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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit optimierter Befeuchtung und Kühlung des Oxidationsmediums.
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Herkömmliche Brennstoffzellensysteme umfassen in einer Oxidationsmediumzuführung eine Oxidationsmediumfördervorrichtung, meist eine Luftfördervorrichtung im Falle der Verwendung von Luft als Oxidationsmedium, und darunter einen Kompressor, darüber hinaus einen Wärmetauscher und eine erste Befeuchtungsvorrichtung, die in dieser Reihenfolge vor eine Brennstoffzelle oder einen Brennstoffzellenstapel geschaltet sind. An den Kathodenauslass der Brennstoffzelle schließt sich eine zweite Befeuchtungsvorrichtung an, die mit der ersten Befeuchtungsvorrichtung verbunden ist und die die Feuchtigkeit zurück zu der ersten Befeuchtungsvorrichtung leitet. Das dem Kompressor zugeführte Oxidationsmedium wird durch das Fördern und ggf. Komprimieren, auf ca. 70 bis 150°C erwärmt. Um eine ausreichende Befeuchtung des Oxidationsmediums durch den Wärmetauscher zu gewährleisten ohne die Befeuchtungsvorrichtung zu schädigen, muss die Temperatur des Oxidationsmediums auf unter 95°C gesenkt werden. Für einen ausreichenden Feuchtigkeitstransport durch die gesamte Befeuchtungsvorrichtung ist jedoch ein Abkühlen des Oxidationsmediums auf ungefähr 30 bis 40°C erforderlich. Bei hohen Umgebungstemperaturen müssen daher vorgesehene Wärmetauscher mit einer großen Kapazität und damit einer großen räumlichen Ausdehnung vorgesehen werden. Damit verbunden sind große Wärmetransferstrecken, die zu einem großen Druckverlust des Oxidationsmediums und damit zu einer geringeren Systemeffizienz oder einer ansteigenden Größe des Brennstoffzellenstapels führen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein hoch effizientes Brennstoffzellensystem bereitzustellen, das sich durch eine kompakte Bauweise auszeichnet und Druckverluste des Oxidationsmediums reduziert.
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Die Aufgabe wird bei einem Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle, mindestens einer Luftfördervorrichtung zum Fördern von der Brennstoffzelle zuzuführendem Oxidationsmedium, insbesondere einem Oxidationsgas und vorzugsweise Luft, mindestens einem Wärmetauscher und einer Befeuchtungsvorrichtung für das Oxidationsmedium erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Wärmetauscher in die Befeuchtungsvorrichtung integriert ist, wodurch eine Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit gebildet wird. Der Wärmetauscher und die Befeuchtungsvorrichtung sind damit nicht mehr in Reihe hintereinander geschaltet. Vielmehr werden die Elemente des Wärmetauschers und die Elemente der Befeuchtungsvorrichtung räumlich kombiniert, so dass in unmittelbarer Umgebung sowohl eine Kühlung als auch eine Befeuchtung des Oxidationsmediums ausgeführt werden kann. Vorzugsweise ist die Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit zwischen der Luftfördervorrichtung und der Brennstoffzelle angeordnet. Ein zusätzlicher Wärmetauscher kann zwischen der Luftfördervorrichtung und der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit vorgesehen sein. Durch die erfindungsgemäße räumliche und strukturelle Anordnung und damit die Integration eines Wärmetauschers in die Befeuchtungsvorrichtung, wird der Platzbedarf für das Brennstoffzellensystem reduziert. Der Wärmetauscher kann in dem Gehäuse der Befeuchtungsvorrichtung angeordnet werden, so dass nur ein gemeinsames Gehäuse vorgesehen werden muss. Das Gehäuse kann auch einen zusätzlich vorgesehenen Wärmetauscher aufnehmen. Somit vereinfacht sich der strukturelle Aufbau des Brennstoffzellensystems und eine kompakte Bauweise desselben wird gefördert. Dies senkt die Kosten für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem. Ferner ist es möglich die Temperatur des Oxidationsmediums dort, wo erforderlich, gezielt zu senken, ohne eine darüber hinaus gehende übermäßige Kühlung vornehmen zu müssen, wie es beispielsweise derzeit zum Feuchtigkeitstransport durch eine herkömmliche Befeuchtungsvorrichtung notwendig ist. Das führt unter anderem zu einer verkürzten Wärmetransferstrecke, was durch einen reduzierten Druckverlust des Oxidationsmediums erkennbar ist. Somit kann auch eine für die Luftfördervorrichtung aufzuwendende Energie gesenkt werden, was der Effizienz des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zuträglich ist.
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Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Befeuchtungsvorrichtung eine Röhren-Befeuchtungsvorrichtung. Durch die röhrenförmige Ausgestaltung der Befeuchtungsvorrichtung kann eine Anordnung der Elemente des Wärmetauschers sehr variabel an vorgesehenen Stellen erfolgen, wodurch eine optimale Kühlung des Oxidationsmediums erzielt wird. Unter einer röhrenförmigen Ausgestaltung im Sinne der Erfindung wird allgemein eine längliche Hohlkörperstruktur verstanden. Die Röhren der Befeuchtungsvorrichtung müssen dabei keinen zylindrischen Querschnitt haben, sondern können beispielsweise auch einen ovalen, vieleckigen oder ellipsoiden Querschnitt aufweisen.
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Zur Optimierung der Integration des Wärmetauschers in die Befeuchtungsvorrichtung ist der Wärmetauscher als Röhren-Wärmetauscher ausgebildet. Unter einer röhrenförmigen Ausgestaltung im Sinne der Erfindung wird auch im Hinblick auf den Wärmetauscher allgemein eine längliche Hohlkörperstruktur verstanden. Die Röhren des Wärmetauschers müssen somit keinen zylindrischen Querschnitt haben, sondern können beispielsweise auch einen ovalen, vieleckigen oder ellipsoiden Querschnitt aufweisen. Aus Gründen der erleichterten Kombination und Integration der Bauteile ist besonders bevorzugt, dass sowohl der Wärmetauscher ein Röhren-Wärmetauscher als auch die Befeuchtungsvorrichtung eine Röhren-Befeuchtungsvorrichtung ist.
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Zur weiteren baulichen Vereinfachung sind die Röhren des Röhren-Wärmetauschers parallel oder senkrecht zu den Röhren der Befeuchtungsvorrichtung angeordnet. Dies erhöht auch den Wärme- und Feuchtigkeitstransfer.
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Um in vorgesehenen Bereichen eine optimale Kühlung des Oxidationsmediums zu erzielen, unterscheiden sich die Röhren des Röhren-Wärmetauschers in ihrem Durchmesser. Dadurch werden auch passive Bereiche, also solche Bereiche, in denen keine oder keine ausreichende Kühlung erfolgt, vermieden.
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Weiter vorteilhaft ist zur Verbesserung der Kühleffizienz vorgesehen, dass die Röhren des Röhren-Wärmetauschers entlang ihrer Länge im Durchmesser variieren.
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Weiter vorteilhaft können die Röhren des Röhren-Wärmetauschers mit den Röhren der Röhren-Befeuchtungsvorrichtung durchsetzt sein und umgekehrt. Die Röhren des Röhren-Wärmetauschers und/oder die Röhren der Röhren-Befeuchtungsvorrichtung sind hierzu vorteilhaft wellenförmig entlang ihrer Länge ausgebildet und bilden eine Art Gewebe. Hierdurch wird eine Kontaktfläche der Röhren des Wärmetauschers und der Befeuchtungsvorrichtung erhöht, was einen besonders effektiven Wärmetransfer und Feuchtigkeitstransfer bedingt.
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Durch Variation einer Anordnung und/oder einer Packungsdichte der Röhren des Röhren-Wärmetauschers in der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit kann eine Kühlung des zugeführten Oxidationsmediums effektiver, gleichmäßiger und räumlich definiert erfolgen, so dass Temperaturunterschiede des Oxidationsmediums minimiert werden.
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Gemäß einer alternativen vorteilhaften Weitebildung ist die Befeuchtungsvorrichtung eine Membran-Befeuchtungsvorrichtung, die sich durch einen hohen Feuchtigkeitsübertritt auszeichnet.
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Vorzugsweise ist der Wärmetauscher ein Platten-Wärmetauscher der durch eine sehr gute Wärmeableiteffizienz gekennzeichnet ist. Eine Kombination aus einer Membran-Befeuchtungsvorrichtung und einem Platten-Wärmetauscher ist besonders bevorzugt.
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Zur strukturellen Vereinfachung der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit sind die Membranen der Membran-Befeuchtungsvorrichtung und des Platten-Wärmetauschers abwechselnd angeordnet, so dass auf eine Membran der Membran-Befeuchtungsvorrichtung eine Platte des Platten-Wärmetauschers folgt und umgekehrt.
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Die Kühlung und Befeuchtung können noch gezielter dadurch gesteuert werden, dass jeweils eine definierte Anzahl an Membranen der Membran-Befeuchtungsvorrichtung von einer definierten Anzahl an Platten des Platten-Wärmetauschers umgeben sind und umgekehrt.
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Durch Variation einer Anordnung und/oder einer Packungsdichte der Platten des Platten-Wärmetauschers in der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit kann eine Kühlung des zugeführten Oxidationsmediums effektiver, gleichmäßiger und räumlich definiert erfolgen, so dass Temperaturunterschiede des Oxidationsmediums minimiert werden.
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Besonders vorteilhaft ist eine Durchflussrate an Kühlmittel durch den Wärmetauscher variabel einstellbar. Dies erhöht den Kühleffekt und damit die Effizienz des Wärmetauschers, so dass je nach gewünschter Austrittstemperatur des befeuchteten und gekühlten Oxidationsmediums eine Kühlung gezielt steuerbar ist.
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Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:
- – Das Brennstoffzellensystem ist kompakt und hat einen geringen Platzbedarf.
- – Der Wärmetauscher ist im Gehäuse der Befeuchtungsvorrichtung angeordnet, ein zusätzliches Gehäuse für den Wärmetauscher ist unnötig.
- – Die Kosten des Brennstoffzellensystems sind aufgrund der kompakten Bauweise reduziert.
- – Der Druckverlust des Oxidationsmediums vor dem Durchlaufen der Brennstoffzelle ist gering. Eine für die Luftfördervorrichtung aufzuwendende Energie ist damit reduziert.
- – Etwaige zusätzliche, zwischen die Luftfördervorrichtung und die Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit einzubringende Wärmetauscher, können kleiner dimensioniert sein.
- – Die Wärmetauscherfläche und damit auch die Kapazität des Wärmetauschers kann geringer ausgelegt werden.
- – Die Temperatur und der Feuchtigkeitsgehalts des Oxidationsmediums sind durch eine entsprechende Ausgestaltung der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit einfach und gezielt steuerbar.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht durch eine Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Schnittansicht durch eine Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung,
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3 eine schematische Schnittansicht durch einen Teil einer Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung,
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4 eine schematische Teilansicht einer Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung im Längsschnitt,
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5 eine schematische Teilansicht einer Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit gemäß einer vierten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung im Querschnitt,
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6 eine schematische Schnittansicht durch eine Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit gemäß einer fünften vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung und
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7 eine schematische Schnittansicht durch einen Teil einer Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit gemäß einer sechsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden an Hand von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen im Vergleich zum Stand der Technik im Detail beschrieben. In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile der Erfindung dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Im Übrigen stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile.
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Im Detail zeigt 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Befeuchtungsvorrichtung 1 für eine Brennstoffzelle gemäß dem Stand der Technik. Die Befeuchtungsvorrichtung 1 ist vom Röhrentyp. Dies bedeutet, dass sie röhrenförmige Elemente, nämlich röhrenförmige Hohlfasermembranen 6, aufweist, die parallel und gebündelt angeordnet sind. Die Befeuchtungsvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 7, an dem ein erster Einlass 2 zum Einleiten von trockener Luft und ein erster Auslass 3 zum Ableiten der trockenen Luft vorgesehen sind. Ferner ist an dem Gehäuse 7 ein zweiter Einlass 4 zum Einleiten von feuchter Luft oder feuchtem Gas vorgesehen sowie ein zweiter Auslass 5 um die feuchte Luft abzuleiten, deren Feuchtigkeit von dem Bündel von Hohlfasermembranen 6 abgeschieden und entfernt worden ist.
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In der Befeuchtungsvorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik gelangt beispielsweise die vom zweiten Einlass 4 eingeleitete feuchte Luft durch die Hohlfasermembranen 6, wobei die Feuchtigkeit in der feuchten Luft durch die Kapillarwirkung der Hohlfasermembranen 6 abgeschieden wird. Die abgetrennte Feuchtigkeit bewegt sich durch eine Kapillarröhre der Membran aus den Hohlfasermembranen 6 heraus. Die entfeuchtete Luft wird aus dem zweiten Auslass 5 abgegeben. Gleichzeitig wird trockene Luft vom ersten Einlass 2 zugeführt. Die trockene Luft vom ersten Einlass 2 strömt außerhalb der Hohlfasermembranen 6. Da die von der feuchten Luft abgetrennte Feuchtigkeit sich aus den Hohlfasermembranen 6 herausbewegt hat, befeuchtet die Feuchtigkeit die zugeführte trockene Luft. Die befeuchtete Trockenluft wird anschließend aus dem ersten Auslass 3 abgegeben.
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Dieses Prinzip der Befeuchtung von trockener Luft wird in der in 2 gezeigten Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 beibehalten. Die in 2 gezeigte Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst ein Gehäuse 9, in das eine Befeuchtungsvorrichtung 1 und ein Wärmetauscher 11 integriert sind. Die Befeuchtungsvorrichtung 1 und der Wärmetauscher 11 sind nicht nacheinander angeordnet, sondern ihre Elemente sind räumlich miteinander kombiniert und bilden eine integrierte Einheit.
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Im Einzelnen ist die Befeuchtungsvorrichtung 1 beispielhaft wiederum vom Röhrentyp, und umfasst röhrenförmige Elemente, also längliche Hohlkörperstrukturen, wie in 1 gezeigt, und somit röhrenförmige Hohlfasermembranen 6, die parallel und gebündelt angeordnet sind.
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Zwischen den Hohlfasermembranen 6 sind Röhren 12 eines Röhren-Wärmetauschers 11 angeordnet.
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Die Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers 11 sind parallel zu den Hohlfasermembranen 6 der Befeuchtungsvorrichtung 1 angeordnet und führen ein Kühlmedium, das zur Aufnahme von Wärme aus einem umströmenden Oxidationsmedium dient. Hierzu sind an dem Röhren-Wärmetauscher 11 Anschlüsse für ein Kühlmedium vorgesehen, nämlich ein Kühlmitteleinlass 13 und ein Kühlmittelauslass 8, die hier beispielhaft an zwei gegenüberliegenden Seiten des Röhren-Wärmetauschers 11 angeordnet sind.
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Durch den zweiten Einlass 4 wird wiederum feuchte Luft in die Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10, und darin in die Hohlfasermembranen 6 der Befeuchtungsvorrichtung 1, eingeleitet, die der Befeuchtung eines einer Brennstoffzelle zuzuführenden Oxidationsmediums dient. Die feuchte Luft wird durch die Hohlfasermembranen 6 geleitet, wobei die Feuchtigkeit in der feuchten Luft wiederum durch die Kapillarwirkung der Hohlfasermembranen 6 abgeschieden wird und durch Kapillarröhren der Membran aus den Hohlfasermembranen 6 herausbewegt wird. Die entfeuchtete Luft wird aus dem zweiten Auslass 5 abgegeben. Gleichzeitig wird trockenes und mittels einer Luftfördervorrichtung gefördertes Oxidationsmedium, in der Regel ein Oxidationsgas, und insbesondere Luft, vom ersten Einlass 2 zugeführt. Das trockene Oxidationsmedium umströmt die Hohlfasermembranen 6 und nimmt die darauf abgeschiedene Feuchtigkeit auf. Befeuchtetes Oxidationsmedium wird aus dem ersten Auslass 3 ausgeleitet, wo es einer Brennstoffzelle zugeleitet werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, dass zwischen den Hohlfasermembranen 6 Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers 11 angeordnet sind, wird das durch die Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 strömende Oxidationsmedium nicht nur befeuchtet sondern auch durch einen Wärmeaustausch mit dem durch die Röhren 12 des Wärmetauschers 11 fließenden Kühlmittel, gekühlt. Darüber hinaus kann auch durch mit den Röhren 12 des Wärmetauschers 11 in Kontakt gelangende Fasern der Hohlfasermembranen 6 eine direkte Kühlung von Faser zu Faser erfolgen.
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Im Ergebnis wird nach Durchströmen der erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 ein gekühltes und optimal befeuchtetes Oxidationsmedium erhalten, das ohne weitere Modifikation einer Brennstoffzelle zugeleitet werden kann. Die Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 zeichnet sich durch eine kompakte Bauart aus, die auf sehr effiziente Weise ein auf eine vorgesehene Temperatur gekühltes und befeuchtetes Oxidationsmedium bereitstellt. Die Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 ist insbesondere zwischen eine Luftfördervorrichtung und eine Brennstoffzelle bzw. einen Brennstoffzellenstapel einbringbar, wobei zwischen eine Luftfördervorrichtung und die Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen werden kann.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht durch einen Teil einer Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 20 gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Im Vergleich zu der oben dargestellten Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10, umfasst die Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 20 einen Platten-Wärmetauscher, der in diesem Teilausschnitt beispielhaft vier Wärmetauscher-Platten 22 umfasst. Die Platten 22 des Platten-Wärmetauschers werden durch ein Kühlmedium, das durch einen an die Platten 22 angrenzenden Kühlmediumströmungskanal 19, fließt, gekühlt. Zwischen den Platten 22 des Platten-Wärmetauschers sind ferner beispielhaft zwei Befeuchtungsvorrichtungs-Membranen 16 einer Membran-Befeuchtungsvorrichtung angeordnet.
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Trockenes und mittels einer Luftfördervorrichtung gefördertes Oxidationsmedium, in der Regel ein Oxidationsgas, und insbesondere Luft, wird durch einen ersten Strömungskanal 17 von einer Seite zur anderen Seite, beispielsweise in 3 von links nach rechts, geführt. Durch den Kontakt mit den den ersten Strömungskanal 17 von oben begrenzenden Wärmetauscher-Platten 22, wird das geförderte Oxidationsmedium gekühlt. Der erste Strömungskanal 17 wird an seiner Unterseite durch eine Befeuchtungsvorrichtungs-Membran 16 begrenzt. Durch die Befeuchtungsvorrichtungs-Membran 16 tritt Feuchtigkeit in den ersten Strömungskanal 17, so dass das durch den ersten Strömungskanal 17 strömende Oxidationsmedium nicht nur gekühlt sondern auch befeuchtet wird. Nach dem Durchtritt des Oxidationsmediums durch den ersten Strömungskanal 17 wird das befeuchtete und gekühlte Oxidationsmedium einer Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstapel zugeführt.
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Aus der Brennstoffzelle nach Ausführen der Brennstoffzellenreaktion austretendes Restoxidationsmedium, das durch die Brennstoffzellenreaktion zusätzlich befeuchtet wurde, wird in einen zweiten Strömungskanal 18 der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 20 geleitet. Dort gibt es Feuchtigkeit ab, die durch die den zweiten Strömungskanal 18 von oben begrenzende Befeuchtungsvorrichtungs-Membran 16 tritt und somit dem im ersten Strömungskanal 17 strömenden, trockenen Oxidationsmedium zugeleitet wird. Damit entsteht ein sehr effektiver geschlossener Feuchtigkeitskreislauf.
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4 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Teilansicht einer Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Hier sind jeweils vier Hohlfasermembranen 6 der Befeuchtungsvorrichtung 1 von einer Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers 11 umgeben. Die jeweiligen Elemente sind wiederum parallel angeordnet. Obwohl nicht im Detail gezeigt, können die Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers 11 sich in ihrem Durchmesser unterscheiden und/oder kann eine Röhre 12 entlang ihrer Länge im Durchmesser variieren. Alternativ dazu können anstelle von Röhren 12 auch Platten eines Platten-Wärmetauschers verwendet werden.
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5 zeigt einen Längsschnitt einer schematischen Teilansicht einer Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 gemäß einer vierten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Die Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers 11 sind wiederum parallel zu den Hohlfasermembranen 6 der Befeuchtungsvorrichtung 1 angeordnet. Im Querschnitt ist aber zu erkennen, dass die beispielhaft vier gezeigten Röhren 12 die gesamte Anordnung der Hohlfasermembranen 6 durchziehen und somit nicht nur ober- und unterhalb der Hohlfasermembranen 6 sondern auch rechts und links von den Hohlfasermembranen 6 angeordnet sind. Dies begünstigt eine effizientere Kühlung des Oxidationsmediums.
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 30 gemäß einer fünften vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Im Vergleich zu der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 aus 1 sind hier die Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers 11 senkrecht zu den Hohlfasermembranen 6 der Befeuchtungsvorrichtung 1 angeordnet. Die Funktionsweise ist aber identisch zu derjenigen der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 10 aus 1, wobei lediglich die entsprechenden Einlässe und Auslässe für das Oxidationsmedium, das Kühlmittel und die feuchte Luft anders angeordnet sind. Die hier gezeigte Anordnung der Einlässe und Auslässe ist aber ebenfalls nur beispielhaft. Je nach Anordnung der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 20 können andere Bereiche für die Einlässe und/oder Auslässe vorgesehen sein.
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7 zeigt eine Schnittansicht eines Teils einer Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 40 gemäß einer sechsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Die Wärmetauscher-Einheit ist in Röhrenform ausgebildet. Die Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers sind als längliche Hohlkörperstruktur ausgebildet und können einen zylindrischen Querschnitt aufweisen. Alternative Querschnittsformen umfassen Vielecke, Ellipsen, ovale Strukturen und dergleichen. Auch – Kombinationen von Röhren mit unterschiedlicher Querschnittsform sind möglich. Durch Auswahl einer geeigneten Querschnittsform kann die räumliche Struktur der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit 40 angepasst werden.
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Im Wesentlichen senkrecht zu den Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers sind Hohlfasermembranen 6 einer Befeuchtungsvorrichtung angeordnet. Insbesondere sind die Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers mit den Hohlfasermembranen 6 der Befeuchtungsvorrichtung durchsetzt und umgekehrt. Die Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers und/oder die Hohlfasermembranen 6 der Befeuchtungsvorrichtung sind hierzu wellenförmig entlang ihrer Länge ausgebildet und bilden eine Art Gewebe. Hierdurch wird eine Kontaktfläche der Röhren 12 des Röhren-Wärmetauschers und der Hohlfasermembranen 6 der Befeuchtungsvorrichtung erhöht, was einen besonders effektiven Wärmetransfer und Feuchtigkeitstransfer bedingt.
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Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befeuchtungsvorrichtung
- 2
- erster Einlass
- 3
- erster Auslass
- 4
- zweiter Einlass
- 5
- zweiter Auslass
- 6
- Hohlfasermembran
- 7
- Gehäuse der Befeuchtungsvorrichtung
- 8
- Kühlmittelauslass
- 9
- Gehäuse der Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit
- 10, 20, 30, 40
- Wärmetauscher-Befeuchtungsvorrichtungs-Einheit
- 11
- Röhren-Wärmetauscher
- 12
- Röhren des Röhren-Wärmetauschers
- 13
- Kühlmitteleinlass
- 16
- Befeuchtungsvorrichtungs-Membran
- 16a
- Oberseite der Befeuchtungsvorrichtungs-Membran
- 16b
- Unterseite der Befeuchtungsvorrichtungs-Membran
- 17
- erster Strömungskanal
- 18
- zweiter Strömungskanal
- 19
- Kühlmediumströmungskanal
- 22
- Wärmetauscher-Platte
