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Die Erfindung betrifft ein Membranhohlfasermodul für einen Befeuchter eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs. Hierbei ist eine Membranhohlfasermatte um eine Stützstruktur des Membranhohlfasermoduls gewickelt. Die Membranhohlfasern und Stützfäden der Membranhohlfasermatte bilden ein Gewebe. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen eines Membranhohlfasermoduls, einen Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem, ein Brennstoffzellensystem und ein Fahrzeug.
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Die
US 5 297 591 A beschreibt ein Hohlfaserbündel, in welchem die Hohlfasern Kettfäden eines gewobenen Hohlfaserbands bilden. Die Hohlfasern werden durch doppelte Schussfäden zusammengehalten. Die Hohlfasern können in einem Wärmeübertrager, für eine Filtration, bei einer Membrandestillation oder in einem Oxygenator zum Anreichern von Blut mit Sauerstoff zum Einsatz kommen.
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Bei dem in der
US 5 297 591 A beschriebenen Membranhohlfasermodul dienen die Schussfäden dazu, die Membranhohlfasern zu fixieren. Dadurch sollen zum einen die Membranhohlfasern mechanisch gestützt werden, um eine Beschädigung der Membran durch ihre Eigenbewegung zu unterbinden. Zum anderen versucht man so, eine gleichmäßige Verteilung eines die Membranhohlfasern außenseitig umströmenden Mediums zu erhalten. Damit soll auch der Druckverlust bei der Durchströmung des Membranhohlfasermoduls, also beim Herumströmen des Mediums um die Außenseiten der Hohlfasern, möglichst konstant gehalten werden.
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Bei unfixierten Hohlfasern beziehungsweise Membranhohlfasern kann es nämlich infolge der starken Durchströmung des Moduls oder aufgrund von Vibrationen oder Stößen, welche von außen eingebracht werden, zu Setzungen der Membranhohlfasern kommen.
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Eine lokal dichtere Packung der Hohlfasern führt jedoch zu einem erhöhten Druckverlust, welcher den Effekt seinerseits noch einmal verstärkt.
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Bei unfixierten Membranhohlfasern kann es zudem – mutmaßlich aufgrund einer Flatterbewegung der Fasern in der Strömung des Mediums – zu Faserbrüchen aufgrund der mechanischen Belastung kommen. Dies gilt insbesondere an Übergangsstellen der Membranhohlfasern zu einer durch eine ausgehärtete Vergussmasse gebildeten Dichtscheibe des Membranhohlfasermoduls. Derartige Dichtscheiben, in welchen die Enden der Membranhohlfasern fixiert sind, sind üblicherweise an einander gegenüberliegenden Enden des Membranhohlfasermoduls beziehungsweise des Faserbündels vorgesehen. An dieser Übergangsstelle werden die Hohlfasern bei einer Bewegung am stärksten auf Biegung belastet.
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Man ist also einerseits bestrebt, für eine Fixierung der Membranhohlfasern in dem Membranhohlfasermodul zu sorgen und andererseits eine möglichst gute Stoffübertragung von dem Medium auf ein die Hohlfasern durchströmendes Medium zu gewährleisten.
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Diesbezüglich wurde nämlich festgestellt, dass Membranmodule zum Stoffaustausch wie etwa Membranhohlfasermodule zur Befeuchtung von Zuluft, welche einem Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems zugeführt wird, üblicherweise geringere Stoffübertragungswerte erreichen, als die Fähigkeiten des Membranmaterials erwarten lassen würden. Die Austauschleistung beziehungsweise Stoffübertragungsleistung des Membranhohlfasermoduls steht also hinter der theoretisch möglichen Austauschleistung des Membranmaterials zurück.
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Dieser sogenannte Ausnutzungsgrad der Membran oder Membranhohlfasern liegt dann signifikant unter den theoretisch möglichen 100 Prozent. Dies geht üblicherweise auf Unzulänglichkeiten in der Anströmung der Membrane zurück, welche die Wandungen der Membranhohlfasern bilden. Bei Bündeln aus Membranhohlfasern ist vor allem die Außenseite der Fasern aufgrund eines sehr unregelmäßigen und unkontrollierten Strömungsregimes anfällig für inhomogene Strömungsverteilungen. Diese können zu einer verminderten Stoffaustauschleistung führen.
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In Membranhohlfaserbündeln, in welchen die Membranhohlfasern nicht fixiert sind, können sich nämlich aufgrund einer lokal stärkeren Durchströmung leicht Vorzugskanäle ausbilden, insbesondere in Randbereichen. Diese führen zu Bypassströmungen. Der solche Vorzugskanäle durchströmende Anteil des Mediums trägt dann überhaupt nicht oder nur in sehr verminderter Weise zur erwünschten Stoffübertragung bei. Auf ähnliche Weise vermindert auch eine ungleich verteilte Strömung durch verschiedene, parallel durchströmte Bereiche des Faserbündels die Austauschleistung des gesamten Membranhohlfasermoduls.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Membranhohlfasermodul und ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art sowie einen entsprechenden Befeuchter, ein Brennstoffzellensystem und ein Fahrzeug zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Membranhohlfasermodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen Befeuchter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Membranhohlfasermodul für einen Befeuchter eines Brennstoffzellensystems, bei welchem es sich insbesondere um ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs handeln kann, umfasst eine Membranhohlfasermatte. Die Membranhohlfasermatte ist um eine Stützstruktur des Membranhohlfasermoduls gewickelt. Die Stützstruktur weist wenigstens eine Durchtrittsöffnung auf. Über die wenigstens eine Durchtrittsöffnung können Membranhohlfasern der Membranhohlfasermatte mit einem in das Membranhohlfasermodul einbringbaren Medium beaufschlagt werden. Die Membranhohlfasern bilden mit einer Mehrzahl von Stützfäden der Membranhohlfasermatte ein Gewebe. Hierbei weisen die Membranhohlfasern in Axialrichtung der Membranhohlfasern alternierende Krümmungsbereiche auf. In den alternierenden Krümmungsbereichen ist die jeweilige Membranhohlfaser um die Stützfäden der Membranhohlfasermatte in entgegengesetzte Richtungen mäandrierend gewunden.
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Die Membranhohlfasern weisen also aufgrund des Einfädelns um die Stützfäden beziehungsweise aufgrund des Verwebens mit den Stützfäden in die Axialrichtung die von der Krümmungsrichtung her alternierenden Krümmungsbereiche auf. Durch diesen in die Axialrichtung der Membranhohlfasern gewundenen Verlauf der Membranhohlfasern kann besonders einfach sichergestellt werden, dass jede einzelne Membranhohlfaser von dem Medium umspült wird. So trägt jede einzelne Membranhohlfaser zur Stoffübertragung des gesamten Membranhohlfasermoduls in optimaler Weise bei. Es kann nämlich durch die Webart der Hohlfasermatte gewährleistet werden, dass der Abstand zwischen den Membranhohlfasern an jeder Stelle der Matte sehr konstant beziehungsweise gleichmäßig ist. Die Stützfäden dienen quasi als Abstandshalter, welche die Membranhohlfasern definiert auf Abstand voneinander halten. Durch das Verweben der Membranhohlfasern mit den Stützfäden zu der Membranhohlfasermatte sind zudem die Membranhohlfasern räumlich sicher fixiert. Entsprechend ist ein verbessertes Membranhohlfasermodul geschaffen.
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Durch das Aufwickeln der Membranhohlfasermatte auf die innere Stützstruktur wird eine Ausbildung von unerwünschten Bypass-Strömungskanälen innerhalb des Membranhohlfasermoduls unterbunden. Durch das Aufwickeln zu einem insbesondere zylindrischen Membranhohlfasermodul gibt es nämlich aus Sicht der Strömung des Mediums, welches über die Durchtrittsöffnungen zu den Membranhohlfasern gelangt, keine Möglichkeit, an dem Membranfaserbündel vorbeizukommen, ohne durch wenigstens eine Lage der Membranhohlfasermatte hindurchzuströmen. Im Gegensatz zu beispielsweise quaderförmig ausgebildeten Hohlfaserbündeln, welche von einem Ende zum anderen durchströmt werden, oder zu Rohrmodulen, bei welchen sowohl ein Einströmbereich als auch ein Ausströmbereich auf der Außenseite des zylindrischen Membranhohlfaserbündels liegen, treten also vorliegend keine Randbereiche auf, in welchen sich Bypasskanäle ausbilden könnten. Dies ist einem hohen Ausnutzungsgrad der Membranen des Membranhohlfasermoduls in besonders hohem Maße zuträglich.
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Des Weiteren lassen sich durch die Webart der Membranhohlfasermatte selbst bei einem geringen oder kleinen zur Verfügung stehenden Bauraum sehr große Strömungsquerschnitte innerhalb des Membranhohlfasermoduls beziehungsweise Faserbündels erreichen, insbesondere im Bereich einer Außenseite des Membranhohlfasermoduls. Die großen Strömungsquerschnitte führen zu sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten. Daraus resultieren besonders lange Verweilzeiten des Mediums in dem Membranhohlfasermodul. Auch dies ist einer hohen Stoffübertragung zuträglich, insbesondere einer Übertragung von Feuchte von dem Medium auf ein die Membranhohlfasern durchströmendes Medium.
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Es kann also einerseits die Membran mit der Membranhohlfaser besonders weitgehend ausgenutzt werden. Andererseits kann durch die besonders lange Verweilzeit des Mediums in dem Membranhohlfasermodul für eine besonders weitgehende Stoffübertragung, insbesondere Feuchteübertragung, gesorgt werden.
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Bevorzugt sind Membranhohlfasern, welche in Richtung der Stützfäden einander benachbart sind, in den Krümmungsbereichen in jeweils einander entgegengesetzte Richtungen gewunden. Auf diese Weise lässt sich eine dreidimensionale Struktur innerhalb einer jeweiligen Lage der Membranhohlfasermatte bereitstellen, welche dazu führt, dass die Strömung auf benachbarte, sich berührende und gegenläufige Spiralbahnen um die einzelnen Membranhohlfasern herum gezwungen wird. Durch die damit einhergehenden ständigen Richtungsänderungen des Mediums beim Umströmen der Außenseiten der Membranhohlfasern wird einerseits der Ausbildung von Vorzugskanälen entgegengewirkt. Andererseits ist zugleich für einen intensiven Kontakt zwischen dem die Membranhohlfasermatte durchströmenden Medium und der Wandung der Membranhohlfasern gesorgt. An diesen Außenseiten der einzelnen Membranhohlfasern können sich zudem kaum laminare Grenzschichten ausbilden, welche den Stofftransport durch die Membran hindurch andernfalls vermindern könnten.
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Besonders einfach lässt sich ein verbesserter Stofftransport durch die Membranen der Membranhohlfasern sicherstellen, wenn die Stützfäden in der Membranhohlfasermatte als im noch nicht auf die Stützstruktur gewickelten Zustand der Membranhohlfasermatte im Wesentlichen geradlinig verlaufende Kettfäden ausgebildet sind. So kann besonders gut sichergestellt werden, dass in der Membranhohlfasermatte benachbarte Membranhohlfasern alternierend entlang einer Oberseite der Matte und einer Unterseite der Matte laufen.
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Bevorzugt umgibt die Membranhohlfasermatte die Stützstruktur mit einer Mehrzahl von Lagen umfangsseitig. So wird nämlich besonders einfach dafür gesorgt, dass die einzelnen Lagen der Matte beim Aufwickeln auf die Stützstruktur sich mit einem entsprechenden Abstand aufeinander legen, welcher genügend Platz für die Durchströmung der Membranhohlfasermatte mit dem Medium lässt.
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Zudem muss dann die durch das Medium bereitgestellte Strömung durch jede Lage an Membranhohlfasern hindurch. Jede Lage der Matte trägt damit zur Gleichverteilung der Strömung bei. Sollte an irgendeiner Stelle eine Ungleichverteilung entstehen, so wird diese Ungleichverteilung aufgrund des Durchtritts der Strömung durch die nächste Lage der Membranhohlfasermatte wieder kompensiert. Es kann so besonders einfach sichergestellt werden, dass die Strömung unabhängig von dem Weg, welchen sie wählt, immer durch dieselbe Anzahl an Lagen hindurchtreten muss. Insbesondere kann so erreicht werden, dass auf jedem potentiell möglichen Durchströmungsweg des Membranhohlfasermoduls der gleiche Druckverlust herrscht. Dies sorgt für eine außerordentlich homogene Durchströmung des Membranhohlfasermoduls beziehungsweise Faserbündels.
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Bevorzugt weisen die Stützfäden, welche insbesondere aus einem Vollmaterial gebildet sein können, einen kleineren Querschnitt auf, als die Membranhohlfasern. Dadurch wird der von der Membranhohlfasermatte eingenommene Bauraum besonders weitgehend durch die dem Stofftransport beziehungsweise der Stoffübertragung dienenden Membranhohlfasern ausgenutzt.
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Die Stützstruktur beziehungsweise der Kern des Membranhohlfasermoduls kann auf vielfältige Art und Weise ausgebildet sein, um die Durchtrittsöffnungen für das Medium bereitzustellen. Beispielsweise kann die Stützstruktur als Rohr ausgebildet sein, welches längsgeschlitzt ausgebildet ist.
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Der erfindungsgemäße Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem umfasst ein Gehäuse, in welchem wenigstens ein erfindungsgemäßes Membranhohlfasermodul angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem umfasst wenigstens einen erfindungsgemäßen Befeuchter und kann insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehen sein. Hierbei kann insbesondere das Abgas einer Kathode eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems in einen Einströmbereich des Befeuchters einbringbar sein. Des Weiteren kann das Abgas zum Befeuchten eines der Kathode des Brennstoffzellenstapels zuführbaren Oxidationsmittels als zu befeuchtendem Medium genutzt werden.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem. Ein solches Brennstoffzellensystem kann eine Vielzahl weiterer, insbesondere für Brennstoffzellensysteme von Fahrzeugen üblicher Komponenten umfassen, welche vorliegend nicht im Detail erläutert zu werden brauchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen eines Membranhohlfasermoduls für einen Befeuchter eines Brennstoffzellensystems wird eine Membranhohlfasermatte um eine Stützstruktur gewickelt. Die Stützstruktur weist wenigstens eine Durchtrittsöffnung auf, über welche Membranhohlfasern der Membranhohlfasermatte mit einem in das Membranhohlfasermodul einbringbaren Medium beaufschlagt werden können. Aus den Membranhohlfasern und einer Mehrzahl von Stützfäden wird ein Gewebe gebildet. Hierbei werden in den Membranhohlfasern Krümmungsbereiche ausgebildet, welche in Axialrichtung der Membranhohlfasern alternieren, indem die jeweilige Membranhohlfaser um die Stützfäden in entgegengesetzte Richtungen mäandrierend gewunden wird. Es werden also in der jeweiligen Membranhohlfaser mäanderförmige Schlingen oder Windungen ausgebildet, wobei wenigstens ein Stützfaden von der Membranhohlfaser zuerst überquert und anschließend wenigstens ein Stützfaden von derselben Membranhohlfaser unterquert wird.
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Die für das erfindungsgemäße Membranhohlfasermodul beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für den erfindungsgemäßen Befeuchter, das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, das erfindungsgemäße Fahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
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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. Es sind somit auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 schematisch das Aufwickeln einer gewobenen Membranhohlfasermatte für einen Befeuchter eines Brennstoffzellensystems auf einen Kern, welcher als Stützstruktur dient;
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2 die Membranhohlfasermatte in einer vergrößerten Detailansicht, aus welcher die Webart der Matte ersichtlich ist;
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3 beispielhaft den Strömungsweg bei der Durchströmung der Membranhohlfasermatte beziehungsweise des Gewebes;
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4 eine erste Variante einer Stützstruktur beziehungsweise eines Kerns, auf welchen die Matte aufgewickelt werden kann;
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5 eine weitere Variante einer Stützstruktur beziehungsweise eines Kerns, auf welchen die Matte aufgewickelt werden kann;
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6 eine weitere Variante einer Stützstruktur beziehungsweise eines Kerns, auf welchen die Matte aufgewickelt werden kann; und
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7 in einer Schnittansicht eine weitere Variante einer Stützstruktur beziehungsweise eines Kerns, auf welchen die Matte aufgewickelt werden kann;
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1 zeigt schematisch einen Schritt während der Fertigung eines Membranhohlfasermoduls, wie es in einem Befeuchter eines Brennstoffzellensystems, beispielsweise eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs wie eines Kraftwagens, zum Einsatz kommen kann. Hierbei ist eine Vielzahl von Membranhohlfasern 10 mit Stützfäden 12 (vergleiche 2) zu einer Membranhohlfasermatte 14 verwoben. Aus dieser Membranhohlfasermatte 14 wird ein in 1 schematisch gezeigter Streifen 16 geschnitten, dessen Breite 18 etwas mehr als eine Länge des benötigten Faserbündels beträgt. Der Streifen 16 wird auf einen als Stützstruktur dienenden Kern 20 aufgewickelt. In 1 gibt ein Pfeil 22 eine Richtung an, in welche hierbei die gewobene Membranhohlfasermatte 14 zugeführt wird. Weitere Pfeile 24 veranschaulichen eine Wickelrichtung beim Aufwickeln der Membranhohlfasermatte 14 auf den Kern 20 beziehungsweise die Stützstruktur.
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Der Kern 20, welcher beispielsweise als ein in 4 gezeigtes Rohr ausgebildet sein kann, ist geeignet, ein Medium (etwa ein Befeuchtungsmedium) in das Membranhohlfasermodul eintreten und von dort über Durchtrittsöffnungen in ein Bündel 26 einströmen zu lassen, welches die in mehreren Lagen um den Kern 20 aufgewickelte Membranhohlfasermatte 14 bildet. Das Rohr (vergleiche 4) kann als die Durchtrittsöffnungen beispielsweise eine Mehrzahl von Schlitzen 28 aufweisen. Über diese Schlitze 28 beziehungsweise Längsschlitze kann das Befeuchtungsmedium aus dem Kern 20 austreten und in radialer Richtung in das Bündel 26 eintreten.
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Nach dem Aufwickeln der Membranhohlfasermatte 14 auf den Kern 20 wird das Bündel 26, gegebenenfalls nach dem Einbringen in eine äußere Stützstruktur, an jeweiligen Enden mit einer Vergussmasse versehen, welche die Enden der Membranhohlfasern 10 fixiert. Zudem sorgt die ausgehärtete Vergussmasse dafür, dass das Befeuchtungsmedium, welches die Membranhohlfasern 10 außenumfangsseitig umströmt, nicht in die Membranhohlfasern 10 eintreten kann. Die Vergussmasse kann welche in Richtung der Breite 18 des Bündels 26 gesehen jeweilige endseitige Platten 30, 44 (vergleiche 5) oder Scheiben ausbilden. Die Vergussmasse sorgt so für ein Abdichten der beiden Medienräume gegenüber einander. Anschließend werden Innenräume 32 der Membranhohlfasern 10 (vergleiche 2) durch Abschneiden eines Überstands geöffnet. Dann können die Innenräume 32 der Membranhohlfasern 10 von dem zu befeuchtenden Medium durchströmt und die Membranhohlfasern 10 außenumfangsseitig von dem Befeuchtungsmedium umströmt werden.
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Gemäß 1 fällt eine Axialrichtung der Membranhohlfasern 10 mit der Richtung der Breite 18 des Bündels 26 zusammen. Mit anderen Worten sind die Membranhohlfasern 10 in eine Querrichtung der Membranhohlfasermatte 14 eingewoben. Dementsprechend verlaufen die Stützfäden 12 in der noch nicht aufgewickelten Membranhohlfasermatte 14 geradlinig entlang der durch den Pfeil 22 angegebenen Zuführrichtung. Aus 2 ist dieser geradlinige Verlauf der Stützfäden 12 ersichtlich, welche als Kettfäden des Gewebes ausgebildet sind. Durch die Ausbildung der Stützfäden 12 als Haltefäden mit geradem Verlauf laufen in der Membranhohlfasermatte 14 benachbarte Membranhohlfasern 10 alternierend an eine Oberseite und eine Unterseite der Matte. Mit anderen Worten weist die jeweilige Membranhohlfaser 10 alternierende Krümmungsbereiche 34, 36 auf, in welchen die jeweilige Membranhohlfaser 10 um benachbarte Stützfäden 12 in jeweils entgegengesetzte Richtungen mäandrierend gewunden ist. Zudem sind diejenigen Membranhohlfasern 10, welche in Richtung der Stützfäden 12 einander benachbart sind, in den Krümmungsbereichen 34, 36 in jeweils einander entgegengesetzte Richtungen gewunden.
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Beispielsweise kann in einem ersten Krümmungsbereich 34 die jeweilige Membranhohlfaser 10 einen der Stützfäden 12 überqueren und in einem anschließenden Krümmungsbereich 36 dieselbe Membranhohlfaser 10 den benachbarten Stützfaden 12 unterqueren. Durch diese Webart liegen beim Aufwickeln der Membranhohlfasermatte 14 auf den Kern 20 die einzelnen Lagen der Matte mit einem entsprechenden Abstand aufeinander, welcher genügend Platz für die Durchströmung lässt.
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In 3 veranschaulichen Strömungspfeile 38, 40 die Durchströmung einer einzelnen Lage der Matte im kleinen Maßstab. Entsprechend wird die Strömung auf benachbarte, sich berührende und gegenläufige Spiralbahnen gezwungen, wenn das Medium die zwischen benachbarten Membranhohlfasern 10 ausgebildeten Hohlräume durchströmt. In einem entsprechenden Hohlfasermembranbefeuchter oder einem zu anderen Zwecken vorgesehenen Membranhohlfasermodul beziehungsweise Hohlfasermembran-Austauschmodul sorgt die mit dieser Webart einhergehende ständige Richtungsänderung der Strömung für einen intensiven Kontakt zwischen dem Medium und der Wandung (also der Membran) der Membranhohlfasern 10. Des Weiteren wird so der Bildung von Vorzugskanälen beim Durchströmen der einzelnen Lagen des Bündels 26 und auch des gesamten Bündels 26 entgegengewirkt. Außerdem können sich so kaum laminare Grenzschichten ausbilden, welche den Stofftransport durch die Membran der Hohlfasermembranen oder Membranhohlfasern 10 vermindern. Zudem muss die Strömung durch jede Lage der Membranhohlfasern 10 in dem Bündel 26 hindurch. Auch dies sorgt für eine besonders gleichmäßige Verteilung und für einen sehr geringen Druckverlust auf jedem potentiell möglichen Durchströmungsweg.
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4 zeigt beispielhaft den als Rohr ausgebildeten Kern 20 mit den längs verlaufenden Schlitzen 28. Die Schlitze 28 erstrecken sich dementsprechend in Richtung der Breite 18 der Membranhohlfasermatte 14 und des Bündels 26 beziehungsweise in die Axialrichtung der eingewobenen Membranhohlfasern 10.
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Bei der in 5 gezeigten Variante ist die Stützstruktur in Form des Kerns 20 als Schraubenfeder 42 ausgebildet. Durch die zwischen Windungen der Schraubenfeder 42 vorgesehenen, von Material der Schraubenfeder 42 freien Abschnitte ist hier eine einzige Durchtrittsöffnung gebildet, welche von einer der aus der Vergussmasse gebildeten Platten 44 zur gegenüberliegenden Platte 30 reicht. Ein Raum 46 zwischen der Schraubenfeder 42 und einer Außenseite des Bündels 10 ist auf in 5 nicht näher gezeigte Art und Weise von den Lagen der Membranhohlfasermatte 14 eingenommen. Entsprechend ist die Membranhohlfasermatte 14 in mehreren Lagen um die Schraubenfeder 42 herumgewickelt.
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Als Kern 20 kann auch ein in 6 gezeigtes Profilteil 48 dienen, welches beispielsweise durch Strangpressen gebildet sein kann. Hierbei sind durch Wände 50 des Profilteils 48 Kammern 52 ausgebildet, welche in eine Längsrichtung 54 des Profilteils 48 von dem Medium durchströmt werden können. Durch eine offene Seite der jeweiligen Kammer 52 sind die Durchtrittsöffnungen bereitgestellt. Die Wände 50 erstrecken sich von einem Zentrum 56 des Profilteils 48 aus in radialer Richtung bis zu der an dem Profilteil 48 anliegenden Membranhohlfasermatte 14, welche in 6 nicht gezeigt ist.
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Bei der in 7 gezeigten Variante ist der Kern 20 beziehungsweise die Stützstruktur ebenfalls als Rohr 58 ausgebildet. Jedoch sind hier an jeweiligen Stegen 60, welche die in die Längsrichtung 54 des Kerns 20 beziehungsweise Rohrs 58 verlaufenden Schlitze 28 begrenzen (vergleiche 4), zur Verstärkung jeweilige Rippen 62 ausgebildet. Diese Rippen 62 erstrecken sich vom jeweiligen Steg 60 aus hin zu einem Zentrum 64 des Rohrs 58. Es sind jedoch in Varianten auch andere Stützstrukturen mit Durchtrittsöffnungen als Kern 20 zum Aufwickeln der Membranhohlfasermatte 14 geeignet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Membranhohlfaser
- 12
- Stützfäden
- 14
- Membranhohlfasermatte
- 16
- Streifen
- 18
- Breite
- 20
- Kern
- 22
- Pfeil
- 24
- Pfeile
- 26
- Bündel
- 28
- Schlitz
- 30
- Platte
- 32
- Innenraum
- 34
- Krümmungsbereich
- 36
- Krümmungsbereich
- 38
- Strömungspfeil
- 40
- Strömungspfeil
- 42
- Schraubenfeder
- 44
- Platte
- 46
- Raum
- 48
- Profilteil
- 50
- Wand
- 52
- Kammer
- 54
- Längsrichtung
- 56
- Zentrum
- 58
- Rohr
- 60
- Steg
- 62
- Rippe
- 64
- Zentrum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5297591 A [0002, 0003]
