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Die Erfindung betrifft einen Befeuchter mit Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Befeuchter der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt, bspw. aus
DE 10 2014 104 960 Al. Der darin beschriebene Brennstoffzellenbefeuchter weist ein gefaltetes Diffusionsmedium auf, welches einen ersten Strömungsbereich (feuchte Seite) und einen zweiten Strömungsbereich (trockene Seite) voneinander abtrennt. Dadurch kann Wasser von einem ersten Gas (feuchte Seite) zu einem zweiten Gas (trockene Seite) geführt werden, wodurch die relative Feuchte des zweiten Gases erhöht wird. Allerdings ist die Herstellung des gefalteten Diffusionsmediums vergleichsweise aufwändig. Zudem führt diese Bauweise neben strömungstechnischen Problemen durch mehrfache Umlenkung der Gasströme, die zu einem entsprechenden Druckverlust führen können, zu einem vergleichsweise großen Platzbedarf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Mitteln einen Befeuchter bereitzustellen, der einen vergleichsweise kompakten Aufbau aufweist und strömungstechnisch vorteilhaft ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Befeuchter mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bei dem Befeuchter handelt es sich um einen Befeuchter zur Befeuchtung eines Gasstromes. Der Befeuchter ist also in der Lage, Feuchtigkeit bzw. Wasser von einem (vergleichsweise feuchten) Gasstrom (zweiter Strömungspfad) auf einen (vergleichsweise trockenen) Gasstrom (erster Strömungspfad) zu übertragen. In einer speziellen Ausführungsform kann der Befeuchter optional als ein Befeuchter für eine Brennstoffzelle (Brennstoffzellenbefeuchter) ausgebildet sein.
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Der Befeuchter weist ein sich entlang einer Axialrichtung erstreckendes Gehäuse mit einem ersten Einlass, einem ersten Auslass, einem zweiten Einlass und einem zweiten Auslass auf. Im Inneren des Gehäuses ist eine Membraneinheit angeordnet. Der erste Einlass und der erste Auslass sind mittels eines ersten Strömungspfads (zu befeuchtendes Gas bzw. zu befeuchtender Gasstrom) miteinander strömungsverbunden.
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Der zweite Einlass und der zweite Auslass sind mittels eines zweiten Strömungspfads (zu entfeuchtendes Gas bzw. zu entfeuchtender Gasstrom) miteinander strömungsverbunden. Die Membraneinheit ist zylinderförmig ausgebildet und weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Hohlfasermembranen auf. Die Membraneinheit ist nach (radial) außen zumindest abschnittsweise durch eine erste Kammer umgeben. Die erste Kammer ist wiederum nach (radial) außen zumindest abschnittsweise durch eine zur ersten Kammer separate zweite Kammer umgeben. Die erste Kammer und die zweite Kammer sind durch einen oder mehrere Drosselschlitze miteinander strömungsverbunden.
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Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung kann eine verbesserte Durchströmung der Membraneinheit mittels des zweiten Strömungspfads erreicht werden, so dass feuchte Luft (zu entfeuchtendes Gas bzw. zu entfeuchtender Gasstrom, bspw. feuchte Luft aus dem Stack einer Brennstoffzelle) die Hohlfasern über deren Länge möglichst gleichmäßig passiert. Hierzu sind an der Außenseite der Membraneinheit zwei Kammern angeordnet, welche durch einen oder mehrere Drosselschlitze miteinander verbunden sind. Die erste (innere) Kammer (innerer Abluftkanal) bildet bedingt durch den oder die Drosselschlitze einen gleichmäßigen Widerstand um die Membraneinheit. Dies führt zu einer sehr gleichmäßigen Durchströmung umlaufend von der Mitte nach außen. Nach dem oder den Drosselschlitzen strömt die Luft in die zweite (äußere) Kammer (äußerer Abluftkanal), welche als ein Luftsammler wirkt und die Abluft zum zweiten Auslass leitet.
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Der erste Einlass und der erste Auslass sind mittels des ersten Strömungspfads (erste Strömungsverbindung) miteinander strömungsverbunden. Der erste Strömungspfad erstreckt sich vom ersten Einlass entlang oder parallel zur Axialrichtung durch die Membraneinheit hindurch zum ersten Auslass. Mit anderen Worten passiert der zu befeuchtende Gasstrom (bspw. trockene, sauerstoffhaltige bzw. sauerstoffreiche Frischluft) die Membraneinheit entlang oder parallel zur Axialrichtung. Am ersten Auslass verlässt der (durch Passieren der Membraneinheit befeuchtete) Gasstrom den Befeuchter (befeuchtete Frischluft). Dieser Gasstrom kann dann bspw. einem Stack einer Brennstoffzelle zugeführt werden.
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Der zweite Einlass und der zweite Auslass sind mittels des zweiten Strömungspfads (zweite Strömungsverbindung) miteinander strömungsverbunden. Der zweite Strömungspfad erstreckt sich vom zweiten Einlass durch die Membraneinheit zum zweiten Auslass, wobei der zweite Strömungspfad, insbesondere mittels eines später noch beschriebenen Rohrkörpers in das Innere der Membraneinheit gelangt und von dort nach (radial) außen zur ersten Kammer und zur zweiten Kammer zum zweiten Auslass verläuft. Mit anderen Worten passiert der zu entfeuchtende Gasstrom (bspw. feuchte, sauerstoffarme Luft) die Membraneinheit ein Stück weit entlang bzw. parallel zur Axialrichtung, wobei der Gasstrom innerhalb der Membraneinheit dann nach (radial) außen (über die erste Kammer und die zweite Kammer) zum zweiten Auslass strömt. Am zweiten Auslass verlässt der (durch Passieren der Membraneinheit entfeuchtete) Gasstrom den Befeuchter (entfeuchtete bzw. verbrauchte Luft). Die feuchte, sauerstoffarme Luft am zweiten Einlass kann bspw. als verbrauchte Luft von einem Stack einer Brennstoffzelle zugeführt werden. Die entfeuchtete Luft am zweiten Auslass kann bspw. einem Verdichter zugeführt werden.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Membraneinheit an ihren axialen (entlang der Axialrichtung ausgerichteten) Enden jeweils einen Abschnitt mit Membranverguss aufweisen. Im Abschnitt mit Membranverguss sind die Zwischenräume zwischen den Hohlfasermembranen verschlossen, so dass ein Gas bzw. ein feuchter Gasstrom dort nur die Hohlfasermembranen selbst axial durchströmen kann. Eine Durchströmung von (dort nicht vorhandenen) Zwischenräumen zwischen den Hohlfasermembranen ist in den Abschnitten mit Membranverguss jeweils nicht möglich.
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Zwischen den Abschnitten mit Membranverguss sind die Hohlfasermembrane nebeneinander angeordnet, wobei die Mittellängsachse der Hohlfasermembrane jeweils insbesondere parallel zur Axialrichtung des Gehäuses angeordnet sein können. Die Zwischenräume zwischen den Hohlfasermembranen sind vorzugsweise frei, so dass ein Gas oder ein feuchter Gasstrom an den Hohlfasermembranen vorbeiströmen und bspw. nach (radial) außen zum zweiten Auslass gelangen kann.
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Die Wandung der Hohlfasermembrane ist jeweils für Wasserdampf passierbar, der somit jeweils durch die Wandung der Hohlfasermembrane ins Innere der Hohlfasermembrane gelangt. Auf diese Weise wird Wasserdampf bzw. Feuchtigkeit vom zweiten Strömungspfad bzw. vom zweiten Gasstrom (von außerhalb der Hohlfasermembrane) auf den ersten Strömungspfad bzw. den ersten Gasstrom (ins Innere der Hohlfasermembrane) übertragen. Dadurch erhöht sich die relative Feuchtigkeit des ersten Gasstroms.
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Die Membraneinheit kann eine Einfassung bzw. einen Außenmantel, bspw. aus Kunststoff, aufweisen, die bzw. der die Membraneinheit nach (radial) außen umgibt. Die Einfassung weist im Bereich der Hohlfasermembrane (axial zwischen den Abschnitten mit Membranverguss) eine Vielzahl an Öffnungen auf, durch welche Gas bzw. ein feuchter Gasstrom aus dem Inneren der Membraneinheit in die erste Kammer gelangen kann. Die Öffnungen erstrecken sich insbesondere gleichmäßig über den Umfang der zylindrischen Einfassung. Die Öffnungen können als längliche Schlitze oder als einzelne Durchgänge, bspw. Bohrungen, ausgebildet sein.
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Die Einfassung erstreckt sich axial vorzugsweise über die Abschnitte mit Membranverguss und den dazwischen liegenden Abschnitt mit (freien) Hohlfasermembranen. Die Einfassung hält die Komponenten der Membraneinheit zusammen und kann jeweils eine in die Abschnitte mit Membranverguss eingreifende Fixierung aufweisen.
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Im Bereich der Abschnitte mit Membranverguss kann die Einfassung jeweils einen vorzugsweise entlang der Umfangsrichtung umlaufenden Dichtabschnitt zur Abdichtung der Membraneinheit relativ zum Gehäuse aufweisen. Der Dichtabschnitt kann eine, vorzugsweise ebenfalls entlang der Umfangsrichtung umlaufende, Nut zur Aufnahme eines elastischen Dichtelements, insbesondere eines O-Rings, aufweisen. Die Membraneinheit kann insbesondere als eine Kartuscheneinheit ausgebildet sein.
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Die erste Kammer und die zweite Kammer können durch eine sich insbesondere parallel zur Axialrichtung erstreckende Wandung voneinander abgetrennt sein. Unabhängig davon ist die zweite (äußere) Kammer insbesondere mit dem zweiten Auslass strömungsverbunden.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erste (innere) Kammer entlang der Axialrichtung eine größere Länge aufweisen als die zweite (äußere) Kammer und/oder die erste (innere) Kammer kann entlang einer - orthogonal zur Axialrichtung orientierten - Radialrichtung eine geringere Höhe aufweisen als die zweite (äußere) Kammer. Diese Maßnahmen begünstigen eine Ausbildung eines gleichmäßigen Widerstands um die Membraneinheit. Dies trägt zu einer ausgeglichenen und hohen Übertragung von Feuchtigkeit vom zweiten Strömungspfad bzw. vom zweiten Gasstrom auf den ersten Strömungspfad bzw. den ersten Gasstrom bei.
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Im Konkreten kann sich die erste Kammer entlang der Membraneinheit vom Abschnitt mit Membranverguss am ersten Ende zum Abschnitt mit Membranverguss am zweiten Ende erstrecken. Die zweite Kammer kann sich entlang der Axialrichtung nur über einen Teil der ersten Kammer erstrecken, bspw. zumindest zum überwiegenden Teil oder vollständig in einem Gehäuseabschnitt, etwa einer zweiten Gehäusehälfte.
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In vorteilhafter Weise können die erste (innere) Kammer und/oder die zweite (äußere) Kammer entlang der Umfangsrichtung der Membraneinheit zumindest überwiegend umlaufend ausgebildet sein (entlang der Umfangsrichtung zu mindestens 50% umlaufend ausgebildet sein), vorzugsweise entlang der Umfangsrichtung der Membraneinheit vollständig umlaufend ausgebildet sein. Dies trägt zu einem hohen Wirkungsgrad der Membraneinheit bei. Im Konkreten können die erste Kammer und/oder die zweite Kammer jeweils als ein Ringraum ausgebildet sein.
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Im zweckmäßiger Weise kann am Gehäuse, insbesondere entlang der Schwerkraftrichtung nach unten, ein Wasserauslass (Abluft Membraneinheit) ausgebildet sein, der mit der zweiten (äußeren) Kammer strömungsverbunden ist. Somit kann überschüssige Feuchtigkeit bzw. überschüssiges Wasser aufgefangen und aus dem Befeuchter bzw. aus dessen Gehäuse abgeführt werden.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können der oder die Drosselschlitze entlang der Umfangsrichtung zumindest überwiegend (entlang der Umfangsrichtung zumindest über 50%), vorzugsweise vollständig, umlaufend ausgebildet sein. Dies trägt zu vergleichsweise homogenen Strömungsverhältnissen um die Membraneinheit herum bei. Im Konkreten kann der Drosselschlitz als ein entlang der Umfangsrichtung durchgehender Drosselschlitz ausgebildet sein. Ebenso denkbar ist, dass der Drosselschlitz als mehrere entlang der Umfangsrichtung voneinander beabstandete Schlitze mit dazwischen verbleibenden Stegabschnitten ausgebildet ist (ähnlich einer gestrichelten Linie). Alternativ oder ergänzend können der oder die Drosselschlitze entlang der Umfangsrichtung eine unterschiedlich große Schlitzbreite (Abmessung des oder der Drosselschlitze entlang der bzw. parallel zur Axialrichtung) aufweisen. Hiermit kann je nach vorherrschenden Strömungsverhältnissen und/oder Schwerkrafteinflüssen eine Einstellung im Hinblick auf eine möglichst gleichmäßige Umströmung geschaffen werden.
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In vorteilhafter Weise kann der zweite Einlass mit einem Rohrkörper strömungsverbunden sein, der sich entlang oder parallel zur Axialrichtung, insbesondere zentrisch, durch die Membraneinheit erstreckt, wobei der Rohrkörper (zumindest in dem Bereich, in dem sich dieser axial mit den Hohlfasermembranen überlappt, d.h. zwischen den Abschnitten mit Membranverguss) in seiner Rohrwandung (mantelseitig) eine Vielzahl an Durchgängen aufweist, wobei im Rohrkörper eine Drosselscheibe angeordnet ist, an der der lichte Innenquerschnitt des Rohrkörpers um mindestens 30%, vorzugsweise um mindestens 40%, weiter vorzugsweise um mindestens 50%, reduziert ist. Die Durchgänge in der Rohrwandung ermöglichen den Durchtritt von Gas bzw. feuchtem Gasstrom vom Inneren des Rohrkörpers in den Zwischenraum zwischen den Hohlfasermembranen. Die integrierte Drosselscheibe (Luftmassenstromdrossel) sorgt dafür, dass sich der größte Anteil des einströmenden Luftmassenstromes nicht erst am vom zweiten Einlass abgewandten Ende des Rohrkörpers staut, sondern ein großer Anteil des Gasstroms bzw. der Luft bereits an dem dem zweiten Einlass zugewandten Ende des Rohrkörpers auf der Gegenseite der Einströmseite in die Kartusche nach außen in die innere Kammer (innerer Abluftkanal) gelangt. Dies trägt aufgrund einer entlang der Axialrichtung gleichmäßig verteilten Durchströmung zu einer hohen Effizienz bei.
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In zweckmäßiger Weise kann die Drosselscheibe entlang der Axialrichtung ausgehend von dem zweiten Einlass entlang der Axialrichtung noch vor der axialen Mitte (Mitte entlang der Axialrichtung) der Membraneinheit angeordnet sein. Mit anderen Worten ist die Drosselscheibe entlang der Axialrichtung nicht mittig in der Membraneinheit angeordnet, sondern ausgehend von der Mitte ein Stück weit zum zweiten Einlass hin versetzt. Dies begünstigt eine Durchströmung der Membraneinheit an der dem zweiten Einlass zugewandten Ende.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann das vom zweiten Einlass abgewandte Ende des Rohrkörpers durch eine Stirnwand verschlossen sein, wobei in der Stirnwand eine Öffnung ausgebildet ist, die mit einem weiteren Wasserauslass (Zuluft Membraneinheit) strömungsverbunden ist. Die Stirnwand kann insbesondere entlang der Axialrichtung innerhalb des vom zweiten Eingang abgewandten Abschnitts mit Membranverguss angeordnet sein. Da auch mitgeführtes Wasser, welches bspw. aus dem Stack einer Brennstoffzelle kommt, die Effizienz verringert, weil es sich an der Membranoberfläche niederschlägt und somit in diesem Bereich den Austausch des Wasserdampfes verhindert, ist auf der Gegenseite des Lufteintrittes (zweiter Einlass) der feuchten Luft aus dem Stack eine Öffnung, bspw. als Bohrung, integriert, an dessen Ende das Wasser den Befeuchter verlassen kann. Dieses bereits abgeschiedene Wasser muss nicht mehr durch einen separaten Wasserabscheider nach dem Befeuchter abgeschieden werden, bspw. um eine Beschädigung einer ggf. vorhandenen Turbine zu vermeiden. Somit kann ein Wasserabscheider kleiner dimensioniert werden oder ggf. entfallen.
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In vorteilhafter Weise können der erste Einlass und der zweite Einlass in einem ersten Abschnitt des Gehäuses angeordnet sein und der erste Auslass und der zweite Auslass können in einem zweiten (weiteren) Abschnitt des Gehäuses angeordnet sein. Dadurch können vorteilhafte Durchströmungseigenschaften des Befeuchters erreicht werden, insbesondere in Form eines sogenannten Kreuzstromprinzips.
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Das Gehäuse kann aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt sein, wobei die Gehäuseteile im zusammengesetzten Zustand jeweils an einer Trennebene anliegen. Im Konkreten können die Gehäuseteile in Form von zwei Gehäuseteilen ausgebildet sein, die an einer Trennebene aneinander anliegen, insbesondere in Form von zwei Gehäusehälften. An der Trennebene kann eine Flanschverbindung ausgebildet sein, d.h. jedes Gehäuseteil oder jede Gehäusehälfte kann an der Trennebene einen entsprechenden Flanschabschnitt aufweisen.
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Das Gehäuse kann als Metallgehäuse oder als Kunststoffgehäuse ausgebildet sein. Unabhängig davon können an der Außenseite des Gehäuses Versteifungsrippen vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind, ggf. jedoch lediglich einmal. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform des Befeuchters mit Blick auf die Einlässe (1a) und auf die Auslässe (1b), jeweils in perspektivischer Ansicht;
- 2 einen perspektivischen Längsschnitt des Befeuchters aus 1;
- 3 einen weiteren Längsschnitt des Befeuchters aus 1 mit Veranschaulichung der Strömungen; und
- 4 einen Querschnitt des Befeuchters aus 1 entlang einer in 3 eingezeichneten Schnittachse IV-IV (4a) und einen vergrößerten Ausschnitt des Längsschnitts aus 3 im Bereich des zweiten Auslasses mit Veranschaulichung der Strömung (4b).
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Die 1a und 1b zeigen einen Befeuchter, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Befeuchter 10 kann beispielhaft als Befeuchter 10 für eine Brennstoffzelle eingerichtet und/oder bestimmt sein.
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Der Befeuchter 10 weist ein sich entlang einer Axialrichtung 12 erstreckendes Gehäuse 14 auf. Das Gehäuse 14 weist einen ersten Einlass 16, einen ersten Auslass 18, einen zweiten Einlass 20 und einen zweiten Auslass 22 auf.
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Im Beispiel weist das Gehäuse 14 zwei Gehäusehälften 24, 26 auf, die an einer Trennebene 28 aneinander anliegen. Die Gehäusehälften 24, 26 weißen an der Trennebene 28 jeweils einen Flanschabschnitt 30, 32 auf, so dass die Gehäusehälften 24, 26 im Beispiel mittels einer Flanschverbindung miteinander verbunden werden können. Im Beispiel gibt es hierzu mehrere Verschraubungspunkte 34.
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Der erste Einlass 16 und der zweite Einlass 20 sind im Beispiel in einem vom Flanschabschnitt 30 abgewandten Ende der der Gehäusehälfte 24 angeordnet. Der erste Auslass 18 und der zweite Auslass 22 sind an der weiteren Gehäusehälfte 26 angeordnet. Der erste Auslass 18 ist am vom Flanschabschnitt 32 abgewandten Ende der Gehäusehälfte 26 angeordnet. Der zweite Auslass 22 ist benachbart zum Flanschabschnitt 32 angeordnet.
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Der zweite Einlass 20 und der erste Auslass 18 sind fluchtend zur Axialrichtung 12 bzw. zur Mittellängsachse 12 des Gehäuses 14 angeordnet. Der erste Einlass 16 und der zweite Auslass 22 sind entgegen der Schwerkraftrichtung g nach oben hin abgewinkelt ausgerichtet. Unabhängig davon sind an der Gehäusehälfte 24 und an der Gehäusehälfte 26 jeweils Versteifungsrippen 36, 38 angeordnet.
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Die weitere Ausgestaltung des Befeuchters 10 wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 4b beschrieben.
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Im Inneren des Gehäuses 14 ist eine Membraneinheit 40 angeordnet (vgl. 2 und 3). Die Membraneinheit 40 ist im Beispiel zylindrisch ausgebildet, insbesondere in Form eines senkrechten Kreiszylinders, und weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Hohlfasermembranen auf (nicht im Einzelnen dargestellt). Die Membraneinheit 40 wird weiter unten noch genauer beschrieben.
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Der erste Einlass 16 und der erste Auslass 18 sind mittels eines ersten Strömungspfades 1' (zu befeuchtender Strom; vgl. 3) miteinander strömungsverbunden. Der zweite Einlass 20 und der zweite Auslass 22 sind mittels eines zweiten Strömungspfades 2' (zu entfeuchtender Strom; vgl. 3) miteinander strömungsverbunden.
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Die Membraneinheit 40 ist nach radial außen zumindest durch eine erste (innere) Kammer 42 (innerer Gasstromabluftkanal) umgeben, wobei die erste Kammer 42 im Beispiel umlaufend ausgebildet ist (vgl. 2 bis 4). Die erste Kammer 42 ist wiederum nach radial außen durch eine zur ersten Kammer 42 separate zweite (äußere) Kammer 44 umgeben, wobei die zweite Kammer 44 im Beispiel umlaufend ausgebildet ist.
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Die erste Kammer 42 und die zweite Kammer 44 sind durch eine sich im Beispiel parallel zur Axialrichtung 12 erstreckende Wandung 46 voneinander getrennt und durch einen Drosselschlitz 48 miteinander strömungsverbunden (vgl. 2 und 3). Der Drosselschlitz 48 ist im Beispiel entlang der Umfangsrichtung vollständig umlaufend ausgebildet (nicht gezeigt). Die zweite Kammer 44 ist mit dem zweiten Auslass 22 strömungsverbunden (vgl. 3 und 4b).
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Die Membraneinheit 40 weist an ihren axialen (entlang der Axialrichtung 12 ausgerichteten) Enden jeweils einen Abschnitt mit Membranverguss 50, 52 auf (vgl. 2 und 3). In den Abschnitten mit Membranverguss 50, 52 sind die Zwischenräume zwischen den Hohlfasermembranen verschlossen, so dass ein Gas bzw. ein feuchter Gasstrom dort nur die Hohlfasermembranen selbst axial durchströmen kann.
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Zwischen den Abschnitten mit Membranverguss 50, 52 sind die Hohlfasermembrane nebeneinander angeordnet (dazwischen liegender Abschnitt 54), wobei die Mittellängsachse der Hohlfasermembrane jeweils parallel zur Axialrichtung 12 des Gehäuses angeordnet sind (nicht gezeigt). Die Zwischenräume zwischen den Hohlfasermembranen sind frei, so dass ein Gas oder ein feuchter Gasstrom an den Hohlfasermembranen vorbeiströmen und bspw. nach (radial) außen zum zweiten Auslass 22 gelangen kann.
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Die Membraneinheit 40 weist eine Einfassung 56 auf, die die Membraneinheit 40 nach radial außen umgibt (vgl. 2 und 4b). Die Einfassung 56 weist im Bereich der Hohlfasermembrane zwischen den Abschnitten mit Membranverguss 50, 52 (dazwischen liegender Abschnitt 54) eine Vielzahl an Öffnungen 58 auf, durch die Gas bzw. ein feuchter Gasstrom aus dem Inneren der Membraneinheit 40 in die erste Kammer 42 gelangen kann. Die Einfassung 56 erstreckt sich axial über die Abschnitte mit Membranverguss 50, 52 und den dazwischen liegenden Abschnitt 54. Die Einfassung 56 hält die Komponenten der Membraneinheit 40 zusammen.
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Im Bereich der Abschnitte mit Membranverguss 50, 52 weist die Einfassung 56 jeweils einen entlang der Umfangsrichtung umlaufenden Dichtabschnitt 59, 60 zur Abdichtung der Membraneinheit 40 relativ zum Gehäuse 14 auf (vgl. 2 und 3). Der Dichtabschnitt weist im Beispiel eine entlang der Umfangsrichtung umlaufende Nut 62, 63 zur Aufnahme eines elastischen Dichtelements, wie bspw. eines O-Rings, auf. Die Membraneinheit 40 ist im Beispiel als eine Kartuscheneinheit ausgebildet.
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Die erste Kammer 42 weist entlang der Axialrichtung 12 eine größere Länge auf als die zweite Kammer 44. Die erste Kammer 42 erstreckt sich entlang der Membraneinheit 40 vom Abschnitt mit Membranverguss 50 am ersten Ende zum Abschnitt mit Membranverguss 52 am zweiten Ende. Die erste Kammer 42 erstreckt sich in beiden Gehäusehälften 24, 26. Die zweite Kammer 44 erstreckt sich nahezu vollständig nur in der Gehäusehälfte 26. Die erste Kammer 42 weist entlang einer - orthogonal zur Axialrichtung 12 orientierten - Radialrichtung 13 eine geringere Höhe auf als die zweite Kammer 44.
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Die erste Kammer 42 und die zweite Kammer 44 sind im Beispiel entlang der Umfangsrichtung der Membraneinheit 40 vollständig umlaufend ausgebildet (vgl. 4a). Die erste Kammer 42 und die zweite Kammer 44 sind jeweils als Ringraum ausgebildet.
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Am Gehäuse 14 ist entlang der Schwerkraftrichtung g nach unten ein Wasserauslass 66 ausgebildet, der mit der zweiten Kammer 44 strömungsverbunden ist (vgl. 2 und 3).
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Der Drosselschlitz 48 ist im Beispiel entlang der Umfangsrichtung vollständig umlaufend ausgebildet und weist entlang der Umfangsrichtung eine einheitliche Schlitzbreite (Abmessung des Drosselschlitzes 48 entlang bzw. parallel zur Axialrichtung 12) auf.
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Der zweite Einlass 22 ist mit einem Rohrkörper 68 strömungsverbunden, der sich entlang der Axialrichtung 12 zentrisch durch die Membraneinheit 40 erstreckt (vgl. 2 und 3). Der Rohrkörper 68 weist axial zwischen den Abschnitten mit Membranverguss 50, 52 (dazwischen liegender Bereich 54) in seiner Rohrwandung (mantelseitig) eine Vielzahl an Durchgängen 70 auf. Die Durchgänge 70 ermöglichen den Durchtritt von Gas bzw. feuchtem Gasstrom vom Inneren des Rohrkörpers 68 in den Zwischenraum zwischen den Hohlfasermembranen der Membraneinheit 40.
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Im Rohrkörper 68 ist eine Drosselscheibe 72 angeordnet, an der der lichte Innenquerschnitt des Rohrkörpers 68 im Beispiel um 50% reduziert ist (vgl. 2, 3 und 4a). Die Drosselscheibe 72 ist entlang der Axialrichtung 12 ausgehend von dem zweiten Einlass 20 entlang der Axialrichtung 12 noch vor der axialen Mitte (Mitte entlang der Axialrichtung 12) der Membraneinheit 40 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Drosselscheibe 72 entlang der Axialrichtung 12 nicht mittig in der Membraneinheit 40 angeordnet, sondern ausgehend von der Mitte ein Stück weit zum zweiten Einlass 20 hin versetzt.
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Das vom zweiten Einlass 20 abgewandte Ende des Rohrkörpers 68 ist durch eine Stirnwand 74 verschlossen (vgl. 2 und 3). In der Stirnwand 74 ist eine Öffnung 76 ausgebildet, die mit einem weiteren Wasserauslass 78 strömungsverbunden ist. Die Stirnwand 74 ist im Beispiel entlang der Axialrichtung 12 innerhalb des vom zweiten Eingang 20 abgewandten Abschnitts mit Membranverguss 52 angeordnet.
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Der erste Einlass 16 und der erste Auslass 18 sind mittels des ersten Strömungspfads 1' miteinander strömungsverbunden (vgl. 3). Der erste Strömungspfad 1' erstreckt sich vom ersten Einlass 16 entlang oder parallel zur Axialrichtung 12 durch die Membraneinheit 40 hindurch zum ersten Auslass 18. Mit anderen Worten passiert der zu befeuchtende Gasstrom (bspw. trockne, sauerstoffhaltige bzw. sauerstoffreiche Frischluft) die Membraneinheit 40 entlang oder parallel zur Axialrichtung 12. Am ersten Auslass 18 verlässt der (durch Passieren der Membraneinheit 40 befeuchtete) Gasstrom den Befeuchter 10 (befeuchtete Frischluft). Dieser Gasstrom kann dann bspw. einem Stack einer Brennstoffzelle zugeführt werden.
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Der zweite Einlass 20 und der zweite Auslass 22 sind mittels des zweiten Strömungspfads 2' miteinander strömungsverbunden (vgl. 3, 4a und 4b). Der zweite Strömungspfad 2' erstreckt sich vom zweiten Einlass 20 durch die Membraneinheit 40 zum zweiten Auslass 22, wobei der zweite Strömungspfad 2' mittels des Rohrkörpers 68 in das Innere der Membraneinheit 40 gelangt und von dort nach radial außen zur ersten Kammer 42 und zur zweiten Kammer 44 zum zweiten Auslass 22 verläuft. Mit anderen Worten passiert der zu entfeuchtende Gasstrom (bspw. feuchte, sauerstoffarme Luft) die Membraneinheit 40 ein Stück weit entlang bzw. parallel zur Axialrichtung 12, wobei der Gasstrom innerhalb der Membraneinheit 40 dann nach (radial) außen (über die erste Kammer und die zweite Kammer) zum zweiten Auslass 22 strömt.
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Am zweiten Auslass 22 verlässt der (durch Passieren der Membraneinheit 40 entfeuchtete) Gasstrom den Befeuchter 10 (entfeuchtete bzw. verbrauchte Luft). Die feuchte, sauerstoffarme Luft am zweiten Einlass 20 kann bspw. als verbrauchte Luft von einem Stack einer Brennstoffzelle zugeführt werden. Die entfeuchtete Luft am zweiten Auslass 22 kann bspw. einem Verdichter zugeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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