via the moist supply air. These substances can affect the life of the humidifier, in particular the membrane. It is thus particularly advantageous if the moist supply air supplied to the humidifier from the fuel cell is passed through a filter in order to retain the harmful substances. The integration of the filter in the humidifier results in a particularly space-saving design. Furthermore, due to the arrangement directly adjacent to the humidifier module, the filter acts as a diffuser and thus causes a homogenization of the supply air and a uniform flow through the humidifier module. This is particularly advantageous in humidifiers, which have a low pressure loss due to their design, which may result in partial load operation to a non-uniform flow through the humidifier. This non-uniform flow reduces the humidifier performance of the humidifier module. The upstream filter causes an increased especially in partial load operation Pressure loss, which leads to an improved flow of the inflow surfaces of the humidifier module. The arrangement of the filter is not limited only to the arrangement of the moistening module with inclined inflow surfaces. It is also conceivable to connect such a filter to any desired humidifier module. This can be designed, for example, as a rectangular or even round humidifier module and comprise only one or more inflow surfaces. It is essential that the filter is associated with an inflow surface and is arranged directly adjacent to this. Thus, the advantageous effect of the filter described above also occurs in these humidifier modules.

Zur besseren Ausnutzung der Austauscherfläche ist es vorteilhaft, wenn sich insbesondere bei Teillast der Staudruck vor der Anströmfläche erhöht und dadurch eine bessere Verteilung der Zuluft über die Anströmfläche erfolgt. Es ist auch denkbar, dass dem Befeuchtermodul eine Einrichtung vorgeschaltet ist, die eine dynamische Einstellung des Staudrucks bewirkt. Eine derartige Einrichtung kann einen Aktuator umfassen, der den Staudruck der Einrichtung in Abhängigkeit von dem Lastverhalten des Befeuchters einstellt. Dazu ist der Aktuator mit zumindest einem Messfühler verbunden. Vorteilhafterweise erfolgt die Einstellung des Staudrucks durch ein selbstregulierendes System. Dazu kann die Einrichtung beispielsweise einen Speicher in Form einer Feder umfassen. Die Feder bewirkt eine Einstellung der Einrichtung in unbelastetem Zustand. Je nach an der Einrichtung anstehendem Staudruck erfolgt dann eine Verstellung der Einrichtung, so dass bei jedem Lastfall eine optimale Anströmung des Befeuchtermoduls gewährleistet ist. Die Steuerung des Staudrucks kann durch eine Vielzahl von federbelasteten Klappen erfolgen. Diese können an einem Träger angeordnet sein und durch Filmscharniere mit diesem verbunden sein, wobei die Filmscharniere gleichzeitig die Federfunktion übernehmen können. In anderen Ausgestaltungen kann die Einrichtung eine verstellbare Lochplatte umfassen, wobei die Regulierung des Staudrucks durch Änderung der Lochplattengeometrie erfolgt. Die Einrichtung kann Teil des Filters sein, beispielsweise kann die Einrichtung Teil der Stützeinrichtung sein, die den Filter in dem Befeuchter positioniert. Bei dieser Ausgestaltung ist die Einrichtung auf der Zuluftseite des Befeuchtermoduls angeordnet. Es ist aber auch denkbar, die Einrichtung auf der Abluftseite anzuordnen.to better utilization of the exchange surface, it is advantageous if, in particular at partial load, the dynamic pressure upstream of the inflow surface increases and thereby a better distribution of supply air over the Inflow occurs. It is also conceivable that the Humidifier module is preceded by a device that a dynamic Setting the dynamic pressure causes. Such a device can comprise an actuator, the back pressure of the device in dependence of the load behavior of the humidifier. This is the actuator connected to at least one sensor. advantageously, the back pressure is adjusted by a self-regulating System. For this purpose, the device may, for example, a memory in the form of a spring. The spring causes a setting the device in unloaded condition. Depending on the device pending dynamic pressure is then an adjustment of the device, so that with each load case an optimal flow of the Humidifier module is guaranteed. The control of the dynamic pressure can be done by a variety of spring-loaded flaps. These can be arranged on a support and through Film hinges connected to this, with the film hinges can simultaneously take over the spring function. In other embodiments, the device may be an adjustable one Perforated plate, wherein the regulation of the dynamic pressure by changing the perforated plate geometry is done. The device can be part of the filter For example, the device may be part of the support device which positions the filter in the humidifier. At this Embodiment, the device is arranged on the supply side of the humidifier module. But it is also conceivable to arrange the device on the exhaust side.

Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Befeuchters werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch:Some Embodiments of the invention Humidifiers will be described below with reference to the figures explained. These show, in each case schematically:

1 einen Befeuchter im Querschnitt; 1 a humidifier in cross section;

2 den Befeuchter gemäß 1 in der Draufsicht; 2 according to the humidifier 1 in the plan view;

3 einen Befeuchter mit mehreren Befeuchtermodulen; 3 a humidifier with several humidifier modules;

4 einen Befeuchter gemäß 1 mit integriertem Filter; 4 a humidifier according to 1 with integrated filter;

5 eine Befeuchter mit integriertem Filter; 5 a humidifier with integrated filter;

6 den Befeuchter gemäß 1 in räumlicher Darstellung; 6 according to the humidifier 1 in spatial representation;

7 einen Befeuchter mit integriertem Filter; 7 a humidifier with integrated filter;

8 eine Einrichtung zur Strömungsregulierung; 8th a device for flow regulation;

9 eine weitere Einrichtung zur Strömungsregulierung. 9 another device for flow regulation.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

1 zeigt einen Befeuchter 1 mit einem im Querschnitt flach und rechteckig ausgebildeten Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 weist zwei Einströmöffnungen 3 für Zuluftströme und zwei Ausströmöffnungen 4 für Abluftströme auf sowie zumindest zwei Befeuchtermodul 5, die in dem Gehäuse 2 angeordnet sind. Ein Zuluftstrom ist ein feuchter Zuluftstrom und ein weiterer Zuluftstrom ist ein zu befeuchtender Zuluftstrom. Bei einem Einsatz als Befeuchter 1 für eine Brennstoffzelle ist der feuchte Zuluftstrom die Brennstoffzellenabluft und der zu befeuchtende Zuluftstrom ist die Brennstoffzellenzuluft. Die Befeuchtermodule 5 sind so in dem Gehäuse 2 angeordnet, dass sich zwei Anströmflächen 6, 7 für einen Zuluftstrom ergeben. Dabei sind die Befeuchtermodule 5 V-förmig zueinander angeordnet, wodurch die Anströmflächen 6, 7 zueinander geneigt sind. In dem Befeuchtermodul 5 sind Hohlfasern 8 angeordnet, wobei ein Luftstrom durch die Hohlfasern 8 strömt und der andere Luftstrom die Hohlfasern 8 umströmt. Die Hohlfasern 8 sind orthogonal zur Strömungsrichtung des umströmenden Luftstroms ausgerichtet, so dass sich über die Hohlfasern 8 ein Stoffaustausch im Kreuzstrom ergibt. An den Einströmöffnungen 3 und den Ausströmöffnungen 4 sind Sammler 10 zugeordnet. 1 shows a humidifier 1 with a flat and rectangular in cross-section housing 2 , The housing 2 has two inlet openings 3 for supply air flows and two outflow openings 4 for exhaust air flows and at least two humidifier module 5 in the case 2 are arranged. One supply air flow is a moist supply air flow and another supply air flow is a supply air flow to be humidified. When used as a humidifier 1 for a fuel cell, the moist supply air stream is the fuel cell exhaust air and the supply air flow to be humidified is the fuel cell air. The humidifier modules 5 are so in the case 2 arranged that has two inflow surfaces 6 . 7 for a supply air flow. Here are the humidifier modules 5 V-shaped arranged to each other, whereby the flow surfaces 6 . 7 are inclined to each other. In the humidifier module 5 are hollow fibers 8th arranged, with an air flow through the hollow fibers 8th the other air stream flows through the hollow fibers 8th flows around. The hollow fibers 8th are aligned orthogonal to the flow direction of the air flow around, so that over the hollow fibers 8th gives a mass transfer in the cross flow. At the inlet openings 3 and the outflow openings 4 are collectors 10 assigned.

2 zeigt einen Befeuchter 1 gemäß 1 in der Draufsicht. In dieser Ansicht sind die andere Einströmöffnung 3 und die andere Ausströmöffnung 4 zu sehen. Beiden Öffnungen 3, 4 ist ebenfalls ein Sammler 10 vorgeschaltet. In dieser Figur ist insbesondere die Strömungsführung im Kreuzstrom erkennbar. 2 shows a humidifier 1 according to 1 in the plan view. In this view, the other inlet opening 3 and the other outflow port 4 to see. Both openings 3 . 4 is also a collector 10 upstream. In this figure, in particular, the flow guidance in the cross flow can be seen.

3 zeigt einen Befeuchter 1 gemäß 1, wobei in dieser Ausgestaltung mehrere Befeuchtermodule 5 zickzackförmig angeordnet sind, so dass sich mehrere Anströmflächen 6, 7 ergeben, die zueinander geneigt sind. 3 shows a humidifier 1 according to 1 In this embodiment, several humidifier modules 5 arranged in a zigzag pattern so that there are several flow surfaces 6 . 7 result, which are inclined to each other.

4 zeigt einen Befeuchter gemäß 1, wobei in dieser Ausgestaltung zwischen Einströmöffnung 3 und Sammler 10 ein Filter 11 integriert ist. Dieser Filter 11 ist ein Kombifilter und beinhaltet einen Partikelfilter auf der Basis eines Elektretfiltermaterials auf der Basis eines Vliesstoffes und einen chemischen Filter umfassend Aktivkohle. Der Filter dient der Filterung der Brennstoffzellenabluft, die in dieser Ausgestaltung den feuchten Zuluftstrom bildet. Durch den Filter 11 werden Verunreinigungen aus der Brennstoffzelle zurückgehalten. Des Weiteren erfolgt durch den Filter 11 eine Homogenisierung der Zuluft und damit eine verbesserte Verteilung der Zuluft über die Anströmfläche 6, 7 des Befeuchtermoduls 5. 4 shows a humidifier according to 1 , In this embodiment, between inlet opening 3 and collectors 10 a filter 11 is integrated. This filter 11 is a combined filter and includes a particle filter based on a non-woven based electret filter material and a chemical filter comprising activated carbon. The filter is used to filter the fuel cell exhaust air, which forms the moist supply air flow in this embodiment. Through the filter 11 Contaminants are retained by the fuel cell. Furthermore, through the filter 11 a homogenization of the supply air and thus an improved distribution of supply air over the inflow area 6 . 7 of the humidifier module 5 ,

5 zeigt einen Befeuchter gemäß 4, wobei der Filter 11 in dieser Ausführung auf den Anströmflächen 6, 7 des Befeuchtermoduls 5 angeordnet ist. Diese Ausführung führt zu einer verbesserten Verteilung der Zuluft über die Anströmflächen 6, 7. 5 shows a humidifier according to 4 , where the filter 11 in this version on the flow surfaces 6 . 7 of the humidifier module 5 is arranged. This design leads to an improved distribution of the supply air over the inflow surfaces 6 . 7 ,

6 zeigt den Befeuchter 1 gemäß 1. In dieser Darstellung sind die Rippen 9 zu erkennen, die einerseits das Gehäuse 2 versteifen und an denen sich die Befeuchtermodule 5 abstützen und gleichzeitig als Strömungsführung fungieren. 6 shows the humidifier 1 according to 1 , In this illustration are the ribs 9 to recognize, on the one hand the housing 2 stiffen and where the humidifier modules 5 support and at the same time act as a flow guide.

7 zeigt zwei Ausführungsbeispiele eines Befeuchters 1, bei denen die Gehäuse im Querschnitt flach und rechteckig ausgebildet sind. Beide Gehäuse 2 weisen zwei Einströmöffnungen 3 für Zuluftströme und zwei Ausströmöffnungen 4 für Abluftströme auf. Eine Ausführung umfasst ein Befeuchtermodul 5 und die andere Ausführung umfasst zwei Befeuchtermodule 5 die parallel zueinander im Gehäuse 2 angeordnet sind. Ein Zuluftstrom ist ein feuchter Zuluftstrom und ein weiterer Zuluftstrom ist ein zu befeuchtender Zuluftstrom. Bei einem Einsatz als Befeuchter 1 für eine Brennstoffzelle ist der feuchte Zuluftstrom die Brennstoffzellenabluft und der zu befeuchtende Zuluftstrom ist die Brennstoffzellenzuluft. In dem Befeuchtermodul 5 sind Hohlfasern 8 angeordnet, wobei ein Luftstrom durch die Hohlfasern 8 strömt und der andere Luftstrom die Hohlfasern 8 umströmt. Die Hohlfasern 8 sind orthogonal zur Strömungsrichtung des umströmenden Luftstroms ausgerichtet, so dass sich über die Hohlfasern 8 ein Stoffaustausch im Kreuzstrom ergibt. An den Einströmöffnungen 3 und den Ausströmöffnungen 4 sind Sammler 10 zugeordnet. Den Anströmflächen 6, 7 ist ein Filter 11 zugeordnet. Dieser Filter 11 ist mehrlagig ausgebildet und weist eine chemische Filterlage mit Aktivkohle und eine physikalische Filterlage mit Elektretfiltermaterial auf. 7 shows two embodiments of a humidifier 1 in which the housings are flat and rectangular in cross-section. Both housings 2 have two inlet openings 3 for supply air flows and two outflow openings 4 for exhaust air streams on. One embodiment includes a humidifier module 5 and the other embodiment includes two humidifier modules 5 parallel to each other in the housing 2 are arranged. One supply air flow is a moist supply air flow and another supply air flow is a supply air flow to be humidified. When used as a humidifier 1 for a fuel cell, the moist supply air stream is the fuel cell exhaust air and the supply air flow to be humidified is the fuel cell air. In the humidifier module 5 are hollow fibers 8th arranged, with an air flow through the hollow fibers 8th the other air stream flows through the hollow fibers 8th flows around. The hollow fibers 8th are aligned orthogonal to the flow direction of the air flow around, so that over the hollow fibers 8th gives a mass transfer in the cross flow. At the inlet openings 3 and the outflow openings 4 are collectors 10 assigned. The inflow areas 6 . 7 is a filter 11 assigned. This filter 11 is multi-layered and has a chemical filter layer with activated carbon and a physical filter layer with electret filter material.

8 zeigt eine Einrichtung 12 zur Strömungsregulierung der Zuluft. Eine derartige Einrichtung 12 wird benachbart zu einem Befeuchtermodul 5 gemäß einem der vorherigen Beispiele oder eines aus dem Stand der Technik bekannten Befeuchters eingesetzt, um eine Vergleichmäßigung der Zuluft herbei zu führen, damit das Befeuchtermodul 5 über die gesamte Anströmfläche 6 gleichmäßig angeströmt wird. Bei dem in 8 oben gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Einrichtung 12 aus einem Grundkörper 13 in den eine Vielzahl von Durchbrechungen 15 eingebracht sind, die jeweils durch eine Klappe 14 verschließbar sind. Die Klappe 14 ist derart federnd an dem Grundkörper 13 angeordnet, dass die Klappe 14 die Durchbrechung 15 bei einem geringen Staudruck und damit bei einem geringen Volumenstrom der Zuluft nahezu verschließt. Dadurch verteilt sich die Zuluft über die gesamte Fläche der Einrichtung 12 und damit auch über die gesamte Fläche des Befeuchtermoduls 5. Steigt der Volumenstrom der Zuluft an, steigt auch der Staudruck an und die Klappen 14 öffnen sich, wodurch der Luftdurchsatz in jeder Durchbrechung 15 ansteigt. Dadurch wird ein Anstieg des Staudrucks vermieden, wobei eine gleichmäßige Anströmung des Befeuchtermoduls 5 gewährleistet ist. Die Einrichtung führt also dazu, dass insbesondere im Teillastbetrieb eine gleichmäßige Anströmung des Befeuchtermoduls gewährleistet ist. 8th shows a device 12 for flow regulation of the supply air. Such a device 12 will be adjacent to a humidifier module 5 according to one of the previous examples or a known from the prior art humidifier used to bring about a homogenization of the supply air, so that the humidifier module 5 over the entire inflow area 6 is flowed evenly. At the in 8th The embodiment shown above consists of the device 12 from a basic body 13 in the a variety of breakthroughs 15 are introduced, each by a flap 14 are closable. The flap 14 is so resilient to the body 13 arranged that flap 14 the opening 15 almost closes at a low back pressure and thus at a low volume flow of supply air. As a result, the supply air is distributed over the entire surface of the device 12 and thus also over the entire surface of the humidifier module 5 , If the volume flow of the supply air increases, the back pressure and the flaps also increase 14 open, reducing the air flow in each opening 15 increases. As a result, an increase in the dynamic pressure is avoided, with a uniform flow of the humidifier module 5 is guaranteed. The device thus leads to a uniform flow of the humidifier is guaranteed especially in partial load operation.

Eine ähnliche Einrichtung 12 ist in 8 unten gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 13 als Lochplatte ausgebildet, wobei die Durchbrechungen 15, die sich in der Grundplatte 12 befinden, durch einen verschiebbaren zweiten als Lochplatte ausgebildeten Grundkörper 13 in ihren Querschnitten variierbar sind.A similar device 12 is in 8th shown below. In this embodiment, the main body 13 designed as a perforated plate, wherein the openings 15 that are in the base plate 12 are, by a displaceable second designed as a perforated plate body 13 are variable in their cross sections.

9 zeigt eine Einrichtung 12 bei der zwei flächige Elemente 16 an einer Kante gelenkig miteinander verbunden sind. Durch eine Federeinrichtung 17 sind die beiden flächigen Elemente 16 bei geringem Staudruck auseinander geklappt. An der der einen Kante gegenüber liegenden anderen Kante sind flächige Streifen 18 angeordnet. Bei steigendem Staudruck biegen sich die Streifen 18 und die beiden flächigen Elemente 16 bewegen sich aufeinander zu und geben einen vergrößerten Querschnitt frei. 9 shows a device 12 at the two-dimensional elements 16 are hinged together at one edge. By a spring device 17 are the two flat elements 16 unfolded at low back pressure. At the one edge opposite another edge are flat strips 18 arranged. As the dynamic pressure increases, the stripes bend 18 and the two flat elements 16 move towards each other and release an enlarged cross-section.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10244707 A1 [0002]

Claims

Humidifier ( 1 ), comprising a housing ( 2 ) with inflow openings ( 3 ) for supply air flows and outflow openings ( 4 ) for exhaust air streams and at least one humidifier module ( 5 ), which in the housing ( 2 ), wherein the humidifier module ( 5 ) is formed so that at least two inflow surfaces ( 6 . 7 ) for a supply air flow, characterized in that the inflow surfaces ( 6 . 7 ) are inclined to each other.

Humidifier according to claim 1, characterized that one supply air a moist supply air and another supply air is a supply air to be humidified.

Humidifier according to claim 1 or 2, characterized in that the humidifier module ( 5 ) Is V-shaped.

Humidifier according to claim 1 or 2, characterized in that two humidifier modules ( 5 ) are provided, which are arranged V-shaped to each other.

Humidifier according to one of claims 1 to 4, characterized in that the humidifier module ( 5 ) Hollow fibers ( 8th ).

Humidifier according to claim 5, characterized in that the moist incoming air, the hollow fibers ( 8th ) flows around and the supply air to be humidified by the hollow fibers ( 8th ) flows.

Humidifier according to one of claims 1 to 6, characterized in that the moist supply air flow and the to be humidified supply air flow are performed in cross flow.

Humidifier according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the housing ( 2 ) Ribs ( 9 ) are arranged.

Humidifier according to claim 8, characterized in that the at least one humidifier module ( 5 ) on the ribs ( 9 ) is supported.

Humidifier according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inflow openings ( 3 ) and the outflow openings ( 4 ) Collector ( 10 ) assigned.