DE102012209054A1

DE102012209054A1 - Brennstoffzellensystem mit einem Fluidströmungsverteilungsmerkmal

Info

Publication number: DE102012209054A1
Application number: DE102012209054A
Authority: DE
Inventors: Yan Zhang; Steven R. Falta; Steven D. Burch; Glenn W. Skala
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: CN102810684B; DE102012209054B4; US9028989B2; CN102810684A; US20120308904A1

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem umfasst eine Wasserdampfübertragungseinheit und ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal, wobei die Wasserdampfübertragungseinheit eine erste Platte, die eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines ersten Fluids darin aufweist, und eine zweite Platte umfasst, die eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines zweiten Fluids darin aufweist. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal ist ausgebildet, um zumindest eines von einem Strömungsvolumen des ersten Fluids durch die ersten Strömungskanäle hindurch und einem Strömungsvolumen des zweiten Fluids durch die zweiten Strömungskanäle hindurch zu steuern, wobei zumindest eine von einer Strömungsverteilung des ersten Fluids über die erste Platte hinweg und einer Strömungsverteilung des zweiten Fluids über die zweite Platte hinweg variiert wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und im Spezielleren ein Brennstoffzellensystem, das ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal umfasst.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Heutzutage werden Brennstoffzellensysteme zur Verwendung als eine Leistungsquelle in einer breiten Vielfalt von kommerziellen und nichtkommerziellen Anwendungen vorgeschlagen. Im Speziellen werden Brennstoffzellensysteme zunehmend als ein Ersatz für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen verwendet. Solch ein System ist in dem in Gemeinschaftsbesitz befindlichen U.S.-Patent Nr. 7 459 227 offenbart, welches hiering durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Das Brennstoffzellensystem erzeugt typischerweise Elektrizität, die dann verwendet wird, um Batterien aufzuladen oder Leistung an einen Elektromotor bereitzustellen. Brennstoffzellensysteme können auch als stationäre Elektroenergieerzeugungsanlagen in Gebäuden und Wohnstätten und als tragbare Leistung in Videokameras, Computer und dergleichen verwendet werden.
Das Brennstoffzellensystem besteht typischerweise aus einer Vielzahl von Brennstoffzellen, die zusammengebündelt und in elektrischer Reihe angeordnet sind, um einen Stapel zu bilden. Da die Brennstoffzellen zu Stapeln mit unterschiedlichen Größen zusammengebaut werden können, kann das Brennstoffzellensystem ausgelegt werden, um ein gewünschtes Energieausgangsleistungsniveau zu produzieren, was für Flexibilität bei der Auslegung für verschiedene Anwendungen sorgt. Die Brennstoffzellen sind elektrochemische Vorrichtungen, welche gasförmige Reaktanden wie z. B. einen Brennstoff (z. B. Wasserstoff) und ein Oxidationsmittel (z. B. Sauerstoff) direkt kombinieren, um Elektrizität zu produzieren. Der Sauerstoff wird typischerweise über einen Luftstrom zugeführt. Die gasförmigen Reaktanden verbinden sich, was die Bildung von Wasser zur Folge hat. Es können beispielsweise andere Brennstoffe wie z. B. Erdgas, Methanol, Benzin und von Kohle abgeleitete synthetische Brennstoffe verwendet werden. Der zugrundeliegende Prozess, der von dem Brennstoffzellensystem verwendet wird, ist effizient, im Wesentlichen schadstofffrei, leise, frei von beweglichen Teilen (anders als bei einem Luftverdichter, Kühlgebläsen, Pumpen und Aktuatoren) und kann so aufgebaut sein, dass er nur Wärme und Wasser als Nebenprodukte zurücklässt.
Es können beispielsweise verschiedene Brennstoffzellentypen wie z. B. Phosphorsäure, alkalische, Schmelzkarbonat, Festoxid und Protonenaustauschmembran (PEM) vorgesehen werden. Die Grundkomponenten einer Brennstoffzelle vom PEM-Typ sind zwei Elektroden, die durch eine Polymerelektrolytmembran getrennt sind. Jede Elektrode ist auf einer Seite mit einer dünnen katalytischen Schicht beschichtet. Die Elektroden, der Katalysator und die Membran bilden zusammen eine Membranelektrodenanordnung (MEA, von membrane electrode assembly).
In einer typischen Brennstoffzelle vom PEM-Typ ist die MEA zwischen Anoden- und Kathodendiffusionsmedien (hierin nachfolgend „DM”) oder Diffusionsschichten eingebaut, die aus einem elastischen, leitfähigen und gasdurchlässigen Material wie z. B. Kohlegewebe oder -papier gebildet sind. Die DM dienen als Primärstromkollektoren für die Anode und die Kathode wie auch dazu, eine mechanische Unterstützung für die MEA bereitzustellen. Alternativ können die DM die Katalysatorschicht enthalten und mit der Membran in Kontakt stehen. Die DM und die MEA sind zwischen einem Paar elektrisch leitfähiger Platten gepresst, die als Sekundärstromkollektoren zum Abnehmen des Stromes von den Primärstromkollektoren dienen. Die Platten leiten elektrischen Strom zwischen benachbarten Zellen innerhalb des Stapels in dem Fall von Bipolarplatten und leiten Strom außerhalb des Stapels in dem Fall von Monopolarplatten an dem Ende des Stapels.
Die Sekundärstromkollektorplatten enthalten jeweils zumindest ein aktives Gebiet, das die gasförmigen Reaktanden über die Hauptseiten der Anode und der Kathode verteilt. Diese aktiven Gebiete, die auch als Strömungsfelder bekannt sind, umfassen typischerweise eine Vielzahl von Stegen, die mit dem Primärstromkollektor in Eingriff stehen und eine Vielzahl von Nuten oder Strömungskanälen dazwischen definieren. Die Kanäle liefern den Brennstoff und das Oxidationsmittel an die Elektroden auf jeder Seite der PEM. Insbesondere strömt der Brennstoff durch die Kanäle hindurch zu der Anode, an der der Katalysator eine Trennung in Protonen und Elektronen unterstützt. Auf der entgegengesetzten Seite der PEM strömt das Oxidationsmittel durch die Kanäle zu der Kathode, an der das Oxidationsmittel die Protonen durch die PEM anzieht. Die Elektronen werden als nutzbare Energie durch eine externe Schaltung abgefangen und mit den Protonen und dem Oxidationsmittel kombiniert, um Wasserdampf auf der Kathodenseite zu erzeugen.
Um innerhalb eines gewünschten Wirkungsgradbereiches zu arbeiten, ist es erwünscht, die Membrane in einem befeuchteten Zustand zu halten.
Daher ist es notwendig, ein Mittel zur Beibehaltung der Brennstoffzellenmembranen in dem befeuchteten Zustand bereitzustellen. Der befeuchtete Zustand hilft dabei, eine verkürzte Lebensdauer der Membranen zu vermeiden wie auch den gewünschten Betriebswirkungsgrad beizubehalten. Beispielsweise führt ein geringerer Wassergehalt der Membran zu einem höheren Protonenleitungswiderstand, was in einem höheren ohmschen Spannungsverlust resultiert. Die Befeuchtung der Zufuhrgase, insbesondere an dem Kathodeneinlass, ist erwünscht, um einen ausreichenden Wassergehalt in der Membran aufrechtzuerhalten. Eine Befeuchtung in einer Brennstoffzelle ist in dem in Gemeinschaftsbesitz befindlichen U.S.-Patent Nr. 7 036 466 ; dem in Gemeinschaftsbesitz befindlichen U.S.-Patent Anmeldungsveröffentlichungsnr. 2006/002 9 837; und dem in Gemeinschaftsbesitz befindlichen U.S.-Patent Nr. 7 572 531 erläutert, die hierin jeweils durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
Um ein gewünschtes Feuchtigkeitsniveau aufrechtzuerhalten, wird häufig ein Luftbefeuchter verwendet, um einen in der Brennstoffzelle verwendeten Versorgungsstrom der Luft zu befeuchten. Der Luftbefeuchter besteht normalerweise aus einem runden oder kastenartigen Luftbefeuchtungsmodul, das in einem Gehäuse des Luftbefeuchters angebracht ist. Beispiele für diesen Typ von Luftbefeuchter sind in dem U.S.-Patent Nr. 7 156 379 , welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist, und dem U.S.-Patent Nr. 6 471 195 , welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist, gezeigt und beschrieben.
Membranbefeuchter sind wie z. B. Wasserdampfübertragungs(WVT, von water vapor transfer)-Einheiten auch dazu verwendet worden, um Brennstoffzellenbefeuchtungsanforderungen zu erfüllen. Für die Brennstoffzellenbefeuchtungsanwendung in Kraftfahrzeugen muss ein derartiger Membranbefeuchter kompakt sein, einen geringen Druckabfall aufweisen und hohe Leistungscharakteristiken besitzen. Typische WVT-Einheiten umfassen eine Nassplatte, die eine Vielzahl von darin geformten Strömungskanälen benachbart zu einem Diffusionsmedium aufweist. Die Strömungskanäle der Nassplatte sind ausgebildet, um ein nasses Fluid von der Kathode der Brennstoffzelle an den Austrag zu fördern. Typische WVT-Einheiten umfassen auch eine Trockenplatte, die eine Vielzahl von darin geformten Strömungskanälen benachbart zu einem Diffusionsmedium aufweist. Die Strömungskanäle der Trockenplatte sind ausgebildet, um ein trockenes Fluid von einer Gasquelle an die Kathode der Brennstoffzelle zu fördern. Eine ähnliche WVT-Einheit kann je nach Wunsch für eine Anodenseite der Brennstoffzelle oder anderweitig verwendet werden.
Ein Typ von WVT-Einheit ist eine Querstrom-WVT-Einheit, in der eine Strömungsrichtung des nassen Fluids in der Nassplatte rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung des trockenen Fluids in der Trockenplatte steht. Demzufolge sind die Strömungskanäle der Nassplatte rechtwinklig zu den Strömungskanälen der Trockenplatte gebildet. Die Strömungskanäle der Nass- und Trockenplatten sind typischerweise in einem gewünscten Intervall gleichmäßig beabstandet. Die gleichmäßige Beabstandung der Strömungskanäle der Platten hat eine ungleichmäßige Verteilung der relativen Feuchtigkeit über die Auslässe der Trockenplatte hinweg zur Folge. Die Niveaus relativer Feuchtigkeit sind typischerweise am höchsten in den Auslässen der Strömungskanäle der Trockenplatte benachbart zu Einlässen der Strömungskanäle der Nassplatte. Hingegen sind die Niveaus relativer Feuchtigkeit typischerweise am niedrigsten in den Auslässen der Strömungskanäle der Trockenplatte benachbart zu Auslässen der Strömungskanäle der Nassplatte.
Insbesondere unter Leerlaufbedingungen des Brennstoffzellensystems, wenn die Wasserdampfübertragungseffizienz maximiert ist und die Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems minimiert ist, kann die relative Feuchtigkeit in den Strömungskanälen der Trockenplatten 100% erreichen. Dies kann bewirken, dass sich flüssiges Wasser an den Auslässen der Strömungskanäle der Trockenplatte benachbart zu den Einlässen der Strömungskanäle der Nassplatte bildet und in den Brennstoffzellenstapel eintritt. Flüssiges Wasser in dem Brennstoffzellenstapel verringert die Haltbarkeit und kann eine instabile Leistung des Brennstoffzellensystems zur Folge haben. Es wird typischerweise ein Separator für das flüssige Wasser verwendet, um zu verhindern, dass flüssiges Wasser in den Brennstoffzellenstapel eintritt, was dem Brennstoffzellensystem Kosten und Komplexität hinzufügt. Allerdings kann die Effektivität des Separators für flüssiges Wasser weniger als optimal sein, was zulässt, dass ein Teil des flüssigen Wassers in den Brennstoffzellenstapel eintritt.
Es wäre wünschenswert, ein Brennstoffzellensystem herzustellen, welches ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal umfasst, das eine Änderung der relativen Feuchtigkeit über die Auslässe der trockenen Strömungskanäle der WVT-Einheit hinweg wie auch die Kosten und Komplexität des Brennstoffzellensystems minimiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung und im Einklang mit der vorliegenden Erfindung umfasst ein Brennstoffzellensystem ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal, das eine Änderung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit über die Auslässe der Strömungskanäle der Trockenplatte der WVT-Einheit hinweg wie auch die Kosten und Komplexität des Brennstoffzellensystems minimiert.
In einer Ausführungsform umfasst das Brennstoffzellensystem: eine Wasserdampfübertragungseinheit, die eine erste Platte und eine zweite Platte umfasst, wobei die erste Platte eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines ersten Fluids darin aufweist und die zweite Platte eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines zweiten Fluids darin aufweist; und ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal, welches ausgebildet ist, um zumindest eine von einer Strömung des ersten Fluids durch die ersten Strömungskanäle hindurch und einer Strömung des zweiten Fluids durch die zweiten Strömungskanäle hindurch zu steuern, wobei zumindest eine von einer Strömungsverteilung des ersten Fluids über die erste Platte hinweg und einer Strömungsverteilung des zweiten Fluids über die zweite Platte hinweg variiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Brennstoffzellensystem: eine Wasserdampfübertragungseinheit, die eine erste Platte und eine zweite Platte umfasst, wobei die erste Platte eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines ersten Fluids darin aufweist und die zweite Platte eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines zweiten Fluids darin aufweist, wobei jeder der Strömungskanäle der Platten einen Einlass und einen Auslass umfasst; und ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal, welches die ersten Strömungskanäle und die zweiten Strömungskanäle umfasst, wobei ein Volumen der ersten Strömungskanäle benachbart zu den Einlässen der zweiten Strömungskanäle größer ist als ein Volumen der ersten Strömungskanäle benachbart zu den Auslässen der zweiten Strömungskanäle und ein Volumen der zweiten Strömungskanäle benachbart zu den Einlässen der ersten Strömungskanäle größer ist als ein Volumen der zweiten Strömungskanäle benachbart zu den Auslässen der ersten Strömungskanäle.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Brennstoffzellensystem: eine Wasserdampfübertragungseinheit, die eine erste Platte und eine zweite Platte umfasst, wobei die erste Platte eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines ersten Fluids darin aufweist und die zweite Platte eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines zweiten Fluids darin aufweist, wobei die ersten Strömungskanäle im Wesentlichen rechtwinklig zu den zweiten Strömungskanälen stehen; und ein erstes Fluidströmungsverteilungsmerkmal, welches in einem Ladeluftkühler des Brennstoffzellensystems oberstromig der Wasserdampfübertragungseinheit angeordnet ist, um ein Strömungsvolumen des ersten Fluids durch die ersten Strömungskanäle hindurch zu steuern, wobei das Fluidströmungsverteilungsmerkmal ein größeres Strömungsvolumen des ersten Fluids durch die ersten Strömungskanäle benachbart zu den Einlässen der zweiten Strömungskanäle hindurch als durch die ersten Strömungskanäle benachbart zu den Auslässen der zweiten Strömungskanäle hindurch leitet.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen wie auch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform angesichts der begleitenden Zeichnungen offensichtlich, in welchen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems ist, welches eine Wasserdampfübertragungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 eine schematische perspektivische Seitenansicht der in 1 veranschaulichten Wasserdampfübertragungseinheit ist;
3 eine perspektivische seitliche Explosionsansicht eines Abschnitts der in 2 veranschaulichten Wasserdampfübertragungseinheit ist;
4 eine vergrößerte, fragmentarische seitliche Querschnitts-Aufrissansicht eines Abschnitts der in 2 veranschaulichten Wasserdampfübertragungseinheit entlang der Schnittlinie 4-4 ist;
5 eine vergrößerte, fragmentarische seitliche Querschnitts-Aufrissansicht eines Abschnitts der in 2 veranschaulichten Wasserdampfübertragungseinheit entlang der Schnittlinie 5-5 ist;
6 ein schematisches Diagramm der Wasserdampfübertragungseinheit ist, welche ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst;
7 ein schematisches Diagramm der Wasserdampfübertragungseinheit ist, welche ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst;
8 ein schematisches Diagramm der Wasserdampfübertragungseinheit ist, welche ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst;
9 ein schematisches Diagramm der Wasserdampfübertragungseinheit ist, welche ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst;
10 ein schematisches Diagramm der Wasserdampfübertragungseinheit ist, welche ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst;
11 ein schematisches Diagramm der Wasserdampfübetragungseinheit ist, welche ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst;
12 ein schematisches Diagramm der Wasserdampfübertragungseinheit ist, welche ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst;
13 ein schematisches Diagramm der Wasserdampfübertragungseinheit ist, welche ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst; und
14 ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems ist, welches ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung und die angefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung durchzuführen und anzuwenden, und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung auf irgendeine Weise einzuschränken.
1 veranschaulich schematisch ein Brennstoffzellensystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 12, der eine Kathodenseite und eine Anodenseite aufweist. Ein Kathodenversorgungsfluidstrom, der von einer Lastanforderung des Brennstoffzellenstapels 12 abhängig ist, wird von einer Fluidquelle 13 über eine Leitung 15 einem Verdichter 14 zugeführt. Innerhalb des Verdichters 14 wird der Kathodenversorgungsfluidstrom verdichtet. Wie gezeigt, ist der Verdichter 14 über eine Leitung 20 fluidtechnisch mit einem Ladeluftkühler (CAC, von charge air cooler) 18 verbunden. Der CAC 18 kühlt den Kathodenversorgungsfluidstrom, der infolge der Verdichtung durch den Verdichter 14 erwärmt wurde. Es ist einzusehen, dass der CAC 18 wunschgemäß ein beliebiger Typ von CAC sein kann. Der CAC 18 ist über eine Leitung 24 fluidtechnisch mit einer Wasserdampfübertragungs(WVT)-Einheit 22 verbunden.
Die WVT-Einheit 22 ist auch fluidtechnisch mit dem Brennstoffzellenstapel 12 verbunden. Die gezeigte WVT-Einheit 22 ist fluidtechnisch mit der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems 10 verbunden. Es ist jedoch einzusehen, dass die WVT-Einheit 22 wunschgemäß fluidtechnisch mit der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 10 oder anders verbunden sein kann. Der Kathodenversorgungsfluidstrom wird von der WVT-Einheit 22 dem Brennstoffzellenstapel 12 über eine Kathodenversorgungsleitung 26 zugeführt. Ein Kathodenaustrittsfluidstrom wird von dem Brennstoffzellenstapel 12 über eine Kathodenaustrittsleitung 28 an die WVT-Einheit 22 bereitgestellt. Wasser und/oder Wasserdampf in dem Kathodenaustrittsfluidstrom befeuchtet/n den Kathodenversorgungsfluidstrom innerhalb der WVT-Einheit 22 auf ein erwünschtes Feuchtigkeitsniveau.
Das Brennstoffzellensystem 10 kann weitere Komponenten umfassen, die beispielsweise für den Betrieb notwendig sind, z. B. einen Temperatursensor (nicht gezeigt) zum Messen einer Temperatur des aus dem CAC 18 austretenden Kathodenversorgungsfluidstromes, einen Sensor für die relative Feuchtigkeit (nicht gezeigt) zum Messen der relativen Feuchtigkeit des dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführten Kathodenversorgungsfluidstromes und ein Brennstoffzellenstapel-Kühlsystem 30. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Brennstoffzellenstapel-Kühlsystem 30 eine Pumpe 32 und einen Kühler 34. Die Pumpe 32 bringt ein Kühlfluid (z. B. ein Kältemittel) dazu, durch eine Kühlmittelschleife 36 und in und durch den Brennstoffzellenstapel 12 hindurch zu strömen. Das erwärmte Kühlfluid aus dem Brennstoffzellenstapel 12 wird durch eine Übertragung von Wärme an die Umgebungsluft innerhalb des Kühlers 32 gekühlt.
Die 2–5 veranschaulichen die WVT-Einheit 22 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die WVT-Einheit 22 umfasst eine Nassplatte 40 zur Aufnahme eine nassen Fluids (z. B. des Kathodenaustrittsfluidstromes) und eine Trockenplatte 42 zur Aufnahme eines trockenen Fluids (z. B. des Kathodenversorgungsfluidstromes). Wie hierin verwendet, bedeutet „nasses Fluid” ein Fluid, welches Wasserdampf und/oder flüssiges Wasser auf einem Niveau über dem des trockenen Fluids darin umfasst. „Trockenes Fluid” bedeutet ein Fluid ohne Wasserdampf oder das Wasserdampf und/oder flüssiges Wasser auf einem Niveau unter dem des nassen Fluids darin umfasst. Ein Druck des nassen Fluids, der bewirkt wird, damit es durch die Nassplatte 40 hindurch strömt, ist typischerweise kleiner als ein Druck des trocvkenen Fluids, der bewirkt wird, damit es durch die Trockenplatte 42 hindurch strömt. Wie in 2 veranschaulicht, steht eine Strömungsrichtung des nassen Fluids, durch Pfeile A angezeigt, rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung des trockenen Fluids, durch Pfeile B angezeigt, um eine Querstrom-Konfiguration vorzusehen. Es können jedoch je nach Wunsch andere Konfigurationen wie z. B. Gleichstrom oder Gegenstrom verwendet werden.
Jede der in den 3–5 gezeigten Platten 40, 42 umfasst eine im Wesentlichen ebene erste Schicht 50, eine im Wesentlichen ebene zweite Schicht 52, einen im Wesentlichen ebenen ersten Dichtungsstab 54, einen im Wesentlichen ebenen zweiten Dichtungsstab 56 und eine im Wesentlichen ebene Anordnung von länglichen Bändern 58. Es ist einzusehen, dass die Schichten 50, 52 wunschgemäß nur für die Nassplatte 40 oder die Trockenplatte 42 verwendet werden können. In der gezeigten Ausführungsform sind die Schichten 50, 52 Diffusionsmedien. Die Diffusionsmedien können beispielsweise aus einem beliebigen herkömmlichen Material wie z. B. einer Glasfaser, einem Papier auf Glasbasis, Kohlefaser, einem Papier und dergleichen gebildet sein.
Zumindest ein Abschnitt des ersten Dichtungsstabes 54 ist zwischen jeder von der ersten Schicht 50 und der zweiten Schicht 52 angeordnet und an eine äußere Kante derselben geklebt. Zumindest ein Abschnitt des zweiten Dichtungsstabes 56 ist zwischen jeder von der ersten Schicht 50 und der zweiten Schicht 52 angeordnet und an eine äußere Kante derselben geklebt. Es ist einzusehen, dass die Dichtungsstäbe 54, 56 wunschgemäß ganz zwischen den Schichten 50, 52 angeordnet sein können. In der gezeigten Ausführungsform sind die Abschnitte der Dichtungsstäbe 54, 56 mit den Schichten 50, 52 schmelzgeformt. Es ist einzusehen, dass die Schichten 50, 52 wunschgemäß mithilfe eines beliebigen Verfahrens wie z. B. eines Klebeverfahrens an die Dichtungsstäbe 54, 56 geklebt werden können. Es ist ferner einzusehen, dass die Dichtungsstäbe 54, 56 wunschgemäß aus einem beliebigen Material wie z. B. einem Stahl, einem Polymer, einem Kunststoff, einem Graphit und einem Verbundstoff gebildet werden können. Eine Membran 60 ist um die Schichten 50, 52 und zumindest einen der Dichtungsstäbe 54, 56 herum gewickelt. Wie gezeigt, ist die Membran 60 mithilfe eines Klebstoffes an einer äußeren Umfangskante einer jeden der Platten 40, 42 an die Schichten 50, 52 und den Dichtungsstab 56 geklebt, um die Dichtungseigenschaften dazwischen zu miaximieren.
Wie gezeigt, sind die Bänder 58 zwischen der ersten Schicht 50 und der zweiten Schicht 52 angeordnet und zumindest teilweise an dieselben geklebt. Die Bänder 58 sind typischerweise Polymerfaserbündel mit einer zylindrischen Form und einer im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsform. Es ist einzusehen, dass die Bänder 58 aus einem beliebigen Material wie z. B. einem Stahl, einem Polymer, einem Graphit und einem Verbundstoff gebildet werden können. Es ist ferner einzusehen, dass die Bänder 58 wunschgemäß eine beliebige Form und Größe aufweisen können. Die Bänder 58 wirken mit den Schichten 50, 52 zusammen, um eine Vielzahl von Strömungskanälen 64 in der Nassplatte 40 und eine Vielzahl von Strömungskanälen 66 in der Trockenplatte 42 zu definieren. Es ist einzusehen, dass wunschgemäß eine beliebige Anzahl von Strömungskanälen 64, 66 in der WVT-Einheit 22 gebildet werden kann. Die in der Nassplatte 40 gebildeten Strömungskanäle 64 transportieren das nasse Fluid von der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems 10 zu einem Austritt (nicht gezeigt). Die in der Trockenplatte 42 gebildeten Strömungskanäle 66 transportieren das trockene Fluid von der Fluidquelle 13 zu der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems 10.
6 veranschaulicht schematisch die WVT-Einheit 22, die ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 68 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst. Eine Strömungsrichtung C des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle 66 hindurch steht im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung D des nassen Fluids durch die Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 hindurch. Jeder der Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 weist einen Einlass 70 und einen Auslass 72 auf und jeder der Strömungskanäle 66 der Trockenplatte 42 weist einen Einlass 74 und einen Auslass 76 auf. Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 64 der Nassplatte 40 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 70 zu dem Auslass 72 aufweist. Des Weiteren ist eine Breite W_WP eines jeden der Strömungskanäle 64 im Wesentlichen gleich der Breite W_WP eines jeden benachbarten Strömungskanals 64. Demzufolge sind ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 64 und das Strömungsvolumen des nassen Fluids darin im Wesentlichen gleich und gleichmäßig über die Nassplatte 40 hinweg.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 66 der Trockenplatte 42 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 74 zu dem Auslass 76 aufweist. Gruppen der Strömungskanäle 66 mit unterschiedlichen Breiten W_DP bilden das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 68 der WVT-Einheit 22. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 68 steuert ein Strömungsvolumen des trockenen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 66 hindurch und eine Strömungsverteilung des trockenen Fluids über die Trockenplatte 42 hinweg. Im Speziellen weist eine erste Gruppe von Strömungskanälen 66 benachbart zu den Einlässen 70 der Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 eine größere Breite W_DP auf als eine zweite Gruppe von Strömungskanälen 66 benachbart dazu, sodass jeder der ersten Gruppe von Strömungskanälen 66 mehr trockenes Fluid unterbringen kann als jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 66. Die zweite Gruppe von Strömungskanälen 66 weist eine größere Breite W_DP auf als eine dritte Gruppe von Strömungskanälen 66 benachbart zu den Auslässen 72 der Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40, sodass jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 66 mehr trockenes Fluid unterbringen kann als jeder der dritten Gruppe von Strömungskanälen 66. Demzufolge nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 66 und das Strömungsvolumen des trockenen Fluids darin über die Trockenplatte 42 hinweg von den Einlässen 70 der Nassplatte 40 zu den Auslässen 72 derselben ab. Es können wunschgemäß mehr oder weniger Gruppen von Strömungskanälen 66 als gezeigt verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 66 der Trockenplatte 42 durch Ändern der Breiten W_DP der Strömungskanäle 66 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 66 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 66 modifiziert werden können.
Eine Menge des Wassers und/oder Wasserdampfes, die von dem nassen Fluid auf das trockene Fluid übertragen wird, ist am größten in der ersten Gruppe von Strömungskanälen 66 benachbart zu den Einlässen 70 der Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40. Anders ausgedrückt findet die größte Übertragung des Wassers und/oder Wasserdampfes in den Strömungskanälen 66 der Trockenplatte 42 mit dem größten Strömungsvolumen des trockenen Fluids statt. Infolgedessen wird bewirkt, dass ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 76 der Strömungskanäle 66 benachbart zu den Einlässen 70 der Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 bis innerhalb eines gewünschten Niveaubereiches relativer Feuchtigkeit abnimmt, um dadurch eine Bildung von flüssigem Wasser in den Fluidkanälen 66 der Trockenplatte 42 zu verhindern. In einem nicht einschränkenden Beispiel liegt der gewünschte Niveaubereich relativer Feuchtigkeit zwischen etwa 45% und etwa 85%. Im Gegensatz dazu ist die Menge des Wassers und/oder Wasserdampfes, die von dem nassen Fluid auf das trockene Fluid übertragen wird, in der dritten Gruppe von Strömungskanälen 66 benachbart zu den Auslässen 72 der Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 am kleinsten. Anders ausgedrückt findet die kleinste Übertragung des Wassers und/oder Wasserdampfes in den Strömungskanälen 66 der Trockenplatte 42 mit dem kleinsten Strömungsvolumen des trockenen Fluids statt. Infolgedessen wird bewirkt, dass ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 76 der Strömungskanäle 66 benachbart zu den Auslässen 72 der Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 bis innerhalb des gewünschten Feuchtigkeitsniveaubereiches zunimmt. Da das Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 76 der Strömungskanäle 66 benachbart zu den Einlässen 70 der Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 verringert und an den Auslässen 76 der Strömungskanäle 66 benachbart zu den Auslässen 72 der Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 erhöht ist, ist eine Schwankung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit des trockenen Fluids über die Auslässe 76 der Strömungskanäle 66 der Trockenplatte 42 hinweg minimiert.
7 veranschaulicht schematisch die WVT-Einheit 122, die ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 168 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst. Eine Strömungsrichtung C₁ des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle 166 hindurch steht im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung D₁ des nassen Fluids durch die Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140 hindurch. Jeder der Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140 weist einen Einlass 170 und einen Auslass 172 auf, und jeder der Strömungskanäle 166 der Trockenplatte 142 weist einen Einlass 174 und einen Auslass 176 auf. Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 164 der Nassplatte 140 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 170 zu dem Auslass 172 aufweist. Des Weiteren ist eine Breite W_WP1 eines jeden der Strömungskanäle 164 im Wesentlichen die gleiche wie eine Breite W_WP1 eines jeden benachbarten Strömungskanals 164. Demzufolge sind ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 164 und das Strömungsvolumen des nassen Fluids darin im Wesentlichen gleich und gleichmäßig über die Nassplatte 140 hinweg.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 166 der Trockenplatte 142 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 174 zu dem Auslass 176 aufweist. Des Weiteren bildet jeder der Strömungskanäle 166 mit einer unterschiedlichen Breite W_DP1 das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 168 der WVT-Einheit 122. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 168, welches jeden der Strömungskanäle 166 mit unterschiedlichen Breiten W_DP1 umfasst, unterscheidet die WVT-Einheit 122 von der in 6 gezeigten und hierin oben beschriebenen WVT-Einheit 122. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 168 steuert ein Strömungsvolumen des trockenen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 166 hindurch und eine Strömungsverteilung des trockenen Fluids über die Trockenplatte 142 hinweg. Im Speziellen, beginnend mit den Strömungskanälen 166 benachbart zu den Einlässen 170 der Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140, weist jeder der Strömungskanäle 166 der Trockenplatte 142 eine größere Breite W_PD1 auf als die Strömungskanäle 166 benachbart dazu. Demzufolge kann jeder der Strömungskanäle 166, beginnend mit dem Strömungskanal 166 benachbart zu den Einlässen 170 der Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140, mehr trockenes Fluid unterbringen als die benachbarten Strömungskanäle 166. Des Weiteren nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 166 und das Strömungsvolumen des trockenen Fluids darin über die Trockenplatte 142 hinweg von den Einlässen 170 der Nassplatte 140 zu den Auslässen 172 derselben ab. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 166 der Trockenplatte 142 durch Ändern der Breiten W_DP1 der Strömungskanäle 166 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 166 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 166 modifiziert werden können.
Eine Menge des Wassers und/oder Wasserdampfes, die von dem nassen Fluid auf das trockene Fluid übertragen wird, ist am größten in den Strömungskanälen 166 benachbart zu den Einlässen 170 der Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140. Anders ausgedrückt findet die größte Übertragung des Wassers und/oder Wasserdampfes in den Strömungskanälen 166 der Trockenplatte 142 mit dem größten Strömungsvolumen des trockenen Fluids statt. Infolgedessen wird bewirkt, dass ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 176 der Strömungskanäle 166 benachbart zu den Einlässen 170 der Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140 bis innerhalb eines gewünschten Niveaubereiches relativer Feuchtigkeit abnimmt, um dadurch eine Bildung von flüssigem Wasser in den Fluidkanälen 166 der Trockenplatte 142 zu verhindern. In einem nicht einschränkenden Beispiel liegt der gewünschte Niveaubereich relativer Feuchtigkeit zwischen etwa 45% und etwa 85%. Im Gegensatz dazu ist die Menge des Wassers und/oder Wasserdampfes, die von dem nassen Fluid auf das trockene Fluid übertragen wird, in den Strömungskanälen 166 benachbart zu den Auslässen 172 der Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140 am kleinsten. Anders ausgedrückt findet die kleinste Übertragung von Wasser und/oder Wasserdampf in den Strömungskanälen 166 der Trockenplatte 142 mit dem kleinsten Strömungsvolumen des trockenen Fluids statt. Infolgedessen wird bewirkt, dass ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 176 der Strömungskanäle 166 benachbart zu den Auslässen 172 der Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140 bis innerhalb des gewünschten Feuchtigkeitsniveaubereiches zunimmt. Da das Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 176 der Strömungskanäle 166 benachbart zu den Einlässen 170 der Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140 verringert und an den Auslässen 176 der Strömungskanäle 166 benachbart zu den Auslässen 172 der Strömungskanäle 164 der Nassplatte 140 erhöht ist, ist eine Schwankung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit des trockenen Fluids über die Auslässe 76 der Strömungskanäle 66 der Trockenplatte 42 hinweg minimiert.
8 veranschaulicht schematisch die WVT-Einheit 222, die ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 268 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst. Eine Strömungsrichtung C₂ des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle 266 hindurch steht im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung D₂ des nassen Fluids durch die Strömungskanäle 264 der Nassplatte 240 hindurch. Jeder der Strömungskanäle 264 der Nassplatte 240 weist einen Einlass 270 und einen Auslass 272 auf, und jeder der Strömungskanäle 266 der Trockenplatte 242 weist einen Einlass 274 und einen Auslass 276 auf.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 264 der Nassplatte 240 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 270 zu dem Auslass 272 aufweist. Gruppen der Strömungskanäle 264 mit unterschiedlichen Breiten W_WP2 bilden das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 268 der WVT-Einheit 222. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 268, welches die Gruppen der Strömungskanäle 264 mit unterschiedlichen Breiten W_WP2 umfasst, unterscheidet die WVT-Einheit 222 von den in den 6–7 gezeigten und hierin oben beschriebenen WVT-Einheiten 22, 122. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 268 steuert ein Strömungsvolumen des nassen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 264 hindurch und eine Strömungsverteilung des nassen Fluids über die Nassplatte 240 hinweg. Im Speziellen weist eine erste Gruppe von Strömungskanälen 264 benachbart zu den Einlässen 274 der Strömungskanäle 266 der Trockenplatte 242 eine größere Breite W_WP2 auf als eine zweite Gruppe von Strömungskanälen 264 benachbart dazu, sodass jeder der ersten Gruppe von Strömungskanälen 264 mehr nasses Fluid unterbringen kann als jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 264. Die zweite Gruppe von Strömungskanälen 264 weist eine größere Breite W_WP2 auf als eine dritte Gruppe von Strömungskanälen 264 benachbart zu den Auslässen 276 der Strömungskanäle 266 der Trockenplatte 242, sodass jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 264 mehr nasses Fluid unterbringen kann als jeder der dritten Gruppe von Strömungskanälen 264. Demzufolge nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 264 und das Strömungsvolumen des nassen Fluids darin über die Nassplatte 240 hinweg von den Einlässen 274 der Trockenplatte 242 zu den Auslässen 276 derselben ab. Es können wunschgemäß mehr oder weniger Gruppen von Strömungskanälen 264 als gezeigt verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 264 der Nassplatte 240 durch Ändern der Breiten W_WP2 der Strömungskanäle 264 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 264 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 264 modifiziert werden können.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 266 der Trockenplatte 242 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 274 zu dem Auslass 276 aufweist. Des Weiteren ist eine Breite W_DP2 eines jeden der Strömungskanäle 266 im Wesentlichen die gleiche wie eine Breite W_DP2 eines jeden benachbarten Strömungskanals 266. Demzufolge sind ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 266 und das Strömungsvolumen des trockenen Fluids darin im Wesentlichen gleich und gleichmäßig über die Trockenplatte 242 hinweg.
Ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids ist am höchsten an den Auslässen 276 der der Strömungskanäle 266 der Trockenplatte 242 benachbart zu den Einlässen 270 der Strömungskanäle 264 der Nassplatte 240. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 268 der Nassplatte 240 reduziert das Strömungsvolumen des nassen Fluids in den Strömungskanälen 264 der Nassplatte 240 benachbart zu den Auslässen 276 der Strömungskanäle 266 der Trockenplatte 242. Infolgedessen wird bewirkt, dass das Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 276 der Strömungskanäle 266 benachbart zu den Einlässen 270 der Strömungskanäle 264 der Nassplatte 240 bis innerhalb eines gewünschten Niveaubereiches relativer Feuchtigkeit abnimmt, um dadurch eine Bildung von flüssigem Wasser in den Fluidkanälen 266 der Trockenplatte 242 zu verhindern. In einem nicht einschränkenden Beispiel liegt der gewünschte Niveaubereich relativer Feuchtigkeit zwischen etwa 45% und etwa 85%. Eine Schwankung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit des trockenen Fluids über die Auslässe 276 der Strömungskanäle 266 der Trockenplatte 242 hinweg ist minimiert.
9 veranschaulicht schematisch die WVT-Einheit 322, die ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 368 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst. Eine Strömungsrichtung C₃ des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle 366 hindurch steht im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung D₃ des nassen Fluids durch die Strömungskanäle 364 der Nassplatte 340 hindurch. Jeder der Strömungskanäle 364 der Nassplatte 340 weist einen Einlass 370 und einen Auslass 372 auf, und jeder der Strömungskanäle 366 der Trockenplatte 342 weist einen Einlass 374 und einen Auslass 376 auf.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 364 der Nassplatte 340 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 370 zu dem Auslass 372 aufweist. Des Weiteren bildet jeder der Strömungskanäle 364 mit einer unterschiedlichen Breite W_WP3 das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 368 der WVT-Einheit 322. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 368, welches jeden der Strömungskanäle 366 mit unterschiedlichen Breiten W_WP3 umfasst, unterscheidet die WVT-Einheit 322 von den in den 6–8 gezeigten und hierin oben beschriebenen WVT-Einheiten 22, 122 und 222. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 368 steuert ein Strömungsvolumen des nassen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 364 hindurch und eine Strömungsverteilung des nassen Fluids über die Nassplatte 340 hinweg. Im Speziellen, beginnend mit den Strömungskanälen 364 benachbart zu den Einlässen 374 der Strömungskanäle 366 der Trockenplatte 342, weist jeder der Strömungskanäle 364 der Nassplatte 340 eine größere Breite W_WP3 auf als der Strömungskanal 364 benachbart dazu. Demzufolge kann jeder der Strömungskanäle 364, beginnend mit dem Strömungskanal 364 benachbart zu den Einlässen 374 der Strömungskanäle 366 der Nassplatte 342, mehr nasses Fluid unterbringen als die benachbarten Strömungskanäle 364. Des Weiteren nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 364 und das Strömungsvolumen des nassen Fluids darin über die Nassplatte 340 hinweg von den Einlässen 374 der Trockenplatte 342 zu den Auslässen 376 derselben ab. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 364 der Nassplatte 340 durch Ändern der Breiten W_WP3 der Strömungskanäle 364 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 364 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 364 modifiziert werden können.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 366 der Trockenplatte 342 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 374 zu dem Auslass 376 aufweist. Des Weiteren ist eine Breite W_DP3 eines jeden der Strömungskanäle 366 im Wesentlichen die gleiche wie eine Breite W_DP3 eines jeden benachbarten Strömungskanals 366. Demzufolge sind ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 366 und das Strömungsvolumen des trockenen Fluids darin im Wesentlichen gleich und gleichmäßig über die Trockenplatte 342 hinweg.
Ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids ist am höchsten an den Auslässen 376 der Strömungskanäle 366 der Trockenplatte 342 benachbart zu den Einlässen 370 der Strömungskanäle 364 der Nassplatte 340. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 368 der Nassplatte 340 reduziert das Strömungsvolumen des nassen Fluids in den Strömungskanälen 364 der Nassplatte 340 benachbart zu den Auslässen 376 der Strömungskanäle 366 der Trockenplatte 342. Infolgedessen wird bewirkt, dass ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 376 der Strömungskanäle 366 benachbart zu den Einlässen 370 der Strömungskanäle 364 der Nassplatte 340 bis innerhalb eines gewünschten Niveaubereiches relativer Feuchtigkeit abnimmt, um dadurch eine Bildung von flüssigem Wasser in den Fluidkanälen 366 der Trockenplatte 342 zu verhindern. In einem nicht einschränkenden Beispiel liegt der gewünschte Niveaubereich relativer Feuchtigkeit zwischen etwa 45% und etwa 85%. Eine Schwankung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit des trockenen Fluids über die Auslässe 376 der Strömungskanäle 366 der Trockenplatte 342 hinweg ist minimiert.
10 veranschaulicht schematisch die WVT-Einheit 422, die ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 468 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst. Eine Strömungsrichtung C₄ des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle 466 hindurch steht im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung D₃ des nassen Fluids durch die Strömungskanäle 464 der Nassplatte 440 hindurch. Jeder der Strömungskanäle 464 der Nassplatte 440 weist einen Einlass 470 und einen Auslass 472 auf, und jeder der Strömungskanäle 466 der Trockenplatte 442 weist einen Einlass 474 und einen Auslass 476 auf.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 464 der Nassplatte 440 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 470 zu dem Auslass 472 aufweist. Gruppen der Strömungskanäle 464 mit unterschiedlichen Breiten W_WP4 bilden einen Abschnitt des Fluidströmungsverteilungsmerkmals 468 der WVT-Einheit 422. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 468 steuert ein Strömungsvolumen des nassen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 464 hindurch und eine Strömungsverteilung des nassen Fluids über die Nassplatte 440 hinweg. Im Speziellen weist eine erste Gruppe von Strömungskanälen 464 benachbart zu den Einlässen 474 der Strömungskanäle 466 der Trockenplatte 442 eine größere Breite W_WP4 auf als eine zweite Gruppe von Strömungskanälen 464 benachbart dazu, sodass jeder der ersten Gruppe von Strömungskanälen 464 mehr nasses Fluid unterbringen kann als jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 464. Die zweite Gruppe von Strömungskanälen 464 weist eine größere Breite W_WP4 auf als eine dritte Gruppe von Strömungskanälen 464 benachbart zu den Auslässen 476 der Strömungskanäle 466 der Trockenplatte 442, sodass jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 464 mehr nasses Fluid unterbringen kann als jeder der dritten Gruppe von Strömungskanälen 464. Demzufolge nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 464 und das Strömungsvolumen des nassen Fluids darin über die Nassplatte 440 hinweg von den Einlässen 474 der Trockenplatte 442 zu den Auslässen 476 derselben ab. Es können wunschgemäß mehr oder weniger Gruppen von Strömungskanälen 464 als gezeigt verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 464 der Nassplatte 440 durch Ändern der Breiten W_WP4 der Strömungskanäle 464 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 464 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 464 modifiziert werden können.
Jeder einzelne Strömungskanal 466 der Trockenplatte 442 ist derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 474 zu dem Auslass 476 aufweist. Gruppen der Strömungskanäle 466 mit unterschiedlichen Breiten W_DP4 bilden einen anderen Abschnitt des Fluidströmungsverteilungsmerkmals 468 der WVT-Einheit 422. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 468, welches die Gruppen der Strömungskanäle 464 mit unterschiedlichen Breiten W_WP4 und die Gruppen der Strömungskanäle 466 mit unterschiedlichen Breiten W_DP4 umfasst, unterscheidet die WVT-Einheit 422 von den in den 6–9 gezeigten und hierin oben beschriebenen WVT-Einheiten 22, 122, 222, 322. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 468 steuert ferner ein Strömungsvolumen des trockenen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 466 hindurch und eine Strömungsverteilung des trockenen Fluids über die Trockenplatte 442 hinweg. Im Speziellen weist eine erste Gruppe von Strömungskanälen 466 benachbart zu den Einlässen 470 der Strömungskanäle 464 der Nassplatte 440 eine größere Breite W_DP4 auf als eine zweite Gruppe von Strömungskanälen 466 benachbart dazu, sodass jeder der ersten Gruppe von Strömungskanälen 466 mehr trockenes Fluid unterbringen kann als jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 466. Die zweite Gruppe von Strömungskanälen 466 weist eine größere Breite W_DP4 auf als eine dritte Gruppe von Strömungskanälen 466 benachbart zu den Auslässen 476 der Strömungskanäle 464 der Nassplatte 440, sodass jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 466 mehr trockenes Fluid unterbringen kann als jeder der dritten Gruppe von Strömungskanälen 466. Demzufolge nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 466 und das Strömungsvolumen des trockenen Fluids darin über die Trockenplatte 442 hinweg von den Einlässen 470 der Nassplatte 440 zu den Auslässen 472 derselben ab. Es können wunschgemäß mehr oder weniger Gruppen von Strömungskanälen 466 als gezeigt verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 466 der Trockenplatte 442 durch Ändern der Breiten W_DP4 der Strömungskanäle 466 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 466 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 466 modifiziert werden können.
Ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids ist am höchsten an den Auslässen 476 der Strömungskanäle 466 der Trockenplatte 442 benachbart zu den Einlässen 470 der Strömungskanäle 464 der Nassplatte 440. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 468 reduziert das Strömungsvolumen des nassen Fluids in den Strömungskanälen 464 der Nassplatte 440 benachbart zu den Auslässen 476 der Strömungskanäle 466 der Trockenplatte 442. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 468 erhöht auch das Strömungsvolumen des trockenen Fluids in den Strömungskanälen 466 der Trockenplatte 442 benachbart zu den Einlässen 470 der Strömungskanäle 464 der Nassplatte 440. Infolgedessen wird bewirkt, dass das Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 476 der Strömungskanäle 466 benachbart zu den Einlässen 470 der Strömungskanäle 464 der Nassplatte 440 bis innerhalb eines gewünschten Niveaubereiches relativer Feuchtigkeit abnimmt, um dadurch eine Bildung von flüssigem Wasser in den Fluidkanälen 466 der Trockenplatte 442 zu verhindern. In einem nicht einschränkenden Beispiel liegt der gewünschte Niveaubereich relativer Feuchtigkeit zwischen etwa 45% und etwa 85%. Eine Schwankung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit des trockenen Fluids über die Auslässe 476 der Strömungskanäle 466 der Trockenplatte 442 hinweg ist minimiert.
11 veranschaulicht schematisch die WVT-Einheit 522, die ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 568 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst. Eine Strömungsrichtung C₅ des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle 566 hindurch steht im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung D₅ des nassen Fluids durch die Strömungskanäle 564 der Nassplatte 540 hindurch. Jeder der Strömungskanäle 564 der Nassplatte 540 weist einen Einlass 570 und einen Auslass 572 auf, und jeder der Strömungskanäle 566 der Trockenplatte 542 weist einen Einlass 574 und einen Auslass 576 auf.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 564 der Nassplatte 540 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 570 zu dem Auslass 572 aufweist. Des Weiteren bildet jeder der Strömungskanäle 564 mit unterschiedlichen Breiten W_WP5 einen Abschnitt des Fluidströmungsverteilungsmerkmales 568 der WVT-Einheit 522. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 568 steuert ein Strömungsvolumen des nassen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 564 hindurch und eine Strömungsverteilung des nassen Fluids über die Nassplatte 540 hinweg. Im Speziellen, beginnend mit dem Strömungskanal 564 benachbart zu den Einlässen 574 der Strömungskanäle 566 der Trockenplatte 542, weist jeder der Strömungskanäle 564 eine größere Breite W_WP5 auf als der Strömungskanal 564 benachbart dazu. Demzufolge kann jeder der Strömungskanäle 564, beginnend mit dem Strömungskanal 564 benachbart zu den Einlässen 574 der Strömungskanäle 566 der Trockenplatte 542, mehr nasses Fluid unterbringen als die benachbarten Strömungskanäle 564. Des Weiteren nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 564 und das Strömungsvolumen des nassen Fluids darin über die Nassplatte 540 hinweg von den Einlässen 574 der Trockenplatte 542 zu den Auslässen 576 derselben ab. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 564 der Nassplatte 540 durch Ändern der Breiten W_WP5 der Strömungskanäle 564 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 564 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 564 modifiziert werden können.
Jeder einzelne Strömungskanal 566 der Trockenplatte 542 ist derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 574 zu dem Auslass 576 aufweist. Gruppen der Strömungskanäle 566 mit unterschiedlichen Breiten W_DP5 bilden einenanderen Abschnitt des Fluidströmungsverteilungsmerkmals 568 der WVT-Einheit 522. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 568, welches jeden der Strömungskanäle 564 mit unterschiedlichen Breiten W_DP5 und die Gruppen der Strömungskanäle 566 mit unterschiedlichen Breiten W_WP5 umfasst, unterscheidet die WVT-Einheit 522 von den in den 6–10 gezeigten und hierin oben beschriebenen WVT-Einheiten 22, 122, 222, 322, 422. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 568 steuert ferner ein Strömungsvolumen des trockenen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 566 hindurch und eine Strömungsverteilung des trockenen Fluids über die Trockenplatte 542 hinweg. Im Speziellen weist eine erste Gruppe von Strömungskanälen 566 benachbart zu den Einlässen 570 der Strömungskanäle 564 der Nassplatte 540 eine größere Breite W_DP5 auf als eine zweite Gruppe von Strömungskanälen 566 benachbart dazu, sodass jeder der ersten Gruppe von Strömungskanälen 566 mehr trockenes Fluid unterbringen kann als jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 566. Die zweite Gruppe von Strömungskanälen 566 weist eine größere Breite W_DP5 auf als eine dritte Gruppe von Strömungskanälen 566 benachbart zu den Auslässen 572 der Strömungskanäle 564 der Nassplatte 540, sodass jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 566 mehr trockenes Fluid unterbringen kann als jeder der dritten Gruppe von Strömungskanälen 566. Demzufolge nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 566 und das Strömungsvolumen des trockenen Fluids darin über die Trockenplatte 542 hinweg von den Einlässen 570 der Nassplatte 540 zu den Auslässen 572 derselben ab. Es können wunschgemäß mehr oder weniger Gruppen von Strömungskanälen 566 als gezeigt verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 566 der Trockenplatte 542 durch Ändern der Breiten W_DP5 der Strömungskanäle 566 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 566 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 566 modifiziert werden können.
Ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids ist am höchsten an den Auslässen 576 der der Strömungskanäle 566 der Trockenplatte 542 benachbart zu den Einlässen 570 der Strömungskanäle 564 der Nassplatte 540. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 568 reduziert das Strömungsvolumen des nassen Fluids in den Strömungskanälen 564 der Nassplatte 540 benachbart zu den Auslässen 576 der Strömungskanäle 566 der Trockenplatte 542. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 568 erhöht auch das Strömungsvolumen des trockenen Fluids in den Strömungskanälen 566 der Trockenplatte 542 benachbart zu den Einlässen 570 der Strömungskanäle 564 der Nassplatte 540. Infolgedessen wird bewirkt, dass ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 576 der Strömungskanäle 566 benachbart zu den Einlässen 570 der Strömungskanäle 564 der Nassplatte 540 bis innerhalb eines gewünschten Niveaubereiches relativer Feuchtigkeit abnimmt, um dadurch eine Bildung von flüssigem Wasser in den Fluidkanälen 566 der Trockenplatte 542 zu verhindern. In einem nicht einschränkenden Beispiel liegt der gewünschte Niveaubereich relativer Feuchtigkeit zwischen etwa 45% und etwa 85%. Eine Schwankung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit des trockenen Fluids über die Auslässe 576 der Strömungskanäle 566 der Trockenplatte 542 hinweg ist minimiert.
12 veranschaulicht schematisch die WVT-Einheit 622, die ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 668 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Eine Strömungsrichtung C₆ des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle 666 hindurch steht im Wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung D₆ des nassen Fluids durch die Strömungskanäle 664 der Nassplatte 640 hindurch. Jeder der Strömungskanäle 664 der Nassplatte 640 weist einen Einlass 670 und einen Auslass 672 auf, und jeder der Strömungskanäle 666 der Trockenplatte 642 weist einen Einlass 674 und einen Auslass 676 auf.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 664 der Nassplatte 640 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 670 zu dem Auslass 672 aufweist. Gruppen der Strömungskanäle 664 mit unterschiedlichen Breiten W_WP6 bilden einen Abschnitt des Fluidströmungsverteilungsmerkmales 668 der WVT-Einheit 622. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 668 steuert ein Strömungsvolumen des nassen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 664 hindurch und eine Strömungsverteilung des nassen Fluids über die Nassplatte 640 hinweg. Im Speziellen weist eine erste Gruppe von Strömungskanälen 664 benachbart zu den Einlässen 674 der Strömungskanäle 666 der Trockenplatte 642 eine größere Breite W_WP6 auf als eine zweite Gruppe von Strömungskanälen 664 benachbart dazu, sodass jeder der ersten Gruppe von Strömungskanälen 664 mehr nasses Fluid unterbringen kann als jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 664. Die zweite Gruppe von Strömungskanälen 664 weist eine größere Breite W_WP6 auf als eine dritte Gruppe von Strömungskanälen 664 benachbart zu den Auslässen 676 der Strömungskanäle 666 der Trockenplatte 642, sodass jeder der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 664 mehr nasses Fluid unterbringen kann als jeder der dritten Gruppe von Strömungskanälen 664. Demzufolge nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 664 und das Strömungsvolumen des nassen Fluids darin über die Nassplatte 640 hinweg von den Einlässen 674 der Trockenplatte 642 zu den Auslässen 676 derselben ab. Es können wunschgemäß mehr oder weniger Gruppen von Strömungskanälen 664 als gezeigt verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 664 der Nassplatte 640 durch Ändern der Breiten W_WP6 der Strömungskanäle 664 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 664 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 664 modifiziert werden können.
Jeder einzelne Strömungskanal 666 der Trockenplatte 642 ist derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 674 zu dem Auslass 676 aufweist. Des Weiteren bildet jeder der Strömungskanäle 666 mit unterschiedlichen Breiten W_DP6 einen anderen Abschnitt des Fluidströmungsverteilungsmerkmales 668 der WVT-Einheit 622. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 668, welches die Gruppen der Strömungskanäle 664 mit unterschiedlichen Breiten W_WP6 und jeden der Strömungskanäle 666 mit unterschiedlichen Breiten W_DP6 umfasst, unterscheidet die WVT-Einheit 622 von den in den 6–11 gezeigten und hierin oben beschriebenen WVT-Einheiten 22, 122, 222, 322, 422, 522. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 668 steuert ferner ein Strömungsvolumen des trockenen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 666 hindurch und eine Strömungsverteilung des trockenen Fluids über die Trockenplatte 642 hinweg. Im Speziellen, beginnend mit den Strömungskanälen 666 benachbart zu den Einlässen 670 der Strömungskanäle 664 der Nassplatte 640, weist jeder der Strömungskanäle 666 eine größere Breite W_DP6 auf als der Strömungskanal 666 benachbart dazu. Demzufolge kann jeder der Strömungskanäle 666, beginnend mit dem Strömungskanal 666 benachbart zu den Einlässen 670 der Strömungskanäle 664 der Nassplatte 640, mehr trockenes Fluid unterbringen als die benachbarten Strömungskanäle 666. Des Weiteren nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 666 und das Strömungsvolumen des trockenen Fluids darin über die Trockenplatte 642 hinweg von den Einlässen 670 der Nassplatte 640 zu den Auslässen 672 derselben ab. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 666 der Trockenplatte 642 durch Ändern der Breiten W_DP6 der Strömungskanäle 666 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 666 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 666 modifiziert werden können.
Ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids ist am höchsten an den Auslässen 676 der Strömungskanäle 666 der Trockenplatte 642 benachbart zu den Einlässen 670 der Strömungskanäle 664 der Nassplatte 640. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 668 reduziert das Strömungsvolumen des nassen Fluids in den Strömungskanälen 664 der Nassplatte 640 benachbart zu den Auslässen 676 der Strömungskanäle 666 der Trockenplatte 642. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 668 erhöht auch das Strömungsvolumen des trockenen Fluids in den Strömungskanälen 666 der Trockenplatte 642 benachbart zu den Einlässen 670 der Strömungskanäle 664 der Nassplatte 640. Infolgedessen wird bewirkt, dass ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 676 der Strömungskanäle 666 benachbart zu den Einlässen 670 der Strömungskanäle 664 der Nassplatte 640 bis innerhalb eines gewünschten Niveaubereiches relativer Feuchtigkeit abnimmt, um dadurch eine Bildung von flüssigem Wasser in den Fluidkanälen 666 der Trockenplatte 642 zu verhindern. In einem nicht einschränkenden Beispiel liegt der gewünschte Niveaubereich relativer Feuchtigkeit zwischen etwa 45% und etwa 85%. Eine Schwankung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit des trockenen Fluids über die Auslässe 676 der Strömungskanäle 666 der Trockenplatte 642 hinweg ist minimiert.
13 veranschaulicht schematisch die WVT-Einheit 722, die ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 768 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Eine Strömungsrichtung C₇ des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle 766 hindurch steht im Wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung D₇ des nassen Fluids durch die Strömungskanäle 764 der Nassplatte 740 hindurch. Jeder der Strömungskanäle 764 der Nassplatte 740 weist einen Einlass 770 und einen Auslass 772 auf, und jeder der Strömungskanäle 766 der Trockenplatte 742 weist einen Einlass 774 und einen Auslass 776 auf.
Wie veranschaulicht, ist jeder einzelne Strömungskanal 764 der Nassplatte 740 derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 770 zu dem Auslass 772 aufweist. Des Weiteren bildet jeder der Strömungskanäle 764 mit unterschiedlichen Breiten W_WP7 einen Abschnitt des Fluidströmungsverteilungsmerkmales 768 der WVT-Einheit 722. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 768 steuert ein Strömungsvolumen des nassen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 764 hindurch und eine Strömungsverteilung des nassen Fluids über die Nassplatte 740 hinweg. Im Speziellen, beginnend mit den Strömungskanälen 764 benachbart zu den Einlässen 774 der Strömungskanäle 766 der Trockenplatte 742, weist jeder der Strömungskanäle 764 eine größere Breite W_WP7 auf als der Strömungskanal 764 benachbart dazu. Demzufolge kann jeder der Strömungskanäle 764, beginnend mit dem Strömungskanal 764 benachbart zu den Einlässen 774 der Strömungskanäle 766 der Trockenplatte 742, mehr nasses Fluid unterbringen als die benachbarten Strömungskanäle 764. Des Weiteren nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 764 und das Strömungsvolumen des nassen Fluids darin über die Nassplatte 740 hinweg von den Einlässen 774 der Trockenplatte 742 zu den Auslässen 776 derselben ab. In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 764 der Nassplatte 740 durch Ändern der Breiten W_WP7 der Strömungskanäle 764 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 764 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 764 modifiziert werden können.
Jeder einzelne Strömungskanal 766 der Trockenplatte 742 ist derart gebildet, dass er eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsquerschnittsfläche von dem Einlass 774 zu dem Auslass 776 aufweist. Des Weiteren bildet jeder der Strömungskanäle 766 mit unterschiedlichen Breiten W_DP7 einen anderen Abschnitt des Fluidströmungsverteilungsmerkmales 768 der WVT-Einheit 722. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 768, welches jeden der Strömungskanäle 764 mit unterschiedlichen Breiten W_WP7 und jeden der Strömungskanäle 766 mit unterschiedlichen Breiten W_DP7 umfasst, unterscheidet die WVT-Einheit 722 von den in den 6–12 gezeigten und hierin oben beschriebenen WVT-Einheiten 22, 122, 222, 322, 422, 522, 622. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 768 steuert ferner ein Strömungsvolumen des trockenen Fluids durch jeden der Strömungskanäle 766 hindurch und eine Strömungsverteilung des trockenen Fluids über die Trockenplatte 742 hinweg. Im Speziellen, beginnend mit dem Strömungskanal 766 benachbart zu den Einlässen 770 der Strömungskanäle 764 der Nassplatte 740, weist jeder der Strömungskanäle 766 eine größere Breite W_DP7 auf als der Strömungskanal 766 benachbart dazu. Demzufolge kann jeder der Strömungskanäle 766, beginnend mit dem Strömungskanal 766 benachbart zu den Einlässen 770 der Strömungskanäle 764 der Nassplatte 740, mehr trockenes Fluid unterbringen als die benachbarten Strömungskanäle 766. Des Weiteren nehmen ein Volumen eines jeden der Strömungskanäle 766 und das Strömungsvolumen des trockenen Fluids darin über die Trockenplatte 742 hinweg von den Einlässen 770 der Nassplatte 740 zu den Auslässen 772 derselben ab.
In der gezeigten Ausführungsform werden die Volumina der Strömungskanäle 766 der Trockenplatte 742 durch Ändern der Breiten W_DP7 der Strömungskanäle 766 modifiziert. Es ist jedoch einzusehen, dass die Volumina der Strömungskanäle 766 wunschgemäß durch Variieren einer Tiefe, einer Querschnittsform oder einer Länge der Strömungskanäle 766 modifiziert werden können.
Ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids ist am höchsten an den Auslässen 776 der Strömungskanäle 766 der Trockenplatte 742 benachbart zu den Einlässen 770 der Strömungskanäle 764 der Nassplatte 740. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 768 reduziert das Strömungsvolumen des nassen Fluids in den Strömungskanälen 764 der Nassplatte 740 benachbart zu den Auslässen 776 der Strömungskanäle 766 der Trockenplatte 742. Das hierin oben beschriebene Fluidströmungsverteilungsmerkmal 768 erhöht auch das Strömungsvolumen des trockenen Fluids in den Strömungskanälen 766 der Trockenplatte 742 benachbart zu den Einlässen 770 der Strömungskanäle 764 der Nassplatte 740. Infolgedessen wird bewirkt, dass ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen 776 der Strömungskanäle 766 benachbart zu den Einlässen 770 der Strömungskanäle 764 der Nassplatte 740 bis innerhalb eines gewünschten Niveaubereiches relativer Feuchtigkeit abnimmt, um dadurch eine Bildung von flüssigem Wasser in den Fluidkanälen 766 der Trockenplatte 742 zu verhindern. In einem nicht einschränkenden Beispiel liegt der gewünschte Niveaubereich relativer Feuchtigkeit zwischen etwa 45% und etwa 85%. Eine Schwankung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit des trockenen Fluids über die Auslässe 776 der Strömungskanäle 766 der Trockenplatte 742 hinweg ist minimiert.
Ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 10, welches die WVT-Einheit 22 umfasst, ist im Wesentlichen einem Betrieb des Brennstoffzellensystems ähnlich, welches zumindest eine der WVT-Einheiten 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722 umfasst. Aus diesem Grund ist hierin nachfolgend der Einfachheit halber nur der Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 beschrieben, welches die WVT-Einheit 22 umfasst.
Während des Betriebes des Brennstoffzellensystems 10 wird das trockene Fluid oder der Kathodenversorgungsfluidstrom dazu gebracht, von der Fluidquelle 13 durch die Leitung 15 hindurch zu dem Verdichter 14 zu strömen. Der Verdichter 14 verdichtet das trockene Fluid. Anschließend strömt das verdichtete trockene Fluid von dem Verdichter 14 durch die Leitung 20 hindurch zu dem CAC 18. Der CAC 18 kühlt das trockene Fluid. Das kühle, trockene Fluid verlässt den CAC 18 und wird dazu gebracht, durch die Leitung 24 hindurch zu der WVT-Einheit 22 zu strömen. Gleichzeitig wird das nasse Fluid oder der Kathodenaustrittsfluidstrom dazu gebracht, von der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 durch die Kathodenaustrittsleitung 28 hindurch zu der WVT-Einheit 22 zu strömen.
Innerhalb der WVT-Einheit 22 strömt das trockene Fluid durch die Strömungskanäle 66, die in der Trockenplatte 42 gebildet sind, hindurch, und das nasse Fluid strömt durch die Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 hindurch. Während der Strömung des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle 66 der Trockenplatte 42 hindurch und der Strömung des nassen Fluids durch die Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 hindurch, wird/werden das Wasser und/oder der Wasserdampf von dem nassen Fluid auf das trockene Fluid übertragen. Demzufolge wird das trockene Fluid durch das Wasser und/oder den Wasserdampf von dem nassen Fluid befeuchtet. Die Wasser- und/oder Wasserdampfübertragung kann die folgenden Modi beinhalten: A) einen Konvektionsmassetransport von Wasserdampf in den Strömungskanälen 64 der Nassplatte 40 und den Strömungskanälen 66 der Trockenplatte 42 und B) einen Diffusionstransport durch die Schichten 50, 52 und die Membranen 60 benachbart zu den Strömungskanälen 64 der Nassplatte 40 und die Schichten 50, 52 und die Membranen 60 benachbart zu den Strömungskanälen 66 der Trockenplatte 42 hindurch;. Überdies, wenn eine Druckdifferenz zwischen den Strömungskanälen 64 der Nassplatte 40 und den Strömungskanälen 66 der Trockenplatte 42 vorhanden ist, wird Wasser durch hydraulische Kräfte durch die Schichten 50, 52, und die Membranen 60 hindurch übertragen. Danach verlässt das befeuchtete trockene Fluid die Strömungskanäle 64 der Trockenplatte 42 und wird dazu gebracht, durch die Kathodenversorgungsleitung 26 hindurch zu dem Brennstoffzellenstapel 12 zu strömen. Dann verlässt das nasse Fluid die Strömungskanäle 64 der Nassplatte 40 und wird dazu gebracht, zu einem Austritt zu strömen.
Das Brennstoffzellensystem 10 kann mithilfe des Brennstoffzellenstapel-Kühlsystems 30 gekühlt werden. In der gezeigten Ausführungsform bringt die Pumpe 32 das Kühlfluid dazu, von dem Kühler 32 durch die Kühlmittelschleife 36 und in und durch den Brennstoffzellenstapel 12 hindurch zu strömen. Innerhalb des Brennstoffzellenstapels 12 nimmt das Kühlfluid Wärme von dem Brennstoffzellenstapel 12 auf und kühlt den Brennstoffzellenstapel 12. Das erwärmte Kühlfluid strömt dann aus dem Brennstoffzellenstapel 12 in den Kühler 32 hinein. Innerhalb des Kühlers 32 wird das Kühlfluid durch Übertragung von Wärme an die Umgebungsluft innerhalb des Kühlers 32 gekühlt.
14 veranschaulicht schematisch das Brennstoffzellensystem 800, welches ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfast. Das Brennstoffzellensystem 800 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 812, der eine Kathodenseite und eine Anodenseite aufweist. Ein Kathodenversorgungsfluidstrom, der von eine Lastanforderung des Brennstoffzellenstapels 812 abhängig ist, wird von einer Fluidquelle 813 über eine Leitung 815 einem Verdichter 814 zugeführt. Innerhalb des Verdichters 814 wird der Kathodenversorgungsfluidstrom verdichtet. Wie gezeigt, ist der Verdichter 814 über eine Leitung 820 fluidtechnisch mit einem Ladeluftkühler (CAC) 818 verbunden. Der CAC 818 kühlt den Kathodenversorgungsfluidstrom, der infolge der Verdichtung durch den Verdichter 814 erwärmt wurde. Es ist einzusehen, dass der CAC 818 wunschgemäß ein beliebiger Typ von CAC sein kann. Der CAC 18 ist über eine Leitung 824 fluidtechnisch mit einer Wasserdampfübertragungs(WVT)-Einheit 822 verbunden. Es ist einzusehen, dass die WVT-Einheit 822 wunschgemäß beispielsweise ein beliebiger Typ von WVT-Einheit wie z. B. eine der hierin oben beschriebenen WVT-Einheiten 22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722 sein kann.
Wie veranschaulicht, umfasst das Brennstoffzellensystem 800 beispielsweise zumindest ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 wie z. B. eine feste Struktur, eine Klappe, ein Ventil, eine Drosselklappe, eine Leitschaufel und dergleichen, das in dem Fluidversorgungsstrom des trockenen Fluids oberstromig der WVT-Einheit 822 angeordnet ist. Das gezeigte Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 ist innerhalb des CAC 818 angeordnet. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 steuert selektiv die Strömung des trockenen Fluids in die WVT-Einheit 822 hinein und durch die Strömungskanäle (nicht gezeigt) der Trockenplatte (nicht gezeigt) hindurch. Demzufolge kann das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 verwendet werden, um ein größeres Strömungsvolumen des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle der Trockenplatte benachbart zu den Einlässen der Strömungskanäle (nicht gezeigt) der Nassplatte (nicht gezeigt) hindurch zu leiten als ein Strömungsvolumen des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle der Trockenplatte benachbart zu den Auslässen der Strömungskanäle der Nassplatte hindurch. Infolgedessen nimmt das Strömungsvolumen des trockenen Fluids in jedem der Strömungskanäle der Trockenplatte über die Trockenplatte hinweg von den Einlässen der Nassplatte zu den Auslässen derselben ab. Es ist einzusehen, dass das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868, wie durch die in 14 gezeigten Strichlinien angezeigt, wunschgemäß in der Leitung 820, der Leitung 824 und/oder der Leitung 828 angeordnet sein kann. Wenn das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 in der Leitung 828 angeordnet ist, steuert das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 selektiv die Strömung des nassen Fluids in und durch die Strömungskanäle der Nassplatte hindurch. Demzufolge kann das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 ein größeres Strömungsvolumen des nassen Fluids durch die Strömungskanäle der Nassplatte benachbart zu den Einlässen der Strömungskanäle der Trockenplatte hindurch leiten als ein Strömungsvolumen des nassen Fluids durch die Strömungskanäle der Nassplatte benachbart zu den Auslässen der Strömungskanäle der Trockenplatte hindurch. Der CAC 818, die Leitung 820, die Leitung 824 und/oder die Leitung 828 umfassen beispielsweise eine feste Struktur (nicht gezeigt) wie z. B. Nuten, Kanäle, innere Wände, innere Rohre und dergleichen, was zulässt, dass eine Strömungsverteilung des trockenen Fluids über die Trockenplatte der WVT-Einheit 822 hinweg und/oder eine Strömungsverteilung des nassen Fluids über die Nassplatte der WVT-Einheit 822 hinweg durch das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 variiert wird.
Die WVT-Einheit 822 ist auch fluidtechnisch mit dem Brennstoffzellenstapel 812 verbunden. Die gezeigte WVT-Einheit 822 ist fluidtechnisch mit der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems 800 verbunden. Es ist jedoch einzusehen, dass die WVT-Einheit 822 wunschgemäß fluidtechnisch mit der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 800 oder sonst wie verbunden sein kann. Der Kathodenversorgungsfluidstrom wird von der WVT-Einheit 822 dem Brennstoffzellenstapel 812 über eine Kathodenversorgungsleitung 826 zugeführt. Ein Kathodenaustrittsfluidstrom wird von dem Brennstoffzellenstapel 812 über eine Kathodenaustrittsleitung 828 an die WVT-Einheit 822 bereitgestellt.
Das Wasser und/oder der Wasserdampf in dem Kathodenaustrittsfluidstrom befeuchtet/en den Kathodenversorgungsfluidstrom innerhalb der WVT-Einheit 822. In der gezeigten Ausführungsform wird durch steuerbares Erhöhen der Strömung des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle der Trockenplatte benachbart zu den Einlässen der Strömungskanäle der Nassplatte hindurch und/oder Verringern der Strömung des nassen Fluids durch die Strömungskanäle der Nassplatte benachbart zu den Auslässen der Strömungskanäle der Trockenplatte hindurch bewirkt, dass ein Niveau relativer Feuchtigkeit des trockenen Fluids an den Auslässen der Strömungskanäle der Trockenplatte benachbart zu den Einlässen der Strömungskanäle der Nassplatte bis innerhalb eines gewünschten Niveaubereiches relativer Feuchtigkeit abnimmt, um dadurch eine Bildung von flüssigem Wasser in den Fluidkanälen der Trockenplatte zu verhindern. In einem nicht einschränkenden Beispiel liegt der gewünschte Niveaubereich relativer Feuchtigkeit zwischen etwa 45% und etwa 85%. Eine Schwankung der Verteilung der relativen Feuchtigkeit des trockenen Fluids über die Auslässe der Strömungskanäle der Trockenplatte hinweg ist minimiert.
Das Brennstoffzellensystem 800 kann weitere Komponenten umfassen, die beispielsweise für den Betrieb notwendig sind, z. B. einen Temperatursensor (nicht gezeigt) zum Messen einer Temperatur des aus dem CAC 818 austretenden Kathodenversorgungsfluidstromes, einen Sensor für die relative Feuchtigkeit (nicht gezeigt) zum Messen der relativen Feuchtigkeit des dem Brennstoffzellenstapel 812 zugeführten Kathodenversorgungsfluidstromes und/oder Steuern des Fluidströmungsverteilungsmerkmales 868 des CAC 818 und ein Brennstoffzellenstapel-Kühlsystem 830. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Brennstoffzellenstapel-Kühlsystem 830 eine Pumpe 832 und einen Kühler 834. Die Pumpe 832 bringt ein Kühlfluid (z. B. ein Kältemittel) dazu, durch eine Kühlmittelschleife 836 und in und durch den Brennstoffzellenstapel 812 und den CAC 818 hindurch zu strömen. Das erwärmte Kühlfluid aus dem Brennstoffzellenstapel 812 und dem CAC 818 wird durch eine Übertragung von Wärme an die Umgebungsluft innerhalb des Kühlers 832 gekühlt.
Während des Betriebes des Brennstoffzellensystems 800 wird das trockene Fluid oder der Kathodenversorgungsfluidstrom dazu gebracht, von der Fluidquelle 813 durch die Leitung 815 hindurch zu dem Verdichter 814 zu strömen. Der Verdichter 814 verdichtet das trockene Fluid. Anschließend strömt das verdichtete trockene Fluid von dem Verdichter 814 durch die Leitung 820 hindurch zu dem CAC 818. Der gezeigte CAC 818 kühlt das trockene Fluid mthilfe des Kühlfluids in der Kühlmittelschleife 836. Das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 in dem CAC 818 steuert die Strömung des kühlen, trockenen Fluids von dem CAC 818 durch die Leitung 824 hindurch zu der WVT-Einheit 822. Im Speziellen zwingt das Fluidströmungsverteilungsmerkmal 868 mehr trockenes Fluid durch die Fluidkanäle der Trockenplatte der WVT-Einheit 822 benachbart zu den Einlässsen der Fluidkanäle der Nassplatte der WVT-Einheit 822 hindurch als durch die Fluidkanäle der Trockenplatte benachbart zu den Auslässen der Fluidkanäle der Nassplatte hindurch. Gleichzeitig wird das nasse Fluid oder der Kathodenaustrittsfluidstrom dazu gebracht, von der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 812 durch die Kathodenaustrittsleitung 828 hindurch zu der WVT-Einheit 822 zu strömen. Innerhalb der WVT-Einheit 822 strömt das trockene Fluid durch die Strömungskanäle der Trockenplatte hindurch und das nasse Fluid strömt durch die Strömungskanäle der Nassplatte hindurch.
Während der Strömung des trockenen Fluids durch die Strömungskanäle der Trockenplatte hindurch und der Strömung des nassen Fluids durch die Strömungskanäle der Nassplatte hindurch wird/werden das Wasser und/oder der Wasserdampf von dem nassen Fluid auf das trockene Fluid übertragen. Demzufolge wird das trockene Fluid durch das Wasser und/oder den Wasserdampf von dem nassen Fluid befeuchtet. Die Wasser- und/oder Wasserdampfübertragung kann die folgenden Modi beinhalten: A) einen Konvektionsmassetransport von Wasserdampf in den Strömungskanälen der Nassplatte und den Strömungskanälen der Trockenplatte und B) einen Diffusionstransport durch die Schichten und die Membranen benachbart zu den Strömungskanälen der Nassplatte und die Schichten und Membranen benachbart zu den Strömungskanälen der Trockenplatte hindurch. Überdies, wenn eine Druckdifferenz zwischen den Strömungskanälen der Nassplatte und den Strömungskanälen der Trockenplatte vorhanden ist, wird Wasser durch hydraulische Kräfte durch die Schichten und die Membranen hindurch übertragen. Danach verlässt das befeuchtete trockene Fluid die Strömungskanäle der Trockenplatte und wird dazu gebracht, durch die Kathodenversorgungsleitung 826 hindurch zu dem Brennstoffzellenstapel 812 zu strömen. Dann verlässt das nasse Fluid die Strömungskanäle der Nassplatte und wird dazu gebracht, zu einem Austritt zu strömen.
Das Brennstoffzellensystem 800 kann mithilfe des Brennstoffzellenstapel-Kühlsystems 830 gekühlt werden. In der gezeigten Ausführungsform bringt die Pumpe 832 das Kühlfluid dazu, von dem Kühler 832 durch die Kühlmittelschleife 836 und in und durch den Brennstoffzellenstapel 812 hindurch zu strömen. Innerhalb des Brennstoffzellenstapels 812 nimmt das Kühlfluid Wärme von dem Brennstoffzellenstapel 812 auf und kühlt den Brennstoffzellenstapel 812. Das erwärmte Kühlfluid strömt dann aus dem Brennstoffzellenstapel 812 und dem CAC 818 in den Kühler 832 hinein. Innerhalb des Kühlers 832 wird das Kühlfluid durch Übertragung von Wärme an die Umgebungsluft innerhalb des Kühlers 832 gekühlt.
Aus der vorhergehenden Beschreibung kann ein Fachmann ohne weiteres die wesentlichen Kennzeichen dieser Erfindung erkennen und, ohne von deren Geist und Schutzumfang abzuweichen, verschiedene Änderungen und Abwandlungen an dieser Erfindung vornehmen, um sie an verschiedene Verwendungen und Bedingungen anzupassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7459227 [0002]
US 7036466 [0008]
US 7572531 [0008]
US 7156379 [0009]
US 6471195 [0009]

Claims

Brennstoffzellensystem, umfassend: eine Wasserdampfübertragungseinheit, die eine erste Platte und eine zweite Platte umfasst, wobei die erste Platte eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines ersten Fluids darin aufweist und die zweite Platte eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines zweiten Fluids darin aufweist; und ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal, welches ausgebildet ist, um zumindest eine von einer Strömung des ersten Fluids durch die ersten Strömungskanäle hindurch und einer Strömung des zweiten Fluids durch die zweiten Strömungskanäle hindurch zu steuern, wobei zumindest eine von einer Strömungsverteilung des ersten Fluids über die erste Platte hinweg und einer Strömungsverteilung des zweiten Fluids über die zweite Platte hinweg variiert wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Fluidströmungsverteilungsmerkmal eine erste Gruppe der ersten Strömungskanäle und eine zweite Gruppe der ersten Strömungskanäle umfasst, wobei die ersten Strömungskanäle der ersten Gruppe ein größeres Volumen aufweisen als die ersten Strömungskanäle der zweiten Gruppe.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Fluidströmungsverteilungsmerkmal eine erste Gruppe der zweiten Strömungskanäle und eine zweite Gruppe der zweiten Strömungskanäle umfasst, wobei die zweiten Strömungskanäle der ersten Gruppe ein größeres Volumen aufweisen als die zweiten Strömungskanäle der zweiten Gruppe.
Brennstoffzellensystem, umfassend: eine Wasserdampfübertragungseinheit, die eine erste Platte und eine zweite Platte umfasst, wobei die erste Platte eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines ersten Fluids darin aufweist und die zweite Platte eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines zweiten Fluids darin aufweist, wobei jeder der Strömungskanäle der Platten einen Einlass und einen Auslass umfasst; und ein Fluidströmungsverteilungsmerkmal, welches die ersten Strömungskanäle und die zweiten Strömungskanäle umfasst, wobei ein Volumen der ersten Strömungskanäle benachbart zu den Einlässen der zweiten Strömungskanäle größer ist als ein Volumen der ersten Strömungskanäle benachbart zu den Auslässen der zweiten Strömungskanäle und ein Volumen der zweiten Strömungskanäle benachbart zu den Einlässen der ersten Strömungskanäle größer ist als ein Volumen der zweiten Strömungskanäle benachbart zu den Auslässen der ersten Strömungskanäle.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei ein Volumen eines jeden einer ersten Gruppe der ersten Strömungskanäle größer ist als ein Volumen eines jeden einer zweiten Gruppe der ersten Strömungskanäle und wobei sich die erste Gruppe der ersten Strömungskanäle benachbart zu den Einlässen der zweiten Strömungskanäle befindet und sich die zweite Gruppe der ersten Strömungskanäle benachbart zu den Auslässen der zweiten Strömungskanäle befindet.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, wobei eine dritte Gruppe der ersten Strömungskanäle zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe der ersten Strömungskanäle gebildet ist und wobei ein Volumen eines jeden der dritten Gruppe der ersten Strömungskanäle kleiner als das Volumen eines jeden der ersten Gruppe der ersten Strömungskanäle und größer als das Volumen eines jeden der zweiten Gruppe der ersten Strömungskanäle ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei ein Volumen eines jeden einer ersten Gruppe der zweiten Strömungskanäle größer ist als ein Volumen eines jeden einer zweiten Gruppe der zweiten Strömungskanäle und wobei sich die erste Gruppe der zweiten Strömungskanäle benachbart zu den Einlässen der ersten Strömungskanäle befindet und sich die zweite Gruppe der zweiten Strömungskanäle benachbart zu den Auslässen der zweiten Strömungskanäle befindet.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, wobei eine dritte Gruppe der zweiten Strömungskanäle zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe der zweiten Strömungskanäle gebildet ist und wobei ein Volumen eines jeden der dritten Gruppe der zweiten Strömungskanäle kleiner als das Volumen eines jeden der ersten Gruppe der zweiten Strömungskanäle und größer als das Volumen eines jeden der zweiten Gruppe der zweiten Strömungskanäle ist.
Brennstoffzellensystem, umfassend: eine Wasserdampfübertragungseinheit, die eine erste Platte und eine zweite Platte umfasst, wobei die erste Platte eine Vielzahl von ersten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines ersten Fluids darin aufweist und die zweite Platte eine Vielzahl von zweiten Strömungskanälen zur Aufnahme einer Strömung eines zweiten Fluids darin aufweist, wobei die ersten Strömungskanäle im Wesentlichen rechtwinklig zu den zweiten Strömungskanälen stehen; und ein erstes Fluidströmungsverteilungsmerkmal, welches in einem Ladeluftkühler des Brennstoffzellensystems oberstromig der Wasserdampfübertragungseinheit angeordnet ist, um ein Strömungsvolumen des ersten Fluids durch die ersten Strömungskanäle hindurch zu steuern, wobei das erste Fluidströmungsverteilungsmerkmal ein größeres Strömungsvolumen des ersten Fluids durch die ersten Strömungskanäle benachbart zu den Einlässen der zweiten Strömungskanäle hindurch als durch die ersten Strömungskanäle benachbart zu den Auslässen der zweiten Strömungskanäle hindurch leitet.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, ferner umfassend ein zweites Fluidströmungsverteilungsmerkmal, welches oberstromig der Wasserdampfübertragungseinheit angeordnet ist, um ein Strömungsvolumen des zweiten Fluids durch die zweiten Strömungskanäle hindurch zu steuern, wobei das zweite Fluidströmungsverteilungsmerkmal ein größeres Strömungsvolumen des zweiten Fluids durch die zweiten Strömungskanäle benachbart zu den Einlässen der ersten Strömungskanäle hindurch als durch die zweiten Strömungskanäle benachbart zu den Auslässen der ersten Strömungskanäle hindurch leitet.