DE102020214631A1

DE102020214631A1 - Membrane stack for a humidifier module and method for manufacturing the membrane stack

Info

Publication number: DE102020214631A1
Application number: DE102020214631.4A
Authority: DE
Inventors: Sven Alexander Kaiser
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Membranstapel (1) für ein Befeuchtermodul eines Brennstoffzellensystems,- mit wenigstens zwei entlang einer Stapelrichtung (S) aufeinander gestapelten Membranelementen (2) ;- wobei jedes Membranelement (2) eine sich entlang einer Erstreckungsrichtung (E) erstreckende und wasserdampfdurchlässige Membranlage (3) aufweist, wobei die Membranlagen (3) der Membranelemente (2) unter Ausbildung jeweiliger Zwischenräume (17) entlang der Stapelrichtung (S) im Abstand zueinander angeordnet sind,- wobei jeder Zwischenraum (17) zumindest einen Mittenbereich (5) und zwei Randbereiche (6a, 6b) aufweist;- wobei jeweils zwei in Stapelrichtung (S) benachbarte Membranelemente (2) bzgl. ihrer Erstreckungsrichtung (E) um 90° verdreht zueinander angeordnet sind;- wobei zumindest in einem Zwischenraum (17) in den beiden Randbereichen (6a, 6b) jeweils eine Klebelage (8a, 8b) angeordnet ist;- wobei zumindest in einem Zwischenraum (17) im Mittenbereich (5) eine Distanzlage (7) angeordnet ist, an welcher sich die beiden in Stapelrichtung (S) benachbarten Membranlagen (3) abstützen,- wobei zumindest in einem Zwischenraum (17) im Mittenbereich (5) eine Verklebungszone (9) vorhanden ist.The invention relates to a membrane stack (1) for a humidifier module of a fuel cell system, - with at least two membrane elements (2) stacked on top of one another in a stacking direction (S); - with each membrane element (2) having a water vapor-permeable membrane layer extending in a direction (E). (3), wherein the membrane layers (3) of the membrane elements (2) are arranged at a distance from one another to form respective intermediate spaces (17) along the stacking direction (S),- each intermediate space (17) having at least one central region (5) and two has edge regions (6a, 6b);- wherein in each case two membrane elements (2) that are adjacent in the stacking direction (S) are arranged rotated by 90° with respect to their direction of extension (E);- at least in one intermediate space (17) in the two edge regions (6a, 6b) each having an adhesive layer (8a, 8b);- a spacer layer (7) being arranged at least in an intermediate space (17) in the central area (5). is arranged, on which the two membrane layers (3) that are adjacent in the stacking direction (S) are supported, with a bonding zone (9) being present at least in an intermediate space (17) in the central area (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Membranstapel für ein Befeuchtermodul eines Brennstoffzellensystems sowie ein Befeuchtermodul mit einem solchen Membranstapel. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Membranstapels.The invention relates to a membrane stack for a humidifier module of a fuel cell system and a humidifier module with such a membrane stack. The invention also relates to a method for producing such a membrane stack.

Herkömmliche Membranstapel für Befeuchtermodule umfassen aufeinander gestapelte Membranelemente mit jeweils einer Membranlage, welche für Gas undurchlässig und für Feuchtigkeit bzw. Wasser oder Wasserdampf durchlässig ist. Zwischen den einzelnen Membranlagen bzw. Membranelementen ist jeweils ein Zwischenraum ausgebildet, der von dem Gas durchströmbar ist, also einen Gaspfad bildet. Somit kann ein derart ausgebildetes Membranelement des Membranstapels in dem Befeuchter jeweils auf einer Seite von einem zu befeuchtenden Gas und auf der anderen Seite von einem feuchten Gas überströmt werden. Die beiden Gase sind hierbei durch die Membranlage des jeweiligen Membranelements fluidisch voneinander getrennt. Folglich kommt es zu keiner stofflichen Vermischung der beiden den Befeuchter und den Membranstapel durchströmenden Gase. Allerdings kann die Feuchtigkeit des feuchteren Gases durch die Membranlage treten und vom trockeneren Gas zu dessen Befeuchtung aufgenommen werden. Die Feuchtigkeit der beiden Gase gleicht sich folglich beim Durchströmen des Membranstapels aneinander an.Conventional membrane stacks for humidifier modules comprise membrane elements stacked on top of one another, each with a membrane layer which is impermeable to gas and permeable to moisture or water or water vapor. An intermediate space is formed between the individual membrane layers or membrane elements, through which the gas can flow, ie forms a gas path. A membrane element of the membrane stack in the humidifier designed in this way can thus have a gas to be humidified flowing over it on one side and a humid gas flowing over it on the other side. The two gases are fluidically separated from one another by the membrane layer of the respective membrane element. Consequently, there is no material mixing of the two gases flowing through the humidifier and the membrane stack. However, the humidity of the wetter gas can pass through the membrane layer and be absorbed by the drier gas to humidify it. As a result, the humidity of the two gases equalizes as they flow through the membrane stack.

Einsatz finden solche Befeuchter häufig in Brennstoffzellensystemen, wo eine trockene Kathoden-Zuluft befeuchtet werden muss, bevor diese der Brennstoffzelle zugeführt wird. Die Kathoden-Zuluft ist zu befeuchten, um eine Austrocknung der typischerweise in einer Brennstoffzelle eingesetzten Polymerelektrolytmembranen zu vermeiden oder zumindest zu verzögern. Ein solches Austrocken, welches mittels des Befeuchtermoduls zu vermeiden ist, wirkt sich insbesondere auf die Haltbarkeit der Polymerelektrolytmembranen sowie den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle negativ aus.Such humidifiers are often used in fuel cell systems where dry cathode supply air has to be humidified before it is fed to the fuel cell. The cathode supply air must be humidified in order to prevent or at least delay drying out of the polymer electrolyte membranes typically used in a fuel cell. Such drying out, which is to be avoided by means of the humidifier module, has a negative effect in particular on the durability of the polymer electrolyte membranes and the efficiency of the fuel cell.

Die Herstellung eines solchen Membranstapels aus Membranelementen mit jeweiliger Membranlage erweist sich jedoch als technisch aufwändig, da auch unter Betriebsbedingungen sichergestellt sein muss, dass zwischen den einzelnen Membranlagen ein definierter Zwischenraum zum Durchströmen mit dem Gas erhalten bleibt. Insbesondere muss verhindert werden, dass sich benachbarte Membranlagen - etwa aufgrund von Druckschwankungen in dem durch die Zwischenräume bzw. Gaspfade geführten Gas - bewegen können oder infolge einer solchen Bewegung einander gar berühren.However, the production of such a membrane stack from membrane elements with a respective membrane layer proves to be technically complex, since it must be ensured even under operating conditions that a defined gap for the gas to flow through is maintained between the individual membrane layers. In particular, it must be prevented that adjacent membrane layers can move—for example due to pressure fluctuations in the gas conducted through the gaps or gas paths—or even touch one another as a result of such a movement.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für einen Membranstapel mit mehreren Membranelementen bzw. Membranlagen zu schaffen, welche der voranstehend genannten Problematik Rechnung trägt. Außerdem soll ein solcher verbesserter Membranstapel besonders einfach herzustellen sein. Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines solchen Membranstapels zu schaffen, welches technisch auf besonders einfache Weise realisiert werden kann.It is therefore an object of the present invention to create an improved embodiment for a membrane stack with a plurality of membrane elements or membrane layers, which takes account of the problems mentioned above. In addition, such an improved membrane stack should be particularly easy to produce. It is therefore a further object of the present invention to provide an improved method for producing such a membrane stack, which can be technically implemented in a particularly simple manner.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Preferred embodiments are subject matter of the dependent patent claims.

Grundidee der Erfindung ist demnach, einen Membranstapel mit mehreren Membranelementen auszubilden, die entlang einer Stapelrichtung aufeinandergestapelt sind. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, auf jeder einzelnen Membranlage in zwei einander gegenüberliegenden Randbereichen jeweils eine Klebelage vorzusehen, mittels welcher in Stapelrichtung benachbarte Membranlagen dauerhaft fest und mechanisch stabil miteinander verbunden werden können. Derjenige Bereich zwischen zwei benachbarten Membranlagen, in welchem keine Klebelagen vorhanden sind, bildet dabei einen Zwischenraum zum Durchströmen mit Gas, also einen eingangs erwähnten Gaspfad, aus.The basic idea of the invention is accordingly to form a membrane stack with a plurality of membrane elements which are stacked on top of one another along a stacking direction. According to the invention, it is proposed to provide an adhesive layer on each individual membrane layer in two opposite edge regions, by means of which membrane layers adjacent in the stacking direction can be connected to one another in a permanently fixed and mechanically stable manner. That area between two adjacent membrane layers in which there are no adhesive layers forms an intermediate space for gas to flow through, ie a gas path mentioned at the outset.

Um zu gewährleisten, dass in Stapelrichtung benachbarte Membranlagen sich nicht - beispielsweise aufgrund der bereits erwähnten Druckunterschiede zwischen den durch die Zwischenräume geführten Gasen - aufeinander zu bewegen oder sich sogar berühren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen zwei benachbarten Membranlagen jeweils eine Distanzlage vorzusehen, an welchen sich sie beiden benachbarten Membranlagen abstützen. Dabei ist die Distanzlage so ausgebildet, dass sie nicht den gesamten Zwischenraum zwischen den beiden in Stapelrichtung benachbarten Membranlagen ausfüllt, sodass dieser noch wie gewünscht als Gaspfad von Gas durchströmt werden kann.In order to ensure that membrane layers that are adjacent in the stacking direction do not move towards one another or even touch one another, for example due to the already mentioned pressure differences between the gases conducted through the gaps, it is proposed according to the invention to provide a spacer layer between two adjacent membrane layers, at which they support the two adjacent membrane layers. The spacer layer is designed in such a way that it does not fill the entire space between the two membrane layers that are adjacent in the stacking direction, so that gas can still flow through it as desired as a gas path.

Um sicherzustellen, dass sich die Distanzlage im Zuge des Zusammenbaus des Membranstapels nicht von der Membranlage lösen kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Verklebungszone vorzusehen, in welcher die Distanzlage mit den benachbarten Membranlagen verklebt, also stoffschlüssig verbunden, ist. Besagte Klebverbindung wirkt somit für die Distanzlage als Verliersicherung beim Zusammenbau der einzelnen Membranelemente zum Membranstapel.In order to ensure that the spacer layer cannot become detached from the membrane layer during assembly of the membrane stack, it is proposed according to the invention to provide a bonding zone in which the spacer layer is bonded to the adjacent membrane layers, i.e. cohesively connected. Said adhesive connection thus acts as a safeguard against loss for the spacer layer when assembling the individual membrane elements to form the membrane stack.

Ein erfindungsgemäßer Membranstapel für ein Befeuchtermodul eines Brennstoffzellensystems umfasst wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere, entlang einer Stapelrichtung aufeinandergestapelte Membranelemente. Dabei weist jedes Membranelement eine sich entlang einer Erstreckungsrichtung erstreckende und wasserdampfdurchlässige Membranlage auf. Die Erstreckungsrichtung verläuft hierbei senkrecht zur Stapelrichtung.A membrane stack according to the invention for a humidifier module of a fuel cell system comprises at least two, preferably several, membrane elements stacked on top of one another along a stacking direction. In this case, each membrane element has a membrane layer which extends along a direction of extension and is permeable to water vapor. The direction of extent here runs perpendicularly to the stacking direction.

Die Membranlagen der Membranelemente sind unter Ausbildung jeweiliger Zwischenräume entlang der Stapelrichtung im Abstand zueinander angeordnet. Die Zwischenräume fungieren als Gaspfade, die entlang der Erstreckungsrichtung von dem zu befeuchtenden bzw. feuchten Gas durchströmt werden können.The membrane layers of the membrane elements are arranged at a distance from one another along the stacking direction, with the formation of respective intermediate spaces. The intermediate spaces act as gas paths through which the gas to be humidified or moistened can flow along the direction of extension.

Jeder Zwischenraum weist zumindest einen sich entlang der Erstreckungsrichtung des Membranelements erstreckenden Mittenbereich und zwei quer zur Erstreckungsrichtung sich an den Mittenbereich anschließende und sich ebenfalls entlang der Erstreckungsrichtung erstreckende Randbereiche auf.Each intermediate space has at least one central region extending along the direction of extent of the membrane element and two edge regions adjoining the central region transversely to the direction of extent and likewise extending along the direction of extent.

In zumindest einem Zwischenraum, vorzugsweise in jedem, Zwischenraum ist in den beiden Randbereichen jeweils eine Klebelage angeordnet, mittels welcher die beiden in Stapelrichtung benachbarten Membranlagen miteinander verklebt sind. Dies stellt eine stabile Befestigung der aufeinandergestapelten Membranelemente aneinander sicher. Gleichzeitig dienen die Klebelagen als Querbegrenzung für die als Gaspfade fungierenden Zwischenräume, so dass kein Gas über die Klebelagen in die äußere Umgebung des Membranstapels austreten kann. Da die Zwischenräume an entlang der Erstreckungsrichtung gegenüberliegenden Enden offen ausgebildet sind, kann dort Gas in den als Gaspfad fungierenden Zwischenraum eingeleitet bzw. wieder aus diesem ausgeleitet werden.In at least one intermediate space, preferably in each intermediate space, an adhesive layer is arranged in each of the two edge regions, by means of which the two membrane layers that are adjacent in the stacking direction are adhesively bonded to one another. This ensures stable attachment of the stacked membrane elements to one another. At the same time, the adhesive layers serve as a transverse delimitation for the intermediate spaces that function as gas paths, so that no gas can escape via the adhesive layers into the outer environment of the membrane stack. Since the intermediate spaces are open at opposite ends along the direction of extent, gas can be introduced there into the intermediate space functioning as a gas path and discharged from it again.

Jeweils zwei in Stapelrichtung benachbarte Membranelemente sind beim erfindungsgemäßen Membranstapel bzgl. ihrer Erstreckungsrichtung um 90° verdreht zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass die Erstreckungsrichtung zweier in Stapelrichtung benachbarter Zwischenräume senkrecht zueinander verläuft. Werden in Stapelrichtung benachbarte Zwischenräume wie vorgesehen bezüglich der Stapelrichtung abwechselnd von zu befeuchtendem und feuchtem Gas durchströmt, so kann dies im Kreuzstrom erfolgen. Besagte 90°-Verdrehung benachbarter Zwischenräumen erleichtert dabei die Verteilung sowohl des zu befeuchtenden Gases als auch des feuchten Gases auf die jeweiligen Gaspfade bzw. Zwischenräume und das Sammeln des Gases nach dem Durchströmen dieser Gaspfade bzw. Zwischenräume.In the case of the membrane stack according to the invention, two adjacent membrane elements in the stacking direction are arranged rotated by 90° with respect to their direction of extension. This means that the direction of extension of two gaps that are adjacent in the stacking direction runs perpendicular to one another. If gas to be humidified and moist gas alternately flow through adjacent gaps in the stacking direction, as provided, with respect to the stacking direction, this can take place in cross-flow. Said 90° rotation of adjacent spaces facilitates the distribution of both the gas to be humidified and the moist gas to the respective gas paths or spaces and the collection of the gas after it has flowed through these gas paths or spaces.

In zumindest einem Zwischenraum, vorzugsweise in jedem Zwischenraum, ist im Mittenbereich eine Distanzlage vorhanden, an welcher sich die beiden in Stapelrichtung benachbarten Membranelemente abstützen. Dadurch werden die Membranlagen stabilisiert. Ferner ist zumindest in einem Zwischenraum, vorzugsweise in jedem Zwischenraum, im Mittenbereich eine Verklebungszone angeordnet, in welcher die Distanzlage zumindest mit einer der beiden in Stapelrichtung benachbarten Membranlagen, vorzugsweise mit beiden in Stapelrichtung benachbarten Membranlagen, verklebt ist. Auf diese Weise wird für die Distanzlage eine Verliersicherung realisiert. Die Distanzlage ist entlang der Erstreckungsrichtung gasdurchlässig ausgebildet.In at least one intermediate space, preferably in each intermediate space, there is a spacer layer in the central region, on which the two membrane elements that are adjacent in the stacking direction are supported. This stabilizes the membrane layers. Furthermore, at least in one intermediate space, preferably in each intermediate space, there is a bonding zone in the central region, in which the spacer layer is bonded to at least one of the two membrane layers that are adjacent in the stacking direction, preferably to both membrane layers that are adjacent in the stacking direction. In this way, a loss protection is realized for the spacer layer. The spacer layer is designed to be gas-permeable along the direction of extension.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Distanzlage als Gitterstruktur mit einer Mehrzahl an Gitteröffnungen ausgebildet sein, so dass der Zwischenraum im Mittenbereich von der Distanzlage nur teilweise ausgefüllt ist. Bei dieser Weiterbildung füllen die beiden Klebelagen in den beiden Randbereichen den Zwischenraum im Wesentlichen vollständig aus. Auch mittels dieser Maßnahme wird ein besonders großer Wirkungsquerschnitt der einzelnen Membranlagen mit dem an den Membranlagen vorbeigeführten Gas sichergestellt. Gleichzeitig wird es den in Stapelrichtung benachbarten Membranlagen ermöglicht, sich stabil an der als Gitterstruktur ausgebildeten Distanzlage abzustützen.According to a further advantageous development, the spacer layer can be designed as a lattice structure with a plurality of lattice openings, so that the intermediate space in the central region is only partially filled by the spacer layer. In this development, the two adhesive layers in the two edge areas essentially completely fill the intermediate space. This measure also ensures a particularly large effective cross section of the individual membrane layers with the gas guided past the membrane layers. At the same time, it is made possible for the membrane layers that are adjacent in the stacking direction to be stably supported on the spacer layer designed as a lattice structure.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist eine entlang der Stapelrichtung gemessene Lagendicke der Distanzlage denselben Wert auf wie eine ebenfalls entlang der Stapelrichtung gemessene Lagendicke der beiden im selben Zwischenraum wie die Distanzlage angeordneten Klebelagen. Ein Membranstapel aus derart ausgebildeten Membranelementen baut entlang der Stapelrichtung besonders kompakt. Gleichzeitig wird mithilfe der Klebelagen eine besonders stabile Fixierung der in Stapelrichtung benachbarten Membranlagen sichergestellt. Ebenso wird gewährleistet, dass sich in Stapelrichtung benachbarte Membranlagen gleichmäßig an der zwischen diesen beiden Membranlagen im Zwischenraum angeordneten Distanzlage abstützen können.According to a preferred embodiment, a layer thickness of the spacer layer measured along the stacking direction has the same value as a layer thickness of the two adhesive layers arranged in the same space as the spacer layer, also measured along the stacking direction. A membrane stack made up of membrane elements designed in this way is particularly compact along the stacking direction. At the same time, the adhesive layers ensure a particularly stable fixation of the membrane layers that are adjacent in the stacking direction. It is also ensured that membrane layers which are adjacent in the stacking direction can be supported uniformly on the spacer layer arranged in the intermediate space between these two membrane layers.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Verklebungszone, vorzugsweise jede Verklebungszone, im Abstand zu den beiden Randbereichen angeordnet. Somit wird eine Beschädigung der Klebelagen beim Anbringen des für die Klebverbindung erforderlichen Klebstoffs nahezu oder sogar vollständig ausgeschlossen. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform die Verklebungszone in einer Draufsicht auf eine Oberseite der Membranlage entlang der Stapelrichtung zentriert auf dem Membranelement angeordnet. Auf diese Weise wird eine besonders stabile Fixierung der Distanzlage auf der Membranlage erreicht.According to a preferred embodiment, at least one bonding zone, preferably each bonding zone, is arranged at a distance from the two edge regions. Thus, damage to the adhesive layers when applying the adhesive required for the adhesive connection is almost or even completely ruled out. Alternatively or additionally, in this embodiment the bonding zone is arranged centered on the membrane element along the stacking direction in a plan view of an upper side of the membrane layer. on in this way a particularly stable fixation of the spacer layer on the membrane layer is achieved.

Der voranstehend benutzte Begriff „Oberseite“ bezieht sich im vorliegenden Zusammenhang ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf eine mögliche, bevorzugt verwendete Gebrauchslage des Membranstapels, insbesondere im Hinblick auf die Ausrichtung der Schwerkraftrichtung gegenüber dem Membranstapel. Es ist also nicht zwingend erforderlich, dass die der Oberseite gegenüberliegende Unterseite der Membranlage - diese wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert - bezüglich der Schwerkraftrichtung auch oberhalb der Unterseite angeordnet ist. Selbstverständlich kann der Membranstapel im Gebrauch, insbesondere bei Verwendung in einem Befeuchtermodul, bezüglich der Schwerkraftrichtung auch anders ausgerichtet sein.In the present context, the term “upper side” used above refers, without restricting the generality, to a possible, preferably used position of use of the membrane stack, in particular with regard to the orientation of the direction of gravity relative to the membrane stack. It is therefore not absolutely necessary that the underside of the membrane layer opposite the upper side--this is not explained in more detail in connection with the present invention--is also arranged above the underside with respect to the direction of gravity. Of course, the membrane stack can also be oriented differently with respect to the direction of gravity during use, in particular when used in a humidifier module.

Alternativ oder zusätzlich beträgt bei dieser Ausführungsform in der Draufsicht auf die Oberseite entlang der Stapelrichtung eine laterale Ausdehnung der Verklebungszone höchstens 1/30, bevorzugt höchstens 1/50, besonders bevorzugt höchstens 1/100, einer lateralen Ausdehnung der Membranlage desselben Membranelements. Diese Maßnahme vereinfacht die Anbringung der Klebverbindung im Zuge der Herstellung des Membranstapels. Alternativ oder zusätzlich weist bei dieser Ausführungsform in der Draufsicht auf die Oberseite entlang der Stapelrichtung die Verklebungszone eine runde, vorzugsweise eine kreisrunde, Geometrie auf. Auch ist eine Klebverbindung mit einer solchen Geometrie besonders einfach herzustellen.Alternatively or additionally, in this embodiment, in a plan view of the top side along the stacking direction, a lateral extent of the bonding zone is at most 1/30, preferably at most 1/50, particularly preferably at most 1/100, of a lateral extent of the membrane layer of the same membrane element. This measure simplifies the attachment of the adhesive bond during the manufacture of the membrane stack. Alternatively or additionally, in this embodiment, the bonding zone has a round, preferably circular, geometry in the plan view of the top side along the stacking direction. An adhesive connection with such a geometry is also particularly easy to produce.

Besonders bevorzugt ist in wenigstens einem Zwischenraum, vorzugsweise in jedem Zwischenraum, genau eine Verklebungszone vorhanden. Diese Maßnahme vereinfacht den Herstellungsprozess. Darüber hinaus ist die Bereitstellung einer einzigen Klebverbindung ausreichend, da diese Klebverbindung ja nur die Funktion einer Verliersicherung für die betreffende Distanzlage übernehmen soll.Precisely one bonding zone is particularly preferably present in at least one gap, preferably in each gap. This measure simplifies the manufacturing process. In addition, the provision of a single bonded joint is sufficient, since this bonded joint is only intended to assume the function of securing the spacer layer in question against loss.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung liegt die Distanzlage in einer zur Verklebungszone komplementären Zone verklebungsfrei an den beiden Membranlagen der in Stapelrichtung benachbarten Membranelemente an. Diese Maßnahme vereinfacht den Herstellungsprozess der einzelnen Membranelemente, da nur punktuell, also lokal, mit Klebstoff gearbeitet werden muss, um die Distanzlage an der Membranlage zu fixieren.According to an advantageous development, the spacer layer rests in a zone complementary to the bonding zone without bonding on the two membrane layers of the membrane elements that are adjacent in the stacking direction. This measure simplifies the production process of the individual membrane elements, since adhesive only has to be used at certain points, that is to say locally, in order to fix the spacer layer to the membrane layer.

Besonders zweckmäßig sind wenigstens zwei in einem Zwischenraum angeordnete Klebelagen, vorzugsweise alle Klebelagen, jeweils durch einen, vorzugsweise längsförmigen, Klebestreifen gebildet, der beidseitig mit Klebstoff benetzt sein kann. Derartige Klebestreifen sind kommerziell in verschiedenen Bauformen und kostengünstig verfügbar.Particularly expediently, at least two adhesive layers arranged in an intermediate space, preferably all adhesive layers, are each formed by a preferably longitudinal adhesive strip, which can be wetted on both sides with adhesive. Such adhesive strips are commercially available in various designs and are inexpensive.

Zweckmäßig kann als Klebestreifen ein beidseitig mit Klebstoff benetztes Klebeband verwendet werden. Alternativ ist auch die Verwendung von mit Klebstoff benetzten Klebeleisten denkbar.An adhesive tape wetted on both sides with adhesive can expediently be used as the adhesive strip. Alternatively, the use of adhesive strips wetted with adhesive is also conceivable.

Besonders zweckmäßig weisen die Membranelemente in einer Draufsicht entlang der Stapelrichtung jeweils im Wesentlichen die Geometrie eines Rechtecks, insbesondere eines Quadrats, auf. Ein Membranstapel mit einer solchen Geometrie baut besonders kompakt und besitzt für das zu befeuchtenden bzw. zu entfeuchtende Gas dennoch einen besonders hohen Wirkungsquerschnitt.Particularly expediently, the membrane elements essentially have the geometry of a rectangle, in particular a square, in a top view along the stacking direction. A membrane stack with such a geometry is particularly compact and nevertheless has a particularly high effective cross section for the gas to be humidified or dehumidified.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind wenigstens zwei Klebelagen, die in zwei verschiedenen, in der Stapelrichtung benachbarten Zwischenräumen angeordnet sind, im Bereich wenigstens einer der vier Ecken der Membranelemente mit rechteckiger bzw. quadratischer Geometrie jeweils mit der die beiden Zwischenräume trennenden Membranlage verklebt. Somit ist diese Membranlage in Stapelrichtung sandwichartig zwischen den in Stapelrichtung benachbarten Klebelagen angeordnet und mit diesen Klebelagen verklebt. Auf diese Weise können die in Stapelrichtung benachbarten Membranelemente dauerhaft und mechanisch hochstabil aneinander befestigt werden.According to a further advantageous development, at least two adhesive layers, which are arranged in two different adjacent spaces in the stacking direction, are each bonded to the membrane layer separating the two spaces in the area of at least one of the four corners of the membrane elements with a rectangular or square geometry. Thus, this membrane layer is sandwiched in the stacking direction between the adhesive layers adjacent in the stacking direction and bonded to these adhesive layers. In this way, the membrane elements that are adjacent in the stacking direction can be attached to one another permanently and with high mechanical stability.

Besonders zweckmäßig kann eine Lagendicke der Membranlage 0,05 mm und 0,3 mm, vorzugsweise etwa 0,1 mm, betragen. Alternativ oder zusätzlich kann die bereits erwähnte Lagendicke der Distanzlage und der beiden Klebelagen jeweils zwischen 0,5 mm und 1,8 mm, vorzugsweise zwischen 0,65 mm und 1,5 mm, betragen. Ein Membranstapel mit derart ausgebildeten Membranlagen baut in Stapelrichtung besonders kompakt und stellt gleichzeitig für das zu befeuchtenden bzw. feuchte Gas einen hohen Wirkungsquerschnitt bereit.A layer thickness of the membrane layer can be particularly expediently 0.05 mm and 0.3 mm, preferably about 0.1 mm. Alternatively or additionally, the already mentioned layer thickness of the spacer layer and the two adhesive layers can each be between 0.5 mm and 1.8 mm, preferably between 0.65 mm and 1.5 mm. A membrane stack with membrane layers designed in this way is particularly compact in the stacking direction and at the same time provides a high cross section for the gas to be humidified or the humid gas.

Zweckmäßig beträgt eine entlang der Erstreckungsrichtung gemessen Klebelagenlänge der Klebelage wenigstens das Fünffache, vorzugsweise wenigstens das Zehnfache, einer quer zur Erstreckungsrichtung gemessenen Klebelagenbreite. Solche längsförmig ausgebildeten Klebelagen stellen eine stabile Befestigung der in Stapelrichtung benachbart zueinander angeordneten Membranelemente sicher. Gleichzeitig wird ein ausreichend großer Zwischenraum zwischen den benachbarten Membranlagen gewährleistet, der einen Gaspfad zum Durchströmen mit Gas bildet. Aufgrund der längsförmigen Ausbildung bietet sich die Verwendung von beidseitig mit Klebstoff benetztem Klebeband oder beidseitig mit Klebstoff benetzten Klebeleisten an.An adhesive layer length of the adhesive layer measured along the direction of extension is expediently at least five times, preferably at least ten times, an adhesive layer width measured transversely to the direction of extension. Such lengthwise adhesive layers ensure stable attachment of the membrane elements arranged adjacent to one another in the stacking direction. At the same time, a sufficiently large space between the adjacent membrane layers is ensured, which forms a gas path for gas to flow through. Due to the longitudinal design, the use of adhesive wetted on both sides with adhesive is recommended tape or adhesive strips moistened on both sides with adhesive.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann eine quer zur Erstreckungsrichtung gemessene Lagenbreite der Distanzlage wenigstens das Dreifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, der Klebelagenbreite betragen. Auf diese Weise wird ein ausreichend großer Wirkungsquerschnitt der einzelnen Membranlagen mit dem an den Membranlagen vorbeigeführten Gas sichergestellt.According to a further advantageous development, a layer width of the spacer layer measured transversely to the direction of extent can be at least three times, preferably at least five times, the width of the adhesive layer. In this way, a sufficiently large effective cross section of the individual membrane layers with the gas guided past the membrane layers is ensured.

Vorzugsweise umfassen die Membranlage oder/und die Distanzlage oder/und die beiden Klebelagen jeweils ein flexibles Lagenmaterial. Alternativ dazu können die Membranlage oder/und die Distanzlage oder/und die beiden Klebelagen aus einem flexiblen Lagenmaterial bestehen. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess der Membranelemente, da hierfür flexibles Endlosmaterial verwendet werden kann.Preferably, the membrane layer and/or the spacer layer and/or the two adhesive layers each comprise a flexible layer material. As an alternative to this, the membrane layer and/or the spacer layer and/or the two adhesive layers can consist of a flexible layer material. This simplifies the manufacturing process of the membrane elements since flexible endless material can be used for this purpose.

Die Erfindung betrifft ferner ein Befeuchtermodul für ein Brennstoffzellensystem eines Kraftfahrzeugs. Das Befeuchtermodul umfasst ein einen Gehäuseinnenraum umgebendes Gehäuse. Im Gehäuseinnenraum ist ein voranstehend erläuterter, erfindungsgemäßer Membranstapel angeordnet. Die voranstehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Membranstapels übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Befeuchtermodul.The invention also relates to a humidifier module for a fuel cell system of a motor vehicle. The humidifier module includes a housing surrounding a housing interior. A membrane stack according to the invention, as explained above, is arranged in the interior of the housing. The advantages of the membrane stack according to the invention explained above are therefore also transferred to the humidifier module according to the invention.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines vorangehend erläuterten, erfindungsgemäßen Membranstapels. Die voranstehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Membranstapels übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Verfahren.The invention also relates to a method for producing a membrane stack according to the invention as explained above. The advantages of the membrane stack according to the invention explained above are therefore also transferred to the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest drei Maßnahmen a) bis c), die nachfolgend erläutert werden. Gemäß einer ersten Maßnahme a) werden die Membranlage, die Distanzlage und die beiden Klebelagen, jeweils als flexibles, insbesondere aufrollbares, Endlosmaterial bereitgestellt.The method according to the invention comprises at least three measures a) to c), which are explained below. According to a first measure a), the membrane layer, the spacer layer and the two adhesive layers are each provided as a flexible, in particular rollable, endless material.

Gemäß einer zweiten Maßnahme b) werden die beiden Klebelagen auf der Oberseite der Membranlage in den oben erläuterten Randbereichen angeordnet. Dabei werden die beiden Klebelagen mit der Membranlage verklebt. Außerdem wird im Zug von Maßnahme b) die Distanzlage auf der Oberseite der Membranlage zwischen den beiden Klebelagen, also im Mittenbereich, angeordnet. Hierbei wird die Distanzlage mit der Membranlage im Bereich einer Verklebungszone mithilfe eines geeigneten Klebstoffs verklebt und auf diese Weise die bereits oben erläuterte Klebverbindung ausgebildet. Besagte Klebverbindung bildet eine Verliersicherung der Distanzlage gegenüber der Membranlage bzw. dem Membranelement.According to a second measure b), the two adhesive layers are arranged on the upper side of the membrane layer in the edge regions explained above. The two adhesive layers are glued to the membrane layer. In addition, as part of measure b), the spacer layer is arranged on the upper side of the membrane layer between the two adhesive layers, ie in the middle area. In this case, the spacer layer is bonded to the membrane layer in the region of a bonding zone using a suitable adhesive, and in this way the bonded connection already explained above is formed. Said adhesive connection forms a captive securing of the spacer layer in relation to the membrane layer or the membrane element.

Dadurch wird aus dem in Maßnahme a) bereitgestellten Endlosmaterial ein Membranelement aus Endlosmaterial gebildet. Um aus diesem Endlosmaterial die einzelnen Membranelemente des Membranstapels zu bilden, wird gemäß einer dritten Maßnahme c) das Membranelement aus dem Endlosmaterial zu einzelnen Membranelementen zugeschnitten. Dies kann mithilfe eines geeigneten Schneidwerkzeugs geschehen.As a result, a membrane element made of endless material is formed from the endless material provided in measure a). In order to form the individual membrane elements of the membrane stack from this endless material, according to a third measure c), the membrane element is cut from the endless material to form individual membrane elements. This can be done using a suitable cutting tool.

Im Zuge einer dritten Maßnahme c) werden aus dem Endlosmaterial nacheinander zugeschnittene Membranelemente zur Herstellung des Membranstapels aufeinandergestapelt und mittels der Klebelagen miteinander verklebt.In the course of a third measure c), membrane elements cut one after the other from the endless material are stacked one on top of the other to produce the membrane stack and glued to one another by means of the adhesive layers.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Maßnahme c) zwei aus dem Endlosmaterial nacheinander zugeschnittene Membranelemente bzgl. ihrer Erstreckungsrichtung beim aufeinander Stapeln um 90° verdreht zueinander angeordnet. Auf diese Weise wird der Zusammenbau der einzelnen Membranelemente zu dem Membranstapel vereinfacht, da die in Stapelrichtung benachbarten Membranelemente vor dem miteinander Verkleben mithilfe der Klebelagen bereits - wie zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Membranstapels erforderlich - um 90° verdreht zueinander angeordnet sindAccording to a preferred embodiment of the method according to the invention, in measure c), two membrane elements cut one after the other from the endless material are arranged rotated by 90° with respect to their direction of extension when stacked on top of one another. This simplifies assembly of the individual membrane elements to form the membrane stack, since the membrane elements that are adjacent in the stacking direction are already rotated by 90° to one another—as required for forming the membrane stack according to the invention—before they are glued together using the adhesive layers

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zum um 90° verdrehten Anordnen zweier in Stapelrichtung benachbarter Membranelemente zueinander bereits in Maßnahme a) die Membranlage, die Distanzlage und die beiden Klebelagen jeweils als erstes und zweites Endlosmaterial um 90° verdreht zueinander bereitgestellt. Insbesondere sind die Laufrichtungen des ersten und zweiten Endlosmaterials senkrecht zu einander orientiert. Mit anderen Worten, das erste Endlosmaterial ist bei Bereitstellung um 90° verdreht zum zweiten Endlosmaterial angeordnet. Dies gilt sowohl für die Membranlagen als auch für die Distanzlage und die beiden Klebelagen. Ebenso wird bei dieser Weiterbildung in Maßnahme c) abwechselnd erstes und zweites Endlosmaterial zu einem jeweiligen Membranelement zugeschnitten. Es werden also zur Ausbildung des Membranstapels Membranelemente aufeinander gestapelt, die abwechselnd aus erstem und zweitem Endlosmaterial gefertigt sind.According to an advantageous development of the method according to the invention, for arranging two membrane elements that are adjacent to one another in the stacking direction rotated by 90°, the membrane layer, the spacer layer and the two adhesive layers are provided as first and second endless material rotated by 90° to one another as early as step a). In particular, the running directions of the first and second endless material are oriented perpendicular to one another. In other words, the first endless material is arranged rotated by 90° to the second endless material when ready. This applies to the membrane layers as well as to the spacer layer and the two adhesive layers. Likewise, in measure c) in this further development, first and second continuous material is alternately cut to form a respective membrane element. Thus, to form the membrane stack, membrane elements are stacked one on top of the other, which are made alternately from the first and second endless material.

Zusammenfassend:In summary:

Die Erfindung betrifft einen Membranstapel für ein Befeuchtermodul eines Brennstoffzellensystems,

- mit wenigstens zwei entlang einer Stapelrichtung aufeinander gestapelten Membranelementen ;
- wobei jedes Membranelement eine sich entlang einer Erstreckungsrichtung (E) erstreckende und wasserdampfdurchlässige Membranlage aufweist, wobei die Membranlagen der Membranelemente unter Ausbildung jeweiliger Zwischenräume entlang der Stapelrichtung im Abstand zueinander angeordnet sind,
- wobei jeder Zwischenraum zumindest einen Mittenbereich und zwei Randbereiche aufweist;
- wobei jeweils zwei in Stapelrichtung benachbarte Membranelemente bzgl. ihrer Erstreckungsrichtung um 90° verdreht zueinander angeordnet sind;
- wobei zumindest in einem Zwischenraum in den beiden Randbereichen (6a, jeweils eine Klebelage angeordnet ist;
- wobei zumindest in einem Zwischenraum im Mittenbereich eine Distanzlage angeordnet ist, an welcher sich die beiden in Stapelrichtung benachbarten Membranlagen abstützen,
- wobei zumindest in einem Zwischenraum im Mittenbereich eine Verklebungszone vorhanden ist.

The invention relates to a membrane stack for a humidifier module of a fuel cell system,

- having at least two membrane elements stacked on top of one another along a stacking direction;
- wherein each membrane element has a water vapor-permeable membrane layer that extends along an extension direction (E), the membrane layers of the membrane elements being arranged at a distance from one another along the stacking direction, with the formation of respective intermediate spaces,
- wherein each gap has at least one central area and two edge areas;
- wherein in each case two membrane elements which are adjacent in the stacking direction are arranged rotated by 90° with respect to their direction of extension;
- An adhesive layer being arranged at least in an intermediate space in the two edge regions (6a);
- wherein a spacer layer is arranged at least in an intermediate space in the central region, on which the two membrane layers that are adjacent in the stacking direction are supported,
- A bonding zone being present at least in an intermediate space in the central region.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to identical or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch:

1 beispielhaft ein einzelnes Membranelement eines erfindungsgemäßen Membranstapels,
2 eine Schnittdarstellung des Membranelements der 1 in einem Schnitt senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung, entlang welcher sich das Membranelement der 1 erstreckt,
3 eine den Aufbau des Distanzelements als Gitterstruktur verdeutlichende Alternativdarstellung des Membranelements der 1,
4 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Membranstapels mit aufeinander gestapelten Membranelementen gemäß den 1 bis 3,
5 eine Detaildarstellung des in Draufsicht rechteckigen Membranstapels der 4 im Bereich einer seiner vier Ecken des Membranstapels,
6 eine das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft illustrierende Darstellung.

They show, each schematically:

1 an example of a single membrane element of a membrane stack according to the invention,
2 a sectional view of the membrane element of 1 in a section perpendicular to a direction of extension, along which the membrane element 1 extends,
3 a structure of the spacer element as a lattice structure clarified alternative representation of the membrane element 1 ,
4 an example of a membrane stack according to the invention with stacked membrane elements according to 1 until 3 ,
5 a detailed view of the membrane stack, which is rectangular in plan view 4 in the area of one of its four corners of the membrane stack,
6 a representation illustrating the method according to the invention by way of example.

Die 1 zeigt in perspektivischer Darstellung beispielhaft ein einzelnes Membranelement 2 eines erfindungsgemäßen Membranstapels 1. Die 2 zeigt das Membranelement 2 der 1 in einer Schnittdarstellung.the 1 shows a perspective view of an example of a single membrane element 2 of a membrane stack 1 according to the invention 2 shows the membrane element 2 of FIG 1 in a sectional view.

Gemäß den 1 und 2 weist das Membranelement 2 eine sich entlang einer Erstreckungsrichtung E erstreckende und wasserdampfdurchlässige Membranlage 3 auf.According to the 1 and 2 the membrane element 2 has a water vapor-permeable membrane layer 3 that extends along a direction of extension E.

Auf einer Oberseite 4 der Membranlage 3 sind ein sich entlang der Erstreckungsrichtung E des Membranelements 2 erstreckender Mittenbereich 5 und zwei sich entlang einer Querrichtung Q, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung E verläuft, an den Mittenbereich 5 anschließende und sich ebenfalls entlang der Erstreckungsrichtung E erstreckende Randbereiche 6a, 6b vorgesehen. Entlang der Querrichtung Q liegen sich die beiden Randbereiche 6a, 6b gegenüber. Bezüglich der Querrichtung Q ist der Mittenbereich 5 zwischen den beiden Randbereichen 6a, 6b angeordnet. Die Erstreckungsrichtung E und die Querrichtung Q erstrecken sich beide jeweils senkrecht zu einer Stapelrichtung S des in 1 nicht gezeigten Membranstapels 1. Auf der Oberseite 4 der Membranlage 3 des Membranelements 2 ist im Mittenbereich 5 eine Distanzlage 7 angeordnet. Mittels der Distanzlage 7 ist sichergestellt, dass zwischen zwei in Stapelrichtung S benachbarten Membranlagen 3, 3 (in 1 ist nur eine Membranlage 3 gezeigt) des Membranstapels 1 stabil und definiert ein jeweiliger Zwischenraum 17 zum Durchströmen mit Gas vorhanden ist. Die Distanzlage 7 ist entlang der Erstreckungsrichtung gasdurchlässig ausgebildet.On an upper side 4 of the membrane layer 3 are a central region 5 extending along the direction of extent E of the membrane element 2 and two edge regions 6a, which adjoin the central region 5 and also extend along the direction of extent E, along a transverse direction Q, which runs perpendicular to the direction of extent E , 6b provided. The two edge regions 6a, 6b lie opposite one another along the transverse direction Q. With respect to the transverse direction Q, the central area 5 is arranged between the two edge areas 6a, 6b. The direction of extension E and the transverse direction Q both extend perpendicularly to a stacking direction S of the in 1 not shown membrane stack 1. On the upper side 4 of the membrane layer 3 of the membrane element 2, a spacer layer 7 is arranged in the middle region 5. The spacer layer 7 ensures that between two membrane layers 3, 3 (in 1 only one membrane layer 3 is shown) of the membrane stack 1 is stable and defines a respective intermediate space 17 for gas to flow through. The spacer layer 7 is gas-permeable along the direction of extension.

In den 1 und 2 ist die Distanzlage 7 nur schematisch und stark vereinfacht als Volumenkörper dargestellt. Um die Realisierung von Zwischenräumen 17 zwischen zwei in Stapelrichtung S benachbarte Membranlagen 3, 3 sicherzustellen, kann die Distanzlage 7 wie in der 3 dargestellt als Gitterstruktur 14 mit einer Mehrzahl an Gitteröffnungen 15 ausgebildet sein, so dass der Mittenbereich 5 des Zwischenraums 17 von der Distanzlage 7 nur unvollständig ausgefüllt ist.In the 1 and 2 the spacer layer 7 is shown only schematically and greatly simplified as a solid. In order to ensure the realization of gaps 17 between two membrane layers 3, 3 that are adjacent in the stacking direction S, the spacer layer 7 can, as in FIG 3 shown as a lattice structure 14 with a plurality of lattice openings 15 so that the Mittenbe rich 5 of the gap 17 is only incompletely filled by the spacer layer 7.

Wie die 1 bis 3 übereinstimmend erkennen lassen, ist in den beiden Randbereichen 6a, 6b des Zwischenraums 17 jeweils eine Klebelage 8a, 8b angeordnet, mittels welcher zwei in Stapelrichtung S benachbarte Membranelemente 2 des Membranstapels 1 miteinander verklebt sind. Die beiden Klebelagen 8a, 8b füllen die beiden Randbereiche 6a, 6b des Zwischenraums 17 im Wesentlichen vollständig aus. Dadurch wird eine flächige Klebverbindung der benachbarten Membranlagen 3, 3 realisiert. Zweckmäßig weisen die Membranelemente 2 in einer Draufsicht entlang der Stapelrichtung S jeweils im Wesentlichen die Geometrie eines Rechtecks, insbesondere eines Quadrats, auf.As the 1 until 3 As can be seen in agreement, an adhesive layer 8a, 8b is arranged in each of the two edge regions 6a, 6b of the intermediate space 17, by means of which two membrane elements 2 of the membrane stack 1 that are adjacent in the stacking direction S are glued to one another. The two adhesive layers 8a, 8b fill the two edge regions 6a, 6b of the intermediate space 17 essentially completely. As a result, a surface adhesive connection of the adjacent membrane layers 3, 3 is realized. In a plan view along the stacking direction S, the membrane elements 2 expediently each have the geometry of a rectangle, in particular a square.

Die Membranlage 3, die Distanzlage 7 und die beiden Klebelagen 8a, 8b bestehen im Beispielszenario jeweils aus einem flexiblen Lagenmaterial. Dies ermöglicht eine vereinfachte Herstellung der Membranelemente 2 durch Verwendung von flexiblem Endlosmaterial. Das Endlosmaterial kann ein auf- bzw. abrollbares Halbzeug sein, das quer zu seiner Laufrichtung biegeflexibel ist.In the example scenario, the membrane layer 3, the spacer layer 7 and the two adhesive layers 8a, 8b each consist of a flexible layer material. This enables a simplified production of the membrane elements 2 by using flexible endless material. The endless material can be a semi-finished product that can be rolled up or down and is flexible in bending transversely to its running direction.

Wie die 1 erkennen lässt, beträgt in einer Draufsicht auf die Oberseite 4 entlang der Stapelrichtung S eine laterale Ausdehnung Av der Verklebungszone 9 höchstens 1/30, bevorzugt höchstens 1/50, besonders bevorzugt höchstens 1/100, einer lateralen Ausdehnung AM der Membranlage 3. Eine entlang der Erstreckungsrichtung E gemessen Klebelagenlänge I_K der Klebelagen 8a, 8b beträgt vorzugsweise wenigstens das Fünffache, höchst vorzugsweise wenigstens das Zehnfache, einer entlang der Querrichtung Q gemessenen Klebelagenbreite b_K.As the 1 can be seen, in a top view of the top 4 along the stacking direction S, a lateral extent Av of the bonding zone 9 is at most 1/30, preferably at most 1/50, particularly preferably at most 1/100, of a lateral extent AM of the membrane layer 3. One along The adhesive layer length I _K of the adhesive layers 8a, 8b measured in the direction of extension E is preferably at least five times, most preferably at least ten times, an adhesive layer width b _K measured along the transverse direction Q.

Wie in 2 veranschaulicht, beträgt eine entlang der Querrichtung Q, also quer zur Erstreckungsrichtung E, gemessene Lagenbreite bo der Distanzlage 7 im Beispiel wenigstens das Dreifache, vorzugsweise wenigstens das Fünffache, der Klebelagenbreite b_K.As in 2 illustrated, a layer width bo of the spacer layer 7 measured along the transverse direction Q, i.e. transverse to the direction of extension E, is at least three times, preferably at least five times, the adhesive layer width b _K in the example.

Wie die 2 außerdem veranschaulicht, weist eine entlang der Stapelrichtung S gemessene Lagendicke d_D der Distanzlage 7 des Membranelements 2 denselben Wert auf wie eine ebenfalls entlang der Stapelrichtung S gemessene Lagendicke d_K der beiden im selben Zwischenraum 17 angeordneten Klebelagen 8a, 8b. Im Beispiel beträgt die Lagendicke d_D der Distanzlage 7 und die dazu identische Lagendicke d_K der beiden Klebelagen 8a, 8b jeweils zwischen 0,05 mm und 0,3 mm, beispielsweise 0,1 mm. Außerdem beträgt im Beispiel eine Lagendicke d_M der Membranlage 3 zwischen 0,5 mm und 1,8 mm, beispielsweise zwischen 0,65 mm und 1,5 mm.As the 2 also illustrated, a layer thickness d _D of the spacer layer 7 of the membrane element 2 measured along the stacking direction S has the same value as a layer thickness d _K of the two adhesive layers 8a, 8b arranged in the same intermediate space 17, also measured along the stacking direction S. In the example, the layer thickness d _D of the spacer layer 7 and the layer thickness d _K of the two adhesive layers 8a, 8b, which is identical thereto, is between 0.05 mm and 0.3 mm, for example 0.1 mm. In addition, in the example, a layer thickness d _M of the membrane layer 3 is between 0.5 mm and 1.8 mm, for example between 0.65 mm and 1.5 mm.

Der Mittenbereich 5 des Zwischenraums 17 weist im Beispiel der 1 bis 3 eine Verklebungszone 9 auf, in welcher die ebenfalls im Zwischenraum 17 angeordnete Distanzlage 7 mittels einer Klebverbindung 10 stoffschlüssig mit den beiden in Stapelrichtung S benachbarten Membranlagen 3, 3 (in den 1 bis 3 ist jeweils nur eine Membranlage 3 dargestellt) verbunden - also verklebt - ist.The central area 5 of the gap 17 has in the example of 1 until 3 an adhesive zone 9, in which the spacer layer 7, which is also arranged in the intermediate space 17, is bonded by means of an adhesive connection 10 to the two membrane layers 3, 3 that are adjacent in the stacking direction S (in the 1 until 3 only one membrane layer 3 is shown) connected - ie glued - is.

In der Draufsicht auf die Oberseite 4 entlang der Stapelrichtung S kann die Verklebungszone 9 wie in den 1 und 3 angedeutet eine runde, insbesondere eine kreisrunde oder eine elliptische, Geometrie aufweisen. Zur Fixierung der Distanzlage 7 an den benachbarten Membranlagen 3 ist es ausreichend, wenn pro Zwischenraum 17 wie in den 1 bis 3 gezeigt nur genau eine Verklebungszone 9 mit Klebverbindung 10 vorgesehen ist. In nicht dargestellten Varianten des Beispiels können aber pro Zwischenraum 17 auch zwei oder mehr Verklebungszonen 9 vorgesehen sein, um die Fixierung zu verbessern. Zweckmäßig kann die Verklebungszone 9 in der Draufsicht auf die Oberseite 4 der Membranlage 3 entlang der Stapelrichtung S zentriert auf der Membranlage 3 angeordnet sein.In the plan view of the top 4 along the stacking direction S, the bonding zone 9 can be as in FIGS 1 and 3 indicated to have a round, in particular a circular or an elliptical, geometry. To fix the spacer layer 7 to the adjacent membrane layers 3, it is sufficient if per gap 17 as in the 1 until 3 shown only exactly one bonding zone 9 with adhesive bond 10 is provided. In variants of the example that are not shown, however, two or more bonding zones 9 can also be provided per space 17 in order to improve the fixation. The bonding zone 9 can expediently be arranged centered on the membrane layer 3 along the stacking direction S in the top view of the upper side 4 of the membrane layer 3 .

Gemäß 2 kann die Distanzlage 7 in einer zur Verklebungszone 9 komplementären Zone 11 verklebungsfrei an den beiden in Stapelrichtung S benachbarten Membranlagen 3, 3 anliegen (2 zeigt nur eine dieser beiden Membranlagen 3). Die beiden im jeweiligen Zwischenräumen 17 angeordneten Klebelagen 8a, 8b können durch einen entlang der Erstreckungsrichtung E längsförmig ausgebildeten Klebestreifen 12a, 12b gebildet sein, der beidseitig, also sowohl auf seiner Oberseite als auch seiner Unterseite, mit Klebstoff benetzt ist. In Betracht kommt insbesondere ein beidseitig mit Klebstoff benetztes Klebeband. Alternativ denkbar ist die Verwendung von Klebeleisten, die ebenfalls beidseitig mit Klebstoff benetzt sind.According to 2 the spacer layer 7 can lie in a zone 11 that is complementary to the bonding zone 9 without bonding to the two membrane layers 3, 3 that are adjacent in the stacking direction S ( 2 shows only one of these two membrane layers 3). The two adhesive layers 8a, 8b arranged in the respective intermediate spaces 17 can be formed by an adhesive strip 12a, 12b which is elongate along the direction of extension E and is wetted with adhesive on both sides, i.e. both on its upper side and its lower side. An adhesive tape wetted on both sides with adhesive is particularly suitable. Alternatively conceivable is the use of adhesive strips, which are also wetted with adhesive on both sides.

Die 4 illustriert nun in perspektivischer Darstellung beispielhaft den erfindungsgemäßen Membranstapel 1 mit mehreren entlang der Stapelrichtung S aufeinander gestapelten Membranelementen 2 gemäß den 1 bis 3. Die 5 ist eine Detaildarstellung des in Draufsicht rechteckigen Membranstapels 1 der 4 im Bereich einer seiner vier Ecken 13.the 4 now illustrates in a perspective view an example of the membrane stack 1 according to the invention with a plurality of membrane elements 2 stacked on top of one another along the stacking direction S according to FIG 1 until 3 . the 5 FIG. 12 is a detailed illustration of membrane stack 1, which is rectangular in plan view 4 in the area of one of its four corners 13.

Jedes Membranelement 2 des Membranstapels 1 weist, wie bereits anhand der 1 bis 3 erläutert, eine sich entlang einer Erstreckungsrichtung E erstreckende und wasserdampfdurchlässige Membranlage 3 auf. Die Erstreckungsrichtung verläuft senkrecht zur Stapelrichtung S. Die Membranlagen 3 der Membranelemente 2 sind gemäß 4 unter Ausbildung jeweiliger Zwischenräume 17 entlang der Stapelrichtung S im Abstand zueinander angeordnet. Jeder Zwischenraum 17 weist einen sich entlang der Erstreckungsrichtung E des Membranelements 2 erstreckenden Mittenbereich 5 und zwei sich in Querrichtung Q an den Mittenbereich 5 anschließende und in der Querrichtung Q gegenüberliegende Randbereiche 6a, 6b auf, die sich ebenfalls entlang der Erstreckungsrichtung E erstrecken.Each membrane element 2 of the membrane stack 1 has, as already based on the 1 until 3 explained, a membrane layer 3 extending along a direction E and being permeable to water vapor. The direction of extension is perpendicular to the stacking direction S. The membrane layers 3 of the membrane elements 2 are shown in FIG 4 forming respective gaps 17 ent spaced apart along the stacking direction S. Each intermediate space 17 has a central region 5 extending in the direction of extent E of the membrane element 2 and two edge regions 6a, 6b that adjoin the central region 5 in the transverse direction Q and are opposite in the transverse direction Q, which also extend along the direction of extent E.

Jeweils zwei in Stapelrichtung S benachbarte Membranelemente 2 sind bzgl. ihrer Erstreckungsrichtung E um 90° verdreht zueinander angeordnet.Each two membrane elements 2 that are adjacent in the stacking direction S are arranged rotated by 90° relative to one another with respect to their direction of extension E.

Dies bedeutet, dass die Erstreckungsrichtung E zweier in Stapelrichtung S benachbarter Zwischenräume 17 senkrecht zueinander verläuft. Werden in Stapelrichtung S benachbarte Zwischenräume 17 wie vorgesehen bezüglich der Stapelrichtung S abwechselnd von zu befeuchtendem und feuchtem Gas durchströmt, so kann dies im Kreuzstrom erfolgen. Die Verdrehung benachbarter Zwischenräume um 90° erleichtert dabei die Verteilung sowohl des zu befeuchtenden Gases als auch des feuchten Gases auf die jeweiligen Gaspfade bzw. Zwischenräume 17 als auch das Sammeln des Gases nach dem Durchströmen der Gaspfade bzw. Zwischenräume 17.This means that the direction of extent E of two intermediate spaces 17 that are adjacent in the stacking direction S runs perpendicular to one another. If gas to be humidified and moist gas alternately flow through adjacent gaps 17 in the stacking direction S, as provided with respect to the stacking direction S, then this can take place in cross-flow. The twisting of adjacent gaps by 90° facilitates the distribution of both the gas to be humidified and the moist gas to the respective gas paths or gaps 17, as well as the collection of the gas after it has flowed through the gas paths or gaps 17.

In jedem Zwischenraum 17 ist in den beiden Randbereichen 6a, 6b jeweils die bereits anhand der 1 bis 3 erläuterte Klebelage 8a, 8b angeordnet, mittels welcher die beiden in Stapelrichtung S benachbarten Membranlagen 3 miteinander verklebt sind. Die Klebelagen 8a, 8b dienen auch als seitliche Begrenzung der als Gaspfade fungierenden Zwischenräume 17 quer zur Erstreckungsrichtung E. In jedem Zwischenraum 17 ist ferner im Mittenbereich 5 die bereits anhand der 1 bis 3 erläuterte eine Distanzlage 7 vorhanden, an welcher sich die beiden in Stapelrichtung S benachbarten und den Zwischenraum 17 in Stapelrichtung S begrenzenden Membranlagen 3 abstützen. In jedem Zwischenraum 17 ist im Mittenbereich 5 zudem die bereits anhand der 1 bis 3 erläuterte Verklebungszone 9 vorgesehen, mittels welcher die im Zwischenraum 17 angeordnete Distanzlage 7 mit beiden in Stapelrichtung S benachbarten Membranlagen 3, 3 verklebt ist.In each gap 17 is in the two edge regions 6a, 6b each already based on the 1 until 3 explained adhesive layer 8a, 8b arranged, by means of which the two membrane layers 3 adjacent in the stacking direction S are glued to one another. The adhesive layers 8a, 8b also serve as a lateral delimitation of the gaps 17 acting as gas paths transversely to the direction of extension E 1 until 3 explained, a spacer layer 7 is present, on which the two membrane layers 3 that are adjacent in the stacking direction S and delimit the intermediate space 17 in the stacking direction S are supported. In each gap 17 is in the central area 5 also already based on 1 until 3 explained bonding zone 9 is provided, by means of which the spacer layer 7 arranged in the intermediate space 17 is bonded to the two membrane layers 3, 3 that are adjacent in the stacking direction S.

Wie insbesondere der Detaildarstellung im Bereich 19 der 5, also im Bereich einer Ecke 13, unmittelbar entnommen werden kann, sind jeweils zwei Klebelagen 6a, 6b, die in zwei verschiedenen und in der Stapelrichtung S benachbarten Zwischenräumen 17 angeordnet sind, im Bereich der vier Ecken 13 der Membranelemente 2 mit rechteckiger Geometrie jeweils mit der die beiden Zwischenräume 17 voneinander trennenden Membranlage 3 verklebt. Mit anderen Worten ist diese Membranlage 3 in Stapelrichtung S sandwichartig zwischen den beiden in Stapelrichtung benachbarten Klebelagen 8a, 8b angeordnet.As in particular the detailed representation in area 19 of 5 , i.e. in the area of a corner 13, can be removed directly, two adhesive layers 6a, 6b, which are arranged in two different intermediate spaces 17 that are adjacent in the stacking direction S, are each with a rectangular geometry in the area of the four corners 13 of the membrane elements 2 of the membrane layer 3 separating the two spaces 17 from one another. In other words, this membrane layer 3 is sandwiched in the stacking direction S between the two adjacent adhesive layers 8a, 8b in the stacking direction.

Im Folgenden wird anhand der 6 das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des voranstehend erläuterten, erfindungsgemäßen Membranstapels 1 beispielhaft erläutert.The following is based on the 6 the method according to the invention for producing the membrane stack 1 according to the invention explained above is explained by way of example.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest drei Maßnahmen a) bis c). Gemäß einer ersten Maßnahme a) werden die Membranlage 3, die Distanzlage 7 und die beiden Klebelagen 8a, 8b wie in 6 gezeigt jeweils als flexibles Endlosmaterial 16 bereitgestellt. Ein solches Endlosmaterial 16 kann ein aufgerolltes Halbzeug sein, das quer zu seiner Laufrichtung biegeflexibel ist und das beim Bereitstellen in Maßnahme a) abgerollt wird.The method according to the invention comprises at least three measures a) to c). According to a first measure a), the membrane layer 3, the spacer layer 7 and the two adhesive layers 8a, 8b as in 6 shown provided as a flexible endless material 16 respectively. Such an endless material 16 can be a rolled-up semi-finished product which is flexible in bending transversely to its running direction and which is unrolled when it is provided in measure a).

Im Beispiel der 6 werden zum späteren - zueinander um 90° verdrehten - Anordnen zweier in Stapelrichtung S benachbarter Membranelemente 2 die Membranlage 3, die Distanzlage 7 und die beiden Klebelagen 8a, 8b als erstes und zweites Endlosmaterial 16a, 16b bereits um 90° verdreht zueinander bereitgestellt. Mit anderen Worten, das jeweilige erste Endlosmaterial 16a ist um 90° zum zugeordneten zweiten Endlosmaterial 16b verdreht angeordnet. Die Laufrichtungen des ersten und des zweiten Endlosmaterials 16a, 16b können senkrecht zueinander verlaufen. Dies gilt für die Membranlage 3, die Distanzlage 7 und die beiden Klebelagen 8a, 8b.In the example of 6 for the subsequent arrangement of two adjacent membrane elements 2 in the stacking direction S, rotated by 90° to one another, the membrane layer 3, the spacer layer 7 and the two adhesive layers 8a, 8b are provided as the first and second endless material 16a, 16b already rotated by 90° to one another. In other words, the respective first endless material 16a is arranged rotated by 90° to the associated second endless material 16b. The running directions of the first and the second continuous material 16a, 16b can run perpendicular to one another. This applies to the membrane layer 3, the spacer layer 7 and the two adhesive layers 8a, 8b.

Gemäß einer zweiten Maßnahme b) werden die beiden Klebelagen 8a, 8b auf der Oberseite 4 der Membranlage 3 - in den späteren Randbereichen 6a, 6b - angeordnet. Dabei werden die beiden Klebelagen 8a, 8b mit der Membranlage 3 verklebt. Zudem wird im Zuge von Maßnahme b) auch die Distanzlage 7 auf der Oberseite 4 der Membranlage 3 zwischen den beiden Klebelagen 8a, 8b - also im späteren Mittenbereich 5 - angeordnet. Zeitlich vor einem solchen Anordnen der Distanzlage 7 auf der Membranlage 3 kann - als Teil von Maßnahme b) - in der Verklebungszone 9 ein Klebstoff aufgebracht werden, sodass zur Ausbildung einer Verliersicherung nach dem Anordnen der Distanzlage 7 auf die Membranlage 3 im Bereich der Verklebungszone 9 die gewünschte Klebebindung 10 realisiert wird.According to a second measure b), the two adhesive layers 8a, 8b are arranged on the upper side 4 of the membrane layer 3—in what will later be the edge regions 6a, 6b. The two adhesive layers 8a, 8b are then bonded to the membrane layer 3. In addition, in the course of measure b), the spacer layer 7 is also arranged on the upper side 4 of the membrane layer 3 between the two adhesive layers 8a, 8b—that is to say in the later center region 5. Before such an arrangement of the spacer layer 7 on the membrane layer 3 - as part of measure b) - an adhesive can be applied in the bonding zone 9, so that to form a loss protection after the spacer layer 7 has been arranged on the membrane layer 3 in the area of the bonding zone 9 the desired adhesive binding 10 is realized.

Mittels voranstehend erläuterter Maßnahme b) wird aus dem in Maßnahme a) bereitgestellten ersten bzw. zweiten Endlosmaterial 16a, 16b ein Membranelement 2 aus erstem bzw. zweitem Endlosmaterial 16a, 16b - im Folgenden auch als „Endlosmembranelemente“ bezeichnet - gebildet. Die voranstehend beschriebene Maßnahme b) wird also sowohl mit jeweiligem ersten Endlosmaterial 16a als auch mit jeweiligem zweiten Endlosmaterial 16b ausgeführt.By means of measure b) explained above, a membrane element 2 made of first or second endless material 16a, 16b—hereinafter also referred to as “endless membrane elements”—is formed from the first or second endless material 16a, 16b provided in measure a). Measure b) described above is therefore carried out both with the respective first continuous material 16a and with the respective second continuous material 16b.

Um aus den Membranelementen 2 aus dem ersten und zweiten Endlosmaterial 16a, 16b die einzelnen Membranelemente 2 des Membranstapels 1 zu bilden, wird gemäß einer dritten Maßnahme c) das Membranelement 2 aus dem ersten und zweiten Endlosmaterial 16a, 16b zu einem jeweiligen Membranelement 2 zugeschnitten. Dies kann mithilfe eines geeigneten Schneidwerkzeugs 18 erfolgen. Im Beispiel ist für das erste Endlosmaterial 16a ein erstes Schneidwerkzeugs 18a und für das zweite Endlosmaterial 16b ein zweites Schneidwerkzeug 18b vorgesehen. Die Endlosmaterialien 16 können also zu Endlosmembranelementen verklebt werden, bevor ein Zuschnitt der Endlosmembranelemente zu den fertigen Membranelementen 2 erfolgt.In order to form the individual membrane elements 2 of the membrane stack 1 from the membrane elements 2 made of the first and second continuous material 16a, 16b, according to a third measure c), the membrane element 2 is cut from the first and second continuous material 16a, 16b to form a respective membrane element 2. This can be done using a suitable cutting tool 18 . In the example, a first cutting tool 18a is provided for the first continuous material 16a and a second cutting tool 18b is provided for the second continuous material 16b. The endless materials 16 can thus be glued to form endless membrane elements before the endless membrane elements are cut to form the finished membrane elements 2 .

Danach werden im Zuge von Maßnahme c) zur Ausbildung des Membranstapels 1 abwechselnd Membranelemente 2 aufeinander gestapelt, die aus erstem und zweitem Endlosmaterial 16a, 16b gefertigt sind, und mithilfe der Klebelagen 8a, 8b miteinander verklebt. Zur Herstellung des Membranstapels 1 werden also Membranelemente 2 aufeinander gestapelt, die abwechselnd aus erstem und zweitem Endlosmaterial 16a, 16b gefertigt sind.Then, in the course of measure c), to form the membrane stack 1, membrane elements 2 are alternately stacked on top of one another, which are made of first and second endless material 16a, 16b, and glued to one another using the adhesive layers 8a, 8b. To produce the membrane stack 1, membrane elements 2 are stacked on top of one another, which are made alternately from the first and second endless material 16a, 16b.

Des Weiteren werden im Zuge von Maßnahme c) die beiden nacheinander zugeschnittenen Membranlagen 3 im Bereich der Verklebungszone 9 der Distanzlage 7 mittels eines Klebstoffs miteinander verklebt.Furthermore, in the course of measure c), the two successively cut membrane layers 3 are glued together in the area of the bonding zone 9 of the spacer layer 7 by means of an adhesive.

Zeitlich nach dem Zuschnitt werden dann die aus den Endlosmembranelementen 20a, 20b zugeschnittenen Membranelemente 2 gestapelt und miteinander verklebt, sodass schließlich der erfindungsgemäße Membranstapel 1 vorliegt.After the cutting, the membrane elements 2 cut to size from the endless membrane elements 20a, 20b are then stacked and glued together so that finally the membrane stack 1 according to the invention is present.

Beispielsweise werden die Endlosmembranelemente 20a, 20b entlang ihrer senkrecht zueinander verlaufenden Laufrichtungen L1, L2, die der jeweiligen Erstreckungsrichtung E entsprechen, je über eine eigene Förderlinie 21a bzw. 21b gefördert, wobei die beiden Förderlinien 21a, 21b in einen gemeinsamen Stapelbereich 22 münden.For example, the endless membrane elements 20a, 20b are conveyed along their mutually perpendicular directions L1, L2, which correspond to the respective direction of extent E, each via their own conveying line 21a or 21b, with the two conveying lines 21a, 21b opening into a common stacking area 22.

Bezüglich einer Förderrichtung F1 bzw. F2 der beiden Förderlinien 21a, 21b vor dem Stapelbereich 22 kann der Zuschnitt zu den Membranelementen 2 je Förderlinie mittels des jeweiligen Schneidwerkzeugs 18a bzw. 18b erfolgen, welches die sich ergebenden Membranelemente 2 von den Endlosmembranelementen 20a bzw. 20b abtrennt.With regard to a conveying direction F1 or F2 of the two conveying lines 21a, 21b in front of the stacking area 22, the membrane elements 2 can be cut to size for each conveying line by means of the respective cutting tool 18a or 18b, which separates the resulting membrane elements 2 from the endless membrane elements 20a or 20b .

Die Förderrichtungen F1, F2 der Förderlinien 21a, 21b können den Laufrichtungen L1, L2 der Endlosmaterialien 16a, 16b bzw. der Endlosmembranelemente 20a, 20b entsprechen.The conveying directions F1, F2 of the conveying lines 21a, 21b can correspond to the running directions L1, L2 of the endless materials 16a, 16b or of the endless membrane elements 20a, 20b.

Die zugeschnittenen Membranelemente 2 können dann über die Förderlinien 21a, 21b in den gemeinsamen Stapelbereich 22 befördert werden.The membrane elements 2 cut to size can then be conveyed into the common stacking area 22 via the conveying lines 21a, 21b.

Claims

Membrane stack (1) for a humidifier module of a fuel cell system, - with at least two, preferably several, along a stacking direction (S) stacked membrane elements (2); - wherein each membrane element (2) has a water vapor-permeable membrane layer (3) extending along an extension direction (E), the membrane layers (3) of the membrane elements (2) being spaced apart, forming respective intermediate spaces (17) along the stacking direction (S). are arranged to each other; - wherein each intermediate space (17) has at least one central region (5) extending along the direction of extent (E) of the membrane element (2) and two transverse to the direction of extent (E) adjoining the central region (5) and also extending along the direction of extent (E ) has extending edge portions (6a, 6b); - wherein in each case two membrane elements (2) that are adjacent in the stacking direction (S) are arranged rotated by 90° with respect to their direction of extension (E); - An adhesive layer (8a, 8b) being arranged in at least one, preferably in each, intermediate space (17) in the two edge regions (6a, 6b), by means of which the two can be attached in the stacking direction (S) to the adhesive layer (8a, 8b) adjacent membrane layers (3) are glued together; - wherein at least in one, preferably in each, intermediate space (17) in the central area (5) a spacer layer (7) is arranged, on which the two membrane layers (3) adjacent to the spacer layer (7) in the stacking direction (S) are supported; - wherein at least in one, preferably in each, intermediate space (17) in the central region (5) there is a bonding zone (9) in which the spacer layer (7) is connected to at least one of the two membrane layers (3) that are adjacent in the stacking direction (S), is preferably glued to the two membrane layers (3, 3) that are adjacent in the stacking direction (S).

membrane stack claim 1 , characterized in that - the spacer layer (7) is designed as a lattice structure (14) with a plurality of lattice openings (15), so that the intermediate space (17) in the central region (5) is only partially filled by the spacer layer (7); or/and that - the two adhesive layers (8a, 8b) completely fill the intermediate space (17) in the two edge regions (6a, 6b).

membrane stack claim 1 or 2 , characterized in that a layer thickness (d _D ) of the spacer layer (7) of each membrane element (2) measured along the stacking direction (S) has the same value as a layer thickness (d _K ) also measured along the stacking direction (S) of the two im adhesive layers (8a, 8b) arranged in the same space (17) as the spacer layer (7).

Membrane stack according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that - at least one bonding zone (9) is arranged at a distance from the two edge regions (6a, 6b); or/and that - the bonding zone (9) is arranged centered on the membrane layer (3) along the stacking direction (S) in a plan view of an upper side (4) of the membrane layer (3); or/and that - in the top view of the top (4) along the stacking direction (S), a lateral extent (AV) of the bonding zone (9) is at most 1/30, preferably at most 1/50, particularly preferably at most 1/100, one lateral extent (AM) of the membrane layer (3) of the same membrane element (2); or/and that - in the top view of the upper side (4) along the stacking direction (S), the bonding zone (9) has a round, preferably circular, geometry.

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that there is exactly one bonding zone (9) in at least one intermediate space (17), preferably in each intermediate space (17).

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer layer (7) rests in a zone (11) complementary to the bonding zone (9) without adhesion to the two membrane layers (3) of the membrane elements (2) adjacent in the stacking direction (S).

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that at least two adhesive layers (8a, 8b), preferably all adhesive layers (8a, 8b), each by a preferably longitudinal adhesive strip (12a, 12b) which is wetted on both sides with adhesive. are formed.

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane elements (2) each essentially have the geometry of a rectangle in a top view along the stacking direction (S).

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that at least two adhesive layers (8a, 8b), which are arranged in two different intermediate spaces (17) that are adjacent in the stacking direction (S), in the region of at least one of the four corners (13) of the Membrane elements (2) with a rectangular geometry are each glued to the membrane layer (3) separating the two spaces (17) from one another, so that this membrane layer (3) is sandwiched in the stacking direction (S) between the adjacent adhesive layers (8a, 8b) is arranged.

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that - a layer thickness (d _M ) of the membrane layer (3) is between 0.05 mm and 0.3 mm, preferably about 0.1 mm; or/and that - the layer thickness (d _K ) of the spacer layer (7) and the two adhesive layers (8a, 8b) is between 0.5 mm and 1.8 mm, preferably between 0.65 mm and 1.5 mm ;

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that an adhesive layer length (I _K ) of the adhesive layers (8a, 8b) measured along the extension direction (E) is at least five times, preferably at least ten times, an adhesive layer width ( measured transversely to the extension direction (E) b _K ).

membrane stack claim 11 , characterized in that a layer width (b _D ) of the spacer layer (7) measured transversely to the direction of extension (E) is at least three times, preferably at least five times, the adhesive layer width (b _K ) of one of the adhesive layers (8a, 8b).

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane layer (3) and/or the spacer layer (4) and/or the two adhesive layers (8a, 8b) each comprise a flexible layer material or consist of a flexible layer material.

Humidifier module for a fuel cell system of a motor vehicle, - With a housing surrounding a housing interior; - With a arranged in the housing interior membrane stack (1) according to any one of the preceding claims.

Method for producing a membrane stack (1) according to one of Claims 1 until 13 , comprising the following measures: a) providing the membrane layer (1), the spacer layer (7) and the two adhesive layers (8a, 8b), each as a flexible endless material (16; 16a, 16b); b) arranging the two adhesive layers (8a, 8b) on the upper side (4) of the membrane layer (3), the two adhesive layers (8a, 8b) being connected to the membrane layer (3) are glued, and arranging the spacer layer (7) on the top (4) of the membrane layer (3) between the two adhesive layers (8a, 8b) and gluing the spacer layer (7) to the membrane layer (3) in the area of a bonding zone (9) so that in this way a membrane element (2) made of endless material (16; 16a, 16b) is formed; c) Successive cutting of the membrane element (2) from the endless material (16; 16a, 16b) to form individual membrane elements (2), membrane elements (2) successively cut to size from the endless material (16; 16a, 16b) for producing the membrane stack (1) stacked on top of one another along the stacking direction S and glued to one another by means of the adhesive layers (8a, 8b).

procedure after claim 15 , characterized in that in measure c) two membrane elements (2) cut one after the other from the endless material (16; 16a, 16b) are arranged rotated by 90° with respect to the extension direction (E) when stacked on top of one another.

procedure after claim 15 or 16 , characterized in that for arranging two adjacent membrane elements (2) in the stacking direction (S) rotated by 90°: - in measure a) the membrane layer (3), the spacer layer (7) and the two adhesive layers (8a, 8b) each are provided as first and second endless material (16a, 16b) rotated by 90° to one another; - in measure c) alternating first and second endless material (16a, 16b) is cut to form a respective membrane element (2), so that membrane elements (2) made alternately from first and second endless material (16a, 16b) are stacked on top of one another.