DE102017221983A1 - Variable fiber density humidifier for a fuel cell system, fuel cell system, and vehicle having such - Google Patents
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Abstract
Um einen Befeuchter (39) für ein Brennstoffzellensystem (100), aufweisend ein Gehäuse (391) mit einem ersten Kanal (392) für einen ersten Gasstrom (394) und mit einem zweiten Kanal (393) für einen zweiten Gasstrom (395), einen Befeuchterbereich (B), in dem der erste Kanal (392) und der zweite Kanal (393) durch eine wasserdampfdurchlässige Anordnung von Hohlfasermembranen (396) voneinander getrennt sind, wobei der erste Gasstrom (394) die Hohlfasermembranen (396) umströmt und der zweite Gasstrom (395) die Hohlfasermembranen (396) durchströmt, hinsichtlich der Wasserübertragungsfähigkeit zu optimieren, wird vorgeschlagen, dass die Dichte der Anordnung zumindest eines Teils der Hohlfasermembranen (396) in Strömungsrichtung des zweiten Gasstroms (395) nicht konstant ist.Zudem werden ein Brennstoffzellensystem sowie ein Fahrzeug offenbart.A humidifier (39) for a fuel cell system (100), comprising a housing (391) having a first channel (392) for a first gas stream (394) and a second channel (393) for a second gas stream (395) A humidifier section (B) in which the first channel (392) and the second channel (393) are separated by a water vapor permeable array of hollow fiber membranes (396), the first gas stream (394) bypassing the hollow fiber membranes (396) and the second gas stream (395) traversing the hollow fiber membranes (396) to optimize the water transfer capability, it is proposed that the density of the arrangement of at least a part of the hollow fiber membranes (396) in the flow direction of the second gas flow (395) is not constant. In addition, a fuel cell system and a Vehicle revealed.
Description
Die Erfindung betrifft einen Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem, aufweisend ein Gehäuse mit einem ersten Kanal für einen ersten Gasstrom und mit einem zweiten Kanal für einen zweiten Gasstrom, einen Befeuchterbereich, in dem der erste Kanal und der zweite Kanal durch eine wasserdampfdurchlässige Anordnung von Hohlfasermembranen voneinander getrennt sind, wobei der erste Gasstrom die Hohlfasermembranen umströmt und der zweite Gasstrom die Hohlfasermembranen durchströmt, ein Brennstoffzellensystem und ein Fahrzeug.The invention relates to a humidifier for a fuel cell system, comprising a housing having a first channel for a first gas stream and a second channel for a second gas stream, a humidifier, in which the first channel and the second channel separated by a water vapor permeable arrangement of hollow fiber membranes are, wherein the first gas stream flows around the hollow fiber membranes and the second gas stream flows through the hollow fiber membranes, a fuel cell system and a vehicle.
Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (MEA für membrane electrode assembly), die ein Gefüge aus einer ionenleitenden (meist protonenleitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) ist. Letztere umfassen zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Anordnung an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein.Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as a core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a microstructure of an ion-conducting (usually proton-conducting) membrane and in each case on both sides of the membrane arranged catalytic electrode (anode and cathode). The latter mostly comprise supported noble metals, in particular platinum. In addition, gas diffusion layers (GDL) can be arranged on both sides of the membrane-electrode arrangement on the sides of the electrodes facing away from the membrane.
In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeld- oder Separatorplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen.As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. As a rule, bipolar plates (also called flow field plates or separator plates) are arranged between the individual membrane electrode assemblies, which ensure that the individual cells are supplied with the operating media, ie the reactants, and are usually also used for cooling. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.
Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff (Anodenbetriebsmedium), insbesondere Wasserstoff, über ein Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt und unter Abgabe von Elektronen elektrochemisch zu Protonen oxidiert (H2 → 2 H+ + 2 e-). Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht und elektrisch voneinander isoliert, erfolgt ein Transport der Protonen aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet.During operation of the fuel cell, the fuel (anode operating medium), in particular hydrogen, is supplied to the anode via a flux field of the bipolar plate and electrochemically oxidized to protons with release of electrons (H 2 → 2 H + + 2 e - ). About the electrolyte or the membrane, which gas-tight and electrically isolated from each other, the reaction chambers, a transport of protons from the anode compartment into the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line.
Der Kathode wird im Betrieb der Brennstoffzelle Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (zum Beispiel Luft) als Kathodenbetriebsmedium zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet ½ O2 + 2 e- → O2-). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (O2- + 2 H+ → H2O).The cathode is supplied during operation of the fuel cell, oxygen or an oxygen-containing gas mixture (for example air) as a cathode operating medium, so that a reduction of O 2 to O 2- with absorption of the electrons takes place ½ O 2 + 2 e - → O 2-). At the same time, the oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water (O 2- + 2 H + → H 2 O).
Um einen Brennstoffzellenstapel mit den Betriebsmedien zu versorgen, weist dieser eine Anodenversorgung und eine Kathodenversorgung auf. Die Anodenversorgung weist einen Anodenversorgungspfad für ein Zuführen des Anodenbetriebsmediums in die Anodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Anodenabgaspfad für ein Abführen eines Anodenabgases aus den Anodenräumen heraus auf. Zudem ist eine Rezirkulationsleitung in der Anodenversorgung angeordnet, um nicht verbrauchten und aus dem Brennstoffzellenstapel ausgetragenen Wasserstoff erneut in den Stapel einzuspeisen. Die Kathodenversorgung weist einen Kathodenversorgungspfad für ein Zuführen des Kathodenbetriebsmediums in die Kathodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Kathodenabgaspfad für ein Abführen eines Kathodenabgases aus den Kathodenräumen heraus auf.In order to supply a fuel cell stack with the operating media, this has an anode supply and a cathode supply. The anode supply includes an anode supply path for supplying the anode operating medium into the anode chambers of the fuel cell and an anode exhaust gas path for discharging an anode exhaust gas out of the anode chambers. In addition, a recirculation line is arranged in the anode supply in order to feed unused and discharged from the fuel cell stack hydrogen in the stack again. The cathode supply includes a cathode supply path for supplying the cathode operating medium into the cathode chambers of the fuel cell and a cathode exhaust path for discharging a cathode exhaust gas out of the cathode compartments.
Die Betriebsmedien werden üblicherweise in mehrfacher Hinsicht konditioniert, ehe sie der Brennstoffzelle zugeführt werden. Zu diesem Zweck umfassen Betriebsmedienversorgungen vielfach einen Befeuchter, um die Luftfeuchtigkeit der Betriebsgase zu erhöhen, da viele Polymerelektrolytmembranen von Brennstoffzellen für eine vorschriftsmäßige Funktion feucht gehalten werden müssen.The operating media are usually conditioned in several ways before being supplied to the fuel cell. For this purpose, service media supplies often include a humidifier to increase the humidity of the operating gases since many polymer electrolyte membranes of fuel cells must be kept moist for proper function.
Verbreitet sind Membranbefeuchter, bei denen das zu befeuchtende Betriebsmedium über wasserdampfpermeable Membranen Luftfeuchtigkeit eines Feuchtgases aufnimmt. Als Feuchtgas wird häufig das Kathoden- oder Anodenabgas verwendet, da diese aufgrund der Brennstoffzellenreaktion eine verhältnismäßig hohe Feuchtigkeit aufweisen. Über derartige Befeuchter können hohe Leistungsdichten des Brennstoffzellenstapels realisiert werden. Als Membranen werden vielfach Hohlfasermembranen verwendet, die eine schlauchähnliche Geometrie aufweisen.Membrane humidifiers are widely used in which the operating medium to be humidified absorbs the moisture of a moist gas via water-vapor-permeable membranes. As the wet gas, the cathode or anode exhaust gas is often used because they have a relatively high humidity due to the fuel cell reaction. Such humidifiers can be used to realize high power densities of the fuel cell stack. As membranes hollow fiber membranes are often used, which have a tube-like geometry.
Voraussetzung für ein effektives Wasserübertragungsverhalten während der Befeuchtung ist die beidseitige Überströmung der Membranen über deren gesamte Fläche.The prerequisite for effective water transfer behavior during humidification is the bilateral overflow of the membranes over their entire surface.
Da die Abmessung des Befeuchters die Schlauch- bzw. Rohrdurchmesser von zu- und abführenden Leitungen zum Befeuchter um ein Vielfaches übersteigen kann, werden üblicherweise trichterförmige Verbindungselemente, sogenannte Gehäusedeckel oder Ports, eingesetzt. Diese gilt es aufgrund von Bauraum- und Packagerestriktionen möglichst platzsparend auszuführen. Diese Beschränkungen bei der Ausgestaltung der Gehäusedeckel führen beispielsweise zu Strömungsablösungen bzw. -verwirbelungen in den Befeuchtern, was sich direkt auf die Anströmung des Hohlfaserbündels eines Befeuchters und die sich darin einstellende Strömung auswirkt. Eine ungleichmäßige Um- bzw. Durchströmung der Hohlfasern führt zu einer geringeren Gesamteffektivität der Wasserübertragung im Befeuchter. Umlenkungen in den Leitungen stromaufwärts bzw. -abwärts zum Befeuchter führen zu weiteren Inhomogenitäten in der Strömung der Gase.Since the size of the humidifier can exceed the hose or pipe diameter of incoming and outgoing lines to the humidifier many times, usually funnel-shaped connecting elements, so-called housing cover or ports are used. This is due to space and Packagerestriktionen as possible to save space. These restrictions in the design of the housing cover, for example, lead to flow separation or turbulences in the humidifier, which has a direct effect on the flow of the hollow fiber bundle of a humidifier and the resulting flow. An uneven flow or flow through the hollow fibers leads to a lower overall efficiency of water transfer in the humidifier. Deflections in the upstream and downstream ducts to the humidifier lead to further inhomogeneities in the flow of the gases.
Eine gleichmäßige Durchströmung des Befeuchter ist sowohl frischluft- als auch abluftseitig anzustreben, um bei gleichem Befeuchtervolumen eine möglichst hohe Wasserübertragungsfähigkeit zu erreichen.A uniform flow through the humidifier is desirable both fresh air and exhaust air side, in order to achieve the highest possible water transfer capacity with the same humidifier volume.
So wird versucht, durch CFD (numerische Strömungsmechanik Computational Fluid Dynamics) -Simulationen und Anpassung der Konstruktion der An- und Abströmdeckel die Anströmung des Pakets aus Hohlfasermembranen möglichst homogen zu gestalten. Die Deckel werden dabei für ein homogene Anströmung des Faserpakets sehr aufwendig konstruiert, um möglichst wenig Bauraum in Anspruch zu nehmen.Thus, CFD (Computational Fluid Dynamics Computational Fluid Dynamics) simulations and adaptation of the design of the inlet and outlet cover, the flow of the package of hollow fiber membranes is made as homogeneous as possible. The covers are constructed very expensive for a homogeneous flow of the fiber package to take as little space to complete.
Ein anderer Ansatz, um eine möglichst hohe Wasserübertragungsfähigkeit zu erreichen, wird in der
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und einen Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, bei dem die Wasserübertragungsfähigkeit optimiert ist.The object of the invention is to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and to provide a humidifier for a fuel cell system in which the water transmission capability is optimized.
Diese Aufgabe wird durch einen Befeuchter, ein Brennstoffzellensystem den Befeuchter aufweisend sowie ein Fahrzeug mit dem Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved by a humidifier, a fuel cell system having the humidifier and a vehicle with the fuel cell system having the features of the independent claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Es wird erfindungsgemäß ein Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem bereitgestellt, der ein Gehäuse mit einem ersten Kanal für einen ersten Gasstrom und mit einem zweiten Kanal für einen zweiten Gasstrom aufweist. Zudem ist ein Befeuchterbereich vorgesehen, in dem der erste Kanal und der zweite Kanal durch eine wasserdampfdurchlässige Anordnung von Hohlfasermembranen voneinander getrennt sind. Der erste Gasstrom umströmt die Hohlfasermembranen und der zweite Gasstrom durchströmt die Hohlfasermembranen, wobei die Dichte der Anordnung zumindest eines Teils der Hohlfasermembranen in Strömungsrichtung des zweiten Gasstroms nicht konstant ist.According to the invention, a humidifier for a fuel cell system is provided, which has a housing with a first channel for a first gas stream and with a second channel for a second gas stream. In addition, a humidifier area is provided, in which the first channel and the second channel are separated from one another by a water-vapor-permeable arrangement of hollow-fiber membranes. The first gas stream flows around the hollow-fiber membranes and the second gas stream flows through the hollow-fiber membranes, wherein the density of the arrangement of at least part of the hollow-fiber membranes is not constant in the direction of flow of the second gas stream.
Bei dem ersten und dem zweiten Gasstrom handelt es sich um das Kathodengas für die Brennstoffzellenreaktion und das Kathodenabgas, zwischen denen ein Feuchtigkeitsaustausch bewirkt werden soll.The first and second gas streams are the cathode gas for the fuel cell reaction and the cathode exhaust gas, between which a moisture exchange is to be effected.
Die Erfindung betrifft eine variable Dichte der Anordnung der Hohlfasermembranen (Anzahl an Hohlfasermembranen pro Volumeneinheit). Eine höhere Dichte führt auf der die Hohlfasermembran umströmenden Seite (Mantelseite) zu einem höheren Strömungswiderstand, eine geringe Dichte entsprechend zu einem geringeren Strömungswiderstand. Die Anordnung der Hohlfasermembranen wird vorzugsweise derart ausgelegt, dass in den Bereichen, die aufgrund der Strömungsführung stärker angeströmt werden als andere Bereiche, die Dichte erhöht ist, um den Strömungswiderstand an dieser Stelle zu erhöhen und einen Teil des Gasstroms in Bereiche mit geringerer Anströmung zu leiten. Dadurch wird vorteilhafterweise eine gleichmäßige Überströmung der Hohlfasermembran erzielt.The invention relates to a variable density of the arrangement of the hollow-fiber membranes (number of hollow-fiber membranes per unit volume). A higher density leads on the side surrounding the hollow fiber membrane (shell side) to a higher flow resistance, a low density corresponding to a lower flow resistance. The arrangement of the hollow-fiber membranes is preferably designed so that in the areas which are flown through more than other areas due to the flow guide, the density is increased in order to increase the flow resistance at this point and to direct a portion of the gas stream in areas with less flow , As a result, a uniform overflow of the hollow-fiber membrane is advantageously achieved.
Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, die Dichte der Anordnung der Hohlfasermembranen durch Variation des für die Anordnung zur Verfügung stehenden Raumes/Volumens entlang der Strömungsrichtung des zweiten Gasstroms einzustellen.According to the invention, it is therefore provided to adjust the density of the arrangement of the hollow-fiber membranes by varying the space / volume available for the arrangement along the flow direction of the second gas flow.
Die Variation der Dichte kann dabei orthogonal zur Ausrichtung der Hohlfasermembranen in eine oder zwei Raumrichtungen erfolgen.The variation of the density can be orthogonal to the orientation of the hollow fiber membranes in one or two spatial directions.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Befeuchters verringert sich die Dichte von einem ersten Ende der Hohlfasermembranen zum zweiten Ende der Hohlfasermembranen, wobei dies in einer oder zwei Raumrichtungen erfolgen kann, d.h. die Anordnung der Hohlfasermembranen wird einfach aufgeweitet bzw. verengt.In a preferred embodiment of the humidifier, the density decreases from a first end of the hollow fiber membranes to the second end of the hollow fiber membranes, which may be in one or two spatial directions, i. the arrangement of the hollow fiber membranes is simply expanded or narrowed.
Die Dichte der Anordnung der Hohlfasermembranen kann entlang der Strömungsrichtung des zweiten Gasstroms kontinuierlich oder diskontinuierlich variiert werden, um vorteilhafterweise für unterschiedlich ausgestaltete Befeuchter geeignet zu sein. So kann beispielsweise die Anordnung der Hohlfasermembranen in der Mitte am dichtesten sein und sich zu den beiden Enden hin aufweiten oder auch umgekehrt.The density of the arrangement of the hollow-fiber membranes can be varied continuously or discontinuously along the flow direction of the second gas stream, in order to be advantageous for differently designed humidifier to be suitable. Thus, for example, the arrangement of the hollow-fiber membranes in the middle can be the densest and widen to the two ends or vice versa.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Befeuchters werden die Hohlfasermembranen in zumindest einem Bündel angeordnet, das im Gehäuse des Befeuchters vorliegt, so dass vorteilhafterweise die Konfektionierung des Befeuchters erleichtert wird.According to a particularly preferred embodiment of the humidifier, the hollow-fiber membranes are arranged in at least one bundle, which is present in the housing of the humidifier, so that advantageously the packaging of the humidifier is facilitated.
Wenn im Befeuchter zumindest zwei Bündel vorgesehen sind, können diese hinsichtlich der Dichte der Anordnung der Hohlfasermembranen identisch und/oder unterschiedlich ausgestaltet sein. Vorteilhafterweise können mit diesen Bündeln nahezu beliebige Dichtegradienten oder sonstige Dichteverläufe gestaltet werden, um durch Optimierung des Anströmungsverhaltens den Wasseraustausch zwischen den beiden Gasströmen ebenfalls zu optimieren.If at least two bundles are provided in the humidifier, they may be designed identically and / or differently with regard to the density of the arrangement of the hollow-fiber membranes. Advantageously, almost any density gradients or other density profiles can be designed with these bundles in order to optimize the water exchange between the two gas streams by optimizing the flow behavior.
Die Bündel können in einer Ebene nebeneinander angeordnet sein oder auch zusätzlich übereinander, so dass die gewünschten Dichteverläufe nur durch den zur Verfügung stehenden Bauraum beschränkt werden. The bundles can be arranged in a plane next to each other or in addition to each other, so that the desired density profiles are limited only by the available space.
Hinsichtlich der Ausgestaltung der Dichte in dem zumindest einen Bündel wird auf die vorgemachten Ausführungen hinsichtlich der Anordnung der Hohlfasermembranen verwiesen.With regard to the configuration of the density in the at least one bundle, reference is made to the preceding statements with regard to the arrangement of the hollow-fiber membranes.
Die Bündel sind vorzugsweise mit Mitteln versehen, die die Form und damit die Dichte des oder der Bündel definieren. Diese Mittel können beispielsweise Garn, Netze, gelochte oder perforierte Folien/Papiere oder starre Festkörper-Stützstrukturen innerhalb des Bündels sein. Die Mittel erleichtern vorteilhafterweise die Einstellung der Dichte der Anordnung der Hohlfasermembranen während der Konfektionierung.The bundles are preferably provided with means defining the shape and thus the density of the bundle (s). These means may be, for example, yarn, nets, perforated films / sheets, or rigid solid support structures within the bundle. The means advantageously facilitate the adjustment of the density of the arrangement of the hollow-fiber membranes during assembly.
Insbesondere, wenn Bündel ein komplexeres Dichteprofil entlang der Faserrichtung aufweisen, sind die Mittel besonders vorteilhaft einzusetzen.In particular, when bundles have a more complex density profile along the fiber direction, the means are to be used particularly advantageously.
Als Hilfsmittel können auch schablonenartige oder gerasterte Halterungen beim Fügen der Anordnungen dienen. Die Halterungen werden mit der für die entsprechende Dichte benötigten Anzahl an Hohlfasermembranen gefüllt und diese dann vorzugsweise fixiert. Die Halterungen verbleiben im Bündel, wobei auch eine oder mehrere Mittel entlang der Hohlfasermembranen vorgesehen sein können, um die Beibehaltung der definierten Dichte in allen Bereichen der Anordnung sicherzustellen.As an aid, stencil-like or screened holders can also serve to join the assemblies. The brackets are filled with the required number of hollow fiber membranes for the corresponding density and then preferably fixed. The brackets remain in the bundle, and one or more means may be provided along the hollow fiber membranes to ensure retention of the defined density in all areas of the array.
Die Mittel sind vorzugsweise derart ausgestaltet und in das oder die Bündel eingebracht, dass diese im jeweiligen Bündel verbleiben können, ohne die Strömung merklich zu beeinflussen.The means are preferably designed and introduced into the bundle or bundles so that they can remain in the respective bundle without noticeably influencing the flow.
Es ist auch vorgesehen, die Mittel derart auszuwählen, dass diese zumindest teilweise aus dem oder den Bündeln nach deren Fertigstellung wieder entfernt werden können. Dies kann beispielsweise durch Auflösen in geeigneten Lösemitteln erfolgen. Somit kann vorteilhafterweise ein eventuell gegebener Strömungswiderstand zumindest verringert werden.It is also provided to select the means such that they can be at least partially removed from the bundle or bundles after their completion. This can be done for example by dissolving in suitable solvents. Thus, advantageously a possibly given flow resistance can at least be reduced.
Nach Ausgestaltung bzw. Ausbildung des jeweiligen Bündels wird dieses vorzugsweise zusätzlich mittels eines Fixierungsmittels in der gewünschten Form gehalten. Geeignete Fixierungsmittel sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispielsweise kann ein Epoxidharz verwendet werden, mit dem zumindest die Enden der Hohlfasermembranen fixiert sind.After design or formation of the respective bundle, this is preferably additionally held in the desired shape by means of a fixing means. Suitable fixatives are known to those skilled in principle. For example, an epoxy resin can be used with which at least the ends of the hollow fiber membranes are fixed.
Der Befeuchter weist vorzugsweise am Gehäuse angeordnete Gehäusedeckel für den Ein- und Austritt des ersten Gasstroms und für den Ein- und Austritt des zweiten Gasstrom auf, die, insbesondere die Gehäusedeckel für den Eintritt der Gasströme, derart ausgeformt und angeordnet sind, dass die Anordnung der Hohlfasermembranen im Anströmungsbereich zumindest des Gasstroms, der die Hohlfasermembranen umströmt, ihre größte Dichte aufweist, da hier auch der Staudruck am höchsten ist.The humidifier has preferably arranged on the housing housing cover for the inlet and outlet of the first gas stream and for the inlet and outlet of the second gas stream, in particular the housing cover for the entry of the gas streams are formed and arranged such that the arrangement of Hollow fiber membranes in the flow area of at least the gas flow, which flows around the hollow fiber membranes, their greatest density, since the back pressure is highest here.
Dadurch wird vorteilhafterweise eine gleichmäßige Überströmung der Hohlfasermembranfläche erzielt, wobei der Aufwand für die Konstruktion sowie der erforderliche Bauraum für die Gehäusedeckel reduziert wird.As a result, a uniform overflow of the hollow fiber membrane surface is advantageously achieved, the cost of construction and the required space for the housing cover is reduced.
Gegenstand der Erfindung sind zudem ein Brennstoffzellensystem mit dem vorbeschriebenen Befeuchter sowie ein Fahrzeug, das mit dem Befeuchter und/oder Brennstoffzellensystem versehen ist.The invention also relates to a fuel cell system with the above-described humidifier and a vehicle which is provided with the humidifier and / or fuel cell system.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die verschiedenen, in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics. The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with one another.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung; -
2 eine geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Befeuchters; und -
3 eine geschnittene Ansicht des Befeuchters gemäß2 entlang der in2 gezeigten SchnittlinieA - A .
-
1 a block diagram of a fuel cell system according to a preferred embodiment; -
2 a sectional view of a humidifier according to the invention; and -
3 a sectional view of the humidifier according to2 along the in2 shown section lineA - A ,
Das Brennstoffzellensystem
Um den Brennstoffzellenstapel
Die Anodenversorgung
Die Kathodenversorgung
Die Kathodenversorgung
Ein in der Wastegate-Leitung
Das Brennstoffzellensystem
Verschiedene weitere Einzelheiten der Anoden- und Kathodenversorgung
Das Gehäuse
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Brennstoffzellensystem The fuel cell system
- 1010
- Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
- 1111
- Einzelzellesingle cell
- 1212
- Anodenraumanode chamber
- 1313
- Kathodenraumcathode space
- 1414
- Membran-Elektroden-Anordnung (MEA)Membrane electrode assembly (MEA)
- 1515
- Bipolarplatte (Separatorplatte, Flussfeldplatte) Bipolar plate (separator plate, flow field plate)
- 2020
- Anodenversorgunganode supply
- 2121
- AnodenversorgungspfadAnode supply path
- 2222
- AnodenabgaspfadAnode exhaust gas path
- 2323
- Brennstofftankfuel tank
- 2424
- Stellmittelactuating means
- 2525
- Brennstoffrezirkulationsleitung Brennstoffrezirkulationsleitung
- 3030
- Kathodenversorgungcathode supply
- 3131
- KathodenversorgungspfadCathode supply path
- 3232
- KathodenabgaspfadCathode exhaust path
- 3333
- Verdichtercompressor
- 3434
- Elektromotorelectric motor
- 3535
- Leistungselektronikpower electronics
- 3636
- Turbineturbine
- 3737
- Wastegate-LeitungWaste gate line
- 3838
- Stellmittel actuating means
- 3939
- Befeuchterhumidifier
- 391391
- Gehäusecasing
- 392392
- erster Kanalfirst channel
- 393393
- zweiter Kanalsecond channel
- 394394
- erster Gasstrom (trocken) vor dem Befeuchterfirst gas flow (dry) in front of the humidifier
- 394394
- erster Gasstrom (feucht) nach dem Befeuchterfirst gas flow (moist) after the humidifier
- 395395
- zweiter Gasstrom (feucht) vor dem Befeuchtersecond gas flow (humid) in front of the humidifier
- 395395
- zweiter Gasstrom (trocken) nach dem Befeuchtersecond gas flow (dry) after the humidifier
- 396396
- HohlfasermembranHollow fiber membrane
- 397397
- Bündelbunch
- 39103910
- erster Gehäusedeckelfirst housing cover
- 39113911
- erster Gehäusedeckelfirst housing cover
- 39123912
- zweiter Gehäusedeckelsecond housing cover
- 39133913
- zweiter Gehäusedeckel second housing cover
- BB
- BefeuchterbereichBefeuchterbereich
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102005028718 A1 [0013]DE 102005028718 A1 [0013]
- DE 102013017375 A1 [0014]DE 102013017375 A1 [0014]
- DE 102012206227 A1 [0015]DE 102012206227 A1 [0015]
Claims (9)
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