DE102022118936A1 - Plate stack for a humidification device, carrier plates and humidification device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Plattenstapel (400) für eine Befeuchtungseinrichtung (1000), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einer Mehrzahl von in einer Stapelrichtung (500) alternierend aufeinander folgenden ersten und zweiten Trägerplatten (100, 200), die jeweils einen umlaufenden Rahmen (120, 220) umfassen, der eine Durchgangsöffnung (130, 230) umschließt, wobei im Plattenstapel (400) wenigstens erste und zweite Gruppen von quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanälen (410, 420) ausgebildet sind, welche durch semipermeable Lagen (110, 210), insbesondere feuchtedurchlässige Lagen (110, 210), getrennt sind, wobei jeweils drei der alternierend aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Trägerplatten (100, 200) zwei der quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanäle (410, 420) bilden, und wobei die ersten und/oder zweiten Trägerplatten (100, 200) ein gitterartiges Abstützelement (300) aufweisen.Ferner betrifft die Erfindung eine Trägerplatte (100, 200) für einen Plattenstapel (400), sowie eine Befeuchtungseinrichtung (1000) für ein Brennstoffzellensystem mit einem Plattenstapel (400).The invention relates to a plate stack (400) for a humidification device (1000), in particular for a fuel cell system, with a plurality of first and second carrier plates (100, 200) which alternately follow one another in a stacking direction (500), each of which has a circumferential frame (120 , 220), which encloses a through opening (130, 230), wherein in the plate stack (400) at least first and second groups of flow channels (410, 420) which are designed to allow flow to flow transversely to one another are formed, which are formed by semi-permeable layers (110, 210), in particular moisture-permeable layers (110, 210), are separated, with three of the alternating first and second carrier plates (100, 200) forming two of the flow channels (410, 420) designed to allow flow to flow transversely to one another, and wherein the first and / or second carrier plates (100, 200) have a grid-like support element (300). The invention further relates to a support plate (100, 200) for a stack of plates (400), and a humidification device (1000) for a fuel cell system with a stack of plates (400).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Plattenstapel für eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, Trägerplatten für einen Plattenstapel sowie eine Befeuchtungseinrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit einem Plattenstapel.The invention relates to a plate stack for a humidification device, in particular for a fuel cell system, carrier plates for a plate stack and a humidification device for a fuel cell system with a plate stack.
Stand der TechnikState of the art
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plattenstapel für eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einem verbesserten Stoffübertrag anzugeben.One object of the invention is to provide a plate stack for a humidification device, in particular for a fuel cell system, with improved mass transfer.
Eine weitere Aufgabe ist es, Trägerplatten für einen Plattenstapel für eine Befeuchtungseinrichtung mit einem verbesserten Stoffübertrag anzugeben.Another task is to provide carrier plates for a stack of plates for a humidification device with improved mass transfer.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Befeuchtungseinrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit einem Plattenstapel mit einem verbesserten Stoffübertrag anzugeben.Another task is to provide a humidification device for a fuel cell system with a plate stack with improved mass transfer.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einem Plattenstapel für eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einer Mehrzahl von in einer Stapelrichtung alternierend aufeinander folgenden ersten und zweiten Trägerplatten, die jeweils einen umlaufenden Rahmen umfassen, der eine Durchgangsöffnung umschließt, wobei im Plattenstapel wenigstens erste und zweite Gruppen von quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanälen ausgebildet sind, welche durch semipermeable Lagen, insbesondere feuchtedurchlässige Lagen, getrennt sind, wobei jeweils drei der alternierend aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Trägerplatten zwei der quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanäle bilden, und wobei die ersten und/oder zweiten Trägerplatten ein gitterartiges Abstützelement aufweisen.The aforementioned object is achieved according to one aspect of the invention by a plate stack for a humidification device, in particular for a fuel cell system, with a plurality of first and second carrier plates alternating in a stacking direction, each of which comprises a circumferential frame which encloses a through opening, wherein In the plate stack, at least first and second groups of flow channels designed to allow flow to flow transversely to one another are formed, which are separated by semi-permeable layers, in particular moisture-permeable layers, with three of the alternating first and second carrier plates each forming two of the flow channels designed to allow flow to flow transversely to one another, and wherein the first and / or second support plates have a grid-like support element.
Die weitere Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst von Trägerplatten für einen Plattenstapel für eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, umfassend einen umlaufenden Rahmen, welcher eine Durchgangsöffnung umschließt und am Rahmen eine Auflagefläche für eine semipermeable Lage aufweist, welche die Öffnung überspannt und vollständig abdeckt, wobei die semipermeable Lage, bezogen auf eine bestimmungsgemäße Stapelrichtung im Plattenstapel, an einer Unterseite des Rahmens angeordnet ist.The further object is achieved according to a further aspect of the invention by carrier plates for a plate stack for a humidification device, in particular for a fuel cell system, comprising a circumferential frame which encloses a through opening and has a support surface on the frame for a semi-permeable layer which spans the opening and completely covers, the semi-permeable layer being arranged on an underside of the frame, based on a intended stacking direction in the plate stack.
Die weitere Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst von einer Befeuchtungseinrichtung für ein Brennstoffzellensystem, mit einem Gehäuse, welches wenigstens einen Eingang für ein erstes Fluid, insbesondere ein Abgas des Brennstoffzellensystems, einen Eingang für ein zweites Fluid, insbesondere einer Zuluft des Brennstoffzellensystems, einen Ausgang für das erste Fluid und einen Ausgang für das zweite Fluid aufweist, mit einem Plattenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in dem eine Mehrzahl in einer Stapelrichtung alternierend aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Trägerplatten angeordnet sind, wobei jeweils drei der alternierend aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Trägerplatten eine erste und eine zweite Gruppe quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanäle bilden, wobei die erste Gruppe der Strömungskanäle zwischen dem Eingang und dem Ausgang für das erste Fluid und die zweite Gruppe der Strömungskanäle zwischen dem Eingang und dem Ausgang für das zweite Fluid angeordnet sind.The further object is achieved according to a further aspect of the invention by a humidification device for a fuel cell system, with a housing which has at least one inlet for a first fluid, in particular an exhaust gas of the fuel cell system, an inlet for a second fluid, in particular a supply air of the fuel cell system, has an outlet for the first fluid and an outlet for the second fluid, with a plate stack according to one of
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable refinements and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Plattenstapel für eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, vorgeschlagen mit einer Mehrzahl von in einer Stapelrichtung alternierend aufeinander folgenden ersten und zweiten Trägerplatten, die jeweils einen umlaufenden Rahmen umfassen, der eine Durchgangsöffnung umschließt. Im Plattenstapel sind wenigstens erste und zweite Gruppen von quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanälen ausgebildet, welche durch semipermeable Lagen, insbesondere feuchtedurchlässige Lagen, getrennt sind. Jeweils drei der alternierend aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Trägerplatten bilden zwei der quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanäle. Dabei weisen die ersten und/oder zweiten Trägerplatten ein gitterartiges Abstützelement auf.According to one aspect of the invention, a plate stack for a humidification device, in particular for a fuel cell system, is proposed with a plurality of first and second carrier plates alternating in a stacking direction, each of which comprises a circumferential frame that encloses a through opening. At least there are in the stack of records first and second groups of flow channels designed to allow flow to flow transversely to one another, which are separated by semi-permeable layers, in particular moisture-permeable layers. Three of the alternating first and second carrier plates each form two of the flow channels designed to allow flow to flow transversely to one another. The first and/or second carrier plates have a grid-like support element.
Der vorgeschlagene Plattenstapel ist vorteilhaft geeignet für einen Flachmembranbefeuchter. Dabei werden die Strömungskanäle, beispielsweise Abgaskanal und Zuluftkanal, jeweils mittels zweier unterschiedlicher Trägerplatten gebildet und dienen der Durchströmung mit feuchtigkeitsbelastetem Abgas im Abgaskanal, beispielsweise aus einer Brennstoffzelle und im Nachbarströmungskanal mit trockener Zuluft für die Brennstoffzelle. Die Zuluft kann dabei durch die semipermeable Lade durch Feuchtigkeit des Abgases befeuchtet werden.The proposed plate stack is advantageously suitable for a flat membrane humidifier. The flow channels, for example exhaust duct and supply air duct, are each formed by means of two different carrier plates and are used for the flow of moisture-contaminated exhaust gas in the exhaust duct, for example from a fuel cell, and in the neighboring flow duct with dry supply air for the fuel cell. The supply air can be humidified by moisture from the exhaust gas through the semi-permeable charger.
Die semipermeable Lage trennt so den Abgas- von dem Zuluft-Strömungskanal. Die semipermeable Lage kann beispielsweise als PFSA (perfluorosulfonic acid) - Membran, auch bekannt als Nafion-Membran, ausgebildet sein. Solche Membranen werden üblicherweise auch als Protonenaustauschmembranen eingesetzt. Die Membran ist luftdicht, aber feuchtigkeitsdurchlässig. Die semipermeable Lage kann vorzugsweise auf den Rahmen der Trägerplatte aufgeklebt sein.The semi-permeable layer thus separates the exhaust gas flow channel from the supply air flow channel. The semi-permeable layer can be designed, for example, as a PFSA (perfluorosulfonic acid) membrane, also known as a Nafion membrane. Such membranes are also commonly used as proton exchange membranes. The membrane is airtight but permeable to moisture. The semi-permeable layer can preferably be glued to the frame of the carrier plate.
Zwischen den Trägerplatten werden separate gitterartige Abstützelemente in Form von Strömungsgittern eingelegt. Die Fluidströmung strömt dadurch im „Zickzack“ durch die Kreuzrippenstruktur des Strömungsgitters. Durch diese gezielte Strömungsbeeinflussung kann ein besserer Stoffübertrag, insbesondere ein besserer Feuchteübertrag, von dem feuchten Abgas auf die trockene Zuluft erreicht und dadurch die Leistungsfähigkeit der Befeuchtungseinrichtung gesteigert werden. Durch die Art des Gitters, insbesondere Höhe der Streben, die das Gitter ausbilden, Kreuzungswinkel der Streben, Abstände der Streben („Fadenabstand“) zueinander, kann gezielt Einfluss auf den Stoffübertrag und den Druckverlust genommen werden.Separate grid-like support elements in the form of flow grids are inserted between the carrier plates. The fluid flow therefore flows in a “zigzag” through the cross-rib structure of the flow grid. Through this targeted flow influence, a better mass transfer, in particular a better moisture transfer, from the moist exhaust gas to the dry supply air can be achieved and the performance of the humidification device can thereby be increased. The type of grid, in particular the height of the struts that form the grid, the crossing angle of the struts, the distance between the struts (“thread spacing”), can be used to specifically influence the material transfer and the pressure loss.
Das Gitter auf der Abgasseite dient zusätzlich als Abstandshalter für die semipermeablen Lagen, welche als Membranen ausgebildet sind, und verhindert das Kollabieren des Strömungskanals aufgrund eines Differenzdruckes zwischen dem Abgas und der Zuluft, welche mit höherem Druck in den zugehörigen Strömungskanal gepresst wird. Der Differenzdruck zwischen Zuluft und Abgas kann üblicherweise im Bereich 300 mbar bis 600 mbar liegen und sogar bis zu 1 bar betragen. Eine solche Befeuchtungseinrichtung ist insbesondere vorteilhaft für ein Brennstoffzellensystem geeignet.The grid on the exhaust side also serves as a spacer for the semi-permeable layers, which are designed as membranes, and prevents the flow channel from collapsing due to a differential pressure between the exhaust gas and the supply air, which is pressed into the associated flow channel at higher pressure. The differential pressure between supply air and exhaust gas can usually be in the range of 300 mbar to 600 mbar and even be up to 1 bar. Such a humidification device is particularly advantageously suitable for a fuel cell system.
Alternativ kann das gitterartige Abstützelement auch in beiden Strömungskanälen für die Abgas- und die Zuluftströmung vorgesehen werden. Dadurch kann ein noch verbesserter Stoffübertrag erreicht werden. Außerdem sind die semipermeablen Lagen dadurch noch besser abgestützt und in ihrer Position gehalten.Alternatively, the grid-like support element can also be provided in both flow channels for the exhaust gas and supply air flow. This allows an even improved mass transfer to be achieved. In addition, the semi-permeable layers are even better supported and held in their position.
Das gitterartige Abstützelement kann vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise aus PA6.6 (Polyamid), PPA (Polyphtalamid), PPS (Polyphenylensulfid), oder TPX (Polymethylpenten), ausgebildet sein.The grid-like support element can preferably be made of plastic, for example PA6.6 (polyamide), PPA (polyphthalamide), PPS (polyphenylene sulfide), or TPX (polymethylpentene).
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels kann die semipermeable Lage, bezogen auf die Stapelrichtung, bei den ersten oder zweiten Trägerplatten an einer Unterseite der Trägerplatten und bei den zweiten oder ersten Trägerplatten an einer Oberseite der Trägerplatten angeordnet sein. Dadurch kann das gitterartige Abstützelement im Abgas-Strömungskanal die semipermeable Lage vorteilhaft gegen den Überdruck der Zuluft stabilisieren.According to a favorable embodiment of the plate stack, the semi-permeable layer, based on the stacking direction, can be arranged on an underside of the support plates for the first or second support plates and on an upper side of the support plates for the second or first support plates. As a result, the grid-like support element in the exhaust gas flow channel can advantageously stabilize the semi-permeable layer against the excess pressure of the supply air.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels kann das gitterartige Abstützelement auf die jeweilige erste und/oder zweite Trägerplatte aufgelegt ist, insbesondere mit dem Rahmen verklebt sein. Typischerweise ist das gitterartige Abstützelement ein Einlegeteil bei der Fertigung der Trägerplatte. Auf diese Weise kann eine stabile und dauerhafte Befestigung des gitterartigen Abstützelements erreicht werden.According to a favorable embodiment of the plate stack, the grid-like support element can be placed on the respective first and/or second support plate, in particular glued to the frame. Typically, the grid-like support element is an insert part during the production of the carrier plate. In this way, a stable and permanent attachment of the grid-like support element can be achieved.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels können die gitterartigen Abstützelemente bei den ersten Trägerplatten unterschiedlich zu denen bei den zweiten Trägerplatten ausgebildet sein. Insbesondere können die gitterartigen Abstützelemente sich in Höhe und/oder Fadenabstand und/oder Kreuzungswinkel unterscheiden. Eine Höhe des gitterartigen Abstützelements kann durch den Abstand der Trägerplatten beim Stapeln vorgegeben sein. Der Fadenabstand kann variabel sein. Der Kreuzungswinkel der Fäden kann typischerweise 90°, aber beispielsweise auch 60° betragen oder einen anderen Wert aufweisen. Eine solche Variation der Ausführung der gitterartigen Abstützelemente kann die Strömungsverhältnisse des entsprechenden Strömungskanals signifikant beeinflussen und damit wesentlichen Einfluss auf den Stoffübertrag, dem Feuchtigkeitsübertrag, vom Abgas auf die Zuluft sowie den zugehörigen Druckverlust nehmen. Dies kann passend zu beabsichtigten Einsatzbedingungen angepasst werden.According to a favorable design of the plate stack, the grid-like support elements on the first support plates can be designed differently than those on the second support plates. In particular, the grid-like support elements can differ in height and/or thread spacing and/or crossing angle. A height of the grid-like support element can be predetermined by the distance between the support plates when stacking. The thread spacing can be variable. The crossing angle of the threads can typically be 90°, but also, for example, 60° or have a different value. Such a variation in the design of the grid-like support elements can significantly influence the flow conditions of the corresponding flow channel and thus have a significant influence on the mass transfer, the moisture transfer, from the exhaust gas to the supply air and the associated pressure loss. This can be adjusted to suit intended operating conditions.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels kann der Rahmen der jeweiligen ersten Trägerplatte erste Stirnseiten mit einer oder mehreren Sicken sowie erste Längsseiten mit einem Verbindungsbereich aufweisen, wobei die Stirnseiten Einström- und/oder Abströmbereiche der ersten Gruppe von Strömungskanälen vorgeben. Der Rahmen der jeweiligen zweiten Trägerplatte kann zweite Stirnseiten mit einem Verbindungsbereich sowie zweite Längsseiten mit einer oder mehreren Sicken aufweisen, wobei die Längsseiten Einström- und/oder Abströmbereiche der zweiten Gruppe von Strömungskanälen vorgeben. Auf diese Weise können die ersten und zweiten Trägerplatten alternierend dicht gestapelt werden und dadurch quer zueinander angeordnete Strömungskanäle bilden. Mittels der Sicken kann ein Klebespalt zwischen den aufeinander gestapelten Trägerplatten konstant eingestellt werden. Eine Sicke auf der Zuluftseite, beispielsweise der zweiten Trägerplatte, kann beispielsweise im Bereich 1,2 mm bis 1,4 mm liegen, eine Sicke auf der Abgasseite, beispielsweise der ersten Trägerplatte, kann beispielsweise im Bereich 0,4 mm bis 0,6 mm liegen. Hierdurch kann eine Trägerplatte vorteilhaft dünn ausgebildet sein.According to a favorable embodiment of the plate stack, the frame of the respective first carrier plate can have first end faces with one or more beads and first longitudinal sides with a connecting area, the end faces specifying inflow and/or outflow areas of the first group of flow channels. The frame of the respective second support plate can have second end faces with a connection area and second long sides with one or more beads, the long sides specifying inflow and/or outflow areas of the second group of flow channels. In this way, the first and second carrier plates can be alternately stacked tightly and thereby form flow channels arranged transversely to one another. Using the beads, an adhesive gap between the carrier plates stacked on top of each other can be constantly adjusted. A bead on the supply air side, for example the second carrier plate, can be in the range 1.2 mm to 1.4 mm, for example, a bead on the exhaust side, for example the first carrier plate, can be in the range 0.4 mm to 0.6 mm, for example lay. As a result, a carrier plate can advantageously be made thin.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels können die ersten Stirnseiten wenigstens ein Abstandselement zum Beabstanden der zweiten Stirnseiten der folgenden zweiten Trägerplatte aufweisen. Insbesondere können sich die Sicken und die Abstandselemente an den ersten Stirnseiten bezogen auf die Stapelrichtung in entgegengesetzte Richtungen von der ersten Trägerplatte weg erstrecken. Dadurch kann der Einström- und Abströmbereich für das Abgas auch bei höherem Druck der Zuluft günstig offen gehalten werden.According to a favorable embodiment of the plate stack, the first end faces can have at least one spacer element for spacing the second end faces of the following second carrier plate. In particular, the beads and the spacer elements on the first end faces can extend in opposite directions away from the first support plate with respect to the stacking direction. This means that the inflow and outflow area for the exhaust gas can be kept open in a cost-effective manner, even at higher supply air pressure.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels können die zweiten Stirnseiten im Verbindungsbereich Sickenaufnahmen zum Aufnehmen von Sicken der ersten Stirnseiten der angrenzenden ersten Trägerplatte aufweisen, und die ersten Längsseiten können im Verbindungsbereich Sickenaufnahmen zur Aufnahme von Sicken der folgenden zweiten Trägerplatte aufweisen. Auf diese Weise können die ersten und zweiten Trägerplatten alternierend dicht gestapelt werden und dadurch quer zueinander angeordnete Strömungskanäle bilden.According to a favorable embodiment of the plate stack, the second end faces in the connection area can have bead receptacles for receiving beads of the first end faces of the adjacent first support plate, and the first longitudinal sides can have bead receptacles in the connection area for receiving beads of the following second support plate. In this way, the first and second carrier plates can be alternately stacked tightly and thereby form flow channels arranged transversely to one another.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels können aufeinanderfolgende erste und zweite Trägerplatten bis auf Einström- oder Abströmbereiche fluiddicht miteinander verbunden sein, insbesondere an den Rahmen der Trägerplatten miteinander verbunden sind, insbesondere miteinander verklebt sein. Dadurch können Seitenbereiche der Strömungskanäle sicher abgedichtet werden, sodass keine Leckagen für die strömenden Fluidströme entstehen können.According to a favorable embodiment of the plate stack, successive first and second carrier plates can be connected to one another in a fluid-tight manner except for inflow or outflow areas, in particular on the frame of the carrier plates, they can be connected to one another, in particular they can be glued to one another. As a result, side areas of the flow channels can be securely sealed so that no leaks can arise for the flowing fluid streams.
Vorteilhaft kann der Verbindungsbereich der zweiten Trägerplatte mit der Unterseite der Sicke der ersten Trägerplatte den ersten Kanal seitlich begrenzen. Ebenso kann der Verbindungsbereich der ersten Trägerplatte mit der Unterseite der Sicke der zweiten Trägerplatte den zweiten Kanal seitlich begrenzen.Advantageously, the connection area of the second carrier plate with the underside of the bead of the first carrier plate can laterally limit the first channel. Likewise, the connection area of the first carrier plate with the underside of the bead of the second carrier plate can laterally limit the second channel.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels kann an einer Außenseite des Plattenstapels wenigstens eine Aufnahme für eine axiale oder radiale Dichtung angeordnet sein. Insbesondere können die Rahmen der aufeinander folgenden Trägerplatten Einschnitte aufweisen, durch welche die Aufnahme gebildet wird. Mittels eine solchen Dichtung kann der Plattenstapel im Gehäuse einer Befeuchtungseinrichtung vorteilhaft so angeordnet werden, dass keine Kreuzleckage, d.h. eine Leckage zwischen den beiden Fluidströmen entstehen kann. Dadurch kann eine effiziente Befeuchtung der Zuluft durch Übertrag der Feuchtigkeit aus der Abgasströmung erreicht werden.According to a favorable embodiment of the plate stack, at least one receptacle for an axial or radial seal can be arranged on an outside of the plate stack. In particular, the frames of the successive carrier plates can have incisions through which the receptacle is formed. By means of such a seal, the plate stack can advantageously be arranged in the housing of a humidification device in such a way that no cross leakage, i.e. a leakage between the two fluid streams, can occur. This allows efficient humidification of the supply air to be achieved by transferring moisture from the exhaust gas flow.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Trägerplatte für einen Plattenstapel für eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, vorgeschlagen, umfassend einen umlaufenden Rahmen, welcher eine Durchgangsöffnung umschließt und am Rahmen eine Auflagefläche für eine semipermeable Lage aufweist, welche die Öffnung überspannt und vollständig abdeckt. Dabei ist die semipermeable Lage, bezogen auf eine bestimmungsgemäße Stapelrichtung im Plattenstapel, an einer Unterseite des Rahmens angeordnet.According to a further aspect of the invention, a support plate for a plate stack for a humidification device, in particular for a fuel cell system, is proposed, comprising a circumferential frame which encloses a through opening and has a support surface on the frame for a semi-permeable layer which spans the opening and completely covers it . The semi-permeable layer is arranged on an underside of the frame in relation to the intended stacking direction in the plate stack.
Die vorgeschlagene Trägerplatte dient vorteilhaft als erste von zwei Ausbildungen von Trägerplatten zum Aufbau eines Plattenstapels, welcher vorteilhaft geeignet ist für einen Flachmembranbefeuchter. Dabei werden die Strömungskänale jeweils (Abgas- und Zuluftkanal) mittels zweier unterschiedlicher Trägerplatten gebildet und dienen der Durchströmung mit feuchtigkeitsbelastetem Abgas, beispielsweise aus einer Brennstoffzelle und im Nachbarströmungskanal mit trockener Zuluft. Die Zuluft kann dabei durch die semipermeable Lade durch Feuchtigkeit des Abgases befeuchtet werden.The proposed carrier plate advantageously serves as the first of two designs of carrier plates for building a plate stack, which is advantageously suitable for a flat membrane humidifier. The flow channels (exhaust gas and supply air channel) are formed by means of two different carrier plates and are used for the flow of moisture-contaminated exhaust gas, for example from a fuel cell, and in the neighboring flow channel for dry supply air. The supply air can be humidified by moisture from the exhaust gas through the semi-permeable charger.
Die semipermeable Lage trennt so den Abgas- von dem Zuluft-Strömungskanal. Die semipermeable Lage kann beispielsweise als PFSA (perfluorosulfonic acid) - Membran ausgebildet sein. Solche Membranen werden üblicherweise auch als Protonenaustauschmembranen eingesetzt. Die Membran ist luftdicht, aber feuchtigkeitsdurchlässig. Die semipermeable Lage kann vorzugsweise auf den Rahmen der Trägerplatte aufgeklebt werden.The semi-permeable layer thus separates the exhaust gas flow channel from the supply air flow channel. The semi-permeable layer can be designed, for example, as a PFSA (perfluorosulfonic acid) membrane. Such membranes are also commonly used as proton exchange membranes. The membrane is airtight but permeable to moisture. The semi-permeable layer can preferably be glued to the frame of the carrier plate.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann der Rahmen erste Stirnseiten mit einer oder mehreren Sicken sowie erste Längsseiten mit einem Verbindungsbereich mit Aufnahmebegrenzungen für Sicken einer im Plattenstapel bestimmungsgemäß benachbarten Trägerplatte aufweisen, wobei die Stirnseiten Einström- und/oder Abströmbereiche vorgeben. Mittels der Sicken kann ein Klebespalt zwischen den aufeinander gestapelten Trägerplatten konstant eingestellt werden. Eine Sicke auf der Zuluftseite, beispielsweise der zweiten Trägerplatte, kann beispielsweise im Bereich 1,2 mm bis 1,4 mm liegen, eine Sicke auf der Abgasseite, beispielsweise der ersten Trägerplatte, kann beispielsweise im Bereich 0,4 mm bis 0,6 mm liegenAccording to a favorable embodiment of the carrier plate, the frame can have first end faces with one or more beads and first longitudinal sides with a connection area with receiving boundaries for beads of a carrier plate that is intended to be adjacent in the plate stack, the end faces specifying inflow and / or outflow areas. Using the beads, an adhesive gap between the carrier plates stacked on top of each other can be constantly adjusted. A bead on the supply air side, for example the second carrier plate, can be in the range 1.2 mm to 1.4 mm, for example, a bead on the exhaust side, for example the first carrier plate, can be in the range 0.4 mm to 0.6 mm, for example lay
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Trägerplatte für einen Plattenstapel für eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, vorgeschlagen, umfassend einen umlaufenden Rahmen, welcher eine Durchgangsöffnung umschließt und am Rahmen eine Auflagefläche für eine semipermeable Lage aufweist, welche die Öffnung überspannt und vollständig abdeckt, wobei die semipermeable Lage, bezogen auf eine bestimmungsgemäße Stapelrichtung im Plattenstapel, an einer Oberseite des Rahmens angeordnet ist.According to a further aspect of the invention, a support plate for a plate stack for a humidification device, in particular for a fuel cell system, is proposed, comprising a circumferential frame which encloses a through opening and has a support surface on the frame for a semi-permeable layer which spans the opening and completely covers it , wherein the semi-permeable layer is arranged on an upper side of the frame in relation to an intended stacking direction in the plate stack.
Die vorgeschlagene Trägerplatte dient vorteilhaft als zweite von zwei Ausbildungen von Trägerplatten zum Aufbau eines Plattenstapels, welcher vorteilhaft geeignet ist für einen Flachmembranbefeuchter. Dabei werden die Strömungskänale jeweils (Abgas- und Zuluftkanal) mittels zweier unterschiedlicher Trägerplatten gebildet und dienen der Durchströmung mit feuchtigkeitsbelastetem Abgas, beispielsweise aus einer Brennstoffzelle und im Nachbarströmungskanal mit trockener Zuluft. Die Zuluft kann dabei durch die semipermeable Lade durch Feuchtigkeit des Abgases befeuchtet werden.The proposed carrier plate advantageously serves as the second of two designs of carrier plates for building a plate stack, which is advantageously suitable for a flat membrane humidifier. The flow channels (exhaust gas and supply air channel) are formed by means of two different carrier plates and are used for the flow of moisture-contaminated exhaust gas, for example from a fuel cell, and in the neighboring flow channel for dry supply air. The supply air can be humidified by moisture from the exhaust gas through the semi-permeable charger.
Die semipermeable Lage trennt so den Abgas- von dem Zuluft-Strömungskanal. Die semipermeable Lage kann beispielsweise als PFSA (perfluorosulfonic acid) - Membran ausgebildet sein. Solche Membranen werden üblicherweise auch als Protonenaustauschmembranen eingesetzt. Die Membran ist luftdicht, aber feuchtigkeitsdurchlässig. Die semipermeable Lage kann vorzugsweise auf den Rahmen der Trägerplatte aufgeklebt werden.The semi-permeable layer thus separates the exhaust gas flow channel from the supply air flow channel. The semi-permeable layer can be designed, for example, as a PFSA (perfluorosulfonic acid) membrane. Such membranes are also commonly used as proton exchange membranes. The membrane is airtight but permeable to moisture. The semi-permeable layer can preferably be glued to the frame of the carrier plate.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann der Rahmen zweite Stirnseiten mit einem Verbindungsbereich mit Aufnahmebegrenzungen für Sicken einer im Plattenstapel bestimmungsgemäß benachbarten Trägerplatte sowie zweite Längsseiten mit einer oder mehreren Sicken aufweisen, wobei die Längsseiten Einström- und/oder Abströmbereiche vorgeben. Auf diese Weise können die ersten und zweiten Trägerplatten alternierend dicht gestapelt werden und dadurch quer zueinander angeordnete Strömungskanäle bilden.According to a favorable embodiment of the carrier plate, the frame can have second end faces with a connection area with receiving boundaries for beads of a carrier plate that is intended to be adjacent in the plate stack, as well as second long sides with one or more beads, the long sides specifying inflow and / or outflow areas. In this way, the first and second carrier plates can be alternately stacked tightly and thereby form flow channels arranged transversely to one another.
Vorteilhaft kann der Rahmen der Trägerplatte aus Metallblech oder Kunststofffolie ausgebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich, einen möglichst dünnen und dennoch stabilen Rahmen zu fertigen. Dadurch kann ein kompakter Plattenstapel aufgebaut werden, der gleichzeitig den Stabilitätsanforderungen im Betrieb der Befeuchtungseinrichtung genügt. Eine Dicke des Rahmens kann typischerweise im Bereich 0,3 mm liegen.The frame of the carrier plate can advantageously be made of sheet metal or plastic film. In this way it is possible to produce a frame that is as thin as possible and yet stable. This allows a compact stack of plates to be constructed which at the same time meets the stability requirements during operation of the humidification device. A thickness of the frame can typically be in the range 0.3 mm.
Vorteilhaft kann wenigstens ein Rahmenelement einen von einer Längsseite nach außen weisenden Einschnitt aufweisen. Dadurch können die Rahmen der aufeinander folgenden Trägerplatten eine Aufnahme für eine Dichtung bilden, welche eine Stirnseite des Plattenstapels rundum abdichtet. Mittels eine solchen Dichtung kann der Plattenstapel im Gehäuse einer Befeuchtungseinrichtung vorteilhaft so angeordnet werden, dass keine Kreuzleckage, d.h. eine Leckage zwischen den beiden Fluidströmen. Dadurch kann eine effiziente Befeuchtung der Zuluft durch Übertrag der Feuchtigkeit aus der Abgasströmung erreicht werden.At least one frame element can advantageously have an incision pointing outwards from a long side. As a result, the frames of the successive carrier plates can form a receptacle for a seal, which seals an end face of the plate stack all around. By means of such a seal, the plate stack can advantageously be arranged in the housing of a humidification device in such a way that there is no cross leakage, i.e. a leakage between the two fluid streams. This allows efficient humidification of the supply air to be achieved by transferring moisture from the exhaust gas flow.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann der Verbindungsbereich wenigstens eine Klebefläche aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Aufnahmebegrenzung als Abstandshalter zum Rahmen einer im Plattenstapel bestimmungsgemäß benachbarten Trägerplatte wirken. Durch eine Klebung können die gestapelten Trägerplatten sicher verbunden werden und dichte Strömungskanäle ausbilden. Durch die Abstandshalter können Einström- und Abströmbereiche der Strömungskanäle günstig offengehalten werden, auch wenn den benachbarten Strömungskanäle höhere Drücke herrschen.According to a favorable design of the carrier plate, the connection area can have at least one adhesive surface. Alternatively or additionally, the recording limitation can act as a spacer for the frame of a carrier plate that is intended to be adjacent in the plate stack. The stacked carrier plates can be securely connected by gluing and form tight flow channels. The spacers allow the inflow and outflow areas of the flow channels to be kept open, even if the adjacent flow channels have higher pressures.
Vorteilhaft können die ersten Stirnseiten wenigstens ein Abstandselement zum Beabstanden der zweiten Stirnseiten der folgenden zweiten Trägerplatte aufweisen. Insbesondere können sich die Sicken und die Abstandselemente an den ersten Stirnseiten bezogen auf die Stapelrichtung in entgegengesetzte Richtungen von der ersten Trägerplatte weg erstrecken. Dadurch kann der Einström- und Abströmbereich für das Abgas auch bei höherem Druck der Zuluft günstig offen gehalten werden.Advantageously, the first end faces can have at least one spacer element for spacing the second end faces of the following second carrier plate. In particular, the beads and the spacer elements on the first end faces can extend in opposite directions away from the first support plate with respect to the stacking direction. This means that the inflow and outflow area for the exhaust gas can be kept open in a cost-effective manner, even at higher supply air pressure.
Vorteilhaft kann so eine Kanalanordnung des Plattenstapels aus zwei unterschiedlichen Trägerplatten gebildet sein, wobei die beiden Trägerplatten in Stapelrichtung übereinander angeordnet sind. Zwischen den Platten ist ein Strömungskanal ausgebildet. Die ersten Rahmenelemente der ersten Trägerplatte sind gegenüberliegend zu den zweiten Rahmenelementen der zweiten Trägerplatte angeordnet und die zweiten Rahmenelemente der ersten Trägerplatte sind gegenüberliegend zu ersten Rahmenelementen der zweiten Trägerplatte angeordnet.A channel arrangement of the plate stack can advantageously be formed from two different carrier plates, with the two carrier plates being arranged one above the other in the stacking direction. A flow channel is formed between the plates. The first frame elements of the first support plate are opposite the second ones Frame elements of the second support plate are arranged and the second frame elements of the first support plate are arranged opposite to first frame elements of the second support plate.
Die Rahmenoberseiten mit den Lagenoberseiten der korrespondierenden semipermeable Lage begrenzen einen oberhalb der jeweiligen Trägerplatte verlaufenden Strömungskanal nach unten und Rahmenunterseiten mit den Lagenunterseiten der korrespondierenden semipermeable Lage begrenzen einen unterhalb der jeweiligen Trägerplatte verlaufenden Kanal nach oben.The frame tops with the layer tops of the corresponding semi-permeable layer delimit a flow channel running above the respective carrier plate downwards and frame bottoms with the layer undersides of the corresponding semi-permeable layer delimit a channel running below the respective carrier plate upwards.
Die Verbindungsbereiche mit der korrespondierenden gewölbten Ausbeulung der Sicke begrenzen den zwischen den Trägerplatten verlaufenden Strömungskanal seitlich und dichten den Strömungskanal seitlich ab. Dabei ist ein Querschnitt der ersten Trägerplatte deckungsgleich zu einem Querschnitt der zweiten Trägerplatte ausgebildet.The connection areas with the corresponding curved bulge of the bead laterally limit the flow channel running between the support plates and seal the flow channel laterally. A cross section of the first carrier plate is designed to be congruent with a cross section of the second carrier plate.
Die Höhe der Strömungskanäle ist abhängig von den Abmessungen der Verbindungsbereiche und/oder von den Abmessungen der Abstandselemente, welche den Abstand zwischen den übereinander angeordneten Trägerplatten vorgeben.The height of the flow channels depends on the dimensions of the connection areas and/or on the dimensions of the spacer elements, which determine the distance between the support plates arranged one above the other.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Befeuchtungseinrichtung vorgeschlagen für ein Brennstoffzellensystem, mit einem Gehäuse, welches wenigstens einen Eingang für ein erstes Fluid, insbesondere ein Abgas des Brennstoffzellensystems, einen Eingang für ein zweites Fluid, insbesondere einer Zuluft des Brennstoffzellensystems, einen Ausgang für das erste Fluid und einen Ausgang für das zweite Fluid aufweist, mit einem Plattenstapel, in dem eine Mehrzahl in einer Stapelrichtung alternierend aufeinander folgenden ersten und zweiten Trägerplatten angeordnet sind. Jeweils drei der alternierend aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Trägerplatten bilden eine erste und eine zweite Gruppe quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanäle. Dabei sind die erste Gruppe der Strömungskanäle zwischen dem Eingang und dem Ausgang für das erste Fluid und die zweite Gruppe der Strömungskanäle zwischen dem Eingang und dem Ausgang für das zweite Fluid angeordnet.According to a further aspect of the invention, a humidification device is proposed for a fuel cell system, with a housing which has at least one inlet for a first fluid, in particular an exhaust gas of the fuel cell system, an inlet for a second fluid, in particular a supply air of the fuel cell system, an outlet for the first fluid and an outlet for the second fluid, with a plate stack in which a plurality of first and second carrier plates alternating in a stacking direction are arranged. Three of the alternating first and second carrier plates each form a first and a second group of flow channels designed to allow flow to pass through one another. The first group of flow channels are arranged between the inlet and the outlet for the first fluid and the second group of flow channels are arranged between the inlet and the outlet for the second fluid.
Die Befeuchtungseinrichtung stellt eine spezielle Ausführungsform eines Flachmembranbefeuchters dar. In einer Gruppe von Strömungskanälen strömt ein erstes, feuchtes oder wasserreiches Fluid, beispielsweise Abgas von Brennstoffzellen, während in einer anderen Gruppe von Strömungskanälen ein zweites, trockenes Fluid, beispielsweise Zuluft für die Brennstoffzellen, strömt. Über die semipermeablen Membranen kann das zweite, trockene Fluid von dem ersten Fluid befeuchtet werden.The humidification device represents a special embodiment of a flat membrane humidifier. A first, moist or water-rich fluid, for example exhaust gas from fuel cells, flows in one group of flow channels, while a second, dry fluid, for example supply air for the fuel cells, flows in another group of flow channels. The second, dry fluid can be moistened by the first fluid via the semipermeable membranes.
Der Plattenstapel mit den Trägerplatten kann beispielsweise axial über zwei, sich jeweils an den Enden auf Eintrittsseite und Austrittsseite des ersten oder zweiten Fluids befindende axial wirkende Dichtungen in dem Gehäuse schwimmend abgedichtet sein. Diese Dichtungen können entweder den Zuluft- oder den Abgasbereich dichten. Bevorzugt wird dabei der Abgasbereich abgedichtet.The plate stack with the carrier plates can, for example, be axially sealed in a floating manner in the housing via two axially acting seals located at the ends on the inlet side and outlet side of the first or second fluid. These seals can seal either the supply air or the exhaust gas area. The exhaust gas area is preferably sealed.
Die Trägerplatten des Plattenstapels können beispielsweise als Edelstahlplatten oder auch als Kunststoffplatten, beispielsweise aus PPS (Polypropylensulfid), ausgebildet sein. Eine Dicke der Trägerplatte kann beispielsweise im Bereich 0,3 mm liegen.The carrier plates of the plate stack can be designed, for example, as stainless steel plates or as plastic plates, for example made of PPS (polypropylene sulfide). A thickness of the carrier plate can be in the range of 0.3 mm, for example.
Das Gehäuse der Befeuchtungseinrichtung kann aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, ausgebildet sein. Alternativ ist auch möglich, dass das Gehäuse aus Kunststoff, beispielsweise aus PPS, PPA (Polyphtalamid), PA (Polyamid), ausgebildet ist.The housing of the humidification device can be made of metal, for example aluminum. Alternatively, it is also possible for the housing to be made of plastic, for example PPS, PPA (polyphthalamide), PA (polyamide).
Das Gehäuse kann mehrteilig ausgebildet sein mit einem abnehmbaren Deckel. Auf diese Weise kann der Plattenstapel zu Wartungszwecken aus dem Gehäuse entnommen und/oder ausgetauscht werden.The housing can be designed in several parts with a removable cover. In this way, the stack of plates can be removed from the housing and/or replaced for maintenance purposes.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following drawing description. An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawings. The drawings, description and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further sensible combinations.
Es zeigen beispielhaft:
-
1 eine erste Trägerplatte für einen Plattenstapel für eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Darstellung; -
2 eine zweite Trägerplatte nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Darstellung; -
3 dieerste Trägerplatte nach 1 mit einem darüber angeordneten gitterartigen Abstützelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
4 die zweite Trägerplatte nach2 mit einem darüber angeordneten gitterartigen Abstützelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
5 drei alternierend aufeinander gestapelte Trägerplatten nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche einen ersten und einen zweiten Strömungskanal ausbilden; -
6 einen Längsschnitt durch drei alternierend aufeinander gestapelte Trägerplatten mit einer transparent dargestellten oberen semipermeablen Lage; -
7 einen Längsschnitt durch die drei Trägerplatten nach6 mit der intransparent dargestellten oberen semipermeablen Lage; -
8 einen Plattenstapel nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Aufbau in isometrischer Darstellung; -
9 einen Plattenstapel nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Darstellung; und -
10 eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Darstellung.
-
1 a first carrier plate for a plate stack for a humidification device, in particular for a fuel cell system, according to an exemplary embodiment of the invention in an isometric view; -
2 a second carrier plate according to an embodiment of the invention in an isometric view; -
3 thefirst carrier plate 1 with a grid-like support element arranged above it according to an embodiment of the invention; -
4 the second carrier plate2 with a grid-like support element arranged above it according to an embodiment of the invention; -
5 three carrier plates stacked alternately on top of one another according to an exemplary embodiment of the invention, which form a first and a second flow channel; -
6 a longitudinal section through three carrier plates stacked alternately on top of each other with an upper semi-permeable layer shown transparently; -
7 a longitudinal section through the three support plates6 with the upper semi-permeable layer shown in a non-transparent manner; -
8th a stack of plates according to an exemplary embodiment of the invention in construction in an isometric view; -
9 a stack of plates according to an embodiment of the invention in an isometric view; and -
10 a humidification device, in particular for a fuel cell system, according to an embodiment of the invention in an isometric view.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, identical or similar components are numbered with the same reference numerals. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.
Die Trägerplatte 100 umfasst einen umlaufenden Rahmen 120, welcher eine Durchgangsöffnung 130 umschließt und am Rahmen 120 eine Auflagefläche 128 für eine semipermeable Lage 110 (
Der Rahmen 120 weist erste Stirnseiten 122 mit einer oder mehreren Sicken 160 sowie erste Längsseiten 124 mit einem Verbindungsbereich 150 mit Aufnahmebegrenzungen 154 für Sicken 260 einer im Plattenstapel 400 bestimmungsgemäß benachbarten Trägerplatte 200 (
Die ersten Stirnseiten 122 weisen ferner wenigstens ein Abstandselement 140 zum Beabstanden der zweiten Stirnseiten 222 der in Stapelrichtung 500 folgenden zweiten Trägerplatte 200 auf. Insbesondere erstrecken sich die Sicken 160 und die Abstandselemente 140 an den ersten Stirnseiten 122 bezogen auf die Stapelrichtung 500 in entgegengesetzte Richtungen von der ersten Trägerplatte 100 weg.The first end faces 122 also have at least one
Die Trägerplatte 200 umfasst ebenfalls einen umlaufenden Rahmen 220, welcher eine Durchgangsöffnung 230 umschließt und am Rahmen 220 eine Auflagefläche 228 für eine semipermeable Lage 210 (
Der Rahmen 220 weist zweite Stirnseiten 222 mit einem Verbindungsbereich 250 mit Aufnahmebegrenzungen 254 für Sicken 160 einer im Plattenstapel 400 bestimmungsgemäß benachbarten Trägerplatte 100 sowie zweite Längsseiten 224 mit einer oder mehreren Sicken 260 auf. Die Längsseiten 224 geben dabei Einström- und/oder Abströmbereiche für eine Fluidströmung vor.The
Der Rahmen 120, 220 kann beispielsweise aus Metallblech oder aus Kunststofffolie ausgebildet sein.The
Der Rahmen 120, 220 weist einen von der Längsseite 124, 224 nach außen weisenden Einschnitt 170, 270 auf, welcher bei aufeinander gestapelten Trägerplatten 100, 200 eine Aufnahme 432 für eine Dichtung 430 des Plattenstapels 400 (siehe
Der Verbindungsbereich 150, 250 der Trägerplatten 100, 200 kann wenigstens eine Klebefläche aufweisen, um aufeinander gestapelte Trägerplatten 100, 200 fest zu verbinden.The connection area 150, 250 of the
Die Aufnahmebegrenzung 154, 254 wirkt dabei als Abstandshalter zum Rahmen 120, 220 einer im Plattenstapel 400 bestimmungsgemäß benachbarten Trägerplatte 100, 200. The
Der Rahmen 120 der jeweiligen ersten Trägerplatte 100 weist erste Stirnseiten 122 mit einer oder mehreren Sicken 160 sowie erste Längsseiten 124 mit einem Verbindungsbereich 150 auf. Dabei geben die Stirnseiten 122 Einström- und/oder Abströmbereiche der ersten Gruppe von Strömungskanälen 410 vor.The
Der Rahmen 220 der jeweiligen zweiten Trägerplatte 200 weist zweite Stirnseiten 222 mit einem Verbindungsbereich 250 sowie zweite Längsseiten 224 mit einer oder mehreren Sicken 260 auf. Dabei geben die Längsseiten 224 Einström- und/oder Abströmbereiche der zweiten Gruppe von Strömungskanälen 420 vor.The
Die zweiten Stirnseiten 222 weisen im Verbindungsbereich 250 Sickenaufnahmen 252 zum Aufnehmen von Sicken 160 der ersten Stirnseiten 122 der angrenzenden ersten Trägerplatte 100 auf. Die ersten Längsseiten 124 weisen im Verbindungsbereich 150 Sickenaufnahmen 152 zur Aufnahme von Sicken 260 der folgenden zweiten Trägerplatte 200 auf.The second end faces 222 have
Das gitterartige Abstützelement 300, 310, 320 ist auf die jeweilige erste und/oder zweite Trägerplatte 100, 200 aufgelegt, und kann insbesondere mit dem Rahmen 120, 220 verklebt sein.The grid-
Die gitterartigen Abstützelemente 300 bei den ersten Trägerplatten 100 können unterschiedlich zu denen bei den zweiten Trägerplatten 200 ausgebildet sein. Insbesondere können die gitterartigen Abstützelemente 300 sich in Höhe und/oder Fadenabstand und/oder Kreuzungswinkel unterscheiden.The grid-
In
Aufeinanderfolgende erste und zweite Trägerplatten 100, 200 sind bis auf Einström- oder Abströmbereiche fluiddicht miteinander verbunden. Insbesondere sind die Trägerplatten 100, 200 an den Rahmen 120, 220 miteinander verbunden sind. Insbesondere können die Trägerplatten 100, 200 an den Rahmen 120, 220 miteinander verklebt sein.Successive first and
Ein erster Strömungskanal 410 für einen zweiten Fluidstrom 602, insbesondere Zuluft einer Brennstoffzelle, verläuft zwischen einer ersten und einer zweiten Trägerplatte 100, 200, bzw. über der oben liegenden ersten Trägerplatte 100. Ein zweiter Strömungskanal 420 für einen ersten Fluidstrom 600, insbesondere Abgas einer Brennstoffzelle, verläuft unterhalb der unteren ersten Trägerplatte 100 und der zweiten Trägerplatte 200 und der oberen ersten Trägerplatte 100.A
Im dargestellten Ausführungsbeispiel begrenzt der Verbindungsbereich 250 der zweiten Trägerplatte 200 mit der Unterseite der Sicke 160 der ersten Trägerplatte 100 den ersten Strömungskanal 410 seitlich, also quer zur Strömungsrichtung. Der Verbindungsbereich 150 der ersten Trägerplatte 100 begrenzt mit der Unterseite der Sicke 260 der zweiten Trägerplatte 200 den zweiten Strömungskanal 420 seitlich.In the exemplary embodiment shown, the connection region 250 of the
Die semipermeable Lage 110 einer ersten Trägerplatte 100 ist, bezogen auf eine bestimmungsgemäße Stapelrichtung 500 im Plattenstapel 400, an einer Unterseite 125 des Rahmens 120 der Trägerplatte 100 angeordnet. Die semipermeable Lage 210 einer zweiten Trägerplatte 200 ist, bezogen auf eine bestimmungsgemäße Stapelrichtung 500 im Plattenstapel 400, an einer Oberseite 226 des Rahmens 220 angeordnet.The
Zwischen den Trägerplatten 100, 200 sind jeweils gitterartige Abstützelemente 300, 310, 320 angeordnet. Zwischen der mittleren ersten Trägerplatte 100 und der oberen zweiten Trägerplatte 200 verläuft ein erster Strömungskanal 410 für den zweiten Fluidstrom 602. Der Fluidstrom 602 durchströmt das gitterartige Abstützelement 310. Zwischen der unteren zweiten Trägerplatte 200 und der mittleren ersten Trägerplatte 100 verläuft ein zweiter Strömungskanal 420 für den ersten Fluidstrom 600. Der Fluidstrom 600 durchströmt das gitterartige Abstützelement 320.Grid-
In
Der Plattenstapel 400 für eine Befeuchtungseinrichtung 1000, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, weist eine Mehrzahl von in der Stapelrichtung 500 alternierend aufeinander folgenden ersten und zweiten Trägerplatten 100, 200 auf, wie sie in den
Im Plattenstapel 400 sind jeweils erste und zweite Gruppen von quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanälen 410, 420 ausgebildet, welche durch die semipermeablen Lagen 110, 210, insbesondere feuchtedurchlässigen Lagen 110, 210, der Trägerplatten 100, 200 getrennt sind. Dabei werden durch jeweils drei der alternierend aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Trägerplatten 100, 200 zwei der quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanäle 410, 420 gebildet. Die ersten und/oder zweiten Trägerplatten 100, 200 weisen ein gitterartiges Abstützelement 300 auf, wie in den
Die ersten Strömungskanäle 410 für den zweiten Fluidstrom 602, beispielsweise die Zuluft der Brennstoffzelle, verlaufen dabei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel waagrecht durch den Plattenstapel 400, während die zweiten Strömungskanäle 420 für den ersten Fluidstrom 600, beispielsweise das Abgas der Brennstoffzelle, senkrecht von oben nach unten durch den Plattenstapel 400 verlaufen.The
An einer Außenseite des Plattenstapels 400 ist eine Aufnahme 432 für eine axiale oder radiale Dichtung 430 angeordnet, welche durch Einschnitte 170, 270 in den Rahmen 120, 220 der aufeinander folgenden Trägerplatten 100, 200 gebildet wird. Mit der Dichtung 430 kann der Eintrittsbereich des ersten Fluidstroms 600, also des Abgases der Brennstoffzelle, beim Einbau des Plattenstapels 400 in das Gehäuse 1002 einer Befeuchtungseinrichtung 1000, wie es in
Die Befeuchtungseinrichtung 1000 weist ein Gehäuse 1002 auf, welches wenigstens einen Eingang 1004 für ein erstes Fluid 600, insbesondere ein Abgas des Brennstoffzellensystems, einen Eingang 1008 für ein zweites Fluid 602, insbesondere einer Zuluft des Brennstoffzellensystems, einen Ausgang 1006 für das erste Fluid 600 und einen Ausgang 1010 für das zweite Fluid 602 aufweist. In dem Gehäuse 1002 ist ein Plattenstapel 400, wie in
Jeweils drei der alternierend aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Trägerplatten 100, 200 bilden eine erste und eine zweite Gruppe quer zueinander durchströmbar ausgebildeten Strömungskanäle 410, 420. Die erste Gruppe der Strömungskanäle 410 ist zwischen dem Eingang 1004 und dem Ausgang 1006 für das erste Fluid 600 und die zweite Gruppe der Strömungskanäle 420 ist zwischen dem Eingang 1008 und dem Ausgang 1010 für das zweite Fluid 602 angeordnet.Three of the alternating first and
BezugszeichenReference symbols
- 100100
- erste Trägerplattefirst carrier plate
- 110110
- semipermeable Lagesemi-permeable layer
- 120120
- erster Rahmenfirst frame
- 122122
- Stirnseitefront side
- 124124
- LängsseiteLong side
- 125125
- Unterseitebottom
- 126126
- OberseiteTop
- 128128
- AuflageflächeSupport surface
- 130130
- Öffnungopening
- 140140
- AbstandselementSpacer element
- 150150
- VerbindungsbereichConnection area
- 152152
- SickenaufnahmeBeading recording
- 154154
- AufnahmebegrenzungRecording limit
- 160160
- SickeBeading
- 170170
- Einschnittincision
- 200200
- zweite Trägerplattesecond carrier plate
- 210210
- semipermeable Lagesemi-permeable layer
- 222222
- Stirnseitefront side
- 224224
- LängsseiteLong side
- 225225
- Unterseitebottom
- 226226
- OberseiteTop
- 228228
- AuflageflächeSupport surface
- 230230
- Öffnungopening
- 250250
- VerbindungsbereichConnection area
- 252252
- SickenaufnahmeBeading recording
- 254254
- AufnahmebegrenzungRecording limit
- 260260
- SickeBeading
- 270270
- Einschnittincision
- 300300
- gitterartiges Abstützelementgrid-like support element
- 400400
- PlattenstapelStack of plates
- 410410
- Strömungskanalflow channel
- 420420
- Strömungskanalflow channel
- 430430
- Dichtungpoetry
- 432432
- AufnahmeRecording
- 500500
- StapelrichtungStacking direction
- 600600
- erstes Fluid (Abgas)first fluid (exhaust gas)
- 602602
- zweites Fluid (Zuluft)second fluid (supply air)
- 10001000
- BefeuchtungseinrichtungHumidification device
- 10021002
- GehäuseHousing
- 10041004
- Eingang erstes FluidInlet first fluid
- 10061006
- Ausgang erstes FluidOutput first fluid
- 10081008
- Eingang zweites FluidInlet second fluid
- 10101010
- Ausgang zweites FluidOutput second fluid
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013020503 A1 [0002]DE 102013020503 A1 [0002]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022118936.8A DE102022118936A1 (en) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | Plate stack for a humidification device, carrier plates and humidification device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022118936.8A DE102022118936A1 (en) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | Plate stack for a humidification device, carrier plates and humidification device |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102022118936A1 true DE102022118936A1 (en) | 2024-02-08 |
Family
ID=89575290
Family Applications (1)
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DE102022118936.8A Pending DE102022118936A1 (en) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | Plate stack for a humidification device, carrier plates and humidification device |
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
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-
2022
- 2022-07-28 DE DE102022118936.8A patent/DE102022118936A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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