DE102015004953A1 - Humidifier for a fuel cell system, fuel cell system and vehicle having a fuel cell system - Google Patents

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Leif-Patrik Barthel
Simon Hollnaicher
Alfred Kolbe
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem, welcher zum Befeuchten eines in einen Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems einbringbaren Mediums ausgebildet ist. Der Befeuchter umfasst eine Mehrzahl von Hohlfasermembranen, welche einen Einströmbereich (24) umfangsseitig umgeben. In dem Einströmbereich (24) ist eine Stützstruktur (40) mit wenigstens einer Durchtrittsöffnung (44) angeordnet. Über die wenigstens eine Durchtrittsöffnung (44) sind die Hohlfasermembranen mit einem Befeuchtungsmedium beaufschlagbar. Die wenigstens eine Durchtrittsöfnung (44) weist in eine Längsrichtung (36) des Einströmbereichs (24) eine Länge auf, welche größer ist als eine halbe Länge eines Teilbereichs der Hohlfasermembranen, in welchem die Hohlfasermembranen an der Stützstruktur (40) anliegen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Befeuchter und ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem.The invention relates to a humidifier for a fuel cell system, which is designed for humidifying a medium which can be introduced into a fuel cell stack of the fuel cell system. The humidifier comprises a plurality of hollow-fiber membranes surrounding an inflow region (24) on the circumference. In the inflow region (24), a support structure (40) with at least one passage opening (44) is arranged. About the at least one passage opening (44), the hollow fiber membranes are acted upon by a moistening medium. The at least one Durchtrittsöfnung (44) has in a longitudinal direction (36) of the inflow region (24) has a length which is greater than half a length of a portion of the hollow fiber membranes in which the hollow fiber membranes abut the support structure (40). Furthermore, the invention relates to a fuel cell system with such a humidifier and a vehicle with a fuel cell system.

Description

Die Erfindung betrifft einen Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem, welcher zum Befeuchten eines in einen Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems einbringbaren Mediums ausgebildet ist. Der Befeuchter umfasst eine Mehrzahl von Hohlfasermembranen, welche einen Einströmbereich umfangsseitig umgeben. In dem Einströmbereich ist eine Stützstruktur angeordnet, welche wenigstens eine Durchtrittsöffnung aufweist. Über die wenigstens eine Durchtrittsöffnung können die Hohlfasermembranen mit einem Befeuchtungsmedium beaufschlagt werden, welches in den Einströmbereich eingebracht wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Befeuchter und ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem.The invention relates to a humidifier for a fuel cell system, which is designed for humidifying a medium which can be introduced into a fuel cell stack of the fuel cell system. The humidifier comprises a plurality of hollow-fiber membranes, which surround an inflow region on the circumference. In the inflow region, a support structure is arranged, which has at least one passage opening. About the at least one passage opening, the hollow fiber membranes can be acted upon with a humidifying medium, which is introduced into the inflow region. Furthermore, the invention relates to a fuel cell system with such a humidifier and a vehicle with a fuel cell system.

Die DE 103 32 493 A1 beschreibt einen Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem, bei welchem einzelne Hohlfasermembranen durch ein netzartiges Matrixmaterial miteinander verbunden sind. Die Hohlfasermembranen bilden hierbei einen mattenartigen Verbund, welcher in dem Befeuchter auf einen Hohlkörper aufgewickelt ist. Der Hohlkörper ist hierbei ein Rohr mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen. Über diese Durchtrittsöffnungen kann ein Befeuchtungsmedium in Kontakt mit den Hohlfasermembranen gelangen, durch welche der zu befeuchtende Gasstrom strömt.The DE 103 32 493 A1 describes a humidifier for a fuel cell system in which individual hollow fiber membranes are interconnected by a net-like matrix material. The hollow fiber membranes in this case form a mat-like composite, which is wound in the humidifier on a hollow body. The hollow body is in this case a tube with a plurality of passage openings. Via these passage openings, a moistening medium can come into contact with the hollow-fiber membranes through which the gas stream to be moistened flows.

Des Weiteren beschreibt die US 6 755 399 B2 einen Befeuchter, bei welchem ein Befeuchtungsmedium durch Hohlfasermembranen eines Faserbündels geleitet wird, welches in einem Brennstoffzellensystem dem Befeuchten von einem Brennstoffzellenstapel zugeführter Zuluft dient. Die zu befeuchtende, trockene Zuluft tritt hierbei an einem ersten Ende des Faserbündels in den Befeuchter ein und strömt dann im Gegenstrom zu dem durch die Hohlfasern hindurchströmenden Befeuchtungsmedium hin zum anderen Ende des Befeuchters. Ein Teil der trockenen, zu befeuchtenden Zuluft strömt jedoch bereits am ersten Ende in ein Bypassrohr hinein, welches mittig in dem Faserbündel angeordnet ist. Auf dem Weg zum zweiten Ende tritt über Öffnungen, welche in dem Bypassrohr angeordnet sind, trockene Zuluft aus dem Bypassrohr aus und umströmt dann die Hohlfasermembranen. So soll die trockene Zuluft in dem Faserbündel gleichmäßig verteilt werden.Furthermore, the describes US Pat. No. 6,755,399 B2 a humidifier in which a humidifying medium is passed through hollow fiber membranes of a fiber bundle, which serves in a fuel cell system for humidifying supplied air from a fuel cell stack. The dry supply air to be humidified in this case enters the humidifier at a first end of the fiber bundle and then flows in countercurrent to the humidification medium flowing through the hollow fibers to the other end of the humidifier. However, some of the dry supply air to be humidified flows already at the first end into a bypass tube, which is arranged centrally in the fiber bundle. On the way to the second end passes through openings which are arranged in the bypass pipe, dry supply air from the bypass pipe and then flows around the hollow fiber membranes. So the dry supply air is to be evenly distributed in the fiber bundle.

Ein solches Bypassrohr ist jedoch im Hinblick auf die Anströmung des Faserbündels ungünstig.However, such a bypass tube is unfavorable in view of the flow of the fiber bundle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Befeuchter der eingangs genannten Art, ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Befeuchter sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem zu schaffen, mittels welchem eine besonders gute Befeuchtung des zu befeuchtenden Mediums erreichbar ist.Object of the present invention is therefore to provide a humidifier of the type mentioned, a fuel cell system with such a humidifier and a vehicle with such a fuel cell system, by means of which a particularly good humidification of the medium to be humidified can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch einen Befeuchter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a humidifier having the features of patent claim 1, a fuel cell system having the features of patent claim 9 and by a vehicle having the features of patent claim 10. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Befeuchter weist die wenigstens eine Durchtrittsöffnung in eine Längsrichtung des Einströmbereichs gesehen eine Länge auf, welche größer ist als eine halbe Länge eines Teilbereichs der Hohlfasermembranen, in welchem die Hohlfasermembranen an der Stützstruktur anliegen. Durch diese sich über eine vergleichsweise große Länge des Einströmbereichs erstreckende Durchtrittsöffnung oder Durchtrittsöffnungen kann eine über die Länge des Befeuchters besonders gut verteilte Strömung des Befeuchtungsmediums realisiert werden. Zudem lässt sich eine Stützstruktur mit wenigstens einer Durchtrittsöffnung großer Länge besonders einfach und kostengünstig herstellen, da standardmäßig verfügbare Bauteile Verwendung finden können. Dies geht mit einer verbesserten Herstellbarkeit, einer verringerten Produktionszeit und verringerten Produktionskosten einher.In the case of the humidifier according to the invention, the at least one through-opening, as seen in a longitudinal direction of the inflow region, has a length which is greater than half the length of a partial region of the hollow-fiber membranes in which the hollow-fiber membranes rest against the support structure. By means of this passage opening or passage openings extending over a comparatively long length of the inflow region, a flow of the humidifying medium which is distributed particularly well over the length of the humidifier can be realized. In addition, a support structure with at least one passage opening of great length can be produced in a particularly simple and cost-effective manner, since components available as standard can be used. This is accompanied by improved manufacturability, reduced production time and reduced production costs.

Mit einem solchen Befeuchter, welcher wenigstens eine langgestreckte Durchtrittsöffnung aufweist, lässt sich ein besonders effektiver Übertritt des Befeuchtungsmediums in den Bereich des Befeuchters erreichen, in welchem die Hohlfasermembranen angeordnet sind und den Einströmbereich umgeben. Das Befeuchtungsmedium umströmt dann die durch die Membranen gebildeten Hohlfasern, durch welche das zu befeuchtende Medium strömt. Auf diese Weise lässt sich eine besonders gute und gleichmäßige Befeuchtung des zu befeuchtenden Mediums erreichen.With such a humidifier, which has at least one elongate passage opening, a particularly effective transfer of the humidifying medium into the region of the humidifier can be achieved, in which the hollow-fiber membranes are arranged and surround the inflow region. The moistening medium then flows around the hollow fibers formed by the membranes, through which flows the medium to be humidified. In this way, a particularly good and uniform humidification of the medium to be humidified can be achieved.

Bevorzugt entspricht die Länge der wenigstens einen Durchtrittsöffnung der Länge des Teilbereichs oder sie beträgt zumindest 70 Prozent bis 95 Prozent der Länge des Teilbereichs. So kann ein besonders ungehinderter Übertritt des Befeuchtungsmediums aus dem Einströmbereich in den von den Hohlfasermembranen eingenommenen, den Einstrombereich umgebenden Raum des Befeuchters sichergestellt werden.Preferably, the length of the at least one passage opening corresponds to the length of the partial area or is at least 70 percent to 95 percent of the length of the partial area. Thus, a particularly unhindered transfer of the humidifying medium from the inflow region into the space occupied by the hollow-fiber membranes and surrounding the inflow region of the humidifier can be ensured.

Die Stützstruktur kann als Rohr ausgebildet sein, welches eine Mehrzahl von die wenigstens eine Durchtrittsöffnung bildenden Schlitzen aufweist. Ein solches Rohr mit länglichen Schlitzen stellt eine besonders stabile Stützstruktur bereit und sorgt so für eine hohe Formstabilität des Einströmbereichs. Das Rohr kann insbesondere kreiszylindrisch ausgebildet sein und zur Erhöhung der Stabilität Endbereiche aufweisen, in welchen eine Wandung des Rohrs durchgängig ausgebildet ist, also keine Schlitze aufweist. Die Stützstruktur bzw. das Rohr kann aber auch einen eckigen Querschnitt aufweisen, insbesondere in Fällen in denen das Gehäuse des Befeuchters ebenfalls einen eckigen Querschnitt aufweist. Ferner können nicht nur ein, sondern zwei oder mehr Stützstrukturen bzw. Rohre vorgesehen sein.The support structure may be formed as a tube which has a plurality of slots forming the at least one passage opening. Such a tube with elongated slots provides a particularly stable support structure and thus ensures a high dimensional stability of the inflow area. The Tube may in particular be formed circular cylindrical and have to increase the stability end portions in which a wall of the tube is formed continuously, so having no slots. However, the support structure or the pipe can also have a polygonal cross section, in particular in cases in which the housing of the humidifier also has a polygonal cross section. Furthermore, not only one but two or more support structures or tubes can be provided.

Die Stabilität des Rohres lässt sich weiter erhöhen, wenn die Stege, welche die jeweiligen Schlitze begrenzen, zumindest ein Versteifungselement aufweisen. Durch derartig verstärkte Stege lässt sich bei hoher Robustheit des Rohrs ein guter Übertritt des Befeuchtungsmediums in den Raum um die Stützstruktur erreichen, in welchem sich die Hohlfasermembranen befinden.The stability of the tube can be further increased if the webs which delimit the respective slots have at least one stiffening element. Such reinforced webs can be achieved with high robustness of the tube, a good transfer of the moistening medium in the space around the support structure in which the hollow fiber membranes are located.

Das Versteifungselement des jeweiligen Stegs kann als Rippe ausgebildet sein, welche sich von dem jeweiligen Steg in radialer Richtung ein Stück weit hin zum Zentrum des Rohrs erstreckt. Ein den jeweiligen Steg und die Rippe umfassender Wandbereich des Rohrs kann einen T-förmigen Querschnitt aufweisen, wodurch dem Rohr eine besonders hohe Stabilität verliehen ist.The stiffening element of the respective web can be formed as a rib, which extends from the respective web in the radial direction a little way towards the center of the tube. A wall region of the tube which encompasses the respective web and the rib can have a T-shaped cross section, which gives the tube a particularly high stability.

In einer alternativen Ausgestaltung kann die Stützstruktur als Profilteil ausgebildet sein, durch welches in dem Einströmbereich wenigstens zwei Kammern gebildet sind, welche von dem Befeuchtungsmedium in die Längsrichtung des Einströmbereichs durchströmbar sind. Hierbei ist durch eine offene Seite der jeweiligen Kammer die wenigstens eine Durchtrittsöffnung bereitgestellt. Ein solches Profilteil ist besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung, und es kann insbesondere durch Strangpressen gebildet werden.In an alternative embodiment, the support structure may be formed as a profile part, through which at least two chambers are formed in the inflow region, which can be flowed through by the moistening medium in the longitudinal direction of the inflow region. Here, the at least one passage opening is provided by an open side of the respective chamber. Such a profile part is particularly simple and inexpensive to manufacture, and it can be formed in particular by extrusion.

Das Profilteil kann eine Mehrzahl von die Kammern begrenzenden Wänden aufweisen, welche sich von einem Zentrum des Profilteils in radialer Richtung bis zu den an dem Profilteil anliegenden Hohlfasermembranen erstrecken. Die Wände können hierbei im Querschnitt ein X oder ein Y bilden, oder der Querschnitt kann nach Art eines sechsstrahligen oder sechszackigen Sterns mit Strahlen von bevorzugt konstanter Dicke ausgebildet sein. Bei einem solchen sternförmigen Profilteil mit sechs Strahlen werden entsprechend sechs durchströmbare Kammern gebildet, welche in radialer Richtung die offene Seite aufweisen. Durch ein solches, besonders stabiles Profilteil lässt sich besonders einfach eine besonders große Länge der Durchtrittsöffnungen bereitstellen.The profile part may have a plurality of walls bounding the chambers, which extend from a center of the profile part in the radial direction up to the hollow fiber membranes resting against the profile part. The walls may in this case form an X or a Y in cross section, or the cross section may be formed in the manner of a six-ray or six-pointed star with rays of preferably constant thickness. In such a star-shaped profile part with six beams correspondingly six durchströmbare chambers are formed, which have the open side in the radial direction. Such a particularly stable profile part makes it particularly easy to provide a particularly large length of the passage openings.

Auch lassen sich mittels des Profilteils sehr leicht jeweils gleich große Kammern bereitstellen, was für eine gleichmäßige Verteilung des Befeuchtungsmediums vorteilhaft ist.Also, by means of the profile part can each very easily provide the same size chambers, which is advantageous for a uniform distribution of the humidifying medium.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Stützstruktur als Schraubenfeder ausgebildet ist, deren Windungen mit den Hohlfasermembranen in Anlage sind. Hierbei ist der Einströmbereich nach Art eines Kanals ausgebildet, dessen Wände durch die Hohlfasermembranen gebildet sind, wobei diese Wände durch die Windungen der Schraubenfeder abgestützt sind. Bei einer solchen Ausgestaltung der Stützstruktur können anstelle von miteinander verbundenen, insbesondere miteinander verwebten, Hohlfasermembranen auch lose nebeneinander angeordnete Hohlfasermembranen zum Einsatz kommen. Die nach Art einer Schraubenfeder ausgebildete Stützstruktur verhindert nämlich, dass einzelne Hohlfasern durch die Durchtrittsöffnungen in den Einströmbereich gelangen, etwa, indem sie durchhängen.As a further advantage, it has been shown that the support structure is formed as a helical spring whose turns are in contact with the hollow fiber membranes. In this case, the inflow region is designed in the manner of a channel whose walls are formed by the hollow-fiber membranes, these walls being supported by the turns of the helical spring. In such an embodiment of the support structure loosely arranged side by side hollow fiber membranes can be used instead of interconnected, in particular interwoven, hollow fiber membranes. In fact, the support structure designed in the manner of a helical spring prevents individual hollow fibers from reaching the inflow region through the passage openings, for instance by sagging.

Eine derartige, vorteilhafte Abstützung der Hohlfasermembranen lässt sich auch erreichen, wenn die Stützstruktur durch eine Mehrzahl von Ringen bereitgestellt ist. Die Ringe können auch durch Stäbe miteinander verbunden sein und zusammen mit den Stäben ein eigensteifes Gitter bilden, welches dem Einströmbereich seine Formstabilität verleiht. Alternativ kann eine Mehrzahl von Stäben vorgesehen sein, welche sich in die Längsrichtung des Einströmbereichs erstrecken und welche mittels eines eigensteifen Gitters miteinander verbunden sind. Ein solches Gitter oder Netz weist dann die Durchtrittsöffnungen mit der großen Länge auf.Such an advantageous support of the hollow-fiber membranes can also be achieved if the support structure is provided by a plurality of rings. The rings can also be connected to each other by rods and together with the rods form an intrinsically rigid grid, which gives the inflow region its dimensional stability. Alternatively, a plurality of rods may be provided, which extend in the longitudinal direction of the inflow region and which are interconnected by means of an intrinsically rigid grid. Such a grid or network then has the passage openings with the long length.

Bevorzugt bilden die Hohlfasermembranen ein Bündel, welches in einem Gehäuse des Befeuchters angeordnet ist. Hierbei weist das Gehäuse bevorzugt eine Gehäusewand auf, welche in einem in eine Einströmrichtung des Befeuchtungsmediums in den Einströmbereich gesehen stromabwärtigen Teilbereich an einer Außenseite des Bündels anliegt. In einem (in die Einströmrichtung gesehen) stromaufwärtigen Teilbereich ist die Gehäusewand hingegen von der Außenseite des Bündels beabstandet. Durch eine solche Gestaltung der Gehäusewand lässt sich erreichen, dass das Befeuchtungsmedium zunächst in den stromabwärtigen Teilbereich des Einströmbereichs gelangt und von dort radial in den Raum eintritt, in welchem sich die das Bündel bildenden Hohlfasermembranen befinden. Aus diesem Endbereich des Bündels strömt das Befeuchtungsmedium dann im Gegenstrom, also entlang der Hohlfasermembranen, zum stromaufwärtigen Teilbereich, in welchem die Gehäusewand von der Außenseite des Bündels beabstandet ist. Eine solche Führung des Befeuchtungsmediums im Gegenstrom führt zu einer besonders guten Befeuchtung des zu befeuchtenden Mediums.The hollow-fiber membranes preferably form a bundle, which is arranged in a housing of the humidifier. In this case, the housing preferably has a housing wall which rests on an outer side of the bundle in a downstream region which is viewed in an inflow direction of the moistening medium in the inflow region. On the other hand, in an upstream portion (seen in the inflow direction), the housing wall is spaced from the outside of the bundle. By means of such a design of the housing wall, it is possible to achieve that the moistening medium initially reaches the downstream subregion of the inflow region and from there enters radially into the space in which the hollow-fiber membranes forming the bundle are located. From this end region of the bundle, the moistening medium then flows countercurrently, ie along the hollow-fiber membranes, to the upstream subregion in which the housing wall is spaced from the outside of the bundle. Such a guide of the humidifying medium in countercurrent leads to a particularly good humidification of the medium to be humidified.

Für eine gleichmäßige Strömung des Befeuchtungsmediums ist es vorteilhaft, wenn das durch die Hohlfasermembranen gebildete Bündel im Wesentlichen rund ausgebildet ist, also eine kreiszylindrische Form mit dem Einströmbereich als – bevorzugt zentralem – Kanal aufweist. For a uniform flow of the moistening medium, it is advantageous if the bundle formed by the hollow-fiber membranes is substantially round, ie has a circular-cylindrical shape with the inflow region as the-preferably central-channel.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, welches insbesondere in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen kann, umfasst einen erfindungsgemäßen Befeuchter. Hierbei ist bevorzugt das Abgas einer Kathode eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems in den Einströmbereich des Befeuchters einbringbar. Das Abgas der Kathode ist hierbei bevorzugt zum Befeuchten eines der Kathode des Brennstoffzellenstapels zuführbaren Oxidationsmittels als dem zu befeuchtenden Medium nutzbar. Dann strömt nämlich das zu befeuchtende Oxidationsmittel, also beispielsweise Luft oder Sauerstoff, durch die Hohlfasermembranen. Dies ist günstiger als ein Beaufschlagen der Hohlfasermembranen mit dem Abgas der Kathode, welches Flüssigwasser enthält. Das Flüssigwasser könnte nämlich sonst die – üblicherweise recht feinen – Hohlfasermembranen verstopfen, insbesondere wenn das Wasser gefriert. Letzteres könnte auch zu einer Schädigung der Hohlfasermembranen führen, welche vorliegend sicher vermieden ist.The fuel cell system according to the invention, which can be used in particular in a vehicle, comprises a humidifier according to the invention. In this case, preferably, the exhaust gas of a cathode of a fuel cell stack of the fuel cell system can be introduced into the inflow region of the humidifier. In this case, the exhaust gas of the cathode is preferably usable for moistening an oxidizing agent which can be supplied to the cathode of the fuel cell stack as the medium to be humidified. In that case, the oxidizing agent to be humidified, for example air or oxygen, flows through the hollow-fiber membranes. This is cheaper than applying the hollow fiber membranes with the exhaust gas of the cathode, which contains liquid water. Otherwise, the liquid water could clog the - usually quite fine - hollow-fiber membranes, especially if the water freezes. The latter could also lead to damage to the hollow fiber membranes, which is reliably avoided in the present case.

Ein solches Brennstoffzellensystem kann eine Vielzahl weiterer, insbesondere für Brennstoffzellensysteme von Fahrzeugen übliche Komponenten umfassen, welche vorliegend nicht im Detail erläutert zu werden brauchen.Such a fuel cell system may include a plurality of other, in particular for fuel cell systems of vehicles usual components, which need not be explained in detail in the present case.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem.The vehicle according to the invention comprises a fuel cell system according to the invention.

Die für den erfindungsgemäßen Befeuchter beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem und für das erfindungsgemäße Fahrzeug.The advantages and preferred embodiments described for the humidifier according to the invention also apply to the fuel cell system according to the invention and to the vehicle according to the invention.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention. Thus, embodiments are also included and disclosed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawings. Showing:

1 ausschnittsweise ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs, wobei ein Befeuchter zum Befeuchten von Zuluft für eine Kathode eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems perspektivisch gezeigt ist, welcher als Stützstruktur für einen in dem Befeuchter ausgebildeten, kanalförmigen Einströmbereich eine Schraubenfeder aufweist; 1 a fuel cell system of a vehicle, wherein a humidifier for humidifying supply air for a cathode of a fuel cell stack of the fuel cell system is shown in perspective, which has a helical spring as a support structure for a trained in the humidifier, channel-shaped inflow region;

2 perspektivisch eine alternative Stützstruktur, welche als Rohr mit länglichen Schlitzen ausgebildet ist; 2 in perspective, an alternative support structure, which is designed as a tube with elongated slots;

3 in einer Schnittansicht ein weiteres, als Stützstruktur geeignetes Rohr, bei welchem an Stegen des Rohrs versteifende Rippen vorgesehen sind; 3 in a sectional view of another, suitable as a support structure tube in which stiffening ribs are provided on webs of the tube;

4 perspektivisch eine weitere, alternative Stützstruktur, welche als sternförmiges Extrusionsprofil ausgebildet ist; und 4 perspective another alternative support structure, which is designed as a star-shaped extrusion profile; and

5 schematisiert die Strömungswege von zu befeuchtender Zuluft durch eine Variante des Befeuchters. 5 schematizes the flow paths of supply air to be humidified by a variant of the humidifier.

Von einem Brennstoffzellensystem 10 eines Fahrzeugs ist in 1 ein Befeuchter 12 gezeigt, welcher dem Befeuchten eines für die Brennstoffzellenreaktion vorzusehenden Oxidationsmittels dient. Bei diesem Oxidationsmittel kann es sich beispielsweise um Sauerstoff oder um Luft handeln. Die im Befeuchter 12 befeuchtete Luft wird über eine Leitung 14 einer Kathode 16 eines Brennstoffzellenstapels 18 des Brennstoffzellensystems 10 zugeführt. Einer Anode 20 des Brennstoffzellenstapels 18 kann als Brennstoff für die in dem Brennstoffzellenstapel 18 stattfindende Brennstoffzellenreaktion Wasserstoff zugeführt werden. Vorliegend wird das Abgas der Kathode 16, welches das bei der Brennstoffzellenreaktion gebildete Produktwasser enthält, dem Befeuchter 12 als Befeuchtungsmittel zugeführt. Eine hierfür vorgesehene Abgasleitung 22 ist in 1 schematisch gezeigt.From a fuel cell system 10 a vehicle is in 1 a humidifier 12 which serves to humidify an oxidant to be provided for the fuel cell reaction. This oxidizing agent may be, for example, oxygen or air. The in the humidifier 12 humidified air is sent via a pipe 14 a cathode 16 a fuel cell stack 18 of the fuel cell system 10 fed. An anode 20 of the fuel cell stack 18 may be used as fuel for those in the fuel cell stack 18 occurring fuel cell reaction are supplied to hydrogen. In the present case, the exhaust gas of the cathode 16 containing the product water formed in the fuel cell reaction, the humidifier 12 fed as humectant. A dedicated exhaust pipe 22 is in 1 shown schematically.

Das über die Abgasleitung 22 dem Befeuchter 12 zugeführte, feuchte Abgas der Kathode 16 strömt in einen kanalförmigen Einströmbereich 24 des Befeuchters 12 ein. Der Einströmbereich 24 ist von (in 1 nicht gezeigten) Hohlfasermembranen 26 umgeben (vergleiche 5). Durch diese Hohlfasermembranen 26 strömt die zu befeuchtende Zuluft, welche der Kathode 16 über die Leitung 14 zugeführt wird. Die Hohlfasermembranen 26 bilden ein kreiszylindrisches Bündel, in dessen Zentrum sich der kanalförmige Einströmbereich 24 befindet. Die das Bündel bildenden Hohlfasermembranen 26 sind also in einem Raum 28 angeordnet, welcher den Einströmbereich 24 ringförmig umschließt.That over the exhaust pipe 22 the humidifier 12 supplied, moist exhaust gas of the cathode 16 flows into a channel-shaped inflow area 24 of the humidifier 12 one. The inflow area 24 is from (in 1 not shown) hollow fiber membranes 26 surrounded (compare 5 ). Through these hollow fiber membranes 26 flows to be humidified supply air, which is the cathode 16 over the line 14 is supplied. The hollow fiber membranes 26 form a circular cylindrical bundle, in the center of which the channel-shaped inflow region 24 located. The the Bundle forming hollow fiber membranes 26 So are in a room 28 arranged, which the inflow area 24 encloses annularly.

An ihren Enden sind die Hohlfasermembranen 26 durch Verschlusselemente 30, 32 hindurchgeführt, welche aus einer Vergussmasse gebildet sind. In dem eingangsseitigen Verschlusselement 30 ist ein zentraler Einlass 34 vorgesehen, über welchen das als Befeuchtungsmittel dienende Abgas in den Einströmbereich 24 gelangt, welcher als in dem Raum 28 zentral angeordneter Kanal ausgebildet ist. Eine Einströmrichtung des Abgases in den Einströmbereich 24 ist in 1 durch einen Pfeil 36 veranschaulicht. Durch diesen Pfeil 36 ist zugleich eine Längsrichtung des Einströmbereichs 24 angegeben, welche mit einer Längsachse des Befeuchters 12 zusammenfällt.At their ends are the hollow fiber membranes 26 through closure elements 30 . 32 passed, which are formed from a potting compound. In the input-side closure element 30 is a central entrance 34 provided, via which the exhaust gas serving as humidifying agent in the inflow region 24 which comes as in the room 28 centrally arranged channel is formed. An inflow direction of the exhaust gas into the inflow region 24 is in 1 through an arrow 36 illustrated. Through this arrow 36 is at the same time a longitudinal direction of the inflow area 24 indicated, which with a longitudinal axis of the humidifier 12 coincides.

Das zweite, endseitige Verschlusselement 32 weist keinen Auslass für das durch den Einströmbereich 24 in den Befeuchter 12 einströmende Abgas auf, sondern es ist auch in einem den Einströmbereich 24 endseitig verschließenden Zentralbereich 38 geschlossen ausgebildet. Infolgedessen strömt das zunächst in axialer Richtung des Befeuchters 12, also in Richtung des Pfeils 36 in den Einströmbereich 24 einströmende Abgas radial aus dem Einströmbereich 24 heraus. Hierbei umströmt es die Membranen außenseitig, welche die Hohlfasern bilden, und es findet die Feuchtigkeitsübertragung von dem feuchten Abgas auf die durch die Hohlfasermembranen 26 strömende trockene Zuluft statt.The second, end-side closure element 32 has no outlet for that through the inflow area 24 in the humidifier 12 but it is also in an inflow area 24 end closing central area 38 closed trained. As a result, this first flows in the axial direction of the humidifier 12 in the direction of the arrow 36 in the inflow area 24 inflowing exhaust gas radially from the inflow region 24 out. Here it flows around the membranes on the outside, which form the hollow fibers, and it finds the moisture transfer from the wet exhaust gas to the through the hollow fiber membranes 26 flowing dry supply air instead.

Bei der in 1 gezeigten Variante des Befeuchters 12 ist in dem Einströmbereich 24 als Stützstruktur 40 eine Schraubenfeder 42 vorgesehen. An den Windungen der Schraubenfeder 42 liegen die Teilbereiche der Hohlfasermembranen 26 an, welche in dem Raum 28 angeordnet sind, welcher in axialer Richtung durch die Verschlusselemente 30, 32 begrenzt ist. Die spiralförmigen Windungen der Schraubenfeder 42 verhindern hierbei, dass die Teilbereiche der Hohlfasermembranen 26 in den Einströmbereich 24 gelangen können, etwa indem die Teilbereiche durchhängen. Eine Ausrichtung der Hohlfasermembranen 26 entspricht nämlich der durch den Pfeil 36 angegebenen Längsrichtung des Einströmbereichs 24.At the in 1 shown variant of the humidifier 12 is in the inflow area 24 as a support structure 40 a coil spring 42 intended. At the turns of the coil spring 42 are the subregions of the hollow fiber membranes 26 at which in the room 28 are arranged, which in the axial direction through the closure elements 30 . 32 is limited. The spiral windings of the coil spring 42 prevent the subregions of the hollow-fiber membranes 26 in the inflow area 24 can pass through, for example, by hanging the sections. An alignment of the hollow fiber membranes 26 namely corresponds to the by the arrow 36 indicated longitudinal direction of the inflow 24 ,

Durch die zwischen den Windungen der Schraubenfeder 42 vorgesehenen, von Material der Schraubenfeder 42 freien Abschnitte ist eine einzige Durchtrittsöffnung gebildet, welche in die Längsrichtung des Einströmbereichs 24 gesehen eine Länge aufweist, welche dem Abstand zwischen den Verschlusselementen 30, 32 und somit dem Teilbereich der Hohlfasermembranen 26 entspricht, in welchem diese an der Stützstruktur 40 anliegen. Durch diese Durchtrittsöffnung besonders großer Länge kann das Abgas besonders gut in den die Hohlfasermembranen 26 enthaltenden Raum 28 gelangen.By between the turns of the coil spring 42 provided, by material of the coil spring 42 free portions is formed a single passage opening, which in the longitudinal direction of the inflow 24 Seen has a length which the distance between the closure elements 30 . 32 and thus the subregion of the hollow-fiber membranes 26 corresponds, in which this at the support structure 40 issue. Through this passage opening of particularly large length, the exhaust gas can be particularly good in the hollow fiber membranes 26 containing space 28 reach.

In 2 ist eine alternative, zur Anordnung in dem Einströmbereich 24 vorgesehene Stützstruktur 40 gezeigt. Die in 2 gezeigte Stützstruktur 40 ist als Rohr ausgebildet, bei welchem eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen in Form von länglichen Schlitzen 44 in dem das Rohr bildenden Material vorgesehen ist. Diese Schlitze 44 erstrecken sich nahezu über die gesamte Länge des Rohrs, welche im Wesentlichen der Länge des Befeuchters 12 entspricht. In jeweiligen Endbereichen 46 ist das Rohr jedoch umfangsseitig geschlossen ausgebildet.In 2 is an alternative, for placement in the inflow area 24 provided support structure 40 shown. In the 2 shown support structure 40 is formed as a tube, wherein a plurality of passage openings in the form of elongated slots 44 in which the tube forming material is provided. These slots 44 extend almost the entire length of the tube, which is substantially the length of the humidifier 12 equivalent. In respective end areas 46 However, the tube is formed circumferentially closed.

Das zwischen den Schlitzen 44 vorhandene Material des Rohrs bildet Stege 48, welche die Schlitze 44 seitlich begrenzen. Bei einem solchen Rohr als Stützstruktur 40 entspricht die Länge der Schlitze 44 in die durch den Pfeil 36 angegebene Längsrichtung des Befeuchters 12 im Wesentlichen der Länge der Hohlfasermembranen 26. Jedoch kann es je nach Ausbildung der umfangsseitig geschlossenen Endbereiche 46 vorkommen, dass die Länge der Schlitze 44 lediglich zwischen 70 Prozent bis 95 Prozent der Länge des Teilbereichs der Hohlfasermembranen 26 entspricht, in welchem die Hohlfasermembranen 26 mit dem Rohr in Kontakt sind.That between the slots 44 existing material of the pipe forms webs 48 which the slots 44 limit laterally. In such a tube as a support structure 40 corresponds to the length of the slots 44 in the direction of the arrow 36 indicated longitudinal direction of the humidifier 12 essentially the length of the hollow fiber membranes 26 , However, depending on the design of the peripherally closed end regions 46 Occur that the length of the slots 44 only between 70 percent to 95 percent of the length of the section of the hollow-fiber membranes 26 corresponds, in which the hollow fiber membranes 26 are in contact with the pipe.

Die in 3 gezeigte Stützstruktur 40 ist ebenfalls als Rohr ausgebildet, jedoch sind hier die Stege 48, welche die Schlitze 44 seitlich begrenzen, durch Rippen 50 verstärkt. Diese Rippen 50 dienen als Versteifungselemente für die Stege 48 und somit für die als Rohr ausgebildete Stützstruktur 40 insgesamt. Vorliegend erstrecken sich die Rippen 50 von den Stegen 48 ausgehend ein Stück weit hin zu einem Zentrum 52 des Einströmbereichs 24. Die durch die Stege 48 und die Rippen 50 gebildeten Bereiche der als Rohr ausgebildeten Stützstruktur 40 sind bei der in 3 gezeigten Variante im Querschnitt T-förmig, wobei eine Höhe der Rippe 50, also ihre Erstreckung in radialer Richtung des Einströmbereichs 24 größer sein kann als eine Breite des Stegs 48, also dessen Erstreckung in Umfangsrichtung des Rohrs.In the 3 shown support structure 40 is also designed as a pipe, but here are the webs 48 which the slots 44 border laterally, by ribs 50 strengthened. These ribs 50 serve as stiffening elements for the webs 48 and thus for the tubular support structure 40 all in all. In the present case, the ribs extend 50 from the jetties 48 starting a little way to a center 52 of the inflow area 24 , The through the bridges 48 and the ribs 50 formed areas of the tube formed as a support structure 40 are at the in 3 variant shown in cross-section T-shaped, with a height of the rib 50 , So their extension in the radial direction of the inflow 24 can be greater than a width of the bridge 48 , So its extension in the circumferential direction of the tube.

Bei der in 4 gezeigten Stützstruktur 40 handelt es sich um ein Extrusionsprofil, also um ein durch Strangpressen gebildetes Profilteil. Das in 4 gezeigte Profilteil weist drei sich unter jeweils gleichen Winkeln kreuzende Wände 54 auf, welche im Querschnitt einen sechsstrahligen Stern mit Strahlen konstanter Dicke bilden. Ein Zentrum 56 des Profilteils bildet somit den Kreuzungspunkt der drei Wände 54. Durch ein solches Profilteil ist der Einströmbereich 24 in – vorliegend sechs – Kammern 58 unterteilt, deren offene, also nicht von den Wänden 54 begrenzte, Seiten die Durchtrittsöffnungen für das Abgas bilden. Über diese sich ebenfalls über die im Wesentlichen gesamte Länge des Befeuchters 12 erstreckenden Durchtrittsöffnungen gelangt dann im Betrieb des Befeuchters 12 das Abgas in den Raum 28 mit den Hohlfasermembranen 26.At the in 4 shown support structure 40 it is an extrusion profile, ie a profile part formed by extrusion. This in 4 Profile part shown has three crossing each other at the same angle walls 54 which form in cross-section a six-pointed star with rays of constant thickness. A center 56 the profile part thus forms the crossing point of the three walls 54 , By such a profile part is the inflow area 24 in the present six chambers 58 divided, their open, so not from the walls 54 limited, sides which form passages for the exhaust gas. About this also over the substantially entire length of the humidifier 12 extending passages then passes during operation of the humidifier 12 the exhaust into the room 28 with the hollow fiber membranes 26 ,

Ein solches, durch Strangpressen gebildetes Profilteil, welches in alternativen Ausführungsformen weniger oder mehr Wände 54 und entsprechend weniger oder mehr Kammern 58 aufweisen kann, lässt sich im Hinblick auf die Fertigungskosten und die Prozessführung besonders einfach bereitstellen.Such, formed by extrusion profile part, which in alternative embodiments, fewer or more walls 54 and correspondingly fewer or more chambers 58 can be particularly easy to provide in terms of manufacturing costs and process management.

Bei der in 5 gezeigten Variante des Befeuchters 12 strömt das Abgas in Richtung des Pfeils 36 in den Einströmbereich 24 ein. Dieser ist jedoch endseitig durch den Zentralbereich 38 des Verschlusselements 32 verschlossen. Entsprechend strömt das Abgas insbesondere in der Nähe des Verschlusselements 32 in radialer Richtung aus dem Einströmbereich 24 heraus. In diesem, in die Einströmrichtung des Abgases gesehen stromabwärtigen Teilbereich liegt jedoch eine Gehäusewand 60 eines Gehäuses des Befeuchters 12 an einer Außenseite des Bündels an, welches die Hohlfasermembranen 26 bilden. Der entsprechende Teilbereich 62 der Gehäusewand 60 ist in 5 an den Hohlfasermembranen 26 anliegend gezeigt.At the in 5 shown variant of the humidifier 12 the exhaust gas flows in the direction of the arrow 36 in the inflow area 24 one. However, this is the end by the central area 38 the closure element 32 locked. Accordingly, the exhaust gas flows in particular in the vicinity of the closure element 32 in the radial direction from the inflow region 24 out. In this, seen in the inflow of the exhaust gas downstream portion, however, is a housing wall 60 a housing of the humidifier 12 on an outside of the bundle, which is the hollow fiber membranes 26 form. The corresponding subarea 62 the housing wall 60 is in 5 on the hollow fiber membranes 26 shown adjacent.

In einem stromaufwärtigen Teilbereich 64 ist hingegen die Gehäusewand 60 von einer Außenseite des Bündels der Hohlfasermembranen 26 beabstandet. Entsprechend kann in diesem Teilbereich 64 das Abgas auch direkt aus dem Einströmbereich 24 in radialer Richtung durch das Bündel der Hohlfasermembranen 26 hindurchtreten. Der Teil des Abgases, welcher jedoch am stromabwärtigen Ende des Einströmbereichs 24 abgelenkt wird, strömt im Gegenstrom zu der durch die Hohlfasermembranen 26 strömenden Zuluft hin zum Teilbereich 64 der Gehäusewand 60, welcher von dem Bündel der Hohlfasermembranen 26 beabstandet ist.In an upstream section 64 is, however, the housing wall 60 from an outside of the bundle of hollow fiber membranes 26 spaced. Accordingly, in this subarea 64 the exhaust gas also directly from the inflow area 24 in the radial direction through the bundle of hollow-fiber membranes 26 pass. The part of the exhaust gas, but which at the downstream end of the inflow 24 is deflected, flows in countercurrent to that through the hollow fiber membranes 26 flowing supply air to the sub-area 64 the housing wall 60 which is from the bundle of hollow fiber membranes 26 is spaced.

Entsprechende, diese Gegenströmung angebende Strömungspfeile 66 sind in 5 zur Veranschaulichung dargestellt. Die Strömungsführung des Abgases durch den Befeuchter 12 zumindest teilweise im Gegenstrom kann zu einer besonders guten Übertragung von Feuchte vom Abgas auf die zu befeuchtende Zuluft führen.Corresponding, this counterflow indicating flow arrows 66 are in 5 illustrated for illustration. The flow of the exhaust gas through the humidifier 12 at least partially in countercurrent can lead to a particularly good transmission of moisture from the exhaust gas to the supply air to be humidified.

Insbesondere bei einer Variante des Befeuchters 12, bei welcher die Hohlfasermembranen 26 miteinander verwebt oder sonst wie verbunden sind, kann der Einströmbereich 24 lediglich durch Aufwickeln der Hohlfasermembranen 26 um ein als Hohlraum ausgebildetes Zentrum des Bündels gebildet sein. Dann kann ein inneres Rohr als Stützstruktur komplett entfallen, und die Hohlfasermembranen 26 brauchen im Einströmbereich 24 nicht abgestützt zu werden.Especially with a variant of the humidifier 12 in which the hollow fiber membranes 26 woven together or otherwise connected, the inflow can 24 merely by winding up the hollow fiber membranes 26 be formed around a trained as a cavity center of the bundle. Then, an inner tube as a support structure completely eliminated, and the hollow fiber membranes 26 need in the inflow area 24 not to be supported.

Alternativ kann eine Abstützung des Bündels der Hohlfasermembranen 26 von innen, also im Einströmbereich 24, über Ringe oder ein eigensteifes Netz oder Gitter erfolgen oder über einzelne Stäbe, die über ein – bevorzugt eigensteifes – Netz miteinander verbunden sind.Alternatively, a support of the bundle of hollow fiber membranes 26 from the inside, ie in the inflow area 24 , via rings or an intrinsically stiff net or grid or via individual rods, which are connected to one another via a - preferably intrinsically rigid - network.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
1212
Befeuchterhumidifier
1414
Leitungmanagement
1616
Kathodecathode
1818
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
2020
Anodeanode
2222
Abgasleitungexhaust pipe
2424
Einströmbereichinflow
2626
HohlfasermembranHollow fiber membrane
2828
Raumroom
3030
Verschlusselementclosure element
3232
Verschlusselementclosure element
3434
Einlassinlet
3636
Pfeilarrow
3838
ZentralbereichCentral area
4040
Stützstruktursupport structure
4242
Schraubenfedercoil spring
4444
Schlitzslot
4646
Endbereichend
4848
Stegweb
5050
Ripperib
5252
Zentrumcenter
5454
Wandwall
5656
Zentrumcenter
5858
Kammerchamber
6060
Gehäusewandhousing wall
6262
Teilbereichsubregion
6464
Teilbereichsubregion
6666
Strömungspfeilflow arrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10332493 A1 [0002] DE 10332493 A1 [0002]
  • US 6755399 B2 [0003] US 6755399 B2 [0003]

Claims (10)

Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem (10), welcher zum Befeuchten eines in einen Brennstoffzellenstapel (18) des Brennstoffzellensystems (10) einbringbaren Mediums ausgebildet ist, mit einer Mehrzahl von Hohlfasermembranen (26), welche einen Einströmbereich (24) umfangsseitig umgeben, wobei in dem Einströmbereich (24) eine Stützstruktur (40) mit wenigstens einer Durchtrittsöffnung (44) angeordnet ist, wobei über die wenigstens eine Durchtrittsöffnung (44) die Hohlfasermembranen (26) mit einem Befeuchtungsmedium beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchtrittsöffnung (44) in eine Längsrichtung (36) des Einströmbereichs (24) eine Länge aufweist, welche größer ist als eine halbe Länge eines Teilbereichs der Hohlfasermembranen (26), in welchem die Hohlfasermembranen (26) an der Stützstruktur (40) anliegen.Humidifier for a fuel cell system ( 10 ), which is used for moistening a fuel cell stack ( 18 ) of the fuel cell system ( 10 ) is introduced medium having a plurality of hollow fiber membranes ( 26 ), which has an inflow area ( 24 ) surrounded circumferentially, wherein in the inflow ( 24 ) a support structure ( 40 ) with at least one passage opening ( 44 ) is arranged, wherein over the at least one passage opening ( 44 ) the hollow fiber membranes ( 26 ) can be acted upon by a moistening medium, characterized in that the at least one passage opening ( 44 ) in a longitudinal direction ( 36 ) of the inflow area ( 24 ) has a length which is greater than half a length of a portion of the hollow fiber membranes ( 26 ) in which the hollow fiber membranes ( 26 ) on the support structure ( 40 ) issue. Befeuchter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (44) der Länge des Teilbereichs entspricht oder 70% bis 95% der Länge des Teilbereichs beträgt.Humidifier according to claim 1, characterized in that the length of the at least one passage opening ( 44 ) corresponds to the length of the partial area or is 70% to 95% of the length of the partial area. Befeuchter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (40) als Rohr ausgebildet ist, welches eine Mehrzahl von die wenigstens eine Durchtrittsöffnung (44) bildenden Schlitzen aufweist.Humidifier according to claim 1 or 2, characterized in that the support structure ( 40 ) is formed as a tube, which has a plurality of the at least one passage opening ( 44 ) has forming slots. Befeuchter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Schlitze begrenzende Stege (48) zumindest ein, insbesondere als sich von dem jeweiligen Steg (48) in radialer Richtung hin zum Zentrum (52) des Rohrs erstreckende Rippe (50) ausgebildetes, Versteifungselement aufweisen.Humidifier according to claim 3, characterized in that the respective slots delimiting webs ( 48 ) at least one, in particular as from the respective web ( 48 ) in the radial direction towards the center ( 52 ) of the tube extending rib ( 50 ) have trained, stiffening element. Befeuchter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (40) als, insbesondere durch Strangpressen gebildetes, Profilteil ausgebildet ist, durch welches in dem Einströmbereich (24) wenigstens zwei von dem Befeuchtungsmedium in die Längsrichtung (36) des Einströmbereichs (24) durchströmbare Kammern (58) gebildet sind, wobei durch eine offene Seite der jeweiligen Kammer (58) die wenigstens eine Durchtrittsöffnung bereitgestellt ist.Humidifier according to claim 1 or 2, characterized in that the support structure ( 40 ) is formed as, in particular formed by extrusion, profile part, through which in the inflow ( 24 ) at least two of the moistening medium in the longitudinal direction ( 36 ) of the inflow area ( 24 ) throughflowable chambers ( 58 ), wherein an open side of the respective chamber ( 58 ) the at least one passage opening is provided. Befeuchter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilteil eine Mehrzahl von die Kammern (58) begrenzenden Wänden (54) aufweist, welche sich von einem Zentrum (56) des Profilteils in radialer Richtung bis zu den an dem Profilteil anliegenden Hohlfasermembranen (26) erstrecken.Humidifier according to claim 5, characterized in that the profile part a plurality of the chambers ( 58 ) delimiting walls ( 54 ) extending from a center ( 56 ) of the profile part in the radial direction up to the voltage applied to the profile part hollow-fiber membranes ( 26 ). Befeuchter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (40) – als Schraubenfeder (42) ausgebildet oder – durch eine Mehrzahl von Ringen bereitgestellt oder – durch ein eigensteifes Gitter gebildet oder – durch eine Mehrzahl von Stäben gebildet ist, welche mittels eines eigensteifen Gitters miteinander verbunden sind.Humidifier according to claim 1 or 2, characterized in that the support structure ( 40 ) - as a coil spring ( 42 ) or - provided by a plurality of rings or - formed by an intrinsically stiff grid or - is formed by a plurality of rods which are interconnected by means of a rigid mesh. Befeuchter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die, insbesondere miteinander verbundenen, Hohlfasermembranen (26) ein, insbesondere im Wesentlichen rundes, Bündel bilden, welches in einem Gehäuse des Befeuchters (12) angeordnet ist, wobei das Gehäuse eine Gehäusewand (60) aufweist, welche in einem in eine Einströmrichtung (36) des Befeuchtungsmediums in den Einströmbereich (24) gesehen stromabwärtigen Teilbereich (62) an einer Außenseite des Bündels anliegt und in einem stromaufwärtigen Teilbereich (64) von der Außenseite beabstandet ist.Humidifier according to one of claims 1 to 7, characterized in that the, in particular interconnected, hollow-fiber membranes ( 26 ), in particular a substantially round, bundle, which in a housing of the humidifier ( 12 ), wherein the housing is a housing wall ( 60 ), which in one in an inflow ( 36 ) of the humidifying medium into the inflow area ( 24 ) seen downstream portion ( 62 ) abuts an outer side of the bundle and in an upstream portion ( 64 ) is spaced from the outside. Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Befeuchter (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Abgas einer Kathode (16) eines Brennstoffzellenstapels (18) des Brennstoffzellensystems (10) in den Einströmbereich (24) des Befeuchters (12) einbringbar und zum Befeuchten eines der Kathode (16) des Brennstoffzellenstapels (18) zuführbaren Oxidationsmittels als dem zu befeuchtenden Medium nutzbar ist.Fuel cell system, in particular for a vehicle, with a humidifier ( 12 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the exhaust gas of a cathode ( 16 ) of a fuel cell stack ( 18 ) of the fuel cell system ( 10 ) into the inflow area ( 24 ) of the humidifier ( 12 ) and for moistening one of the cathodes ( 16 ) of the fuel cell stack ( 18 ) supplyable oxidizing agent is used as the medium to be humidified. Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 9.Vehicle with a fuel cell system ( 10 ) according to claim 9.
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WO (1) WO2015177707A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6755399B2 (en) 2000-01-19 2004-06-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Humidifier
DE10332493A1 (en) 2003-07-17 2005-02-10 Daimlerchrysler Ag Membrane module for use in a fuel cell has a mesh matrix base material and onto this are bonded hollow fibres

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2231421B1 (en) * 1973-05-30 1976-05-07 Rhone Poulenc Ind
US8415060B2 (en) * 2005-09-21 2013-04-09 Honda Motor Co., Ltd. In-vehicle fuel cell system
JP4939280B2 (en) * 2007-03-30 2012-05-23 本田技研工業株式会社 Humidifier
EP2055368A1 (en) * 2007-10-30 2009-05-06 Membrana GmbH Shell-less hollow fibre module

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6755399B2 (en) 2000-01-19 2004-06-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Humidifier
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