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Die Erfindung betrifft einen Befeuchter, insbesondere einen Membranbefeuchter, für ein Brennstoffzellensystem, vorzugsweise für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch, ein entsprechendes Brennstoffzellensystem nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch und ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Befeuchters nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch.
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Stand der Technik
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Für einen optimalen Betrieb eines Brennstoffzellensystems wird dessen Zuluft befeuchtet. Dadurch werden die Performance und die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems verbessert. Es gibt verschiedene Technologien, um die Zuluft eines Brennstoffzellensystems zu befeuchten. Am weitesten verbreitet sind Membranbefeuchter. Ein beispielhafter Befeuchter ist z. B. aus der Druckschrift
US2017077531A bekannt. Dabei wird das Produktwasser des Brennstoffzellensystems genutzt, um die Zuluft zu befeuchten. Solche Membranbefeuchter weisen in der Regel vier Anschlüsse auf und können runde oder eckige Gehäuse aufweisen. Es werden je zwei Anschlüsse für die zu befeuchtende Zuluft und die feuchte Abluft des Brennstoffzellensystems benötigt. Die Zuluft zum Brennstoffzellensystem und die Abluft von dem Brennstoffzellensystem werden zumeist im Gegenstrom betrieben, um eine möglichst hohe Feuchteübertragung zu erreichen. Die vier Anschlüsse können unterschiedlich am Befeuchter angeordnet sein. Es sind z.B. U-Flow-Anschlüsse und Z-Flow-Anschlüsse bekannt.
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Die eigentlichen Befeuchter-Membranen bzw. Membranbündel befinden sich im mittleren Teil des Befeuchters und müssen möglichst luftdicht mit dem Gehäuse verbunden sein. Eine bekannte Variante sieht ein Vergießen der Membranen bzw. Membranbündel mit dem Gehäuse vor. An dem Mittelteil befinden sich in der Regel die Anschlüsse für die feuchte Abluft des Brennstoffzellensystems. An den Mittelteil werden zumeist die Endkappen befestigt, welche die Anschlüsse für die Zuluft des Brennstoffzellensystems enthalten.
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Die Endkappen können in der Regel einfach modifiziert werden, um einen Z-Flow oder U-Flow für die zu befeuchtende Zuluft zu erzeugen. Bei dem Mittelteil mit den vergossenen Membranbündeln ist das nicht mehr möglich, da die Membranbündel mit dem Mittelteil bei der Herstellung verklebt werden. Die bekannten Befeuchter können in der Regel nur eine Grundform der Anschlüsse am Mittelteil aufweisen, U-Flow-Anschlüsse oder Z-Flow-Anschlüsse. Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, dass es Einbausituationen, insbesondere in Elektrofahrzeugen, gibt, bei denen entweder die Anschlüsse im U-Flow oder Z-Flow vorteilhaft sind. Ein Befeuchter, welcher in unterschiedliche Einbausituationen verwendet werden kann, ist zurzeit nicht bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt gemäß einem ersten Aspekt bereit: einen Befeuchter, insbesondere einen Membranbefeuchter, für ein Brennstoffzellensystem, vorzugsweise für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, bevorzugt in unterschiedlichen Modellen von Elektrofahrzeugen, die über verschiedene Einbausituationen verfügen können, mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches. Die Erfindung stellt gemäß einem zweiten Aspekt bereit: ein entsprechendes Brennstoffzellensystem nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Die Erfindung stellt gemäß einem dritten Aspekt bereit: ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Befeuchters nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den einzelnen erfindungsgemäßen Aspekten beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen erfindungsgemäßen Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt vor: einen Befeuchter, insbesondere einen Membranbefeuchter, für ein (PEM-)Brennstoffzellensystem, vorzugsweise für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, bevorzugt in unterschiedlichen Modellen von Elektrofahrzeugen, die über verschiedene Einbausituationen verfügen können, mit einem Gehäuse, aufweisend:
- einen im Wesentlichen zylindermantelförmigen Mittelteil zur Aufnahme von Membranen und/oder Membranenbündel,
- wobei insbesondere der Mittelteil an beiden Stirnseiten Aufnahmeöffnungen zum Einfügen der Membranen und/oder Membranenbündel in den Mittelteil aufweisen kann,
- wobei vorzugsweise der Mittelteil im Querschnitt eine runde, ovale oder eckige Form aufweisen kann,
- und zwei Endklappen zum fluiddichten Verschließen des Mittelteils an den offenen Stirnseiten,
- wobei am Mittelteil:
- - ein Einlassanschluss zum Einführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem in den Befeuchter und
- - ein Auslassanschluss zum Abführen einer entfeuchteten Abluft vom Brennstoffzellensystem aus dem Befeuchter vorgesehen sind,
- und wobei die zwei Endklappen:
- - eine erste Endklappe mit einem Einlassanschluss zum Einführen einer zu befeuchtenden Zuluft für das Brennstoffzellensystem in den Befeuchter und
- - eine zweite Endklappe mit einem Auslassanschluss zum Abführen einer befeuchteten Zuluft für das Brennstoffzellensystem aus dem Befeuchter aufweisen.
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Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Mittelteil derart ausgeführt ist, dass wahlweise, d. h. nach Bedarf, nach Wunsch und/oder nach Einbausituation ein U-Flow oder ein Z-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel eingestellt bzw. realisiert wird.
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Ein U-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel kann im Sinne der Erfindung derart bereitgestellt werden, dass die Anschlüsse zum Einführen und/oder zum Ausführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem in oder aus den Befeuchter zur gleichen Seite bezüglich einer vorgesehenen Erstreckungsebene in dem Mittelteil für die Membranen und/oder Membranenbündel zeigen. Dabei spricht man von U-Flow-Anschlüssen für die Abluft.
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Ein Z-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel kann im Sinne der Erfindung derart bereitgestellt werden, dass die Anschlüsse zum Einführen und/oder zum Ausführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem in oder aus den Befeuchter zur unterschiedlichen Seiten bezüglich einer vorgesehenen Erstreckungsebene in dem Mittelteil für die Membranen und/oder Membranenbündel zeigen. Dabei spricht man von Z-Flow-Anschlüssen für die Abluft.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass ein neuartig aufgebauter Mittelteil des Befeuchters vorgeschlagen wird, um eine maximale Varianz der Anschlüsse an einen Membranbefeuchter zu erreichen.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann der Mittelteil, in welchem die Membranen und/oder Membranenbündel aufgenommen werden, in zwei, bevorzugt gleich große, Teile entlang der Längserstreckungsrichtung des Mittelteils halbiert werden. Mit anderen Worten wird der Mittelteil mit zwei Gehäuseteilen bereitgestellt, die modular zu einem kompletten Mittelteil zusammengestellt werden. Mindestens eines von oder beide Gehäuseteile kann/können einen Befestigungsflansch aufweisen, um ein Gehäuseteil mit dem zweiten, vorzugsweise identischen, Gehäuseteil des Mittelteils zu verbinden. Die beiden Gehäuseteile können bspw. stoffschlüssig (Löten, Schweißen, Kleben und/oder Vulkanisieren) bzw. unlösbar verbunden werden, wenn z. B. nicht mehr beabsichtigt wird, die Membranbündel von dem Mittelteil zu demontieren, oder form- und/oder kraftschlüssig (mittels Klammern, Schrauben, Nieten, Rastelementen und/oder Clipse), wenn eine Demontage der Membranbündel von dem Mittelteil möglich bleiben soll. Ferner ist eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Gehäuseteilen als Sicherung der stoffschlüssigen Verbindung denkbar. Mit einem solchen modularen Aufbau des Mittelteils kann der Befeuchter mit den gleichen Grundelementen (zwei Endkappen und zwei Gehäuseteile) alle Varianten der Anschlüsse für die Abluft und die Zuluft abdecken. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist, dass die Spritzgussform für die Gehäuseteile einfacher ausfällt und durch die doppelte Anzahl an Gehäuseteilen pro gefertigtem Befeuchter schneller abgeschrieben werden kann.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung kann der Mittelteil des Befeuchters mindestens drei Anschlüsse aufweisen. Davon werden immer nur zwei für den Luftfluss benötigt. Der dritte Anschluss kann wahlweise durch einen Blindstopfen verschlossen oder als ein Drain-Abfluss benutzt werden. Diese Ausführungsform erfordert keinen Zusammenbau der Gehäuseteile.
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Ferner kann die Erfindung bei einem Befeuchter vorsehen, dass der Mittelteil modular (mindestens zweiteilig) aufgebaut ist. Auf diese Weise kann der Mittelteil flexibel zusammengestellt werden, um nach Bedarf einen U-Flow oder einen Z-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel einzustellen bzw. zu realisieren.
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Weiterhin kann die Erfindung bei einem Befeuchter vorsehen, dass der Mittelteil (mindestens) zwei separate zylindermantelförmige Gehäuseteile aufweist, wobei insbesondere die Gehäuseteile jeweils mit nur einem Anschluss zum Einführen und/oder zum Ausführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem in oder aus den Befeuchter ausgeführt sind. Die Gehäuseteile können flexibel zusammengestellt werden, um nach Bedarf einen U-Flow oder einen Z-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel einzustellen bzw. zu realisieren.
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Hierbei ist es denkbar, dass die Gehäuseteile symmetrisch ausgebildet sind. Auf diese Weise kann die Herstellung des Mittelteils wesentlich vereinfacht werden. Insbesondere eine Spritgussform für die Gehäuseteile kann dadurch vereinfacht werden. Ein und dieselbe Spritgussform kann dabei für jedes von den beiden Gehäuseteilen verwendet werden.
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Des Weiteren kann die Erfindung bei einem Befeuchter vorsehen, dass der Mittelteil, insbesondere die Gehäuseteile des Mittelteils, mithilfe eines Spritzgussverfahrens hergestellt ist. Auf diese Weise kann eine einfache und schnelle Herstellung des Mittelteils, insbesondere der Gehäuseteile, in einer großen Stückzahl ermöglicht werden.
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Zudem kann die Erfindung bei einem Befeuchter vorsehen, dass die Gehäuseteile jeweils einen Befestigungsflansch aufweisen, wobei die Befestigungsflansche dazu ausgeführt sind, die Gehäuseteile stoffschlüssig, vorzugsweise durch Löten, Schweißen, Kleben und/oder Vulkanisieren, und/oder form- und/oder kraftschlüssig, vorzugsweise mittels Klammern, Schrauben, Nieten, Rastelementen und/oder Clipse, insbesondere luftdicht, miteinander zu verbinden. Somit kann auf eine einfache Art und Weise ein fertiger Mittelteil aus den Gehäuseteilen zusammengebaut werden.
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Außerdem kann die Erfindung bei einem Befeuchter vorsehen, dass die Endklappen lösbar, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, vorzugsweise mittels Schrauben, Nieten, Rastelementen und/oder Clipse, am Mittelteil befestigt sind, um nach Bedarf einen U-Flow oder einen Z-Flow der zu befeuchtenden Zuluft durch den Befeuchter einzustellen, wobei insbesondere innerhalb des Mittelteils die Zuluft entlang der Membranen und/oder Membranenbündel geleitet wird. Auf diese Weise können mithilfe des Befeuchters flexible Anschlüsse nicht nur für die Abluft, sondern auch für die Zuluft bereitgestellt werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Einbausituationen besonders flexibel behandelt werden.
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Ferner kann die Erfindung bei einem Befeuchter vorsehen, dass der Mittelteil einen dritten Anschluss für die Abluft aufweist. Insbesondere kann der Mittelteil einen zusätzlichen Einlassanschluss zum Einführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem in den Befeuchter aufweisen, um mithilfe des Einlassanschlusses und des zusätzlichen Einlassanschlusses sowie des Auslassanschlusses nach Bedarf einen U-Flow oder einen Z-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel einzustellen. Auf diese Weise kann ein einteiliger Mittelteil zur Verfügung gestellt werden, welcher flexible Anschlüsse für den U-Flow oder Z-Flow ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem zweiten Aspekt vor: ein Brennstoffzellensystem mit einem Befeuchter, welcher wie oben beschrieben ausgeführt werden kann. Mithilfe des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Befeuchter beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem dritten Aspekt vor: ein Verfahren zum Herstellen eines Befeuchters, welcher wie oben beschrieben ausgeführt werden kann, sodass der Mittelteil derart ausgeführt wird, um nach Bedarf einen U-Flow oder einen Z-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel einzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweisen:
- - Bereitstellen einer Spritzgussform zum Ausformen eines Gehäuseteils für den Mittelteil mit nur einem Anschluss zum Einführen und/oder zum Ausführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem in oder aus den Befeuchter,
- - Spritzgießen eines ersten Gehäuseteils mithilfe der Spritzgussform,
- - Spritzgießen eines zweiten Gehäuseteils mithilfe der (gemeint ist derselben) Spritzgussform,
- - Anordnen des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils, sodass die Anschlüsse des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils bezüglich einer vorgesehenen Erstreckungsebene in dem Mittelteil für die Membranen und/oder Membranenbündel
auf einer gleichen Seite des Mittelteils, um einen U-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel einzustellen, oder
auf unterschiedlichen Seite des Mittelteils liegen, um einen Z-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel einzustellen
- - Verbinden des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil, um den Mittelteil zu erhalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweisen:
- - Bereitstellen einer Spritzgussform zum Ausformen des Mittelteils mit drei Anschlüssen zum Einführen und/oder zum Ausführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem in oder aus den Befeuchter (100),
- - Spritzgießen des Mittelteils mithilfe der Spritzgussform.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Befeuchter beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 bekannte Befeuchter in einer runden und eckigen Form,
- 2 ein beispielhafter Befeuchter mit U-Flow-Anschlüssen für die Abluft und die Zuluft eines Brennstoffzellensystems,
- 3 eine beispielhafte Einbausituation eines Brennstoffzellensystems in einem Elektrofahrzeug,
- 4 beispielhafte Befeuchter mit kombinierten Z-Flow- und U-Flow-Anschlüssen und mit beiden Z-Flow-Anschlüssen für die Abluft und die Zuluft eines Brennstoffzellensystems,
- 5 eine schematische Ansicht auf einen Mittelteil eines Befeuchters von einer Stirnseite,
- 6 eine schematische Darstellung eines Befeuchters im Sinne der Erfindung mit zwei Gehäuseteilen für den Mittelteil,
- 7 eine schematische Darstellung eines Befeuchters im Sinne der Erfindung mit zwei Gehäuseteilen für den Mittelteil, die links in der 7 so zusammengestellt sind, um einen U-Flow für die Abluft und die Zuluft eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, und die rechts in der 7 so zusammengestellt sind, um einen Z-Flow für die Abluft und die Zuluft eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, und
- 8 eine schematische Darstellung eines Befeuchters im Sinne der Erfindung mit drei Anschlüssen für die Abluft des Brennstoffzellensystems.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
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Die 1, 2 und 4 zeigen einige Ausführungsformen von bekannten Befeuchtern 100*. Solche Befeuchter 100* weisen in der Regel vier Anschlüsse A1, A2, L1, L2 auf. Zumeist werden je zwei Anschlüsse A1, A2 oder L1, L2 für die zu befeuchtende Zuluft L bzw. die feuchte Abluft A des Brennstoffzellensystems 1 benötigt.
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Die Befeuchter 100* können runde oder eckige Gehäuse aufweisen, wie dies in der 1 und in der 4 verdeutlich ist.
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Wie es die 2 und die 4 außerdem zeigen, können die Zuluft L zum Brennstoffzellensystem 1 und die Abluft A von dem Brennstoffzellensystem 1 im Gegenstrom betrieben werden.
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Wie es die 1, 2 und 4 weiterhin zeigen, sind die Anschlüsse A1, A2, L1, L2 fest an bestimmten Positionen an den Befeuchtern 100* angeordnet. In der Regel können U-Flow-Anschlüsse oder Z-Flow-Anschlüsse für die Zuluft L und die Abluft A realisiert werden.
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Die 2 zeigt U-Flow-Anschlüsse A1, A2 und L1, L2 für die Abluft A und für die Zuluft L. Links in der 4 sind Z-Flow-Anschlüsse A1, A2 für die Abluft A und U-Flow-Anschlüsse L1, L2 für die Zuluft L gezeigt. Rechts in der 4 sind Z-Flow-Anschlüsse A1, A2 für die Abluft A und Z-Flow-Anschlüsse L1, L2 für die Zuluft L gezeigt.
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Wie es die 5 andeutet, können die Membranen bzw. Membranbündel M im mittleren Teil 10* des Befeuchters 100* angeordnet und an den Stirnseiten mit dem mittleren Teil 10* verbunden werden. Dabei ist es denkbar, dass die Membranen bzw. Membranbündel M mit dem mittleren Teil 10* vergossen werden.
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An dem mittleren Teil 10* befinden sich in der Regel die Anschlüsse A1, A2 für die feuchte Abluft A des Brennstoffzellensystems 1. Nach dem Befestigen der Membranen bzw. Membranbündel M im mittleren Teil 10* werden an dem mittleren Teil 10* jeweils stirnseitig zwei Endkappen 20 befestigt, welche die Anschlüsse L1, L2 für die Zuluft L des Brennstoffzellensystems 1 bereitstellen.
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Die Endkappen 20 können in der Regel umgedreht werden, um einen Z-Flow oder U-Flow für die zu befeuchtende Zuluft L zu erzeugen. Bei dem Mittelteil 10* mit den vergossenen Membranen bzw. Membranbündeln M ist das nicht mehr möglich. Deswegen können die bekannten Befeuchter 100* in der Regel nur eine Grundform der Anschlüsse A1, A2 am Mittelteil 10* aufweisen, nämlich nur U-Flow-Anschlüsse oder nur Z-Flow-Anschlüsse.
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In der Praxis gibt es jedoch viele unterschiedliche Einbausituationen, wie z. B. in Elektrofahrzeugen, bei denen entweder die Anschlüsse A1, A2, L1, L2 im U-Flow oder Z-Flow vorteilhaft sind. Ein Befeuchter 10* mit festgelegten Anschlüssen A1, A2, L1, L2 kann daher nicht in jeder Einbausituation verwendet werden.
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Die 3 zeigt eine beispielhafte Einbausituation in einem brennstoffzellenbetriebenen Elektrofahrzeug mit einem Frontmotor. Dabei wird aus Platzgründen das Brennstoffzellensystem 1 oft flach über dem E-Motor EM montiert. Der Befeuchter 100 lässt sich dann nicht mehr gut in der gleichen Ebene wie das Brennstoffzellensystem 1 montieren. Deshalb wird der Befeuchter 100 unterhalb des Brennstoffzellensystems 1 montiert, wobei idealerweise drei Anschlüsse L1, L2, A1 nach oben zum Brennstoffzellensystem 1 zeigen sollen (Einlassanschluss L1 für die Zuluft L, Auslassanschluss L2 für die Zuluft L, Einlassanschluss A1 für die Abluft A) und ein Anschluss A2 nach unten zeigen soll (Auslassanschluss A2 für die Abluft). Dadurch kann eine verbesserte Verschlauchung zwischen dem Brennstoffzellensystem 1 und dem Befeuchter 100 bei der gegebenen Einbausituation erreicht werden. Gleichzeitig kann über den Auslassanschluss A2 für die Abluft das überschüssige Wasser in die Richtung der Abgasanlage ablaufen.
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Die 6, 7 und 8 zeigen einen Befeuchter 100, insbesondere in Form eines Membranbefeuchters, im Sinne der Erfindung, welcher für ein (PEM-)Brennstoffzellensystem 1 ausgelegt ist, vorzugsweise für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, bevorzugt in unterschiedlichen Modellen von Elektrofahrzeugen, die über verschiedene Einbausituationen verfügen können.
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Der erfindungsgemäße Befeuchter 100 gemäß den 6 bis 8 ist mit einem Gehäuse 101 ausgebildet. Das Gehäuse 101 weist dabei folgende Teile 10, 20 auf:
- einen im Wesentlichen zylindermantelförmigen (mit einem runden, ovalen oder eckigen Querschnitt) Mittelteil 10 zur Aufnahme von Membranen und/oder Membranenbündel M, wobei insbesondere der Mittelteil 10 an den Stirnseiten Aufnahmeöffnungen zum Einfügen von Membranen und/oder Membranenbündel M in den Mittelteil 10 aufweist,
- und zwei Endklappen 20 zum fluiddichten Verschließen des Mittelteils 10 an den Stirnseiten,
- wobei am Mittelteil 10:
- - ein Einlassanschluss A1 zum Einführen einer feuchten Abluft A vom Brennstoffzellensystem 1 in den Befeuchter 100 und
- - ein Auslassanschluss A2 zum Abführen einer entfeuchteten Abluft A vom Brennstoffzellensystem 1 aus dem Befeuchter 100 vorgesehen sind,
- und wobei die zwei Endklappen 20:
- - eine erste Endklappe 21 mit einem Einlassanschluss L1 zum Einführen einer zu befeuchtenden Zuluft L für das Brennstoffzellensystems 1 in den Befeuchter 100
und - - eine zweite Endklappe 22 mit einem Auslassanschluss L2 zum Abführen einer befeuchteten Zuluft L für das Brennstoffzellensystems 1 aus dem Befeuchter 100 aufweisen.
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Der erfindungsgemäße Mittelteil 10 zeichnet sich dadurch aus bzw. ist derart hergestellt, dass beim Herstellen des Mittelteils 10 nach Bedarf, nach Wunsch und/oder nach Einbausituation ein U-Flow oder ein Z-Flow der feuchten Abluft A durch die Membranen und/oder Membranenbündel M eingestellt bzw. realisiert werden kann.
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Ein U-Flow der feuchten Abluft A durch die Membranen und/oder Membranenbündel M kann im Sinne der Erfindung derart bereitgestellt werden, dass die Anschlüsse A1, A2 zum Einführen und/oder zum Ausführen einer feuchten Abluft A vom Brennstoffzellensystem 1 in oder aus den Befeuchter 100 zur gleichen Seite bezüglich einer vorgesehenen Erstreckungsebene in dem Mittelteil 10 für die Membranen und/oder Membranenbündel M zeigen. Dabei spricht man im Sinne der Erfindung von U-Flow-Anschlüssen A1, A2 für die Abluft A.
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Ein Z-Flow der feuchten Abluft A durch die Membranen und/oder Membranenbündel M kann im Sinne der Erfindung derart bereitgestellt werden, dass die Anschlüsse A1, A2 zum Einführen und/oder zum Ausführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem 1 in oder aus den Befeuchter 100 zur unterschiedlichen Seiten bezüglich einer vorgesehenen Erstreckungsebene in dem Mittelteil 10 für die Membranen und/oder Membranenbündel M zeigen. Dabei spricht man im Sinne der Erfindung von Z-Flow-Anschlüssen A1, A2 für die Abluft A.
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Die Erfindung stellt einen neuartig aufgebauten Mittelteil 10 für einen Befeuchter 100 bereit, um eine maximale Varianz der Anschlüsse A1, A2, L1, L2 an dem Befeuchter 100 zu ermöglichen.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung gemäß den 6 und 7 kann der Mittelteil 10, in welchem die Membranen und/oder Membranenbündel M aufgenommen werden, in zwei, bevorzugt gleich große, Teile entlang der Längserstreckungsrichtung des Mittelteils 10 aufgeteilt werden.
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Mit anderen Worten kann der Mittelteil 10 gemäß den 6 und 7 mit zwei Gehäuseteilen 11, 12 bereitgestellt werden, die modular zu einem kompletten Mittelteil 10 zusammengestellt werden können.
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Wie es die 6 und 7 andeuten, kann/können mindestens eines von oder beide Gehäuseteile 11, 12 einen Befestigungsflansch 13, 14 aufweisen, um ein Gehäuseteil 11 mit dem zweiten, vorzugsweise identischen und/oder symmetrischen, Gehäuseteil 12 des Mittelteils 10 zu verbinden. Die Gehäuseteile 11, 12 können bspw. mithilfe eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden.
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Die beiden Gehäuseteile 11, 12 können bspw. stoffschlüssig (Löten, Schweißen, Kleben und/oder Vulkanisieren) bzw. unlösbar verbunden werden. Dies kann erfolgen, wenn z. B. nicht mehr beabsichtigt wird, die Membranen und/oder Membranbündel M von den Mittelteil 10 zu demontieren. Dabei können die Membranen und/oder Membranbündel M mit dem Mittelteil 10 an den Stirnseiten des Mittelteils 10 vergossen werden.
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Die beiden Gehäuseteile 11, 12 können weiterhin form- und/oder kraftschlüssig (Klammern, Schrauben, Nieten, Rastelementen und/oder Clipse) bzw. lösbar verbunden werden, wenn eine Demontage der Membranen und/oder Membranbündel M von den Mittelteil 10 beabsichtigt wird.
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Außerdem ist eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 11, 12 als Sicherung der stoffschlüssigen Verbindung denkbar.
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Mit einem solchen modularen Aufbau des Mittelteils 10 kann der Befeuchter 100 mit den gleichen Grundelementen (zwei Endkappen 20 und zwei Gehäuseteile 11, 12) alle Varianten der Anschlüsse für die Abluft und die Zuluft abdecken. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Spritzgussform für die Gehäuseteile 11, 12 einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann. Durch die doppelte Anzahl an Gehäuseteilen 11, 12 pro gefertigtem Befeuchter 100 kann eine solche Spritzgussform schneller abgeschrieben werden.
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Wie es die 6 und 7 andeuten, können die Gehäuseteile 11, 12 jeweils einen Befestigungsflansch 13, 14 aufweisen. Die Befestigungsflansche 13, 14 können dabei dazu ausgeführt sein, die Gehäuseteile 11, 12 stoffschlüssig, vorzugsweise durch Löten, Schweißen, Kleben und/oder Vulkanisieren, und/oder form- und/oder kraftschlüssig, vorzugsweise mittels Klammern, Schrauben, Nieten, Rastelementen und/oder Clipse, insbesondere luftdicht, miteinander zu verbinden.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung gemäß der 8 kann der Mittelteil 10 des Befeuchters 100 mindestens drei Anschlüsse A1, A2, A3 aufweisen. Davon werden immer nur zwei für den Luftfluss der Abluft A benötigt. Der dritte Anschluss A3 kann wahlweise durch einen Blindstopfen verschlossen oder als ein Drain-Abfluss benutzt werden. Diese Ausführungsform erfordert keinen Zusammenbau der Gehäuseteile 11, 12.
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Gemäß allen Ausführungsformen im Sinne der Erfindung gemäß den 6 bis 8, können die Endklappen 20 lösbar, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, vorzugsweise mittels Schrauben, Nieten, Rastelementen und/oder Clipse, am Mittelteil 10 befestigt sein, um nach Bedarf einen U-Flow oder einen Z-Flow der zu befeuchtenden Zuluft durch den Befeuchter 100 einzustellen. Innerhalb des Mittelteils 10 wird die Zuluft (L) entlang der Membranen und/oder Membranenbündel M geleitet. Auf diese Weise kann mithilfe des Befeuchters 100 flexible Anschlüsse A1, A2, L1, L2 nicht nur für die Abluft A, sondern auch für die Zuluft L bereitgestellt werden. Somit können mithilfe der Erfindung unterschiedliche Einbausituationen besonders flexibel behandelt werden.
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Ein Brennstoffzellensystem 1 mit einem Befeuchter 100, welcher wie oben beschrieben ausgeführt werden kann, stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar.
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Zudem sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Befeuchters 100 vor, welcher wie oben beschrieben ausgeführt werden kann, sodass der Mittelteil 10 derart ausgeführt wird, um nach Bedarf einen U-Flow oder einen Z-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel M einzustellen.
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Gemäß der Ausführungsform der 6 und 7 kann das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweisen:
- - Bereitstellen einer Spritzgussform zum Ausformen eines Gehäuseteils 11, 12 für den Mittelteil 10 mit nur einem Anschluss A1, A2 zum Einführen und/oder zum Ausführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem 1 in oder aus den Befeuchter 100,
- - Spritzgießen eines ersten Gehäuseteils 11 mithilfe der Spritzgussform,
- - Spritzgießen eines zweiten Gehäuseteils 12 mithilfe der (gemeint ist derselben) Spritzgussform,
- - Anordnen des ersten Gehäuseteils 11 und des zweiten Gehäuseteils 12, sodass die Anschlüsse A1, A2 des ersten Gehäuseteils 11 und des zweiten Gehäuseteils 12 bezüglich einer vorgesehenen Erstreckungsebene in dem Mittelteil 10 für die Membranen und/oder Membranenbündel M auf einer gleichen Seite des Mittelteils 10, um einen U-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel M einzustellen, oder auf unterschiedlichen Seite des Mittelteils 10 liegen, um einen Z-Flow der feuchten Abluft durch die Membranen und/oder Membranenbündel M einzustellen
- - Verbinden des ersten Gehäuseteils 11 mit dem zweiten Gehäuseteil 12, um den Mittelteil 10 zu erhalten.
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Gemäß der Ausführungsform der 8 kann das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweisen:
- - Bereitstellen einer Spritzgussform zum Ausformen des Mittelteils 10 mit drei Anschlüssen A1, A2, A3 zum Einführen und/oder zum Ausführen einer feuchten Abluft vom Brennstoffzellensystem 1 in oder aus den Befeuchter 100,
- - Spritzgießen des Mittelteils 10 mithilfe der Spritzgussform.
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Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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