DE102020210643A1 - Flussfeldelement für einen Membranbefeuchter - Google Patents

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Abstract

Ein Flussfeldelement 5 für einen Membranbefeuchter umfasst einen Rahmen 7 und eine innerhalb des Rahmens 7 angeordnete Stützstruktur 8, die eine Mehrzahl von ober- und unterseitig offenen Strömungskanälen 10 begrenzt, wobei die Stützstruktur 8 an den Enden der Strömungskanäle jeweils eine Überströmöffnung 12 ausbildet. Die Überströmöffnungen 12 sind jeweils von einem oberen Überströmabschnitt 14 und einem unteren Überströmabschnitt 15 begrenzt. Die Überströmabschnitte 14, 15, die vorzugsweise vollflächig geschlossen ausgestaltet sind, begrenzen jeweils mit dem Rahmen 7 eine offene Durchgangsöffnung 9a. Vorgesehen ist, dass bei zumindest einer der Überströmöffnungen 12 die von den Strömungskanälen 10 abgewandt gelegenen Stirnseiten 14a, 15a der dazugehörigen Überströmabschnitte 14, 15 zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch kann ein relativ großer Öffnungsquerschnitt für diese zumindest eine Überströmöffnung 12 realisiert werden, was sich positiv auf den Strömungswiderstand, den eine oder mehrere Gasströmungen beim Durchströmen eines solchen Flussfeldelements 5 beziehungsweise beim Durchströmen eines mehrere solcher Flussfeldelemente 5 umfassenden Membranbefeuchters erfahren, auswirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Flussfeldelement für einen Membranbefeuchter sowie einen Membranbefeuchter mit einer Mehrzahl solcher Flussfeldelemente.
  • Ein Membranbefeuchter kann in Kombination mit einem Brennstoffzellensystem verwendet werden, um die Feuchtigkeit des dem oder den Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems zuzuführenden, sauerstoffhaltigen Gases, bei dem es sich insbesondere um (Umgebungs-)Luft handeln kann, zu erhöhen. Hierzu kann einerseits das sauerstoffhaltige Gas und andererseits wasserdampfreiches Abgas der Brennstoffzelle durch den Membranbefeuchter geführt werden, wobei die beiden Gasströme mittels einer für Wasserdampf durchlässigen Membran voneinander separiert sind. Über diese Membran kann dann Wasserdampf von dem Abgas zu dem sauerstoffhaltigen Gas übertragen und dadurch dessen Feuchtigkeit erhöhten werden, ohne dass es zu einer weitergehenden Vermischung zwischen dem sauerstoffhaltigen Gas und dem Abgas kommt.
  • Ein solcher Membranbefeuchter ist aus der WO 2019/233988 A1 bekannt. Dieser umfasst zwei Deckplatten und mehrere Flussfeldelemente, die zwischen den Deckplatten angeordnet sind, wobei jeweils zwischen einem Paar benachbarter Flussfeldelemente eine für Wasserdampf durchlässige Membran angeordnet ist, die die zugeordneten Flussfeldelemente im Bereich von Strömungskanälen, die diese jeweils ausbilden, voneinander separiert. Die Flussfeldelemente weisen jeweils einen Rahmen und eine innerhalb des Rahmens angeordnete Stützstruktur auf, die eine Mehrzahl der ober- und unterseitig offenen Strömungskanäle begrenzt. An den Enden der Strömungskanäle bildet die Stützstruktur jeweils eine Überströmöffnung aus, die von einem oberen Überströmabschnitt und einem unteren Überströmabschnitt der Stützstruktur begrenzt ist. Die Gasströmungen, die voneinander separiert durch den Membranbefeuchter zu führen sind, strömen jeweils über eine der Überströmöffnungen in die Strömungskanäle des jeweils zugeordneten Flussfeldelements. Im Bereich der Strömungskanäle beziehungsweise der diese begrenzenden Stützstrukturen benachbarter Flussfeldelemente findet dann der Wasseraustausch zwischen den Gasströmungen statt. Über die jeweils andere Überströmöffnung der Flussfeldelemente sowie über mit den Überströmöffnungen fluidleitend verbundene Anschlusskanäle der Deckplatten werden die Gasströmungen abschließend von dem Membranbefeuchter abgeführt.
  • Bei den Flussfeldelementen des Membranbefeuchters gemäß der WO 2019/233988 A1 überdecken sich die jeweilen oberen und unteren Überströmabschnitte. Dadurch weisen diese nur relativ kleine Öffnungsquerschnitte auf. Dadurch erhöht sich der Strömungswiderstand für die Gasströmungen, was durch eine größere Förderleistung von zur Förderung der Gasströmungen vorgesehenen Strömungsmaschinen kompensiert werden muss.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den Strömungswiderstand für die Gasströmungen, die einen Membranbefeuchter gemäß der WO 2019/233988 A1 durchströmen, zu minimieren.
  • Diese Aufgabe ist bei einem Membranbefeuchter gemäß dem Patentanspruch 9, der mehrere Flussfeldelemente gemäß dem Patentanspruch 1 umfasst, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen eines erfindungsgemäßen Flussfeldelements sowie eines erfindungsgemäßen Membranbefeuchters sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
  • Ein erfindungsgemäßes Flussfeldelement für einen Membranbefeuchter umfasst einen Rahmen und eine innerhalb des Rahmens angeordnete Stützstruktur, die eine Mehrzahl von ober- und unterseitig offenen Strömungskanälen begrenzt, wobei die Stützstruktur an den Enden der Strömungskanäle jeweils eine Überströmöffnung ausbildet. Die Überströmöffnungen sind jeweils von einem oberen Überströmabschnitt und einem unteren Überströmabschnitt begrenzt. Die Überströmabschnitte, die vorzugsweise vollflächig geschlossen ausgestaltet sind, begrenzen jeweils, d.h. jedes Paar aus oberem und unteren Überströmabschnitt, mit dem Rahmen eine offene Durchgangsöffnung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei zumindest einer der Überströmöffnungen, vorzugsweise bei beiden Überströmöffnungen die von den Strömungskanälen abgewandt gelegenen Stirnseiten der dazugehörigen Überströmabschnitte (in einer von dem Rahmen aufgespannten Ebene) zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch kann ein relativ großer Öffnungsquerschnitt für die zumindest eine Überströmöffnung realisiert werden, was sich positiv auf den Strömungswiderstand, den eine oder mehrere Gasströmungen beim Durchströmen eines solchen Flussfeldelements beziehungsweise beim Durchströmen eines mehrere solcher Flussfeldelemente umfassenden, erfindungsgemäßen Membranbefeuchters erfahren, auswirkt.
  • Ein solcher erfindungsgemäßer Membranbefeuchter umfasst weiterhin zwei Deckplatten, wobei die mehreren erfindungsgemäßen Flussfeldelemente zwischen den Deckplatten angeordnet sind. Weiterhin ist (jeweils) eine zwischen einem Paar benachbarter Flussfeldelemente angeordnete, für Wasserdampf durchlässige Membran vorgesehen, die die Strömungskanäle dieses Paars der Flussfeldelemente voneinander separiert. Vorzugsweise umfasst ein solcher Membranbefeuchter mehr als ein Paar erfindungsgemäßer Flussfeldelemente und damit auch zwei oder mehr Membranen, die zwischen den Flussfeldelementen der verschiedenen Paare angeordnet sind.
  • Die (Teil-)Begriffe „ober“ und „unter“ dienen lediglich einer Unterscheidung und bedingen keine konkrete Anordnung bezüglich der Vertikal- beziehungsweise Schwerkraftrichtung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Flussfeldelements kann vorgesehen sein, dass die Überströmabschnitte vollständig zueinander versetzt angeordnet sind, so dass sich diese bezüglich einer Richtung, die senkrecht zu der von dem Rahmen aufgespannten Ebene ausgerichtet ist, insgesamt nicht überdecken. Dadurch kann ein besonders großer Öffnungsquerschnitt für die entsprechende Überströmöffnung erhalten werden.
  • Zur Realisierung einer vorteilhaften Stabilität eines erfindungsgemäßen Flussfeldelement kann vorgesehen sein, dass die Wandstruktur, die die Strömungskanäle voneinander separiert, sich zumindest teilweise bis zu den Stirnseiten aller Überströmabschnitte erstreckt. Somit verläuft die Wandstruktur beziehungsweise verlaufen einzelne Trennwände davon auch zwischen den zueinander versetzt angeordneten Stirnseiten der Überströmabschnitte. Dadurch wird die entsprechende Überströmöffnung in mehrere Teilöffnungen unterteilt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Flussfeldelements kann vorgesehen sein, dass die Wandstruktur, die die Strömungskanäle voneinander separiert, Verbindungsöffnungen aufweist, die ein Überströmen von Gasen zwischen den Strömungskanälen ermöglichen. Dadurch wird eine möglichst vorteilhafte Gleichverteilung des die Strömungskanäle durchströmenden Gases und damit eine möglichst vorteilhafte Kontaktierung dieses Gases mit der oder den angrenzenden Membranen eines erfindungsgemäßen Membranbefeuchters realisiert. Dies kann sich vorteilhaft auf den Wasseraustausch zwischen den zwei Gasströmungen auswirken. Besonders bevorzugt kann dann noch vorgesehen sein, dass die Verbindungsöffnungen randseitig offen ausgebildet sind, so dass ein Gas, das sich innerhalb der Verbindungsöffnungen befindet, auch dort die angrenzende Membran kontaktieren kann, wodurch ein möglichst großflächiger Kontakt des Gases mit der Membran realisiert werden kann.
  • Für eine vorteilhafte Durchströmung der Strömungskanäle eines erfindungsgemäßen Flussfeldelements kann vorgesehen sein, dass die Stirnseiten der Überströmabschnitte einen gekrümmten, insbesondere einen teilkreisförmigen Verlauf aufweisen.
  • Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Stützstruktur mit dem Rahmen zudem mindestens zwei geschlossene Durchgangsöffnungen begrenzt, die von den Strömungskanälen der Stützstruktur separiert sind, so dass kein Überströmen von Gas aus den geschlossenen Durchgangsöffnungen in die Strömungskanäle erfolgen kann. Diese Ausgestaltung ermöglicht, eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Flussfeldelementen in einer stapelförmigen Anordnung in einem erfindungsgemäßen Membranbefeuchter zu kombinieren, wobei die geschlossenen Durchgangsöffnungen der einzelnen Flussfeldelemente des oder jedes Paars fluidleitend mit den offenen Durchgangsöffnungen des jeweils anderen Flussfeldelements des Paars verbunden sind. Die offenen Durchgangsöffnungen der stapelförmig angeordneten Flussfeldelemente bilden folglich jeweils mit einer geschlossenen Durchgangsöffnung eines benachbarten Flussfeldelements einen Gasführungskanal aus, wobei insgesamt zwei als Zuströmkanäle dienende Gasführungskanäle vorgesehen sind, die über die Strömungskanäle jedes zweiten Flussfeldelements mit jeweils einem als Abströmkanal dienenden Gasführungskanal fluidleitend verbunden sind. Dadurch können zwei Gasströmungen separiert voneinander durch einen entsprechenden Membranbefeuchter geführt werden, wobei die Gasströmungen dabei auf jeweils einer Seite jeder der Membranen vorbeiströmen kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Flussfeldelements kann vorgesehen sein, dass der Rahmen zwei gerade und insbesondere parallel verlaufende Längsseiten und zwei gerade und insbesondere parallel verlaufende Querseiten aufweist, wobei die offenen Durchgangsöffnungen und/oder die geschlossenen Durchgangsöffnungen jeweils in einem Übergangsbereich zwischen einer Längsseite und einer Querseite angeordnet ist/sind. Die Übergangsbereiche können insbesondere einen Winkel von 90° einschließen. Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die die offenen Durchgangsöffnungen einerseits und die geschlossenen Durchgangsöffnungen andererseits jeweils in zueinander diagonal gelegenen Übergangsbereichen angeordnet sind. Ein solches erfindungsgemäßes Flussfeldelement ermöglicht die Ausgestaltung eines kompakten und hinsichtlich der Durchströmung vorteilhaften Membranbefeuchters. Weiterhin ermöglicht eine solche Ausgestaltung, ausschließlich identisch ausgestaltete Flussfeldelemente in dem Membranbefeuchter zu verwenden, wobei die Zuordnung der offenen Durchgangsöffnungen und der geschlossenen Durchgangsöffnungen der einzelnen Flussfeldelemente zu unterschiedlichen Anschlüssen des Membranbefeuchters und damit zu unterschiedlichen Gasströmungen durch unterschiedlichen Ausrichtung der Flussfeldelemente realisiert werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
    • 1: einen erfindungsgemäßen Membranbefeuchter in einer perspektivischen Darstellung;
    • 2: einen oberen Abschnitt des Membranbefeuchters, teilweise in einer Explosionsdarstellung;
    • 3: einen oberen Abschnitt des Membranbefeuchters in einer Explosionsdarstellung;
    • 4: einen Abschnitt eines Flussfeldelements des Membranbefeuchters; und
    • 5: eine Schnittdarstellung eines Abschnitts eines Flussfeldelements des Membranbefeuchters.
  • Die 1 bis 4 zeigen eine Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Membranbefeuchters. Der Membranbefeuchter umfasst zwei Deckplatten 1, wobei die Deckplatten 1 eine in etwa rechteckige Grundfläche aufweisen. Randseitig weisen die Deckplatten 1 eine Mehrzahl von Aufnahmeöffnungen 2 auf, die der Aufnahme von jeweils einem Gewindebolzen einer Schraube 3 dienen. Die Schrauben 3 sind für ein Einschrauben in jeweils einen Kopf eines von mehreren Zugankern 4 des Membranbefeuchters vorgesehen. Mittels der Zuganker 4 und der diese mit den Deckplatten 1 verbindenden Schrauben 3 werden die Deckplatten 1 zueinander positioniert und dabei ein aus einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Flussfeldelementen 5 sowie Membranelementen 6 bestehender Stapel zwischen den beiden Deckplatten 1 verspannt.
  • Die Flussfeldelemente 5 umfassen jeweils einen Rahmen 7 sowie eine innerhalb des Rahmens 7 angeordnete und mit dem Rahmen 7 einstückig ausgebildete Stützstruktur 8. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Flussfeldelemente 5 aus Kunststoff und beispielsweise als Spritzgussbauteile ausgestaltet sind. Der Rahmen 7 jedes der Flussfeldelemente 5 weist zwei gerade und parallel verlaufende Längsseiten 7a sowie zwei gerade und parallel verlaufende Querseiten 7b auf, wobei zwischen den Längsseiten 7a und Querseiten 7b rechte Winkel eingeschlossen sind. Dadurch ergibt sich eine in etwa rechteckige Form des Rahmens 7 der Flussfeldelemente 5, dabei jedoch mit abgerundeten beziehungsweise bogenförmig verlaufenden Übergangsbereichen 7c zwischen den Längsseiten 7a und den Querseiten 7b.
  • In jedem dieser Übergangsbereiche 7c bilden die Flussfeldelemente 5 eine Durchgangsöffnung 9 aus, wobei von den insgesamt vier Durchströmöffnungen 9 zwei offen und zwei geschlossen ausgestaltet sind. Dabei liegen sich jeweils die zwei offenen Durchgangsöffnungen 9a sowie die zwei geschlossenen Durchgangsöffnungen 9b diagonal gegenüber. Die offenen Durchgangsöffnungen 9a unterscheiden sich von den geschlossenen Durchgangsöffnungen 9b dahingehend, dass diese eine fluidleitende Verbindung über eine Überströmöffnung 12 mit Strömungskanälen 10 aufweisen, die von einer Wandstruktur 11 der Stützstruktur 8 begrenzt sind, wobei die Strömungskanäle 10 ober- und unterseitig offen sind, um einen Kontakt eines Gases, das die Strömungskanäle 10 durchströmt, mit einer oder zwei angrenzenden Membranen 13 des Membranbefeuchters zu ermöglichen.
  • Die Überströmöffnungen 12 der Flussfeldelemente 5 beziehungsweise der Stützstrukturen 8 davon sind jeweils von einem oberen Überströmabschnitt 14 und einem unteren Überströmabschnitt 15 begrenzt, die vollflächig geschlossen ausgestaltet sind, um jeweils eine durchgehende Anlagefläche für einen randseitigen Dichtabschnitt 16 eines der Membranelemente 6 bereitzustellen. Für eine sichere Positionierung der Dichtabschnitte 16 der Membranelemente 6 sind in die Außenflächen der Überströmabschnitte 14, 15 der Flussfeldelemente 5 geeignete Vertiefungen 25 eingebracht.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die von den Strömungskanälen 10 abgewandt gelegenen Stirnseiten 14a, 15a der jeweils eine Überströmöffnung 12 begrenzenden Überströmabschnitte 14, 15, die beide einen gekrümmten und konkret teilkreisförmigen Verlauf aufweisen, innerhalb einer von dem Rahmen 7 des jeweiligen Flussfeldelements 5 aufgespannten Ebene zueinander versetzt angeordnet sind (vgl. 4 und 5). Dabei sind die Überströmabschnitte 14, 15 vollständig zueinander versetzt angeordnet, so dass sich diese, bezogen auf eine Richtung, die senkrecht zu einer von dem Rahmen 7 aufgespannten Ebene ausgerichtet ist, insgesamt nicht überdecken. Durch diese versetzte Anordnung der jeweils eine Überströmöffnung 12 begrenzenden Überströmabschnitte 14, 15 wird erreicht, dass die Überströmöffnungen 12 relativ große Öffnungsquerschnitte aufweisen und dadurch einen nur relativ geringen Strömungswiderstand für ein durch diese strömendes Gas bewirken.
  • Die Überströmöffnungen 12 sind jeweils in eine Mehrzahl von Teilöffnungen unterteilt, was sich dadurch ergibt, dass sich die Wandstruktur 11 der Stützstruktur 8, die die Strömungskanäle 10 voneinander separiert, teilweise bis zu den Stirnseiten 14a, 15a aller Überströmabschnitte 14, 15 und damit auch bis zu der Stirnseite 14a, 15a des jeweils relativ nah an dem dazugehörigen Übergangsbereich 7c des Rahmens 7 gelegenen Überströmabschnitt 14, 15 erstreckt (vgl. 4 und 5).
  • Um ein Überströmen eines Gases zwischen den Strömungskanälen 10 zu ermöglichen, weist die Wandstruktur 11, die die Strömungskanäle 10 voneinander separiert, randseitig offene Verbindungsöffnungen 17 auf.
  • Die Membranelemente 6 umfassen ebenfalls jeweils einen Rahmen 18, dessen Form an die Form des Rahmens 7 der Flussfeldelemente 5 angepasst ist, wobei in diesen Rahmen 18 der Membranelemente 6 ober- und unterseitig jeweils ein umlaufendes Dichtelement 19 integriert ist, das abdichtend an dem Rahmen 7 jeweils eines angrenzenden Flussfeldelements 5 anliegt.
  • Innenseitig sind im Bereich von Übergangsbereichen 18c des ebenfalls in etwa rechteckigen Rahmens 18 der Membranelemente 6 die bereits erwähnten, teilkreisförmig verlaufenden Dichtabschnitte 16 angeordnet, wobei die Dichtabschnitte 16 jeweils mit dem Rahmen 18 eine Durchgangsöffnung 20 begrenzen. Die jeweilige Membran 13 der Membranelemente 6 erstreckt sich vollflächig zwischen den Dichtabschnitten 16 sowie innerhalb von geradlinig verlaufenden Abschnitten von Längsseiten 18a und Querseiten 18b des Rahmens 18 der Membranelemente 6, wodurch die Membranen 16 die Strömungskanäle 10 von jeweils zwei angrenzenden Flussfeldelementen 5 vollflächig überdecken. Folglich wird eine grundsätzliche Separierung von unterschiedlichen Gasströmungen, die durch die Strömungskanäle 10 von zwei an jeweils ein Membranelement 6 angrenzenden Flussfeldelementen 5 strömen, erreicht, wobei infolge der Semipermeabilität der Membranen 13 dampfförmiges Wasser zwischen den Gasströmungen ausgetauscht werden kann.
  • Um eine ausreichend große Gesamtmembranfläche bereitzustellen, die eine ausreichende Befeuchtung eines Gasstroms durch einen Übergang von Wasser aus einem anderen Gasstrom gewährleistet, ist die bereits erwähnte Stapelung einer Vielzahl von Flussfeldelementen 5 und Membranelementen 6 in sich abwechselnder Reihenfolge vorgesehen. Um dabei eine Vermischung der Gasströme zu vermeiden, sind die Flussfeldelemente 5 jeweils abwechselnd unterschiedlich ausgerichtet, wobei sich diese unterschiedlichen Ausrichtungen durch ein Wenden eines von zwei benachbarten (jeweils lediglich durch ein Membranelement 6 voneinander separierten) Flussfeldelementen 5 beziehungsweise durch ein Drehen um 180° dieses Flussfeldelements 5 um eine Querachse ergibt. Dadurch überdecken sich die offenen Durchgangsöffnungen 9a lediglich jedes zweiten Flussfeldelements 5 der Stapelung, wohingegen eine der geschlossenen Durchgangsöffnungen 9b des jeweils dazwischenliegenden Flussfeldelements 5 in Überdeckung mit offenen Durchgangsöffnungen 9a der benachbarten Flussfeldelemente 5 gelegen ist. Durch diese Stapelung der Flussfeldelemente 5 und der Membranelemente 6 werden von den zugehörigen Durchgangsöffnungen 9 insgesamt vier Gasführungskanäle 21 ausgebildet (vgl. 2), von denen die sich diagonal gegenüberliegenden Gasführungskanäle 21 jeweils über jedes zweite der Flussfeldelemente 5 beziehungsweise über die von diesen ausgebildeten Strömungskanäle 10 miteinander verbunden sind.
  • Die Gasführungskanäle 21 sind jeweils mit einem Anschlussflansch 22 des Membranbefeuchters fluidleitend verbunden, wobei die Anschlussflansche 22 in jeweils eine Anschlussöffnung 23 einer der Deckplatten 1 abgedichtet integriert, beispielsweise eingeschraubt sind. Dabei bilden die Deckplatten 1 jeweils vier, sich mit den Gasführungskanälen 22 überdeckende Anschlussöffnungen 23 aus, wobei in zwei dieser Anschlussöffnungen 23 die dazugehörigen Anschlussflansche 22 und in die zwei anderen Anschlussöffnungen 23 Deckel 24 integriert, beispielsweise eingeschraubt sind. Diese Ausgestaltung der Deckplatten 1 ermöglicht einen flexiblen Anschluss von Anschlussleitungen (nicht dargestellt), über die zwei Gasströmungen zu dem Membranbefeuchter hingeführt und von diesem wieder abgeführt werden können. Bei der in der 1 dargestellten Konstellation ist eine jeweils U-förmige Durchströmung des Membranbefeuchters mittels der zwei Gasströmungen vorgesehen, so dass die zwei jeweils einer Gasströmung zugeordneten Anschlussflansche 22 in dieselbe Deckplatte 1 integriert sind. Alternativ kann auch eine Z-förmige Durchströmung realisiert werden, wenn die zwei jeweils einer Gasströmung zugeordneten Anschlussflansche 22 in die unterschiedlichen Deckplatten 1 integriert sind.
  • Der dargestellte Membranbefeuchter kann dafür vorgesehen sein, die Feuchtigkeit von (Umgebungs-)Luft, die einem Brennstoffzellensystem zugeführt werden soll, durch einen Wasserübergang aus Abgas des Brennstoffzellensystems, bei dem es sich beispielsweise um reines (dampfförmiges) Wasser handeln kann, zu erhöhen. Die zwei Gasströme, die separiert durch den Membranbefeuchter geführt werden, sind somit einerseits der Zuluftstrom und der Abgasstrom des Brennstoffzellensystems.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Deckplatte
    2
    Aufnahmeöffnung
    3
    Schraube
    4
    Zuganker
    5
    Flussfeldelement
    6
    Membranelement
    7
    Rahmen des Flussfeldelements
    7a
    Längsseite des Rahmens des Flussfeldelements
    7b
    Querseite des Rahmens des Flussfeldelements
    7c
    Übergangsbereich des Rahmens des Flussfeldelements
    8
    Stützstruktur des Flussfeldelements
    9
    Durchgangsöffnung des Flussfeldelements
    9a
    offene Durchgangsöffnung des Flussfeldelements
    9b
    geschlossene Durchgangsöffnung des Flussfeldelements
    10
    Strömungskanal des Flussfeldelements
    11
    Wandstruktur des Flussfeldelements
    12
    Überströmöffnung des Flussfeldelements
    13
    Membran des Membranelements
    14
    oberer Überströmabschnitt des Flussfeldelements
    14a
    Stirnseite des oberen Überströmabschnitts
    15
    unterer Überströmabschnitt des Flussfeldelements
    15a
    Stirnseite des unteren Überströmabschnitts
    16
    Dichtabschnitt des Membranelements
    17
    Verbindungsöffnung der Wandstruktur
    18
    Rahmen des Membranelements
    18a
    Längsseite des Rahmens des Membranelements
    18b
    Querseite des Rahmens des Membranelements
    18c
    Übergangsbereich des Rahmens des Membranelements
    19
    Dichtelement des Membranelements
    20
    Durchgangsöffnung des Membranelements
    21
    Gasführungskanal
    22
    Anschlussflansch
    23
    Anschlussöffnung der Deckplatte
    24
    Deckel
    25
    Vertiefung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2019/233988 A1 [0003, 0004, 0005]

Claims (10)

  1. Flussfeldelement (5) für einen Membranbefeuchter, mit einem Rahmen (7) und einer innerhalb des Rahmens (7) angeordneten Stützstruktur (8), die eine Mehrzahl von ober- und unterseitig offenen Strömungskanälen (10) begrenzt, wobei die Stützstruktur (8) an den Enden der Strömungskanäle (10) jeweils eine Überströmöffnung (12) ausbildet, die jeweils von einem oberen Überströmabschnitt (14) und einem unteren Überströmabschnitt (15) begrenzt ist, wobei die Überströmabschnitte (14, 15) mit dem Rahmen (7) jeweils eine offene Durchgangsöffnung (9a) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer der offenen Durchgangsöffnung (9a) die von den Strömungskanälen (10) abgewandt gelegenen Stirnseiten (14a, 15a) der dazugehörigen Überströmabschnitte (14, 15) zueinander versetzt angeordnet sind.
  2. Flussfeldelement (5) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmabschnitte (14, 15) vollständig zueinander versetzt angeordnet sind
  3. Flussfeldelement (5) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine die Strömungskanäle (10) voneinander separierende Wandstruktur (11) bis zu den Stirnseiten (14a, 15a) aller Überströmabschnitte (14, 15) erstreckt.
  4. Flussfeldelement (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine/die die Strömungskanäle (10) voneinander separierende Wandstruktur (11) Verbindungsöffnungen (17) aufweist, die ein Überströmen eines Gases zwischen den Strömungskanälen (10) ermöglichen.
  5. Flussfeldelement (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (14a, 15a) der Überströmabschnitte (14, 15) einen gekrümmten Verlauf aufweisen.
  6. Flussfeldelement (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (8) mit dem Rahmen (7) zwei geschlossene Durchgangsöffnungen (9b) begrenzt, die von den Strömungskanälen (10) separiert sind.
  7. Flussfeldelement (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) zwei gerade verlaufende Längsseiten (7a) und zwei gerade verlaufende Querseiten (b) aufweist, wobei die offenen Durchgangsöffnungen (9a) und/oder die geschlossenen Durchgangsöffnungen (9b) jeweils in einem Übergangsbereich (7c) zwischen einer Längsseite (7a) und einer Querseite (7b) angeordnet sind.
  8. Flussfeldelement (5) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Durchgangsöffnungen (9a) und die geschlossenen Durchgangsöffnungen (9b) jeweils in zueinander diagonal gelegenen Übergangsbereichen (7c) angeordnet sind.
  9. Membranbefeuchter mit zwei Deckplatten (1), mehreren Flussfeldelementen (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die zwischen den Deckplatten (1) angeordnet sind, und (jeweils) einer zwischen einem Paar benachbarter Flussfeldelemente (5) angeordneten, für Wasserdampf durchlässigen Membran (13), die die Strömungskanäle (10) dieses Paars der Flussfeldelemente (5) voneinander separiert.
  10. Membranbefeuchter gemäß Anspruch 9, wobei die Flussfeldelemente (5) gemäß Anspruch 6 ausgestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Durchgangsöffnungen (9a) der einzelnen Flussfeldelemente (5) eines/des Paars fluidleitend mit den geschlossenen Durchgangsöffnungen (9b) des jeweils anderen Flussfeldelements (5) des Paars verbunden sind.
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DE102022112009A1 (de) 2022-05-13 2023-11-16 Mann+Hummel Gmbh Befeuchterstapel, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, Befeuchtungseinrichtung und Membrane für einen Befeuchterstapel

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