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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für eine Brennstoffzelle, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Eine Befeuchtungseinrichtung für eine Brennstoffzelle ist aus der
EP 1 261 992 B1 bekannt. Mithilfe der Befeuchtungseinrichtung wird der Luftstrom, der der Brennstoffzelle zugeführt wird, mit Feuchtigkeit angereichert. Die Befeuchtungseinrichtung weist eine wasserdampfdurchlässige Membran auf, die zwischen Rahmenteilen eingespannt ist und an einer Seite vom Abgasstrom der Brennstoffzelle, welcher mit Feuchtigkeit beladen ist, angeströmt wird. Die Feuchtigkeit wird über die Membran an einen zweiten Luftstrom an der gegenüberliegenden Seite abgegeben, der als feuchtigkeitsbeladener Frischluftstrom der Brennstoffzelle zugeführt wird.
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Für eine ordnungsgemäße Funktion der Brennstoffzelle muss ein Mindestfeuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzellenmembranen gewährleistet sein. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der der Brennstoffzelle zuzuführende Frischluftstrom befeuchtet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine Befeuchtungseinrichtung so auszubilden, dass ein ausreichender Feuchtigkeitsgehalt im Luftstrom sichergestellt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Mithilfe der erfindungsgemäßen Befeuchtungseinrichtung kann Strömungsluft, welche durch die Befeuchtungseinrichtung geführt wird, mit Feuchtigkeit angereichert werden. Die Befeuchtungseinrichtung ist vorteilhafterweise einer Brennstoffzelle zugeordnet, deren Kathode mit einem mit Feuchtigkeit angereicherten Frischluftstrom versorgt wird.
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Die Befeuchtungseinrichtung weist einen Feuchtigkeitstauscher mit zumindest einer wasser- bzw. wasserdampfdurchlässigen Membran auf, die zwischen einem Zuluftströmungsweg und einem Abluftströmungsweg liegt und über die ein höherer Feuchtigkeitsgehalt im Abluftströmungsweg auf den Zuluftströmungsweg übertragen wird.
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Die erfindungsgemäße Befeuchtungseinrichtung weist zusätzlich zum Feuchtigkeitstauscher auch einen Feuchtigkeitsspeicher auf, der in einem Strömungsweg des Feuchtigkeitstauschers liegt und der in der Lage ist, Feuchtigkeit in den Strömungsweg abzugeben bzw. von diesem aufzunehmen. Der Feuchtigkeitsspeicher stellt einen Feuchtigkeitspuffer dar, über den der Feuchtigkeitsgehalt im Strömungsweg reguliert werden kann. Es ist insbesondere möglich, über den Feuchtigkeitsspeicher den Feuchtigkeitsgehalt im Strömungsweg zu erhöhen und damit auf einen Mindest- bzw. Sollwert zu bringen, der beispielsweise für das ordnungsgemäße Funktionieren der Brennstoffzelle erforderlich ist. Umgekehrt ist es auch möglich, einen hohen Feuchtigkeitsgehalt im Strömungsweg zu reduzieren, indem im Feuchtigkeitsspeicher Feuchte aufgenommen wird, so dass sich der Feuchtigkeitsgehalt auf den geforderten Sollwert verringert.
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Über den Feuchtigkeitsspeicher wird der Anwendungsbereich der Befeuchtungseinrichtung vergrößert. Es ist beispielsweise möglich, auch unter ungünstigen äußeren Bedingungen wie zum Beispiel bei Frost über den Feuchtigkeitsspeicher die Luftfeuchte im Strömungsweg zu erhöhen und auf den Sollwert zu bringen.
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Grundsätzlich kommen verschiedene Feuchtigkeitsspeichermedien in dem Feuchtigkeitsspeicher in Betracht. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist als Feuchtigkeitsspeichermedium ein Superabsorbermaterial vorgesehen, das in der Lage ist, ein Vielfaches seines Eigengewichtes an Feuchtigkeit aufzunehmen und einzubinden. Das Superabsorbermaterial hat des Weiteren den Vorteil, dass die eingebundene Feuchtigkeit im Superabsorbermaterial auch bei tiefen Temperaturen nicht einfriert und somit eine Abgabe auch unter Frostbedingungen in Form von Gasmolekülen in den Luftstrom möglich ist. Als Superabsorbermaterial kommt beispielsweise ein Superabsorberpolymer (SAP) in Betracht, welches aus hydrophilen Polymerfasern aufgebaut ist, die Wasser aufnehmen können und hierbei aufquellen. Mit der Absorption des Wassers kommt es zu einer reversiblen Absorption des Materials, wodurch das Wasser eingeschlossen wird. Bei der Desorption wird das Wasser wieder abgegeben. Die hydrophilen Fasern können gegebenenfalls in ein Trägervlies eingebettet sein. Anstelle der hydrophilen Polymerfasern können auch Polymerkügelchen zum Einsatz kommen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegt die Befeuchtungseinrichtung im Zuluftströmungsweg stromauf oder stromab des Feuchtigkeitstauschers. Der Zuluftströmungsweg umfasst den Wegabschnitt stromauf des Feuchtigkeitstauschers, über den Frischluft zur Membran geführt wird, sowie den Wegabschnitt stromab des Feuchtigkeitstauschers, über den die mit Feuchtigkeit angereicherte Frischluft ihrem Bestimmungszweck zugeführt wird, beispielsweise zur Brennstoffzelle geleitet wird. Die Position des Feuchtigkeitsspeichers kann somit grundsätzlich stromauf oder stromab des Feuchtigkeitstauschers im Zuluftströmungsweg angeordnet sein. Bevorzugt ist der Feuchtigkeitsspeicher aber dem Feuchtigkeitstauscher nachgeschaltet. Der Feuchtigkeitstauscher und der Feuchtigkeitsspeicher können in einem gemeinsamen Gehäuse oder in separaten Gehäusen aufgenommen sein.
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Grundsätzlich möglich ist auch eine Anordnung des Feuchtigkeitsspeichers im Abluftströmungsweg, insbesondere stromauf des Feuchtigkeitstauschers, um zunächst die Abluft mit Feuchtigkeit anzureichern, bevor die Feuchtigkeit über den Feuchtigkeitstauscher auf die Zuluft im Zuluftströmungsweg übertragen wird.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist der Feuchtigkeitsspeicher ein Feuchtigkeitsspeichermedium auf, das zumindest abschnittsweise zu- und abschaltbar im Strömungsweg des Feuchtigkeitstauschers angeordnet ist. Dies eröffnet die Möglichkeit, das Feuchtigkeitsspeichermedium von Zeit zu Zeit zu regenerieren, also wieder mit Feuchtigkeit aufzuladen, welche anschließend wieder in die Zuluft im Strömungsweg abgegeben werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Feuchtigkeitsspeichermedium im Feuchtigkeitsspeicher verstellbar angeordnet ist, so dass wahlweise unterschiedliche Abschnitte des Feuchtigkeitsspeichermediums in den Strömungsweg des Feuchtigkeitstauschers einragen. Es ist insbesondere möglich, dass ein erster Abschnitt des Speichermediums in den feuchtigkeitsbeladenen Abluftströmungsweg einragt und ein zweiter Abschnitt des Speichermediums sich zugleich im trockenen Zuluftströmungsweg befindet, so dass der erste Abschnitt mit Feuchtigkeit aufgeladen wird und der zweite Abschnitt Feuchtigkeit abgibt. Nach Ablauf einer definierten Zeitspanne oder mit dem Erreichen eines sonstigen Umschaltkriteriums kann der im Abluftströmungsweg befindliche Abschnitt des Speichermediums in den Zuluftströmungsweg gebracht werden, so dass der nun frisch mit Feuchtigkeit aufgeladene Abschnitt im trockenen Zuluftströmungsweg liegt und seine Feuchtigkeit abgeben kann. Zweckmäßigerweise wechseln die Abschnitte ihre Position, so dass der zuvor im Zuluftströmungsweg angeordnete Abschnitt nunmehr im Abluftströmungsweg liegt und dort regeneriert, also mit Feuchtigkeit aufgeladen werden kann.
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Diese Ausführung kann beispielsweise mittels eines Feuchtigkeitsspeichermediums auf einem umlaufenden Förderband realisiert werden, das sich sowohl durch den Zuluftströmungsweg als auch den Abluftströmungsweg erstreckt, wobei verschiedene Abschnitte des Speichermediums über einen Transport auf dem Förderband in die gewünschte Position im Zuluft- bzw. Abluftströmungsweg gebracht werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführung sind zwei verschiedene Feuchtigkeitsspeichermedien vorgesehen, die wahlweise in den Strömungsweg des Feuchtigkeitstauschers zu bringen sind. Die beiden Feuchtigkeitsspeichermedien befinden sich entweder in einem gemeinsamen Feuchtigkeitsspeicher oder in zwei separaten Feuchtigkeitsspeichern, wobei die Speichermedien über eine geeignete Verschaltung mit schaltbaren Ventilen in den jeweils gewünschten Strömungsweg zu bringen sind. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Speichermedien selbst nicht verstellt werden müssen; vielmehr wird mittels Umschaltens über schaltbare Ventile das jeweilige Speichermedium in den einen oder anderen Strömungsweg zum Feuchtigkeitstauscher zugeschaltet.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist ein den Feuchtigkeitsspeicher überbrückender Bypass mit einem Schaltventil im Strömungsweg des Feuchtigkeitstauschers angeordnet. Über das Schaltventil kann entweder der Strömungsweg durch den Feuchtigkeitsspeicher oder der Strömungsweg durch den Bypass aktiviert werden, so dass der Feuchtigkeitsspeicher überbrückt und ein Durchströmen des Feuchtigkeitsspeichermediums verhindert wird. Je nach Befeuchtungsgrad der Frischluft im Zuluftströmungsweg kann entweder ein Strömungsverlauf über den Bypass oder über den Feuchtigkeitsspeicher gewählt werden.
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Die Einstellung der Luftfeuchte im Zuluftströmungsweg kann sowohl aktiv als auch passiv erfolgen. Bei aktiver Regulierung wird zumindest ein Stellglied in der Befeuchtungseinrichtung zum Umschalten zwischen zwei verschiedenen Betriebszuständen aktiviert. Bei einer passiven Ausführung kann auf derartige Stellglieder verzichtet werden, die Befeuchtung erfolgt über den permanent zugeschalteten Feuchtigkeitsspeicher.
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Aktive Befeuchtigungseinrichtungen können entweder in geregelter oder in ungeregelter bzw. gesteuerter Weise ausgeführt sein. Bei geregelter Ausführung wird die Luftfeuchte oder ein sonstiger Kennwert sensorisch ermittelt und es werden in einem Regel- bzw. Steuergerät Stellsignale zur Einstellung mindestens eines Stellgliedes erzeugt, beispielsweise zur Umschaltung eines Schaltventils. Bei ungeregelter bzw. gesteuerter Ausführung kann grundsätzlich auf Sensoren verzichtet werden; die Einstellung eines aktiven Stellgliedes erfolgt über Stellsignale eines Regel- bzw. Steuergerätes nach vorgegebenen Kriterien, beispielsweise in einem fest vorgegebenen Zeitrhythmus.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine Befeuchtungseinrichtung für eine Brennstoffzelle, mit einem Feuchtigkeitstauscher, der eine wasserdampfdurchlässige Membran enthält, die kreuzweise von einer Zuluftströmung und einer Abluftströmung angeströmt wird,
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2 eine Befeuchtungseinrichtung für eine Brennstoffzelle, mit einem Feuchtigkeitstauscher und einem Feuchtigkeitsspeicher,
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3 ein Feuchtigkeitsspeicher mit einem Speichermedium auf einem Transportband,
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4 eine Befeuchtungseinrichtung für eine Brennstoffzelle in einer weiteren Ausführung, mit zwei separat ausgebildeten, wahlweise zuschaltbaren Einheiten, jeweils bestehend aus einem Feuchtigkeitstauscher und einem Feuchtigkeitsspeicher,
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5 in einer weiteren Ausführungsvariante eine Befeuchtungseinrichtung mit zwei über Schaltventile zu- und abschaltbare Einheiten mit jeweils einem Feuchtigkeitstauscher und einem Feuchtigkeitsspeicher,
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6 eine 5 entsprechende Darstellung, jedoch mit einer unterschiedlichen Verschaltung der Tauscher-Speicher-Einheiten.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Über die in 1 schematisch dargestellte Befeuchtungseinrichtung 1 wird einer Brennstoffzelle mit Feuchtigkeit angereicherte Frischluft zugeführt, welche eine Mindestfeuchte aufweist. Die Befeuchtungseinrichtung 1 umfasst eine Kartusche 3, die in einem Gehäuse 2 austauschbar aufgenommen ist und die in einem Abgasstrom enthaltene Feuchtigkeit auf einen trockenen Frischluftstrom überträgt, welcher der Brennstoffzelle zugeführt wird. Die Kartusche 3 weist mindestens eine, vorzugsweise mehrere übereinandergestapelte, wasserdampfdurchlässige Membrane auf.
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Über einen Frischluftkanal 4 im Gehäuse 2 wird der Befeuchtungseinrichtung 1 Umgebungsluft als Frischluft zugeführt. Der Frischluftkanal 4 weist einen Zufuhrabschnitt 4a stromauf der Kartusche 3 sowie einen Ableitungsabschnitt 4b stromab der Kartusche auf.
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In einem 90°-Winkel zum Frischluftkanal 4 verläuft im Gehäuse 2 ein Abgaskanal 5, über den Abgase der Brennstoffzelle, welche mit Feuchtigkeit angereichert sind, durch die Kartusche hindurchgeführt werden. Der Abgaskanal 5 weist einen Zufuhrabschnitt 5a stromauf der Kartusche 3 und einen Ableitungsabschnitt 5b stromab der Kartusche auf.
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Über den Frischluftkanal 4 wird ein Frischluftstrom 6 durch die Befeuchtungseinrichtung 1 geführt, über den kreuzenden Abgaskanal 5 der Abgasstrom 7, welcher von der Brennstoffzelle stammt. Die sich kreuzenden Ströme 6 und 7 sind innerhalb der Kartusche 3 von der wasserdampfdurchlässigen Membran separiert, die lediglich einen Wasseraustausch von dem mit hoher Feuchtigkeit beladenen Abgasstrom 7 auf den trockenen Frischluftstrom 6 erlaubt. Der Frischluftkanal 4 bildet den Zuluftströmungsweg zur Zufuhr von mit Feuchtigkeit angereicherter Frischluft zur Brennstoffzelle, der Abgaskanal 5 den Abluftströmungsweg.
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In 2 ist eine Befeuchtungseinrichtung 1 für eine Brennstoffzelle 8 dargestellt. Die Befeuchtungseinrichtung 1 umfasst einen Feuchtigkeitstauscher 9, der dazu dient, den Zuluftströmungsweg 4 zur Brennstoffzelle 8 mit Feuchtigkeit anzureichern, die aus dem Abluftströmungsweg 5 stammt, welcher Abgas von der Brennstoffzelle 8 abtransportiert. Die Befeuchtungseinrichtung 1 umfasst des Weiteren einen Feuchtigkeitsspeicher 10, in welchem ein Feuchtigkeitsspeichermedium 11 aufgenommen ist, vorzugsweise ein Superabsorberelement bzw. -polymer (SAP). Der Feuchtigkeitstauscher 9 und der Feuchtigkeitsspeicher 10, die gemeinsam die Befeuchtungseinrichtung 1 bilden, sind räumlich getrennt angeordnet und liegen im Zuluftströmungsweg 4 hintereinander. Die beiden Einheiten können gegebenenfalls auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Der Feuchtigkeitsspeicher 10 ist dem Feuchtigkeitstauscher 9 im Zuluftströmungsweg 4 nachgeschaltet.
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Im Feuchtigkeitstauscher 9 ist die Kartusche 3 mit einer oder mehreren Membranen zum Wasseraustauscher angeordnet. Die Membrane liegen beispielsweise als Hohlfasern vor, die axial in Längsrichtung von trockener Frischluft über den Zuluftströmungsweg 4 durchströmt werden und die in Querrichtung von der feuchtigkeitsbeladenen Abluft der Brennstoffzelle 8 im Abluftströmungsweg 5 angeströmt werden. Die Feuchtigkeit aus der Abluft wird über die Membrane auf den Frischluftstrom übertragen. Die Abluft wird nach dem Feuchtigkeitstausch aus dem Feuchtigkeitstauscher 9 in die Umgebung abgeleitet.
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Im Zuluftströmungsweg 4 befindet sich zwischen dem Feuchtigkeitstauscher 9 und der Brennstoffzelle 8 ein Bypass mit einer Bypassleitung 12 und einem darin angeordneten Schaltventil 13. Die Bypassleitung 12 überbrückt den Feuchtigkeitsspeicher 10, so dass in bestimmten Betriebszuständen der Feuchtigkeitsspeicher 10 umgangen werden kann. Des Weiteren ist in einer Verzweigungsleitung, welche durch den Feuchtigkeitsspeicher 10 und weiter zur Kathodenseite der Brennstoffzelle 8 führt, ein einstellbares Schaltventil 14 angeordnet. Ein weiteres Schaltventil 15 ist zwischen dem Schaltventil 13 und dem Feuchtigkeitsspeicher 10 angeordnet. Mit der Bypassleitung 12 und den verschiedenen Schaltventilen 13 bis 15 können verschiedene Betriebsweisen in unterschiedlichen Betriebszuständen realisiert werden.
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Während der Startphase steht insbesondere bei tiefen Temperaturen kein ausreichender Feuchtigkeitsgehalt in der Abluft der Brennstoffzelle 8 zur Verfügung, die über den Abluftströmungsweg 5 zum Feuchtigkeitstauscher 9 geleitet wird. Um an der Kathode der Brennstoffzelle 8 einen ausreichenden Feuchtigkeitsgehalt im zugeführten Frischluftstrom bereitzustellen, wird in der Startphase der Brennstoffzelle der Kathodenluftstrom teilweise oder vollständig durch den Feuchtigkeitsspeicher 10 mit dem Feuchtigkeitsspeichermedium 11 geleitet. Zu diesem Zweck wird das Schaltventil 14 geöffnet, das Schaltventil 13 wird in Durchströmungsrichtung zur Brennstoffzelle 8 geschlossen. Sofern ein Teilluftstrom auch unmittelbar über die Bypassleitung 12 geführt werden soll, kann das Schaltventil 13 in eine Teilöffnungsstellung versetzt werden.
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Im normalen Betriebszustand der Brennstoffzelle 8, der sich an die Startphase anschließt, steht abluftseitig ein ausreichender Feuchtigkeitsgehalt zur Verfügung, der über den Abluftströmungsweg 5 zum Feuchtigkeitstauscher 9 gelangt und dort in den Zuluftströmungsweg 4 übertragen wird. Aufgrund des höheren Feuchtigkeitsgehaltes in der Zuluft kann der Feuchtigkeitsspeicher 10 umgangen werden, so dass die Zuluft zur Kathode unmittelbar über die Bypassleitung 12 geführt wird. Das Schaltventil 14 wird in Schließstellung versetzt, das Schaltventil 13 geöffnet. Das Schaltventil 15, welches zwischen der Bypassleitung 12 und unmittelbar dem Feuchtigkeitsspeicher 10 angeordnet ist, befindet sich in Schließposition.
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Um nach dem Abschalten der Brennstoffzelle 8 die Feuchtigkeit aus dem Feuchtigkeitstauscher 9 abzuleiten, wird der Zuluftstrom über den Zuluftströmungsweg 4 nach dem Abschalten nach außen geleitet. Stromauf des Feuchtigkeitstauschers 9 befindet sich im Zuluftströmungsweg 4 eine Druckquelle 16, welche die Zuluft im Strömungsweg 4 unter Druck setzt. Dadurch ist auch nach dem Abschalten der Brennstoffzelle 8 gewährleistet, dass eine Strömung im Zuluftströmungsweg 4 entsteht und die noch vorhandene Restfeuchte im Feuchtigkeitstauscher 9 über das geöffnete Schaltventil 13 und das ebenfalls geöffnete Schaltventil 15 durch den Feuchtigkeitsspeicher 10 und anschließend nach außen abgeleitet werden kann. Im Feuchtigkeitsspeicher 10 wird die im Zuluftstrom enthaltene Restfeuchte im Feuchtigkeitsspeichermedium 11 gespeichert, das auf diese Weise regeneriert und somit wieder mit Feuchtigkeit beladen wird. Das Schaltventil 14 kann in dieser Betriebsphase geschlossen bleiben.
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Die Druckquelle 16, bei der es sich beispielsweise um eine Pumpe oder um einen Turbolader handelt, kann gegebenenfalls auch in der Startphase und der regulären Betriebsphase eingeschaltet sein, um eine Luftströmung in Richtung der Kathode der Brennstoffzelle 8 sicherzustellen.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist ein Feuchtigkeitsspeicher 10 einer Befeuchtungseinrichtung 1 dargestellt, dessen Speichermedium in Form einer Beschichtung auf einem umlaufenden Förderband 17 als Superabsorberpolymer vorliegt. Das Förderband 17 ist um zwei Rollen 18, 19 geführt und erstreckt sich quer zur Durchströmungsrichtung des Zuluftströmungswegs 4 bzw. des Abluftströmungswegs 5. Die beiden Strömungswege 4, 5 verlaufen gegenläufig und durch verschiedene, übereinanderliegende Abschnitte des Förderbandes 17.
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Die Ausführung gemäß 3 ermöglicht es, verschiedene Abschnitte des Speichermediums auf dem Förderband 17 in Kontakt mit dem Zuluftströmungsweg 4 bzw. dem Abluftströmungsweg 5 zu bringen. Dies erlaubt es, einen mit Feuchtigkeit beladenen Abschnitt des Speichermediums im Zuluftströmungsweg 4 zu halten und zugleich den im Abluftströmungsweg 5 befindlichen Abschnitt des Speichermediums mit Feuchtigkeit aufzuladen. Nach Beendigung des Aufladungsvorgangs kann die Position durchgewechselt werden, so dass nunmehr ein Abschnitt des mit Feuchtigkeit beladenen Speichermediums im Zuluftströmungsweg 4 und ein weiterer, aufzuladender Abschnitt des Speichermediums im Abluftströmungsweg 5 liegt. Der Wechsel der verschiedenen Abschnitte des Speichermediums zwischen dem Zuluftströmungsweg 4 und dem Abluftströmungsweg 5 erfolgt entweder in geregelter Weise, indem die Feuchtigkeit sensorisch ermittelt wird, oder in gesteuerter Weise, indem beispielsweise nach Ablauf einer definierten Zeitspanne durch Betätigung eines Aktors das Förderband 17 verstellt wird.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel mit zwei separat ansteuerbaren Feuchtigkeitsspeichern 10 bzw. 10' dargestellt. Den Feuchtigkeitsspeichern ist zweckmäßigerweise jeweils auch ein Feuchtigkeitstauscher zugeordnet. Die beiden Feuchtigkeitsspeicher 10 werden abwechselnd vom Abgasstrom der Brennstoffzelle 8 durchströmt, um das jeweilige Speichermedium 11 bzw. 11' zur Regeneration wieder mit Feuchtigkeit aufzuladen. Der jeweils andere Feuchtigkeitsspeicher ist in den Zuluftströmungsweg eingeschaltet, so dass die der Kathode der Brennstoffzelle zuzuführende Luft über diesen Feuchtigkeitsspeicher geleitet und mit Feuchtigkeit angereichert wird.
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Die beiden Feuchtigkeitsspeicher 10, 10' sind parallel angeordnet und können jeweils sowohl in den Zuluftströmungsweg 4 bzw. 4' als auch in den Ablaufströmungsweg 5 bzw. 5' geschaltet werden. Das Umschalten erfolgt mittels Schaltventilen 20 bis 22. Ein erstes Schaltventil 20 befindet sich unmittelbar stromab der Brennstoffzelle 8 im Ablaufströmungsweg 5 und schaltet die Abluft zwischen den beiden Feuchtigkeitsspeichern 10 bzw. 10'. Soll beispielsweise der zweite Feuchtigkeitsspeicher 10' mit Feuchtigkeit aufgeladen werden, wird das Schaltventil 20 wie gezeigt eingestellt, so dass der Abluftstrom 5' durch den Feuchtigkeitsspeicher 10' geleitet und das Speichermedium 11' mit Feuchtigkeit aufgeladen wird. Stromab des Feuchtigkeitsspeichers 10' wird der getrocknete Abgasstrom über das Schaltventil 22 in die Umgebung abgeleitet. Zugleich ist ansaugseitig der Zuluftströmungsweg 4 durch den ersten Feuchtigkeitsspeicher 10 offen, so dass die herangeführte Frischluft mit Feuchtigkeit angereichert und über das geöffnete Schaltventil 21 der Kathode der Brennstoffzelle 8 zugeleitet wird.
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Soll dagegen das Speichermedium 11 im ersten Feuchtigkeitsspeicher 10 mit Feuchtigkeit regeneriert, also aufgeladen werden, werden die Schaltventile entsprechend umgestellt, so dass der Abluftstrom durch den ersten Feuchtigkeitsspeicher 10 geführt und die herangeführte Frischluft gemäß Strömungsweg 4' durch den zweiten Feuchtigkeitsspeicher 10' geleitet wird.
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In den 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Befeuchtungseinrichtung 1 zwei verschiedene Feuchtigkeitsspeicher 10 bzw. 10' aufweist, die über Schaltventile 23, 24 derart in die Zu- bzw. Abluft geschaltet werden, dass wechselweise Feuchtigkeit in die Zuluft abgeben bzw. Feuchtigkeit aus dem Abluftstrom aufgenommen wird. In 5 wird der Zuluftströmungsweg 4 mit Frischluft, welche von der Druckquelle 16 angetrieben wird, über eine entsprechende Schaltung des Schaltventils 23 zum ersten Feuchtigkeitsspeicher 10 geführt und stromab die mit Feuchtigkeit aufgeladene Frischluft der Kathode der Brennstoffzelle 8 zugeführt. Die Abluft der Brennstoffzelle 8 wird über eine entsprechende Schaltung des zweiten Schaltventils 24 im Abluftströmungsweg 5 dem zweiten Feuchtigkeitsspeicher 10 zugeführt, in welchem das Speichermedium mit Feuchtigkeit aufgeladen wird.
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In 6 sind die Schaltventile 23, 24 in eine andere Schaltposition verstellt, wodurch die Feuchtigkeitsspeicher 10, 10' in einem umgekehrten Modus betrieben werden. Die Frischluft wird über den Zuluftströmungsweg 4 dem zweiten Feuchtigkeitsspeicher 10' zugeführt, die Abluft der Brennstoffzelle 8 dagegen über den Abluftströmungsweg 5 dem ersten Feuchtigkeitsspeicher 10.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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