DE102019123534A1 - Humidifier with carrier plates and carrier plate for a humidifier - Google Patents

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Ralph Kemper
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Matthias Müller
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befeuchtungseinrichtung (100), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einer Mehrzahl von in einem Plattenstapel (70) in einer Stapelrichtung (74) aufeinander folgenden Membranplatten (40), wobei wenigstens eine Membranplatte (40) eine Trägerplatte (10) mit wenigstens einer Membran (12) umfasst, wobei in der Trägerplatte (10) Strömungskanäle (60) angeordnet sind. Es sind wenigstens zwei Gruppen von Strömungskanälen (50, 60) im Plattenstapel (70) ausgebildet. Die Trägerplatte (10) weist beidseits jeweils eine Membran (12) auf. Die erste Gruppe von Strömungskanälen (50) ist zwischen Außenseiten (18) von Membranen (12) der in Stapelrichtung (18) aufeinanderfolgenden Membranplatten (40) angeordnet, und die zweite Gruppe von Strömungskanälen (60) ist zwischen Innenseiten (20) der beidseitigen Membranen (12) auf der Trägerplatte (10) angeordnet und von den Membranen (12) in Stapelrichtung (74) begrenzt.Die Erfindung betrifft ferner eine Trägerplatte (10) für eine Befeuchtungseinrichtung (100) sowie ein Brennstoffzellensystem mit einer Befeuchtungseinrichtung (100).The invention relates to a humidifying device (100), in particular for a fuel cell system, with a plurality of membrane plates (40) following one another in a plate stack (70) in a stacking direction (74), at least one membrane plate (40) having a carrier plate (10) comprises at least one membrane (12), flow channels (60) being arranged in the carrier plate (10). At least two groups of flow channels (50, 60) are formed in the plate stack (70). The carrier plate (10) has a membrane (12) on both sides. The first group of flow channels (50) is arranged between outer sides (18) of membranes (12) of the membrane plates (40) successive in the stacking direction (18), and the second group of flow channels (60) is between inner sides (20) of the membranes on both sides (12) arranged on the carrier plate (10) and delimited by the membranes (12) in the stacking direction (74). The invention also relates to a carrier plate (10) for a humidifier (100) and a fuel cell system with a humidifier (100).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit Trägerplatten und eine Trägerplatte für eine Befeuchtungseinrichtung.The invention relates to a humidifier, in particular for a fuel cell system, with carrier plates and a carrier plate for a humidifier.

Stand der TechnikState of the art

DE 102016224478 A1 offenbart einen Membranbefeuchter für Brennstoffzellensysteme, bei dem feuchtes Abgas aus der Brennstoffzelle zum Befeuchten von Reaktionsgasen in den Brennstoffzellen eingesetzt wird. DE 102016224478 A1 discloses a membrane humidifier for fuel cell systems, in which humid exhaust gas from the fuel cell is used to humidify reaction gases in the fuel cells.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Befeuchtungseinrichtung anzugeben.It is an object of the invention to provide an improved humidifying device.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Trägerplatte für eine derartige Befeuchtungseinrichtung anzugeben.Another object is to specify a carrier plate for such a humidifying device.

Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einer Befeuchtungseinrichtung mit einer Mehrzahl von in einem Plattenstapel in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgenden Membranplatten, wobei wenigstens eine Membranplatte eine Trägerplatte mit wenigstens einer Membran umfasst, wobei in der Trägerplatte Strömungskanäle angeordnet sind, und wobei im Plattenstapel wenigstens zwei Gruppen von Strömungskanälen ausgebildet sind; die Trägerplatte beidseits jeweils eine Membran aufweist; die erste Gruppe von Strömungskanälen zwischen Außenseiten der in Stapelrichtung aufeinanderfolgenden Membranen angeordnet ist und die zweite Gruppe von Strömungskanälen zwischen Innenseiten der beidseitigen Membranen auf der Trägerplatte angeordnet und von den Membranen in Stapelrichtung begrenzt ist.The aforementioned object is achieved according to one aspect of the invention by a humidifying device with a plurality of membrane plates following one another in a stack of plates in a stacking direction, at least one membrane plate comprising a carrier plate with at least one membrane, with flow channels being arranged in the carrier plate, and with the plate stack at least two groups of flow channels are formed; the carrier plate has a membrane on both sides; the first group of flow channels is arranged between outer sides of the successive membranes in the stacking direction and the second group of flow channels is arranged between inner sides of the two-sided membranes on the carrier plate and is delimited by the membranes in the stacking direction.

Die weitere Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst von einer Trägerplatte für eine Befeuchtungseinrichtung, wobei ein umlaufender Rand eine Aufnahmefläche für eine Membran umgibt und Strömungskanäle zumindest im Rand von einer Stirnseite in die Trägerplatte hineinführen.The further object is achieved according to a further aspect of the invention by a carrier plate for a humidifying device, a circumferential edge surrounding a receiving surface for a membrane and flow channels leading into the carrier plate at least in the edge from one end face.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable configurations and advantages of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing.

Es wird eine Befeuchtungseinrichtung vorgeschlagen, mit einer Mehrzahl von in einem Plattenstapel in einer Stapelrichtung aufeinander folgenden Membranplatten, wobei wenigstens eine Membranplatte eine Trägerplatte mit wenigstens einer Membran umfasst, wobei in der Trägerplatte Strömungskanäle angeordnet sind. Im Plattenstapel sind wenigstens zwei Gruppen von Strömungskanälen ausgebildet. Die Trägerplatte weist beidseits jeweils eine Membran auf. Die erste Gruppe von Strömungskanälen ist zwischen Außenseiten von Membranen der in Stapelrichtung aufeinanderfolgenden Membranplatten angeordnet ist, und die zweite Gruppe von Strömungskanälen ist zwischen Innenseiten der beidseitigen Membranen auf der Trägerplatte angeordnet und in Stapelrichtung von den Membranen begrenzt.A humidification device is proposed with a plurality of membrane plates following one another in a stack of plates in a stacking direction, at least one membrane plate comprising a carrier plate with at least one membrane, flow channels being arranged in the carrier plate. At least two groups of flow channels are formed in the plate stack. The carrier plate has a membrane on both sides. The first group of flow channels is arranged between outer sides of membranes of the successive membrane plates in the stacking direction, and the second group of flow channels is arranged between inner sides of the two-sided membranes on the carrier plate and delimited in the stacking direction by the membranes.

Vorteilhaft ist im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem jede Gruppe von Strömungskanälen in einer eigenen Platte angeordnet ist, nur die halbe Plattenanzahl notwendig, da die beiden Gruppen von Strömungskanälen in bzw. an einer Membranplatte ausgebildet sind. Entsprechend weist die Befeuchtungseinrichtung einen geringeren Durchflusswiderstand auf. Ebenso sind weniger Fügestellen für die Trägerplatten im Plattenstapel notwendig. Jede Membranplatte, d.h. jede Trägerplatte mit beidseitiger Membran, ist einzeln in der Produktion prüfbar, was insgesamt zu einem geringeren Ausschussrisiko an Membranplatten führt, da defekte Membranplatten vor dem Zusammenfügen zu einem Plattenstapel erkannt und aussortiert werden können. Günstigerweise kann in einer Gruppe von Strömungskanälen feuchtes oder wasserreiches Fluid strömen, beispielsweise Abgas von Brennstoffzellen, während in der anderen Gruppe von Strömungskanälen trockenes Fluid, beispielsweise Luft, strömen kann. Über die Membran kann das trockene Fluid von dem anderen Fluid befeuchtet werden.In contrast to the prior art, in which each group of flow channels is arranged in its own plate, only half the number of plates is advantageously necessary, since the two groups of flow channels are formed in or on a membrane plate. The humidification device accordingly has a lower flow resistance. Likewise, fewer joints are necessary for the carrier plates in the plate stack. Each membrane plate, i.e. each carrier plate with a membrane on both sides, can be individually tested in production, which leads to a lower risk of rejecting membrane plates, since defective membrane plates can be identified and sorted out before they are joined together to form a stack of plates. Favorably, moist or water-rich fluid can flow in one group of flow channels, for example exhaust gas from fuel cells, while dry fluid, for example air, can flow in the other group of flow channels. The dry fluid can be moistened by the other fluid via the membrane.

Die Stapelrichtung kann gerade sein, so dass der Plattenstapel von Membranplatten quaderförmig ausgebildet ist. Die Stapelrichtung kann auch gekrümmt sein, so dass sich als Anordnung der Membranplatten beispielsweise ein Ring ergibt.The stacking direction can be straight, so that the plate stack of membrane plates is cuboid. The stacking direction can also be curved so that the arrangement of the membrane plates, for example, results in a ring.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Membranplatte eine Aufnahmefläche für eine Membran aufweisen, wobei die Aufnahmefläche an wenigstens zwei sich an der Aufnahmefläche gegenüberliegenden Seiten jeweils einen Randabschnitt aufweist, der höher ist als die Aufnahmefläche mit darauf angeordneter Membran. Vorteilhaft steht der Randabschnitt wenigstens an einer Seite, günstigerweise zu beiden Seiten der Aufnahmefläche mit darauf angeordneten Membranen über. Werden Membranplatten aufeinander gelegt, bildet sich zwischen den Membranplatten mit darauf angeordneter Membran automatisch durch den Höhenunterschied zwischen Randabschnitt und Aufnahmefläche ein Strömungskanal. Dieser Strömungskanal wird an zwei gegenüberliegenden Seiten durch die Außenseiten der Membranen der in Stapelrichtung aufeinander folgender Membranplatten und an den beiden anderen Seiten durch den Überstand des Randabschnitts über der Aufnahmefläche der Trägerplatte mit darauf angeordnetem Membran gebildet.According to a favorable embodiment, the membrane plate can have a receiving surface for a membrane, the receiving surface each having an edge section on at least two opposite sides on the receiving surface which is higher than the receiving surface with the membrane arranged thereon. The edge section advantageously protrudes at least on one side, advantageously on both sides, of the receiving surface with the membranes arranged thereon. If membrane plates are placed on top of one another, a flow channel is automatically formed between the membrane plates with the membrane arranged on them due to the difference in height between the edge section and the receiving surface. This flow channel is on two opposite sides through the outer sides of the membranes of the membrane plates following one another in the stacking direction and on the two other sides formed by the protrusion of the edge portion over the receiving surface of the carrier plate with a membrane arranged thereon.

Nach einer günstigen Ausgestaltung können die beidseitig, oberseitig und unterseitig, an der Trägerplatte angeordneten Membranen einstückig zusammenhängend ausgebildet sein und die Trägerplatte U-förmig umschließen. Die Trägerplatte kann einfach mit der Membran umwickelt werden. Der Querschnitt des Plattenstapels der Membranplatten kann quadratisch oder länglich sein. Bei einer länglichen Platte kann die Membran um die Schmalseite gewickelt oder um die Breitseite gewickelt sein.According to a favorable embodiment, the membranes arranged on the carrier plate on both sides, on the upper side and on the lower side, can be designed in one piece and coherently and enclose the carrier plate in a U-shape. The carrier plate can simply be wrapped with the membrane. The cross section of the plate stack of the membrane plates can be square or elongated. In the case of an elongated plate, the membrane can be wrapped around the narrow side or wrapped around the broad side.

Nach einer günstigen Ausgestaltung können die beiden Gruppen von Strömungskanälen schräg oder quer zueinander verlaufen. Insbesondere kann der Strömungskanal zwischen den Außenseiten von Membranen der in Stapelrichtung aufeinander folgenden Membranplatten erheblich breiter ausgebildet sein, insbesondere mindestens zweimal breiter, als eine Breite des Strömungskanals mit der kleinsten Breite der Strömungskanäle zwischen den Innenseiten der Membranen. Insbesondere kann zwischen den Außenseiten von in Stapelrichtung aufeinanderfolgenden Membranen ein einziger Strömungskanal ausgebildet sein. Der Strömungskanal kann einfach durch Aufeinanderlegen von Membranplatten gebildet werden. Vorteilhaft können die Strömungskanäle zwischen den Innenseiten der Membranen gleichartig und äquidistant ausgebildet sein. Insbesondere können diese Strömungskanäle parallel zueinander verlaufen.According to a favorable embodiment, the two groups of flow channels can run obliquely or transversely to one another. In particular, the flow channel between the outer sides of membranes of the membrane plates following one another in the stacking direction can be made considerably wider, in particular at least twice wider than a width of the flow channel with the smallest width of the flow channels between the inner sides of the membranes. In particular, a single flow channel can be formed between the outer sides of successive membranes in the stacking direction. The flow channel can be formed simply by laying membrane plates on top of one another. Advantageously, the flow channels between the inner sides of the membranes can be designed identically and equidistantly. In particular, these flow channels can run parallel to one another.

Nach einer günstigen Ausgestaltung können die Strömungskanäle zwischen den Innenseiten der beidseits der Trägerplatte angeordneten Membranen Strömungsleitelemente aufweisen. Insbesondere können Strömungsleitelemente an verschiedenen, vorzugsweise gegenüberliegenden Kanalwänden vorgesehen sein. Insbesondere können Strömungsleitelemente an gegenüberliegenden Kanalwänden entlang einer Erstreckung des jeweiligen Strömungskanals durch die Trägerplatte zueinander versetzt angeordnet sein. Die Strömungsleitelemente können das jeweilige Fluid zur Membran hin lenken und so beispielsweise einen Feuchteübertrag zwischen den beiden Gruppen von Strömungskanälen verbessern. Vorteilhaft können die Strömungsleitelemente an den Innenseiten der Membranen angeordnet sein, die in Stapelrichtung den Strömungskanal begrenzen.According to a favorable embodiment, the flow channels can have flow guide elements between the inner sides of the membranes arranged on both sides of the carrier plate. In particular, flow guide elements can be provided on different, preferably opposite, channel walls. In particular, flow guide elements can be arranged offset from one another on opposite channel walls along an extension of the respective flow channel through the carrier plate. The flow guide elements can direct the respective fluid towards the membrane and thus, for example, improve the transfer of moisture between the two groups of flow channels. The flow guide elements can advantageously be arranged on the insides of the membranes, which delimit the flow channel in the stacking direction.

Nach einer günstigen Ausgestaltung können die Trägerplatten fluiddicht miteinander verbunden sein. Insbesondere können die Trägerplatten am Rand miteinander verbunden sein, insbesondere miteinander verschweißt oder verklebt sein. Auf diese Weise lässt sich eine zuverlässige fluiddichte Verbindung zwischen den Trägerplatten und ein praktisch leckagefreier Plattenstapel mit Membranplatten herstellen. Gleichzeitig kann der Plattenstapel mechanisch sehr stabil und robust sein.According to a favorable embodiment, the carrier plates can be connected to one another in a fluid-tight manner. In particular, the carrier plates can be connected to one another at the edge, in particular welded or glued to one another. In this way, a reliable, fluid-tight connection between the carrier plates and a practically leak-free plate stack with membrane plates can be established. At the same time, the stack of plates can be mechanically very stable and robust.

Nach einer günstigen Ausgestaltung können die beidseitig an der Trägerplatte angeordneten Membranen an zwei oder mehr ihrer Außenkanten mit der Trägerplatte verbunden sein, insbesondere verschweißt oder verklebt sein. Die Membranen können hierdurch an den Rändern abgedichtet sein. Ein Strömungskurzschluss zwischen den beiden Gruppen von Strömungskanälen kann vermieden werden.According to a favorable embodiment, the membranes arranged on both sides of the carrier plate can be connected to the carrier plate at two or more of their outer edges, in particular welded or glued. The membranes can thereby be sealed at the edges. A flow short circuit between the two groups of flow channels can be avoided.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann an den Plattenstapel mit Membranplatten ein Umgehungspfad angeschlossen sein. Insbesondere kann ein Umgehungspfad mit einem Schaltventil angeschlossen sein. Dies ergibt eine kompakte Anordnung und erlaubt das Umgehen des Plattenstapels in bestimmten Betriebszuständen der Befeuchtungseinrichtung.According to a favorable embodiment, a bypass path can be connected to the plate stack with membrane plates. In particular, a bypass path can be connected to a switching valve. This results in a compact arrangement and allows the stack of plates to be bypassed in certain operating states of the humidifier.

Nach einer günstigen Ausgestaltung können zumindest die Membranplatten in einem Gehäuse angeordnet sein. Günstigerweise kann auch der Umgehungspfad im gleichen Gehäuse angeordnet sein.According to a favorable embodiment, at least the membrane plates can be arranged in a housing. The bypass path can also advantageously be arranged in the same housing.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Membran aus einem mikroporösen Material gebildet sein. Die Mikroporen im Material erlauben einen Feuchtetransport durch die Membran. Vorteilhaft kann der Feuchtetransport mittels Kapillarwirkung im mikroporösen Material erfolgen. Insbesondere kann die Membran aus PFSA gebildet sein. PFSA ist ein Kunststoff aus Perfluorosulfonsäure und u.a. unter dem Markennamen Nafion bekannt.According to a favorable embodiment, the membrane can be formed from a microporous material. The micropores in the material allow moisture to be transported through the membrane. The moisture transport can advantageously take place by means of capillary action in the microporous material. In particular, the membrane can be formed from PFSA. PFSA is a plastic made from perfluorosulfonic acid and is known, among other things, under the brand name Nafion.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Trägerplatte für eine erfindungsgemäße Befeuchtungseinrichtung vorgeschlagen, wobei ein umlaufender Rand eine Aufnahmefläche für eine Membran umgibt und Strömungskanäle zumindest im Rand von einer Stirnseite in die Trägerplatte hineinführen.According to a further aspect of the invention, a carrier plate for a humidifying device according to the invention is proposed, a circumferential edge surrounding a receiving surface for a membrane and flow channels leading into the carrier plate at least in the edge from one end face.

Die Trägerplatte kann vorteilhaft aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen oder faserverstärktem Polypropylen gebildet sein. Die Trägerplatte kann beispielsweise gespritzt oder geprägt sein.The carrier plate can advantageously be made of plastic, in particular polypropylene or fiber-reinforced polypropylene. The carrier plate can, for example, be injection-molded or embossed.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann auf beiden Flachseiten der Trägerplatte jeweils eine Aufnahmefläche zur Aufnahme einer Membran vorgesehenAccording to a favorable embodiment of the carrier plate, a receiving surface for receiving a membrane can be provided on both flat sides of the carrier plate

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte können zwei an der Aufnahmefläche sich gegenüberliegende Randabschnitte dicker ausgebildet sein als die anderen beiden Randabschnitte. Insbesondere können zwei gegenüberliegende Ränder zu beiden Seiten über die Aufnahmefläche in einer Stapelrichtung mit einem Überstand überstehen. Der Überstand der Randabschnitte über die Aufnahmefläche ist zweckmäßigerweise so groß, dass auch mit auf der Aufnahmefläche angeordneter Membran noch ein Überstand des Randabschnitts über die Membran vorhanden ist.According to a favorable embodiment of the carrier plate, two edge sections lying opposite one another on the receiving surface can be made thicker than the other two edge sections. In particular, two opposite edges on both sides can protrude beyond the receiving surface in a stacking direction with a protrusion. The protrusion of the edge sections over the receiving surface is expediently so great that even with the membrane arranged on the receiving surface there is still a protrusion of the edge section over the membrane.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann zumindest der Rand der Trägerplatte aus Kunststoff gebildet sein, insbesondere aus Polypropylen oder faserverstärktem Polypropylen.According to a favorable embodiment, at least the edge of the carrier plate can be formed from plastic, in particular from polypropylene or fiber-reinforced polypropylene.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Befeuchtungseinrichtung vorgeschlagen. Vorteilhaft ergibt sich eine kompakte Anlage, bei der ein zuverlässiger Feuchteübergang von Brennstoffzellenabgas auf das Reaktionsmedium, insbesondere Luft oder Sauerstoff, gewährleistet ist.According to a further aspect of the invention, a fuel cell system with a humidifying device according to the invention is proposed. A compact system is advantageously obtained in which a reliable moisture transfer from fuel cell exhaust gas to the reaction medium, in particular air or oxygen, is guaranteed.

FigurenlisteFigure list

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:

  • 1 eine Befeuchtungseinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 einen Längsschnitt durch die Befeuchtungseinrichtung nach 1 mit quaderförmigem Plattenstapel aus Membranplatten und einer darauf angeordneten Umgehungsleitung;
  • 3 der Plattenstapel aus 2 mit teilweise abgeschnittenen Einlässen und Auslässen für ein Fluid und sichtbares Ventil in der Umgehungsleitung;
  • 4 einen Querschnitt durch die Befeuchtungseinrichtung nach 1;
  • 5 einen Plattenstapel nach 3 mit stirnseitiger Dichtung;
  • 6 ein Detail des Plattenstapels aus 5 im Bereich der Stirnseite;
  • 7 eine Membranplatte mit Trägerplatte und Membran nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 8 die Membranplatte nach 7 mit Befestigungsnaht;
  • 9 in Explosionsdarstellung die Membran und die Trägerplatte der Membranplatte nach 7;
  • 10 einen Schnitt durch eine Membranplatte nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 11 ein Detail der Membranplatte aus 10;
  • 12 ein Plattenstapel mit Membranplatten nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 13 ein Detail des Plattenstapels nach 12 an einem Ende;
  • 14 ein Detail des Plattenstapels nach 12 am gegenüberliegenden Ende;
  • 15 ein Detail des Plattenstapels nach 12 an einem Ende;
  • 16 ein Detail des Plattenstapels nach 12 am gegenüberliegenden Ende;
  • 17 schematisch eine Befeuchtungseinrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kreisförmiger Anordnung der Membranplatten;
  • 18 einen Querschnitt der Befeuchtungseinrichtung nach 17;
  • 19 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Trägerplatte mit Wabenstruktur;
  • 20 ein Detail einer Membranplatte mit der Trägerplatte aus 19.
  • 21 in Draufsicht einen Ausschnitt der Trägerplatte aus 19 mit Längsstreben an einer Seite der Trägerplatte;
  • 22 in Draufsicht einen Ausschnitt der Trägerplatte aus 19 mit Längsstreben an der gegenüberliegenden Seite.
Further advantages emerge from the following description of the drawings. Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations. It shows by way of example:
  • 1 a humidifier according to an embodiment of the invention;
  • 2 a longitudinal section through the humidifier according to 1 with a cuboid plate stack made of membrane plates and a bypass line arranged thereon;
  • 3rd the stack of plates 2 with partially cut off inlets and outlets for a fluid and visible valve in the bypass line;
  • 4th a cross section through the humidifier according to 1 ;
  • 5 a stack of plates 3rd with face seal;
  • 6th a detail of the stack of plates 5 in the area of the front side;
  • 7th a membrane plate with support plate and membrane according to an embodiment of the invention;
  • 8th the membrane plate after 7th with fastening seam;
  • 9 the membrane and the carrier plate of the membrane plate according to the exploded view 7th ;
  • 10 a section through a membrane plate according to a further embodiment of the invention;
  • 11 a detail of the membrane plate 10 ;
  • 12th a plate stack with membrane plates according to an embodiment of the invention;
  • 13th a detail of the plate stack after 12th at one end;
  • 14th a detail of the plate stack after 12th at the opposite end;
  • 15th a detail of the plate stack after 12th at one end;
  • 16 a detail of the plate stack after 12th at the opposite end;
  • 17th schematically, a humidifier according to a further embodiment of the invention with a circular arrangement of the membrane plates;
  • 18th a cross section of the humidifier according to 17th ;
  • 19th a view of a further embodiment of a carrier plate with a honeycomb structure;
  • 20th a detail of a membrane plate with the carrier plate 19th .
  • 21 in plan view a section of the carrier plate 19th with longitudinal struts on one side of the carrier plate;
  • 22nd in plan view a section of the carrier plate 19th with longitudinal struts on the opposite side.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are numbered with the same reference symbols. The figures show only examples and are not to be understood as restrictive.

1 bis 6 zeigen eine Befeuchtungseinrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Befeuchtungseinrichtung 100 kann insbesondere für ein Brennstoffzellensystem eingesetzt werden. 1 to 6th show a humidifier 100 according to an embodiment of the invention. The humidifier 100 can be used in particular for a fuel cell system.

1 zeigt eine Außenansicht der Befeuchtungseinrichtung 100. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Befeuchtungseinrichtung 100 nach 1 mit quaderförmigem Plattenstapel 70 und einer Umgehungsleitung 112. 3 zeigt den Plattenstapel 70 aus 2 mit teilweise abgeschnittenem Gehäuse 102 und sichtbarem Ventil 114 in der Umgehungsleitung 112. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Befeuchtungseinrichtung 100 nach 1. 5 zeigt den Plattenstapel 70 nach 3 mit stirnseitiger Dichtung 72 und 6 zeigt ein Detail in einem Längsschnitt durch den Plattenstapel 70 aus 5 im Bereich seiner Stirnseite. 1 shows an external view of the humidifier 100 . 2 shows a longitudinal section through the humidifying device 100 to 1 with cuboid stack of panels 70 and a bypass line 112 . 3rd shows the plate stack 70 out 2 with partially cut off case 102 and visible valve 114 in the bypass line 112 . 4th shows a cross section through the humidifier 100 to 1 . 5 shows the plate stack 70 to 3rd with front seal 72 and 6th shows a detail in a longitudinal section through the plate stack 70 out 5 in the area of its front side.

Die Befeuchtungseinrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 102 mit einem Eingang 104 und einem Ausgang 106 für ein erstes Fluid, beispielsweise Abgas von Brennstoffzellen, und einen Eingang 108 und einen Ausgang 110 für ein zweites Fluid, beispielsweise Luft als Reaktionsmedium für Brennstoffzellen. In der Befeuchtungseinrichtung 100 erfolgt ein Feuchteübertrag vom ersten Fluid auf das zweite Fluid.The humidifier 100 includes a housing 102 with an entrance 104 and an exit 106 for a first fluid, for example exhaust gas from fuel cells, and an inlet 108 and an exit 110 for a second fluid, for example air as a reaction medium for fuel cells. In the humidifier 100 there is a transfer of moisture from the first fluid to the second fluid.

Im Gehäuse 102 ist ein quaderförmiger Plattenstapel 70 angeordnet, bei dem Membranplatten in einer Stapelrichtung 74 aufeinander folgen. Der Plattenstapel 70 ist an seinen Stirnseiten gegen das Gehäuse 102 abgedichtet. Dies kann mit einer an den Stirnseiten umlaufenden Dichtung 72, beispielsweise einer Elastomerdichtung oder einer Vergussmasse oder Klebemasse erfolgen. Auf dem Plattenstapel 70 ist im Gehäuse 102 eine Umgehungsleitung 112 angeordnet, die mit einem schaltbaren Ventil 114 freigegeben oder gesperrt werden kann. Die Umgehungsleitung 112 ist zum Plattenstapel 70 mit einer nicht näher bezeichneten Bodenplatte (3, 4) abgedichtet.In the case 102 is a cuboid stack of panels 70 arranged in the membrane plates in a stacking direction 74 follow one another. The stack of plates 70 is on its front sides against the housing 102 sealed. This can be done with a seal running around the end faces 72 , for example an elastomer seal or a potting compound or adhesive. On the stack of plates 70 is in the housing 102 a bypass line 112 arranged with a switchable valve 114 can be released or blocked. The bypass line 112 is to the plate stack 70 with an unspecified base plate ( 3rd , 4th ) sealed.

Das erste Fluid, beispielsweise feuchtes Abgas insbesondere einer Brennstoffzelle, gelangt über den in 1 unten am Gehäuse 102 angeordneten Eingang 104 in das Gehäuse 102 und strömt durch Strömungskanäle 50 durch den Plattenstapel 70, in 2 von links nach rechts, und gibt Feuchtigkeit ab. Die Strömungskanäle 50 bilden eine erste Gruppe von Strömungskanälen 50, 60 und gehen von der dem Eingang 104 nahen Außenseite des Plattenstapels 70 aus in den Plattenstapel 70 hinein und treten durch den in 1 unten am Gehäuse 102 angeordneten Ausgang 106 aus dem Gehäuse 102 aus.The first fluid, for example moist exhaust gas, in particular from a fuel cell, passes through the in 1 at the bottom of the housing 102 arranged entrance 104 in the housing 102 and flows through flow channels 50 through the stack of plates 70 , in 2 from left to right, and releases moisture. The flow channels 50 form a first group of flow channels 50 , 60 and go by the entrance 104 near outside of the plate stack 70 out into the plate stack 70 in and step through the in 1 at the bottom of the housing 102 arranged exit 106 out of the case 102 out.

Das zweite Fluid, beispielsweise trockene Luft insbesondere für eine Brennstoffzelle, gelangt über den in 1 vorne seitlich am Gehäuse 102 angeordneten Eingang 108 in das Gehäuse 102 und strömt durch Strömungskanäle 60 durch den Plattenstapel 70, in 2 von vorne in die Bildebene hinein, und nimmt Feuchtigkeit auf. Die Strömungskanäle 60 bilden eine zweite Gruppe der Strömungskanäle 50, 60 und gehen von der dem Eingang 108 nahen Außenseite des Plattenstapels 70 aus in den Plattenstapel 70 hinein und treten durch den in 1 hinten am Gehäuse 102 angeordneten Ausgang 110 aus dem Gehäuse 102 aus (4).The second fluid, for example dry air, especially for a fuel cell, passes through the in 1 on the front side of the housing 102 arranged entrance 108 in the housing 102 and flows through flow channels 60 through the stack of plates 70 , in 2 from the front into the picture plane, and absorbs moisture. The flow channels 60 form a second group of flow channels 50 , 60 and go by the entrance 108 near outside of the plate stack 70 out into the plate stack 70 in and step through the in 1 on the back of the housing 102 arranged exit 110 out of the case 102 out ( 4th ).

Die beiden Gruppen von Strömungskanälen 50, 60 sind in einer Kreuzstrom-Anordnung vorgesehen, d.h. die Richtungen der Strömungskanäle 50, 60 sind schräg oder senkrecht zueinander angeordnet.The two groups of flow channels 50 , 60 are provided in a cross-flow arrangement, ie the directions of the flow channels 50 , 60 are arranged obliquely or perpendicular to each other.

Wie 5 und 6 am Plattenstapel 70 in Alleinstellung zeigen, sind eine Vielzahl vom Membranplatten 40 (nur eine davon ist mit einem Bezugszeichen beziffert) in der Stapelrichtung 74 aufeinander gestapelt und an zwei Stirnseiten mit jeweils einer umlaufenden Dichtung 72, beispielsweise einer Elastomerdichtung, eingefasst. Optional kann auch eine Vergussmasse oder Klebemasse zur Abdichtung gegen das Gehäuse 102 vorgesehen sein.How 5 and 6th on the stack of plates 70 On their own, there are a large number of membrane plates 40 (only one of them is numbered with a reference numeral) in the stacking direction 74 stacked on top of each other and on two front sides with a circumferential seal each 72 , for example an elastomer seal, edged. Optionally, a potting compound or adhesive can also be used for sealing against the housing 102 be provided.

Die erste Gruppe von Strömungskanälen 50 ist im Plattenstapel 70 zwischen den Membranplatten 40 angeordnet, während die zweite Gruppe von Strömungskanälen 60 jeweils in den Membranplatten 40 angeordnet ist.The first group of flow channels 50 is in the plate stack 70 between the membrane plates 40 arranged while the second group of flow channels 60 each in the membrane plates 40 is arranged.

7 bis 11 zeigen eine Membranplatte 40 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die eine Trägerplatte 10 und eine Membran 12 aufweist. 7th to 11 show a membrane plate 40 according to an embodiment of the invention, which is a carrier plate 10 and a membrane 12th having.

7 zeigt die Trägerplatte 10 mit Membran 12, 8 zeigt die Trägerplatte 10 mit Membran 12 und einer Befestigungsnaht 22 an drei oder auch vier Seiten der Membran 12, und 9 zeigt in Explosionsdarstellung die Membran 12 und die Trägerplatte 10. 10 und 11 zeigen Details von Strömungskanälen 60 in der Membranplatte 40 mit einer entlang eines Strömungskanals 60 aufgeschnittener Membranplatte 40. 7th shows the carrier plate 10 with membrane 12th , 8th shows the carrier plate 10 with membrane 12th and a fastening seam 22nd on three or four sides of the membrane 12th , and 9 shows the membrane in an exploded view 12th and the carrier plate 10 . 10 and 11 show details of flow channels 60 in the membrane plate 40 with one along a flow channel 60 cut membrane plate 40 .

Die Trägerplatte 10 der Membranplatte 40 weist eine Aufnahmefläche 36 für die Membran 12 auf. Dabei ist an beiden Seiten 14, 16 der Trägerplatte 10 eine Aufnahmefläche 36 vorgesehen. Auf jeder der beiden Aufnahmeflächen 36 ist eine Membran 12 angeordnet. Die Membran 12 auf beiden Seiten 14, 16 der Trägerplatte 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel durchgehend ausgebildet. In anderen Ausgestaltungen können die Membranen 12 jedoch auch separate Membranen 12 sein und jeweils auf der Oberseite 14 und auf der Unterseite 16 der Trägerplatte 10 angeordnet sein.The carrier plate 10 the membrane plate 40 has a receiving surface 36 for the membrane 12th on. This is on both sides 14th , 16 the carrier plate 10 a recording surface 36 intended. On each of the two recording surfaces 36 is a membrane 12th arranged. The membrane 12th on both sides 14th , 16 the carrier plate 10 is formed continuously in this embodiment. In other configurations, the membranes 12th but also separate membranes 12th be and each on the top 14th and on the bottom 16 the carrier plate 10 be arranged.

Die Aufnahmefläche 36 ist von einem Rand 30 umgeben mit zwei sich an der Aufnahmefläche 36 gegenüberliegenden Randabschnitten 32, beispielsweise an der Breitseite, und zwei Randabschnitten 34 an der Schmalseite der Trägerplatte 10. An wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten weist der Rand 30 jeweils einen Randabschnitt 32 auf, der höher ist als die Aufnahmefläche 36 mit darauf angeordnetem Membranen 12 auf den Seiten 14, 16 und einen Überstand 38 zwischen den Randabschnitten 32 und der Aufnahmefläche 36 bildet. Auch mit Membran 12 auf der Aufnahmefläche 36 ragt der Randabschnitt 32 über die Außenseite 18 der Membran 12.The recording area 36 is from an edge 30th surrounded with two at the receiving surface 36 opposite edge sections 32 , for example on the broad side, and two edge sections 34 on the narrow side of the carrier plate 10 . The edge has at least two opposite sides 30th one edge section each 32 that is higher than the receiving surface 36 with membranes arranged on it 12th on the pages 14th , 16 and a supernatant 38 between the edge sections 32 and the receiving surface 36 forms. Also with membrane 12th on the recording surface 36 the edge section protrudes 32 over the outside 18th the membrane 12th .

Die zusammenhängende einstückige Membran 12 umschließt die Trägerplatte 10 U-förmig. An der offenen Stirnseite und an den Längsseiten ist die Membran 12 an der Aufnahmefläche 36 mit der durch eine strichpunktierte Linie symbolisierten Befestigungsnaht 22 festgelegt. Eine Befestigungsnaht kann jedoch auch an mehr oder weniger Seiten der Membran 12 vorgesehen sein.The cohesive one-piece membrane 12th encloses the carrier plate 10 U-shaped. The membrane is on the open face and on the long sides 12th at the receiving surface 36 with the fastening seam symbolized by a dash-dotted line 22nd set. However, a fastening seam can also be on more or fewer sides of the membrane 12th be provided.

Die Aufnahmefläche 36 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine leiterartige Struktur auf, mit Querstreben zwischen den höheren Randabschnitten 32, sowie mit einer Mittelstrebe, die mit den niedrigeren Randabschnitten 34 fluchtet und parallel zu den höheren Randabschnitten 32 verläuft.The recording area 36 In this exemplary embodiment, it has a ladder-like structure, with cross struts between the higher edge sections 32 , as well as with a central strut, the one with the lower edge sections 34 is aligned and parallel to the higher edge sections 32 runs.

Von einer Stirnseite 66 der Trägerplatte 10 an den höheren Randabschnitten 32 gehen Strömungskanäle 60 in die Trägerplatte 10 ab, die zwischen den Randabschnitten 32 von der Membran 12 auf beiden Seite 14, 16 abgedeckt werden.From a front side 66 the carrier plate 10 at the higher edge sections 32 go flow channels 60 in the carrier plate 10 starting between the edge sections 32 from the membrane 12th on both sides 14th , 16 to be covered.

Die Strömungskanäle 60 verlaufen demnach zwischen den Innenseiten 20 der Membran 12 in der Trägerplatte 10 bzw. Membranplatte 40.The flow channels 60 therefore run between the insides 20th the membrane 12th in the carrier plate 10 or membrane plate 40 .

Die Strömungskanäle 50 verlaufen dagegen an der Außenseite 18 der Membran 12. Die Strömungskanäle 50 werden gebildet, wenn Membranplatten 40 aufeinander gestapelt und miteinander verbunden werden. Die Kanalhöhe der Strömungskanäle 50 entspricht der doppelten Höhe des Überstands 38 des höheren Randabschnitts 32 abzüglich der Gesamtdicke der beiden Membranen 12, welche die Strömungskanäle 50 in Stapelrichtung abschließen. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Kanalbreite eines Strömungskanals 50 dem Abstand zwischen den beiden höheren Randabschnitten 32 und ist damit erheblich breiter als die Strömungskanäle 60 zwischen den Innenseiten 20 der Membranen 12 an den Seiten 14, 16 der Trägerplatte. Die Strömungskanäle 60 sind beispielsweise untereinander gleich ausgebildet.The flow channels 50 run on the other hand on the outside 18th the membrane 12th . The flow channels 50 are formed when membrane plates 40 stacked on top of each other and connected to each other. The channel height of the flow channels 50 corresponds to twice the height of the overhang 38 of the higher edge section 32 minus the total thickness of the two membranes 12th showing the flow channels 50 complete in stacking direction. In this exemplary embodiment, the channel width corresponds to a flow channel 50 the distance between the two higher edge sections 32 and is therefore considerably wider than the flow channels 60 between the insides 20th of the membranes 12th on the sides 14th , 16 the carrier plate. The flow channels 60 are, for example, designed the same as one another.

Wie in 10 und 11 entlang eines aufgeschnittenen Strömungskanals 60 zu sehen ist, sind in den Strömungskanälen 60 Strömungsleitelemente 64 angeordnet. Die Strömungsleitelemente 64 sind an sich gegenüberliegenden Kanalwänden, hier durch die Innenseiten 20 der beiden Membranen 12 gebildet, vorgesehen und entlang einer Erstreckung des jeweiligen Strömungskanals 60 durch die Trägerplatte 10 zueinander versetzt angeordnet. Damit kann das Fluid im Strömungskanal 60 zur Membran 12 hingeleitet werden und so den Feuchtetransfer über die Membran 12 verbessern.As in 10 and 11 along a cut-open flow channel 60 can be seen are in the flow channels 60 Flow control elements 64 arranged. The flow guide elements 64 are on opposite canal walls, here through the insides 20th of the two membranes 12th formed, provided and along an extension of the respective flow channel 60 through the carrier plate 10 arranged offset to one another. This allows the fluid in the flow channel 60 to the membrane 12th and so the moisture transfer across the membrane 12th improve.

12 bis 16 zeigen verschiedene Aspekte eines Plattenstapels 70 mit mehreren Membranplatten 40, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Auf die vorhergehenden Figurenbeschreibungen wird zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen Bezug genommen. 12th to 16 show different aspects of a stack of plates 70 with several membrane plates 40 as described above. Reference is made to the previous description of the figures in order to avoid unnecessary repetition.

12 zeigt einen Plattenstapel 70 mit längs aufgeschnittenen Strömungskanälen 60, 13 zeigt ein Detail des Plattenstapels 70 nach 12 an dessen austrittsseitigem Ende der Strömungskanäle 50. 14 zeigt ein Detail des Plattenstapels 70 nach 12 am eintrittseitigen Ende der Strömungskanäle 50, 15 zeigt ein Detail des Plattenstapels 70 am eintrittsseitigen Ende der Strömungskanäle 50 und 16 zeigt ein Detail des Plattenstapels 70 am austrittsseitigen Ende der Strömungskanäle 50. 12th shows a stack of plates 70 with longitudinally cut flow channels 60 , 13th shows a detail of the plate stack 70 to 12th at the outlet end of the flow channels 50 . 14th shows a detail of the plate stack 70 to 12th at the inlet end of the flow channels 50 , 15th shows a detail of the plate stack 70 at the inlet end of the flow channels 50 and 16 shows a detail of the plate stack 70 at the outlet end of the flow channels 50 .

Die Membranplatten 40 sind in Stapelrichtung 74 aufeinander gestapelt und miteinander am höheren Rahmenabschnitt 32 verbunden, beispielsweise verschweißt oder verklebt.The membrane plates 40 are in the stacking direction 74 stacked on top of each other and together on the higher frame section 32 connected, for example welded or glued.

Die Strömungskanäle 60, die von der Stirnseite 66 der Membranplatte 40 ausgehen, sind durch Trennwände 62 voneinander getrennt. In den Strömungskanälen 60 sind beispielsweise Strömungsleitelemente 64 angeordnet.The flow channels 60 that from the front 66 the membrane plate 40 going out are through partitions 62 separated from each other. In the flow channels 60 are for example flow guide elements 64 arranged.

Die Strömungskanäle 60 verlaufen zwischen den Innenseiten 20 der Membranen 12 auf den Seiten 14, 16 der Trägerplatte 10. Die Strömungskanäle 50 verlaufen quer dazu zwischen den Außenseiten 18 von Membranen 12 der im Plattenstapel 70 unmittelbar benachbarten Membranplatten 40.The flow channels 60 run between the insides 20th of the membranes 12th on the pages 14th , 16 the carrier plate 10 . The flow channels 50 run across it between the outsides 18th of membranes 12th the one in the plate stack 70 immediately adjacent membrane plates 40 .

In diesem Beispiel bilden ist die Membran 12 an der Oberseite 14 und der Unterseite 16 der Membranplatten 40 einstückig und ist U-förmig um die Trägerplatte der Membranplatte 40 gelegt.In this example form is the membrane 12th at the top 14th and the bottom 16 of the membrane plates 40 in one piece and is U-shaped around the support plate of the membrane plate 40 placed.

In 15 und 16 ist deutlich zu sehen, dass sich die Strömungskanäle 50 und 60 im Plattenstapel 70 überkreuzen.In 15th and 16 can clearly be seen that the flow channels 50 and 60 in the plate stack 70 cross over.

17 zeigt schematisch eine Befeuchtungseinrichtung 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer radialen Plattenanordnung 76. 18 zeigt einen Querschnitt der Befeuchtungseinrichtung 100 nach 17. 17th shows schematically a humidifying device 100 according to a further embodiment of the invention with a radial plate arrangement 76 . 18th shows a cross section of the humidifier 100 to 17th .

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Stapelrichtung 74 gekrümmt, so dass sich beim Aneinanderfügen der Membranplatten 40, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein können, eine kreisförmige Anordnung 76 der Membranplatten 40 in Form eines Rings bildet.In this embodiment, the stacking direction is 74 curved so that when the membrane plates are joined together 40 which can be formed as described above, a circular arrangement 76 of the membrane plates 40 forms in the form of a ring.

Der Ring ist an einer Stirnseite mit einem Verschluss 116 abgedichtet. Gegen das Gehäuse 102 ist der Ring an der oberen wie unteren Stirnseite mit einer am Rand umlaufenden Dichtung abgedichtet.The ring is on one end with a clasp 116 sealed. Against the case 102 is the ring is sealed on the upper and lower end with a seal around the edge.

Die Membranplatten 40 sind am Außenumfang des Plattenstapels 76 weiter beabstandet als am Innenumfang.The membrane plates 40 are on the outer circumference of the stack of plates 76 further apart than on the inner circumference.

Die Strömungskanäle 60 gehen beispielsweise von den Stirnseiten des runden Plattenstapels 76 aus, während die Strömungskanäle 50 vom Außenumfang zum Innenumfang führen. Das erste Fluid, beispielsweise feuchtes Abgas von Brennstoffzellen, strömt durch einen Eingang 104 in das Gehäuse 102 ein, strömt vom Außenumfang zum Innenumfang der kreisförmigen Anordnung 76 der Membranplatten 40 und von dort durch einen zentral angeordneten Ausgang 106 ab.The flow channels 60 go, for example, from the end faces of the round stack of panels 76 off while the flow channels 50 lead from the outer circumference to the inner circumference. The first fluid, for example moist exhaust gas from fuel cells, flows through an inlet 104 in the housing 102 a, flows from the outer circumference to the inner circumference of the circular arrangement 76 of the membrane plates 40 and from there through a centrally located exit 106 from.

Das zweite Fluid, beispielsweise Luft, strömt durch den Eingang 108 über die Stirnseite des runden Plattenstapels 76 durch die Membranplatten zur gegenüberliegenden Stirnseite und durch einen Ausgang 110 ab.The second fluid, for example air, flows through the entrance 108 over the face of the round stack of panels 76 through the membrane plates to the opposite end and through an exit 110 from.

19 bis 22 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trägerplatte 10. 19 zeigt eine Ansicht der Trägerplatte 10, die nicht leiterartig ausgebildet ist, sondern eine wabenartige Struktur 80 aufweist. 20 zeigt ein Detail einer Membranplatte 40 mit der Trägerplatte 10 aus 19. 21 und 22 zeigen in Draufsicht Ausschnitte der Trägerplatte 10 mit Längsstreben 94 an der einen Seite 14 und Längsstreben 96 der anderen Seite 16. 19th to 22nd show a further embodiment of a carrier plate 10 . 19th shows a view of the carrier plate 10 , which is not designed like a ladder, but a honeycomb-like structure 80 having. 20th shows a detail of a membrane plate 40 with the carrier plate 10 out 19th . 21 and 22nd show sections of the carrier plate in plan view 10 with longitudinal struts 94 on one side 14th and longitudinal struts 96 the other side 16 .

Die Trägerplatte 10 weist auf jeder Seite 14, 16 eine Aufnahmefläche 36 für eine Membran 12 auf. Auf jeder der beiden Aufnahmeflächen 36 ist eine Membran 12 angeordnet (20). Die Membran 12 kann einstückig sein und sich über beide Seiten 14, 16 der Trägerplatte 10 erstrecken. In anderen Ausgestaltungen können die Membranen 12 jedoch auch separate Membranen 12 sein und jeweils auf der in der Figur oberen Seite 14 und auf der unteren Seite 16 der Trägerplatte 10 angeordnet sein.The carrier plate 10 points on each side 14th , 16 a recording surface 36 for a membrane 12th on. On each of the two recording surfaces 36 is a membrane 12th arranged ( 20th ). The membrane 12th can be in one piece and extend over both sides 14th , 16 the carrier plate 10 extend. In other configurations, the membranes 12th but also separate membranes 12th and in each case on the upper side in the figure 14th and on the lower side 16 the carrier plate 10 be arranged.

Die Aufnahmefläche 36 ist von einem Rand 30 umgeben mit zwei sich an der Aufnahmefläche 36 gegenüberliegenden Randabschnitten 32, beispielsweise an der Breitseite, und zwei Randabschnitten 34 an der Schmalseite der Trägerplatte 10. An wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten weist der Rand 30 jeweils einen Randabschnitt 32 auf, der höher ist als die Aufnahmefläche 36 mit darauf angeordnetem Membran 12 und einen Überstand 38 zwischen den Randabschnitten 32 und der Aufnahmefläche 36 bildet. Auch mit Membran 12 auf der Aufnahmefläche 36 ragt der Randabschnitt 32 über die Außenseite 18 der Membran 12.The recording area 36 is from an edge 30th surrounded with two at the receiving surface 36 opposite edge sections 32 , for example on the broad side, and two edge sections 34 on the narrow side of the carrier plate 10 . The edge has at least two opposite sides 30th one edge section each 32 that is higher than the receiving surface 36 with a membrane arranged on it 12th and a supernatant 38 between the edge sections 32 and the receiving surface 36 forms. Also with a membrane 12th on the recording surface 36 the edge section protrudes 32 over the outside 18th the membrane 12th .

Von einer Stirnseite 66 der Trägerplatte 10 an den höheren Randabschnitten 32 gehen Strömungskanäle 60 in die Trägerplatte 10 ab, die zwischen den Randabschnitten 32 von der Membran 12 auf beiden Seiten 14, 16 abgedeckt werden. Die Strömungskanäle 60 verlaufen demnach zwischen den Innenseiten 20 der Membran 12 in der Trägerplatte 10 bzw. Membranplatte 40. Die Strömungskanäle 60 sind zumindest an einem der höheren Randabschnitte 32 äquidistant ausgebildet und im Randabschnitt 32 durch Trennwände 62 getrennt. Die Strömungskanäle 60 sind beispielsweise untereinander gleich ausgebildet.From a front side 66 the carrier plate 10 at the higher edge sections 32 go flow channels 60 in the carrier plate 10 starting between the edge sections 32 from the membrane 12th on both sides 14th , 16 to be covered. The flow channels 60 therefore run between the insides 20th the membrane 12th in the carrier plate 10 or membrane plate 40 . The flow channels 60 are at least on one of the higher edge sections 32 formed equidistant and in the edge section 32 through partitions 62 Cut. The flow channels 60 are, for example, designed the same as one another.

Die Trägerplatte 10 weist in ihren Aufnahmeflächen 36 in diesem Ausführungsbeispiel eine wabenartige Struktur 80 auf, mit schräg verlaufenden, sich teilenden und sich treffenden Streben zwischen den höheren Randabschnitten 32, sowie mit Längsstreben 94, 96 an jeder Seite 14, 16, die mit den niedrigeren Randabschnitten 34 bzw. den jeweiligen Auflageflächen 36 der Seiten 14, 16 fluchten und beispielsweise parallel zu den höheren Randabschnitten 32 verlaufen. Es können beispielsweise zwei oder mehr derartige Längsstreben 94, 96 an jeder Seite 14, 16 angeordnet sein.The carrier plate 10 points in their recording areas 36 in this embodiment a honeycomb structure 80 on, with sloping, dividing and meeting struts between the higher edge sections 32 , as well as with longitudinal struts 94 , 96 on each side 14th , 16 the ones with the lower margin sections 34 or the respective support surfaces 36 of the sides 14th , 16 align and, for example, parallel to the higher edge sections 32 run away. For example, two or more such longitudinal struts can be used 94 , 96 on each side 14th , 16 be arranged.

Die Längsstreben 94 an der Seite 14 und die Längsstreben 96 an der Seite 16 sind gegeneinander so versetzt, dass die Längsstreben 96 an der in der Figur unteren Seite 16 zwischen den beiden in 19 und 21 erkennbaren Längsstreben 94 an der Seite 14 angeordnet sind, wie in 22 zu erkennen ist.The longitudinal struts 94 on the side 14th and the longitudinal struts 96 on the side 16 are offset from one another in such a way that the longitudinal struts 96 on the lower side in the figure 16 between the two in 19th and 21 recognizable longitudinal struts 94 on the side 14th are arranged as in 22nd can be seen.

Die schräg verlaufenden Streben der wabenförmigen Struktur 80 sind zumindest bereichsweise dünner als der niedrigere Randabschnitt 34 der Randabschnitte 32, 34. Die Streben weisen erste Bereiche 84 und zweite Bereiche 86 auf, die einen Höhenversatz mit jeweils einer Stufe 82 aufweisen. Die ersten Bereiche 84 fluchten mit der Aufnahmefläche 36 auf der einen Seite 14 der Trägerplatte 10, die zweiten Bereiche 86 fluchten mit der Aufnahmefläche 36 auf der gegenüberliegenden Seite 16 der Trägerplatte 10.The sloping struts of the honeycomb structure 80 are at least partially thinner than the lower edge section 34 of the edge sections 32 , 34 . The struts show first areas 84 and second areas 86 on that have a height offset with one level each 82 exhibit. The first areas 84 align with the receiving surface 36 on the one hand 14th the carrier plate 10 , the second areas 86 align with the receiving surface 36 on the opposite side 16 the carrier plate 10 .

Die Membran 12 an der einen Seite 14 der Trägerplatte 10 liegt mit ihrer Innenseite an den ersten Bereichen 84 der wabenartigen Struktur 80 an, wobei die ersten Bereiche 84 zur Innenseite der Membran 12 an der gegenüberliegenden Seite 16 der Trägerplatte 10 beabstandet sind. Die Membran 12 an der gegenüberliegenden Seite 16 liegt an den zweiten Bereichen 86 an, wobei die zweiten Bereiche 86 zur Innenseite der Membran 12 an der gegenüberliegenden Seite 14 beabstandet sind.The membrane 12th on one side 14th the carrier plate 10 lies with its inside on the first areas 84 the honeycomb structure 80 at, the first ranges 84 to the inside of the membrane 12th on the opposite side 16 the carrier plate 10 are spaced. The membrane 12th on the opposite side 16 is due to the second areas 86 at, the second ranges 86 to the inside of the membrane 12th on the opposite side 14th are spaced.

Durch den Höhenversatz zwischen den Bereichen 84, 86 gelangt das Fluid in den Strömungskanälen 60 in häufigen Kontakt mit den Innenseiten der Membranen 12, so dass ein Feuchteübergang zwischen den Strömungskanälen 50, 60 verbessert werden kannDue to the height offset between the areas 84 , 86 the fluid enters the Flow channels 60 in frequent contact with the insides of the membranes 12th so that a moisture transition between the flow channels 50 , 60 can be improved

Die Strömungskanäle 50 sind nicht dargestellt und verlaufen wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen an der Außenseite 18 der Membran 12 Die Strömungskanäle 50 werden gebildet, wenn Membranplatten 40 aufeinander gestapelt und miteinander verbunden werden. Die Kanalhöhe der Strömungskanäle 50 entspricht der doppelten Höhe des Überstands 38 des höheren Randabschnitts 32 abzüglich der Gesamtdicke der beiden Membranen 12, welche die Strömungskanäle 50 in Stapelrichtung abschließen.The flow channels 50 are not shown and run on the outside as in the previous exemplary embodiments 18th the membrane 12th The flow channels 50 are formed when membrane plates 40 stacked on top of each other and connected to each other. The channel height of the flow channels 50 corresponds to twice the height of the overhang 38 of the higher edge section 32 minus the total thickness of the two membranes 12th showing the flow channels 50 complete in stacking direction.

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Claims (15)

Befeuchtungseinrichtung (100), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einer Mehrzahl von in einem Plattenstapel (70) in einer Stapelrichtung (74) aufeinander folgenden Membranplatten (40), wobei wenigstens eine Membranplatte (40) eine Trägerplatte (10) mit wenigstens einer Membran (12) umfasst, wobei in der Trägerplatte (10) Strömungskanäle (60) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass (i) im Plattenstapel (70) wenigstens zwei Gruppen von Strömungskanälen (50, 60) ausgebildet sind; (ii) die Trägerplatte (10) beidseits jeweils eine Membran (12) aufweist; (iii) die erste Gruppe von Strömungskanälen (50) zwischen Außenseiten (18) von Membranen (12) der in Stapelrichtung (74) aufeinanderfolgenden Membranplatten (40) angeordnet ist und (iv) die zweite Gruppe von Strömungskanälen (60) zwischen Innenseiten (20) der beidseitigen Membranen (12) auf der Trägerplatte (10) angeordnet und von den Membranen (12) in Stapelrichtung (74) begrenzt ist.Humidification device (100), in particular for a fuel cell system, with a plurality of membrane plates (40) following one another in a plate stack (70) in a stacking direction (74), at least one membrane plate (40) being a carrier plate (10) with at least one membrane ( 12), wherein flow channels (60) are arranged in the carrier plate (10), characterized in that (i) at least two groups of flow channels (50, 60) are formed in the plate stack (70); (ii) the carrier plate (10) has a membrane (12) on both sides; (iii) the first group of flow channels (50) is arranged between outer sides (18) of membranes (12) of the membrane plates (40) successive in the stacking direction (74) and (iv) the second group of flow channels (60) between inner sides (20) ) the membrane (12) on both sides is arranged on the carrier plate (10) and delimited by the membranes (12) in the stacking direction (74). Befeuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranplatte (40) eine Aufnahmefläche (36) für die Membran (12) aufweist, wobei die Aufnahmefläche (36) an wenigstens zwei sich an der Aufnahmefläche (36) gegenüberliegenden Seiten jeweils einen Randabschnitt (32) aufweist, der höher als die Aufnahmefläche (36) mit darauf angeordneter Membran (12) ausgebildet ist.Humidification device according to Claim 1 , characterized in that the membrane plate (40) has a receiving surface (36) for the membrane (12), the receiving surface (36) having an edge section (32) on at least two opposite sides of the receiving surface (36), which is formed higher than the receiving surface (36) with the membrane (12) arranged thereon. Befeuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Trägerplatte (10) beidseitig angeordnete Membran (12) einstückig zusammenhängend ausgebildet ist und die Trägerplatte (10) U-förmig umschließt.Humidification device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the membrane (12) arranged on both sides of the carrier plate (10) is constructed in one piece and is connected to one another and encloses the carrier plate (10) in a U-shape. Befeuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gruppen von Strömungskanälen (50, 60) schräg oder quer zueinander verlaufen, insbesondere wobei der Strömungskanal (50) zwischen den Außenseiten (18) von Membranen (12) der in Stapelrichtung (74) aufeinander folgenden Membranen (12) erheblich breiter ausgebildet ist, insbesondere mindestens zweimal breiter, als eine Breite des Strömungskanals (60) mit der kleinsten Breite der Strömungskanäle (60) zwischen den Innenseiten (20) der Membranen (12) beidseits der Trägerplatte (10), insbesondere wobei zwischen den Außenseiten (18) von in Stapelrichtung (74) aufeinanderfolgenden Membranen (12) ein einziger Strömungskanal (50) ausgebildet ist.Humidification device according to one of the preceding claims, characterized in that the two groups of flow channels (50, 60) run obliquely or transversely to one another, in particular the flow channel (50) between the outer sides (18) of membranes (12) in the stacking direction (74 ) successive membranes (12) is made considerably wider, in particular at least twice wider than a width of the flow channel (60) with the smallest width of the flow channels (60) between the inner sides (20) of the membranes (12) on both sides of the carrier plate (10) ), in particular a single flow channel (50) being formed between the outer sides (18) of membranes (12) following one another in the stacking direction (74). Befeuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (60) zwischen den Innenseiten (20) der beidseits der Trägerplatte (10) angeordneten Membranen (12) Strömungsleitelemente (64) aufweisen, insbesondere wobei Strömungsleitelemente (64) an gegenüberliegenden Kanalwänden vorgesehen sind, insbesondere wobei Strömungsleitelemente (64) an gegenüberliegenden Kanalwänden entlang einer Erstreckung des jeweiligen Strömungskanals (60) durch die Trägerplatte (10) zueinander versetzt angeordnet sind.Humidification device according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channels (60) between the inner sides (20) of the membranes (12) arranged on both sides of the carrier plate (10) have flow guide elements (64), in particular flow guide elements (64) being provided on opposite channel walls are, in particular wherein flow guide elements (64) are arranged offset to one another on opposite channel walls along an extension of the respective flow channel (60) through the carrier plate (10). Befeuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (10) fluiddicht miteinander verbunden sind, insbesondere am Rand (30) miteinander verbunden sind, insbesondere miteinander verschweißt oder verklebt sind.Humidifying device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plates (10) are connected to one another in a fluid-tight manner, in particular are connected to one another at the edge (30), in particular are welded or glued to one another. Befeuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseitig an der Trägerplatte (10) angeordneten Membranen (12) an zwei oder mehr ihrer Außenkanten mit der Trägerplatte (10) verbunden sind, insbesondere verschweißt oder verklebt sind.Humidification device according to one of the preceding claims, characterized in that the membranes (12) arranged on both sides of the carrier plate (10) are connected to the carrier plate (10) at two or more of their outer edges, in particular welded or glued. Befeuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Plattenstapel (70) mit Membranplatten (40) ein Umgehungspfad (112) angeschlossen ist, insbesondere ein Umgehungspfad (112) mit einem Schaltventil (114) angeschlossen ist.Humidification device according to one of the preceding claims, characterized in that a bypass path (112) is connected to the plate stack (70) with membrane plates (40), in particular a bypass path (112) with a switching valve (114) is connected. Befeuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Membranplatten (40) in einem Gehäuse (102) angeordnet sind.Humidification device according to one of the preceding claims, characterized in that at least the membrane plates (40) are arranged in a housing (102). Befeuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (12) aus einem mikroporösen Material gebildet sind, insbesondere aus einem feuchtedurchlässigen oder wasserdurchlässigen Material gebildet sind, insbesondere aus einer PFSA-Membran.Humidification device according to one of the preceding claims, characterized in that the membranes (12) are formed from a microporous material, in particular from a moisture-permeable or water-permeable material, in particular from a PFSA membrane. Trägerplatte (10) für eine Befeuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein umlaufender Rand (30) eine Aufnahmefläche (36) für eine Membran (12) umgibt und Strömungskanäle (60) zumindest im Rand (30) von einer Stirnseite (66) in die Trägerplatte (10) hineinführenSupport plate (10) for a humidifying device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a circumferential edge (30) surrounds a receiving surface (36) for a membrane (12) and flow channels (60) at least in the edge (30) of one end face (66) into the carrier plate (10) Trägerplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Flachseiten der Trägerplatte (10) jeweils eine Aufnahmefläche (36) zur Aufnahme einer Membran (12) vorgesehen ist.Carrier plate after Claim 11 , characterized in that a receiving surface (36) for receiving a membrane (12) is provided on both flat sides of the carrier plate (10). Trägerplatte nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich an der Aufnahmefläche (36) gegenüberliegende Ränder (32) höher ausgebildet sind als die anderen beiden gegenüberliegenden Ränder (34), insbesondere wobei zwei gegenüberliegende Ränder (32) zu beiden Seiten über die Aufnahmefläche (36) in einer Stapelrichtung (74) mit einem Überstand (38) überstehen.Carrier plate after Claim 11 or 12th , characterized in that two are attached to the Reception surface (36) opposite edges (32) are formed higher than the other two opposite edges (34), in particular two opposite edges (32) on both sides over the reception surface (36) in a stacking direction (74) with a protrusion (38) ) survive. Trägerplatte nach Anspruch einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Rand (30) der Trägerplatte (10) aus Kunststoff gebildet ist, insbesondere aus Polypropylen oder faserverstärktem Polypropylen.Support plate according to claim one of Claims 11 to 13th , characterized in that at least the edge (30) of the carrier plate (10) is formed from plastic, in particular from polypropylene or fiber-reinforced polypropylene. Brennstoffzellensystem mit einer Befeuchtungseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Fuel cell system with a humidifying device (100) according to one of the Claims 1 to 9 .
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