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Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Membranbefeuchter für ein Brennstoffzellensystem. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Membranbefeuchter.
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Brennstoffzellensysteme als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um ein die PEM-Brennstoffzellensystem mit möglichst hoher Leistung betreiben zu können, werden diese Systeme i.d.R. bei Betriebstemperaturen von ca. 80 °C bis ca. 95 °C betrieben. Eine hohe Betriebstemperatur kann beispielsweise eine bessere Wärmeabfuhr über den Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems sicherstellen als bei niedrigen Betriebstemperaturen. Bei höheren Betriebstemperaturen kann es jedoch eher dazu kommen, dass die Membran der Brennstoffzelle austrocknet. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, eine Befeuchtungseinrichtung in der Kathodenzuluft vorzusehen. Hierzu kann beispielsweise ein Flachmembran-Befeuchter eingesetzt werden.
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Vorbekannte Lösung bestehen aus vielen verschiedenen Platten, die aufeinander geschichtet werden. Oftmals ist es schwierig, die verschiedenen Platten gegeneinander abzudichten, ohne dass dabei die Fertigungskosten stark ansteigen. Bei vorbekannten Lösungen werden dabei beispielsweise die Membranen mit den Strömungsplatten verklebt. Insbesondere bei Flachmembranmodulen mit externen Gasversorgungsanschlüssen (engl. Manifolds), die nicht in die Strömungsplatten integriert sind, kann die Abdichtung der einzelnen Plattenebenen eine Herausforderung darstellen. Ein Befeuchter eines Brennstoffzellensystems weist eine Vielzahl an Strömungskanälen auf, mit vergleichsweise geringen Strömungsquerschnitten. Wird ein solcher Befeuchter für das Kathodensubsystem verwendet, so wird dieser von vergleichsweise großen Luftmassen durchströmt. Folglich ist der Strömungswiderstand des Befeuchters eine nicht zu vernachlässigende Größe, die die Gesamtenergieeffizienz des Brennstoffzellensystems mit beeinflusst.
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Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
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Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Membranbefeuchter für ein Brennstoffzellensystem. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Membranbefeuchter und mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff (z.B. Wasserstoff) und Oxidationsmittel (z.B. Luft, Sauerstoff und Peroxide) in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Das Brennstoffzellensystem umfasst ein Kathodensubsystem. Das Kathodensubsystem wird aus den oxidationsmittelführenden Bauelementen gebildet. Ein Kathodensubsystem kann mindestens einen Oxidationsmittelförderer, mindestens eine zum Brennstoffzellenstapel führende Kathodenzuleitung, mindestens einen Membranbefeuchter, der die Kathodenzuluft befeuchtet, mindestens eine vom Brennstoffzellenstapel wegführende Kathodenabgasleitung, sowie weitere Elemente aufweisen. Hauptaufgabe des Kathodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von Oxidationsmittel an die elektrochemisch aktiven Flächen des Kathodenraums und die Abfuhr von unverbrauchtem Oxidationsmittel.
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Der Membranbefeuchter umfasst mehrere aufeinander gestapelte Strömungsplatten. Zwischen zwei unmittelbar benachbarten bzw. nebeneinander angeordneten Strömungsplatten ist jeweils eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran angeordnet. Bevorzugt umfasst der Membranbefeuchter einen Membranbefeuchterstapel mit einer Vielzahl an Strömungsplatten und einer Vielzahl an Membranen.
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Die einzelnen Strömungsplatten weisen jeweils mehrere Strömungskanäle auf, durch die unterschiedliche Gase an die feuchtigkeitsdurchlässige Membran heranführbar sind. Bei den Gasen kann es sich um die Gase des Kathodensubsystems und/oder des Anodensubsystems handeln. Die Gase können sich in ihrer Zusammensetzung und/oder in ihrem Feuchtigkeitsgehalt unterscheiden. Bevorzugt ist der Membranbefeuchter des Brennstoffzellensystems ausgebildet, eine dem Brennstoffzellenstapel zuführbare Kathodenzuluft zu befeuchten, indem das aus dem Brennstoffzellenstapel abgeführte Kathodenabgas so an die feuchtigkeitsdurchlässige Membran des Membranbefeuchters herangeführt wird, dass ein Teil der Feuchtigkeit des Kathodenabgases an die Kathodenzuluft abgegeben wird.
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Die feuchtigkeitsdurchlässige Membran kann beispielsweise zumindest eines der folgenden Materialien umfassen: perfluorosulfonic acid (PFSA), nichtfluorierte sulfonierte Polymere (sPEEK, sulfoniertes Polysulfon), Block-coPolymere (PEO/PBT, PEO/PU).
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Die Strömungskanäle beginnen in einer ersten Stirnfläche eines ersten Randes der Strömungsplatte, sodass die Gase in die Strömungsplatte über die erste Stirnfläche einströmen. Bevorzugt ist gegenüberliegend vom ersten Rand der Strömungsplatte ein zweiter Rand der Strömungsplatte ausgebildet. Bevorzugt weist dieser zweite Rand eine zweite Stirnfläche auf. Bevorzugt münden die Strömungskanäle in der zweiten Stirnfläche, sodass die Gase aus den Strömungskanälen durch die zweite Stirnfläche austreten.
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Bevorzugt bilden erste Strömungsplatten der Strömungsplatten einen ersten Strömungspfad für ein erstes Gas aus, wohingegen zweite Strömungsplatten der Strömungsplatten einen zweiten Strömungspfad für ein zweites Gas ausbilden. Bevorzugt ist das Brennstoffzellensystem derart ausgebildet, dass das erste Gas (z.B. Kathodenzuluft) einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt aufweist als das zweite Gas (z.B. Kathodenabluft). Der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad können als Kreuzströmungspfade oder als Gegenströmungspfade ausgebildet sein. Hierzu können die ersten Strömungsplatten um 90° oder 180° versetzt zu den zweiten Strömungsplatten angeordnet sein.
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Bevorzugt umfasst der Membranbefeuchter eine umlaufende Dichtung, die auf einem umlaufenden Rand der Strömungsplatte angeordnet ist. Der umlaufende Rand wird zweckmäßig unter anderem vom ersten Rand und zweiten Rand mit ausgebildet. Der umlaufende Rand kann beispielsweise eine Breite von ca. 0,5 bis 15 mm, bevorzugt von 1 bis 8 mm, und besonders bevorzugt von 2 bis 5 mm aufweisen.
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Die Dichtung kann beispielsweise aus mindestens einem der folgenden Materialien hergestellt sein: silikon-basierend, Polyurethan (PU), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk bzw. Ethylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk EPDM, Fluor-Kautschuk, Fluorkarbon-Kautschukt (FKM), Nitril-Kautschuk (NBR), Polytetrafluorethylen (PTFE).
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Die Dichtung kann beispielsweise angespritzt sein oder eine separate Dichtung sein. Bevorzugt weist die Dichtung im Wesentlichen dieselbe Kontur auf wie die Strömungsplatte. Bei einer in der Draufsicht rechteckigen Strömungsplatte, weist die umlaufende Dichtung bevorzugt also auch eine in der Draufsicht im Wesentlichen rechteckige Kontur auf. Die Dichtung kann ebenso auch profiliert sein, um die Dichtwirkung zu erhöhen.
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Bevorzugt erstrecken sich also die Strömungskanäle der Strömungsplatte von einer ersten Stirnfläche zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche. Insbesondere können die verschiedenen Strömungskanäle einer Strömungsplatte im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Besonders bevorzugt können die Strömungskanäle einer Strömungsplatte keine Verbindungselemente aufweisen, die gegenüberliegende Strömungskanalwandungen miteinander verbinden. Insbesondere sind keine Verbindungselemente vorgesehen, die durch den Strömungskanal verlaufen, und die den Strömungskanalquerschnitt im Vergleich zu anderen Bereichen des Strömungskanals verringern. Vorteilhaft lässt sich somit der Strömungswiderstand des Membranbefeuchters verringern. Dies ist insbesondere relevant, wenn der Membranbefeuchter im Kathodensubsystem verbaut ist. Der Oxidationsmittelförderer befördert vergleichsweise große Mengen an Oxidationsmittel durch das Kathodensubsystem. Eine Verringerung des Strömungswiderstandes im Membranbefeuchter kann daher zu einer vergleichsweisen großen Energieeinsparung führen, welches sich positiv auf die Gesamteffizienz des Brennstoffzellensystems auswirken kann.
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Der Querschnitt der Strömungskanäle kann ferner in einer Ausgestaltung entlang der jeweiligen Strömungsrichtung mindestens eine Einschnürung und/oder mindestens eine Aufweitung aufweisen, die ausgebildet sind, Turbulenzen zu erzeugen und/oder den Druckverlauf entlang der Strömungskanäle einzustellen.
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Die Strömungskanäle bzw. die Strömungskanalwandungen können beispielsweise durch unmittelbar nebeneinander angeordneten Stäben und/oder durch ein wellenförmiges Profil ausgebildet werden. Die Stäbe können ein im Wesentlichen rechteckförmiges Querschnittsprofil aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung sind die Stäbe zur Strömungskanalquerschnittsmitte hin leicht zulaufend ausgebildet, um besser entformbar zu sein.
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Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Strömungsplatte als Spritzgussteil ausgebildet. In einer Ausgestaltung ist die Strömungsplatte aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Es ist aber auch möglich die Strömungsbauteil über ein anderes, ggf. Gussverfahren, wie z. B. Vakuum(druck)guss herzustellen. Eine weitere Möglichkeit ist die Herstellung durch einen mechanischen Bearbeitungsschritt (bspw. Fräsen) oder elektrischen oder elektrochemischen Bearbeitungsschritt (bspw. Erodieren) einer Platte.
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Besonders bevorzugt ist zumindest ein Strömungskanal im ersten Rand und/oder im zweiten Rand entlang seiner Längsachse hinterschneidungsfrei ausgebildet, sodass die mindestens eine Strömungsplatte insbesondere als Spritzgussteil einfacher hergestellt werden kann.
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Besonders bevorzugt umfasst der erste Rand und/oder zweite Rand einen Auflagebereich. Der Auflagebereich kann im ersten Rand und/oder im zweiten Rand die Strömungskanäle mit ausbilden. Auf den Auflagebereich kann die Membran, die hier offenbarte Gasdiffusionsschicht und/oder die umlaufende Dichtung direkt oder indirekt aufliegen. Die mehreren Stäbe der Strömungsplatte und/oder das wellenförmige Profil der Strömungsplatte können in einer Ausgestaltung nur fixiert sein im ersten Rand und/oder im zweiten Rand. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Stäbe der Strömungsplatte und/oder das wellenförmige Profil Strömungsplatte nur an den ersten Rand und/oder den zweiten Rand mit der Strömungsplatte befestigt sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Zwischenbereiche der Stege bzw. wellenförmigen Profile zwischen dem ersten und zweiten Rand an die Gasdiffusionsschicht bzw. feuchtigkeitsdurchlässige Membran zumindest bereichsweise geklebt sind.
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Zweckmäßig kann der Auflagebereich von mindestens einem Auflageelement ausgebildet werden. Das Auflageelement kann aus einem anderen Material hergestellt sein als die restliche Strömungsplatte. Beispielsweise kann das Auflageelement aus einem Metall und/oder eine Metalllegierung ausgebildet sein, wohingegen die Strömungsplatte aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein kann.
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Zwischen zwei Strömungsplatten, insbesondere einer ersten Strömungsplatte und einer zweiten Strömungsplatte, kann neben der feuchtedurchlässigen Membran noch eine Gasdiffusionsschicht angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind auf beiden Seiten der feuchtigkeitsdurchlässige Membran jeweils eine Gasdiffusionsschicht angeordnet, die die feuchtigkeitsdurchlässige Membran von der Strömungsplatte trennt. Eine solche Gasdiffusionsschicht kann beispielsweise aus einem Polymervlies hergestellt sein. Mit einer solchen Gasdiffusionsschicht kann die feuchtedurchlässige Membran besser auf der Strömungsplatte abgestützt werden. Ferner können die Gase besser auf die Oberfläche der Membran verteilt werden, sodass ein besserer Feuchteaustausch erzielt werden kann.
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Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie eine Strömungsplatte, die in Stegform ausgebildet sein kann. Die Abdichtung erfolgt über einen umlaufenden Dichtrand, über den die Verpresskraft abgetragen werden kann. Wobei der Dichtrand mit einem Elastomer versehen sein kann. Auf zwei gegenüberliegenden Seiten ist der Dichtrand mit Durchbrüchen versehen, die zur Gasein- bzw. Ausströmung dienen.
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Die Strömungsplatten können sowohl für Gegen- als auch Kreuzstrom konzipiert werden. Für den Einsatz im Kreuzstromprinzip erfolgt der Zusammenbau durch Stapeln der Strömungsplatten dergestalt, dass jede zweite Strömungsplatte um 90° gedreht wird, sodass ein Kreuzstromprinzip zwischen Zuluftstrom und Abluftstrom realisiert werden kann. Die Integration der feuchtigkeitsübertragenden Membranen kann erfolgen, indem die Membranen jeweils zwischen zwei Vliese eingebettet und zwischen zwei Strömungsplatten verpresst werden. Es ist auch möglich, die Membran ohne Vliese zwischen den Strömungsplatten zu integrieren. Zur Realisierung des Gegenstromprinzips werden die Durchbrüche zur Gasein- bzw. Ausströmung an zwei gegenüberliegenden Ecken der Strömungsplatten plaziert. Jede zweite Strömungsplatte wird dabei um 180° gedreht, so dass abwechselnd Ebenen für die trockene Zuluft aus dem Kompressor und die feuchte Abluft aus dem Brennstoffzellenstack dargestellt werden können. Bei den Strömungsplatten können am Rand des Einström- bzw. Ausströmbereiches noch konstruktive Maßnahmen - wie z. B. Führungsnasen - vorgehalten werden, die beim Stapeln z. B. eine Nut ausbilden, in die der Flansch eines Gaszuführungs- oder Abführungsrohres eintauchen kann. Als Herstellungstechnik für die Strömungsplatten bietet sich beispielsweise Spritzguss oder z. B. Patch Placement an. Es wird eine Strömungsplatte vorgeschlagen, die in Stegform ausgebildet ist. In einer Ausgestaltung können die Strömungskanäle als Welle geformt sein. In einer Ausgestaltung können die Dichtungsfläche im Eingangs- und/oder Ausgangsbereich durch Metallstreifen realisiert sein.
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Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Explosionsansicht von einer Strömungsplatte und einer feuchtigkeitsdurchlässige Membran 200;
- 2a - 2c vergrößerte Detailansichten der 1 in verschiedenen Ausführungsformen;
- 3 eine schematische Ansicht einer Strömungsplatte mit einer Membran 200;
- 4a - 4c vergrößerte Detailansichten der 3 entlang der Schnittlinie A-A in verschiedenen Ausführungsformen;
- 5a eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform entlang der Schnittlinie B-B der 3;
- 5b eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform entlang der Schnittlinie B-B der 3;
- 5c eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform entlang der Schnittlinie B-B der 3;
- 5d eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform entlang der Schnittlinie B-B der 3; und
- 7 - 8 schematische Ansichten einer Strömungsplatte für das Gegenstromprinzip.
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Die 6 zeigt schematisch die Strömungspfade durch den hier offenbarten Membranbefeuchter 10. der Membranbefeuchter umfasst eine Vielzahl an gestapelten Strömungsplatten. Erste Strömungsplatten 16 bilden hier Teilströmungspfade eines ersten Strömungspfad 12 aus. Zweite Strömungsplatten 18 bilden hier Teilströmungspfade eines zweiten Strömungspfad14 aus. Der erste Strömungspfad 12 ist von dem zweiten Strömungspfad 14 durch mehrere Membrane (nicht dargestellt) separiert. Die Membrane sind feuchtigkeitsdurchlässige Membrane. In der hier dargestellten Ausgestaltung sind zumindest einige der ersten Strömungsplatten 16 und zumindest einige der zweiten Strömungsplatten 18 identisch aufgebaut. Besonders bevorzugt sind die ersten Strömungsplatten 16 und die zweiten Strömungsplatten 18 identisch ausgebildet. Die ersten Strömungsplatten 16 sind hier um 90° versetzt zu den zweiten Strömungsplatten 18 angeordnet. Mithin handelt es sich um einen Kreuzstrom-Membranbefeuchter 10. Durch den ersten Strömungspfad 12 strömt hier das Kathodenabgas, das einen höheren Feuchtigkeitsgehalt aufweist als die in den Membranbefeuchter einströmende Kathodenzuluft, die durch den zweiten Strömungspfad 14 strömt. Im Membranbefeuchter 10 gibt das Kathodenabgas Feuchtigkeit an die Kathodenzuluft ab. Die aus dem Membranbefeuchter 10 austretende Kathodenzuluft weist einen höheren Feuchtigkeitsgehalt auf als die in den Membranbefeuchter 10 eintretende Kathodenzuluft, wohingegen das in den Membranbefeuchter 10 einströmende Kathodenabgas einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt aufweist als das aus dem Membranbefeuchter zehn austretende Kathodenabgas.
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Die 1 zeigt eine schematische Explosionsansicht von einer Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d und einer feuchtigkeitsdurchlässige Membran 200. Die Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d ist eine Platte, die einen umlaufenden Rand R1, R2, R3, R4 umfasst. Der umlaufende Rand R1, R2, R3, R4 weist hier eine Breite von ca. 5 mm auf. Dieser umlaufende Rand R1, R2, R3, R4 ist im Wesentlichen eben ausgebildet. Auf der Oberfläche des umlaufenden Rands R1, R2, R3, R4 liegt eine Dichtung auf. Die Membran 200 weist in der Draufsicht im Wesentlichen dieselbe Kontur auf wie die Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d. Die Membran 200 und die Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d sind hier im Wesentlichen rechteckig geformt. An der an dem ersten Rand R1 ist eine erste Stirnfläche S1 vorgesehen. Ferner ist an dem ersten Rand R1 gegenüberliegenden Ende der Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d ein zweiter Rand R2 vorgesehen, an dem ebenfalls eine Stirnseite S2 ausgebildet ist. Durch die Stirnseite S1 kann auch im montierten bzw. gestapelten Zustand Gas in die Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d einströmen. Das Gas verlässt die Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d durch die Stirnseite S2 am Rand R2. Die Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d umfasst mehrere Strömungskanäle die einen Teilströmungspfad des Strömungspfads ausbilden. Die Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d umfasst Stege, die im unmontierten bzw. im ungestapelten Zustand lediglich im ersten Rand R1 und/oder im zweiten Rand R2 fixiert bzw. befestigt sind.
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Im montierten Zustand können die Stege auch durch die Gasdiffusionsschicht bzw. durch die Membran 200 fixiert werden. Dies muss aber nicht so sein.
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Die 2a - 2c zeigen vergrößerte Detailansichten der 1 in verschiedenen Ausführungsformen. Es ist jeweils das Detail Z der 1 gezeigt.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in der 2a gezeigt. Das Kathodenabgas strömt hier in die Strömungsplatte 100a durch die Stirnseite S1 ein. Die Strömung wird dabei auf einzelne Strömungskanäle aufgeteilt, die in der ersten Stirnseite S1 beginnen. Die einzelnen Strömungskanäle werden hier separiert durch Stege 110a. Die Stege 110a verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander und weisen ein im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Bevorzugt verlaufen sie vom ersten Rand R1 zum zweiten Rand R2 hin. Die Stege 110a erstrecken sich über die komplette Dicke der Strömungsplatte 100a. Im verspannten bzw. gestapelten Zustand der Strömungsplatten liegt die Membran 200 direkt auf den Stegen 110a auf. Dies muss aber nicht so sein. Zweckmäßig sind die einzelnen Stege 110a einer Strömungsplatte nicht über Verbindungselemente, wie beispielsweise Verbindungsstege, miteinander verbunden. Vorteilhaft ist also in jedem Strömungskanal der Strömungsplatte 100a kein weiteres Verbindungselement zwischen den Strömungskanalwänden eines Strömungskanals vorgesehen, welches die Strömung durch die Strömungskanäle behindert. Im umlaufenden Rand R1, R2, R3, R4 ist eine umlaufende Elastomerdichtung 120 vorgesehen. Die Dichtung 120 sorgt dafür, dass die Feuchtigkeit und/oder das Gas nicht aus dem Membranbefeuchter austritt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Strömungsplatte 100a als Spritzgussteil ausgebildet. Im ersten Rand R1 (vgl. 1) sind die Strömungskanäle allseitig umschlossen. Es ist hier im ersten Rand R ein Auflagebereich 112a vorgesehen, in dem die Dichtung 120 auf der Strömungsplatte 100a aufliegt. Im ersten Rand R1 sind die Strömungskanäle hier als in Strömungsrichtung und insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Stirnfläche S1 hinterschneidungsfrei ausgebildete Aussparungen vorgesehen. Mit anderen Worten ist der Auflagebereich 112a hier als ein Streifen ausgebildet, der aus denselben Material hergestellt ist wie die Stege 110a.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in der 2b gezeigt. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zur dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel erläutert. In der Ausgestaltung gemäß der 2b wird der Auflagebereich 112b durch einen Metallstreifen bzw. Metalleinsatz ausgebildet, der bevorzugt einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Positioniert wird dieser Metalleinsatz über einen Positionierungsvorsprung, der im montierten Zustand durch eine im Einsatz vorgesehene Positionierungsausnehmung hindurchgeführt ist. Vorteilhaft an einer solchen Ausgestaltung ist, dass die Dichtung 120 im ersten Rand R1 mit höheren Drücken zusammen gepresst werden kann, ohne dass sich die Stege 110a verformen. Insgesamt kann somit die Dichtigkeit verbessert werden. Der Auflagebereich 112b kann auch zumindest teilweise aus Kunststoff / faserverstärkten Kunststoff, Keramik oder einem Hybridmaterial ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Steifigkeit kann der Streifen Prägungen oder Rippen aufweisen.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in der 2c gezeigt. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zur dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel erläutert. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Metallstreifen bzw. Metalleinsätze vorgesehen. Die Positionierhilfe wurde hier weggelassen. Beispielsweise können die Metalleinsätze auch während des Spritzgießens der Strömungsplatte 100c bereits im Spritzgießwerkzeug vorgesehen sein, sodass die Positionierung und Befestigung an die Strömungsplatte 100c bereits während der Herstellung der Strömungsplatte 110c im Werkzeug erfolgt.
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Die 4a zeigt das erste Ausführungsbeispiel entlang der Schnittlinie A-A der 1. Wie hier zu erkennen ist, weist der dritte Rand R3 (vgl. 1) in etwa dieselben Abmessungen auf wie der erste Rand R1. Im dritten Rand R3 sind jedoch keine Aussparungen vorgesehen. Der dritte Rand R3 ist also gegenüber der Umgebung fluiddicht. Bevorzugt ist der dritte Rand R3 aus demselben Material hergestellt wie der Rest der Strömungsplatte, gegebenenfalls mit der Ausnahme des Metalleinsatzes. Dies muss aber nicht so sein. Beispielsweise kann der dritte Rand R3 andere Abmessungen aufweisen. Zusätzlich zur Strömungsplatte 100a ist hier ebenfalls die Gasdiffusionsschicht 300 und die feuchtigkeitsdurchlässige Membran 200 dargestellt. Die Gasdiffusionsschicht 300 liegt hier unmittelbar auf der Strömungsplatte 100a auf. Auf der Gasdiffusionsschicht 300 ist wiederum die feuchtigkeitsdurchlässige Membran 200 angeordnet.
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Die 4b und 4c zeigen denselben Schnitt A-A der 3 für das zweite und dritte Ausführungsbeispiel. Die 4b und 4c unterscheiden sich lediglich in den Merkmalen, die bereits in Zusammenhang mit den 2A bis 2C erörtert wurden.
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Die 5a bis 5c zeigen Schnitte entlang der Schnittlinie B-B der 3, wobei in der 5a das zuvor bereits diskutierte erste Ausführungsbeispiel, in der 5b das zuvor bereits diskutierte zweite Ausführungsbeispiel, und in der 5c das zuvor bereits diskutierte dritte Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
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Die 5d zeigt eine Membranbefeuchter, der abweichend von den voran gehenden Ausführungsbeispielen keine Stege 110 umfasst, sondern ein wellenförmiges Profil. Dieses wellenförmige Profil kann ebenso im Spritzgussverfahren hergestellt worden sein. Ferner kann auch hier ein Metalleinsatz vorgesehen sein, auf dem die Dichtung 120 abgelegt wird.
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In den 5a bis 5d ist jeweils ein Kreuzstrom-Membranbefeuchter gezeigt. Die zueinander unmittelbar benachbart bzw. nebeneinander angeordneten Strömungsplatten 100a sind jeweils um 90° zueinander versetzt im Stapel angeordnet. Ebenso könnten diese Membranbefeuchter als Gegenstrom-Membranbefeuchter ausgelegt sein.
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Die 7 zeigt den generellen Aufbau einer Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d für den Gegenstromprinzip. Nachstehend werden nur die Unterschiede zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen erörtert. Die Strömungsplatte 100a, 100b, 100c, 100d umfasst hier auch einen umlaufenden Rand R1, R2, R3, R4, R5, R6. Der erste Rand R1 ist wiederum gegenüber vom zweiten Rand R2 angeordnet, jedoch leicht lateral versetzt. Das Gas 12 strömt wiederum durch die Stirnseite S1 in die Strömungsplatte ein. Die Vorverteilerstruktur 14 verteilt die eintretende Gaströmung gleichmäßig über die Strömungsplatte. Die Ränder R1 und R5 sind winkelig zueinander angeordnet. Ebenso sind die Ränder R2 und R6 winkelig zueinander angeordnet. Die Strömungsplatte ist derart symmetrisch zur Längsachse ausgebildet, dass diesselben Aussenmaße entstehen, wenn benachbarte Strömungsplatten um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Bei den benachbarten Platten findet dann die Anströmung auf der Seite statt, wo in der 7 der Rand R5 gezeigt ist.
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Die 8 zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A, auf der die durch die Stege 110c ausgebildete Kanäle der Vorverteilerstruktur 114 gut zu erkennen sind. Nicht gezeigt ist der Metallstreifen zur Ausbildung der Ablagefläche 112c1.
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In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist jeweils nur eine umlaufende Dichtung 120 und eine Gasdiffusionsschicht 300 zwischen zwei Strömungsplatten gezeigt. Bevorzugt ist also zumindest eine Gasdiffusionsschicht 300 zwischen zwei unmittelbar benachbarten bzw. nebeneinander angeordneten Strömungsplatten angeordnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung könnte jedoch auch auf beiden Seiten der feuchtigkeitsdurchlässigen Membran 200 jeweils eine Gasdiffusionsschicht 300 angeordnet sein. Ferner bevorzugt kann auf jeder Seite der feuchtigkeitsdurchlässigen Membran 200 bzw. auf jeder Seite einer Strömungsplatte auch eine Dichtung 120 angeordnet sein.
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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.
