DE102022201839A1

DE102022201839A1 - Membrane stack for a humidifier of a fuel cell system

Info

Publication number: DE102022201839A1
Application number: DE102022201839.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Baumann; Tobias Baumgart; Stefan Biba; Peter Geskes; Sven Alexander Kaiser
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-02-22
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2023-08-24
Also published as: WO2023161161A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Membranstapel (1) für ein Befeuchtermodul eines Brennstoffzellensystems. Der Membranstapel (1) umfasst mehrere entlang einer Stapelrichtung (S) im Abstand zueinander aufeinander gestapelte, feuchtigkeitsdurchlässige Membranen (2a, 2b). Ein zwischen zwei in Stapelrichtung (S) benachbarten Membranen (2a, 2b) jeweils gebildeter Zwischenraum (7a, 7b) bildet einen mit einem Gas (G1 , FG) durchströmbaren Gaspfad (5a, 5b), wobei in dem jeweiligen Zwischenraum (7a, 7b) ein Distanzelement (3a, 3b) angeordnet ist, welches sich an diesen beiden Membranen (2a, 2b) abstützt. Die Distanzelemente (3a, 3b) weisen jeweils eine wellenförmig ausgebildete Stützstruktur (8a, 8b) auf, die sich senkrecht zur Stapelrichtung (S) entlang einer Erstreckungsrichtung (E, E1, E2) erstreckt. Die Distanzelemente (3a, 3b) sind beidseitig mittels einer Klebverbindung (6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2) mit der jeweils in Stapelrichtung (S) benachbarten Membran (2a, 2b) fest verbunden.The invention relates to a membrane stack (1) for a humidifier module of a fuel cell system. The membrane stack (1) comprises a plurality of moisture-permeable membranes (2a, 2b) stacked on top of one another at a distance from one another along a stacking direction (S). An intermediate space (7a, 7b) formed between two adjacent membranes (2a, 2b) in the stacking direction (S) forms a gas path (5a, 5b) through which a gas (G1, FG) can flow, with the respective intermediate space (7a, 7b ) a spacer element (3a, 3b) is arranged, which is supported on these two membranes (2a, 2b). The spacer elements (3a, 3b) each have a wave-shaped support structure (8a, 8b) which extends perpendicularly to the stacking direction (S) along a direction (E, E1, E2). The spacer elements (3a, 3b) are firmly connected on both sides by means of an adhesive connection (6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2) to the respective adjacent membrane (2a, 2b) in the stacking direction (S).

Description

Die Erfindung betrifft einen Membranstapel für einen Befeuchter eines Brennstoffzellensystems sowie einen Befeuchter 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 of a fuel cell system and a humidifier 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 Membranen mit jeweils einer Membranlage, welche für Gas undurchlässig und für Feuchtigkeit bzw. Wasser oder Wasserdampf durchlässig ist. Zwischen den einzelnen Membranlagen bzw. Membranen ist jeweils ein Zwischenraum ausgebildet, der von dem Gas durchströmbar ist, also einen Gaspfad bildet. Somit kann eine derart ausgebildete Membran 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 der jeweiligen Membran 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 membranes 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 membranes, through which the gas can flow, ie forms a gas path. Thus, a membrane of the membrane stack constructed in this way can have a gas to be humidified flow over it on one side and a moist gas flow over it on the other side in the humidifier. The two gases are fluidically separated from one another by the membrane layer of the respective membrane. 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 Membranen 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 membranes with a respective membrane layer proves to be technically complex, since it must also be ensured under operating conditions that a defined intermediate space 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.

Ein herkömmlicher Membranstapel ist beispielsweise aus US 2017/008935 A1 bekannt. Demnach sind feuchtigkeitsdurchlässige und gasdurchlässige sowie eben ausgebildete Membranen mithilfe von Distanzelementen im Abstand zueinander angeordnet. Somit kann ein zwischen zwei benachbarten Membranen gebildeter Zwischenraum einen Gaspfad zum Durchströmen mit einem Gas ausbilden. Zur Fixierung der Membrane werden diese um die Distanzelemente umgeschlagen und an den Rändern abgedichtet. Die Herstellung eines solchen Membranstapels erweist sich jedoch als technisch relativ aufwendig.For example, a conventional membrane stack is made of U.S. 2017/008935 A1 known. According to this, membranes which are permeable to moisture and permeable to gas and which are flat are arranged at a distance from one another with the aid of spacer elements. Thus, an intermediate space formed between two adjacent membranes can form a gas path for a gas to flow through. To fix the membranes, they are wrapped around the spacer elements and sealed at the edges. However, the production of such a membrane stack proves to be technically relatively complicated.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für einen Membranstapel mit mehreren Membranen bzw. Membranlagen zu schaffen, welche der voranstehend genannten Problematik Rechnung trägt. Außerdem soll ein solcher verbesserter Membranstapel besonders einfach herzustellen sein.It is therefore an object of the present invention to create an improved embodiment for a membrane stack with a plurality of membranes or membrane layers, which takes account of the problems mentioned above. In addition, such an improved membrane stack should be particularly easy to produce.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände 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, die Membranen eines Membranstapels für einen Befeuchter eines Brennstoffzellensystems aufeinander zu stapeln und dabei im Abstand zueinander anzuordnen, indem sie abwechselnd auf einem jeweiligen Distanzelement angeordnet werden. Besagte Distanzelemente sind somit zwischen zwei in Stapelrichtung benachbarten Membranen angeordnet. Dabei bildet ein mithilfe eines jeweiligen Distanzelements gebildeter Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Membranen einen Gaspfad zum Durchströmen mit einem Gas, insbesondere mit dem zu befeuchtenden bzw. mit dem feuchten Gas aus. Erfindungsgemäß sind besagte Distanzelemente beidseitig mit den beiden in Stapelrichtung benachbarten Membranen mittels einer Klebverbindung fest verbunden. Eine solche Verbindung kann mittels einer geeigneten Klebelage aus einem Klebstoff oder aus einem Klebeband realisiert sein. Somit entfällt das bei herkömmlichen Membranstapeln übliche Umschlagen der Membranen um das Distanzelement. Gleichzeitig wird mittels des mit den Membranen verklebten Distanzelements eine fluiddichte Begrenzung des Zwischenraums bzw. Gaspfads realisiert. Im Ergebnis ergibt sich somit ein technisch einfach aufgebauter und somit auch kostengünstig herzustellender Membranstapel.The basic idea of the invention is therefore to stack the membranes of a membrane stack for a humidifier of a fuel cell system on top of one another and to arrange them at a distance from one another by being arranged alternately on a respective spacer element. Said spacer elements are thus arranged between two membranes that are adjacent in the stacking direction. In this case, an intermediate space formed with the aid of a respective spacer element between two adjacent membranes forms a gas path for a gas to flow through, in particular for the gas to be humidified or for the moist gas. According to the invention, said spacer elements are firmly connected on both sides to the two membranes that are adjacent in the stacking direction by means of an adhesive connection. Such a connection can be realized by means of a suitable adhesive layer made of an adhesive or an adhesive tape. This eliminates the folding of the membranes around the spacer element, which is usual in conventional membrane stacks. At the same time, a fluid-tight delimitation of the intermediate space or gas path is realized by means of the spacer element glued to the membranes. The result is a membrane stack that is technically simple in construction and therefore also inexpensive to produce.

Im Einzelnen umfasst der erfindungsgemäße Membranstapel mehrere, also wenigstens drei, entlang einer Stapelrichtung im Abstand aufeinandergestapelte gasdurchlässige und feuchtigkeitsdurchlässige Membrane. Zwischen jeweils zwei in Stapelrichtung benachbarten Membranen ist ein Distanzelement angeordnet, welches sich an diesen beiden Membranen abstützt. Die Distanzelemente weisen jeweils eine wellenförmig ausgebildete Stützstruktur auf, die sich senkrecht zur Stapelrichtung entlang einer Erstreckungsrichtung erstreckt und einen entlang der Erstreckungsrichtung mit einem Gas durchströmbaren Gaspfad ausbildet. Das Gas kann insbesondere das oben erwähnte feuchte bzw. zu befeuchtende Gas sein. Die Distanzelemente sind beidseitig mittels einer Klebverbindung mit der jeweils in Stapelrichtung benachbarten Membran stoffschlüssig fest verbunden.Specifically, the membrane stack according to the invention comprises a plurality of, ie at least three, gas-permeable and moisture-permeable membranes stacked one on top of the other at a distance along a stacking direction. A spacer element is arranged between each two membranes which are adjacent in the stacking direction and which is attached to these supported by both membranes. The spacer elements each have a wave-shaped support structure which extends perpendicularly to the stacking direction along a direction of extent and forms a gas path through which a gas can flow along the direction of extent. The gas can in particular be the moist gas or gas to be humidified mentioned above. The spacer elements are firmly bonded on both sides by means of an adhesive bond to the membrane that is adjacent in each case in the stacking direction.

Besonders bevorzugt können die Distanzelemente in zwischen den Membranen entlang der Stapelrichtung gebildeten Zwischenräumen angeordnet sein, so dass die Zwischenräume einen jeweils von einem Gas durchströmbaren Gaspfad bilden. Somit sind auch in Stapelrichtung benachbarte Zwischenräume bzw. Gaspfade jeweils um 90° verdreht zueinander von einem Gas durchströmbar.Particularly preferably, the spacer elements can be arranged in intermediate spaces formed between the membranes along the stacking direction, so that the intermediate spaces form a gas path through which a gas can flow in each case. Thus, even in the stacking direction, adjacent gaps or gas paths can each be rotated by 90° with respect to one another and a gas can flow through them.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stützstruktur zwischen zwei sich jeweils ebenfalls entlang der Erstreckungsrichtung erstreckenden, vorzugsweise flach ausgebildeten, Randabschnitten des jeweiligen Distanzelements angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Randabschnitte eines jeweiligen Distanzelements beidseitig mittels der Klebverbindung mit der jeweils in Stapelrichtung benachbarten Membran fest verbunden. Bei dieser Ausführungsform sind außerdem jeweils zwei in Stapelrichtung benachbarte Distanzelemente bzgl. ihrer Erstreckungsrichtung um 90° verdreht zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass sich entlang der Stapelrichtung erste Distanzelemente und zweite Distanzelemente abwechseln, wobei sich die Randabschnitte der ersten Distanzelemente entlang einer ersten Erstreckungsrichtung erstrecken, die orthogonal zu einer zweiten Erstreckungsrichtung verläuft, entlang welcher sich die zweiten Randabschnitte der zweiten Distanzelemente erstrecken.According to a preferred embodiment, the support structure is arranged between two preferably flat edge sections of the respective spacer element, each of which likewise extends along the extension direction. In this embodiment, the two edge sections of a respective spacer element are firmly connected on both sides by means of the adhesive connection to the membrane that is respectively adjacent in the stacking direction. In this embodiment, two spacer elements that are adjacent in the stacking direction are also arranged rotated through 90° with respect to their direction of extension. This means that first spacer elements and second spacer elements alternate along the stacking direction, with the edge sections of the first spacer elements extending along a first direction of extent that runs orthogonally to a second direction of extent, along which the second edge sections of the second spacer elements extend.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform bilden diejenigen Zwischenräume, in welchen ein erstes Distanzelement angeordnet ist, einen entlang der ersten Erstreckungsrichtung durchströmbaren ersten Gaspfad. Diejenigen Zwischenräume, in welchen ein zweites Distanzelement angeordnet ist, bilden bei dieser Ausführungsform einen entlang der zweiten Erstreckungsrichtung durchströmbaren zweiten Gaspfad.According to another preferred embodiment, those intermediate spaces in which a first spacer element is arranged form a first gas path through which a flow can take place along the first direction of extent. In this embodiment, those gaps in which a second spacer element is arranged form a second gas path through which a flow can take place along the second direction of extent.

Bevorzugt wechseln sich entlang der ersten Stapelrichtung erste und zweite Gaspfade ab. Wird durch die ersten Gaspfade feuchtes Gas und durch die zweiten Gaspfade zu befeuchtendes Gas geführt oder umgekehrt, so kann auf diese Weise eine effektive Übertragung von Feuchtigkeit von dem feuchten Gas auf das zu befeuchtende Gas erfolgen.First and second gas paths preferably alternate along the first stacking direction. If humid gas is conducted through the first gas paths and gas to be humidified is conducted through the second gas paths or vice versa, moisture can be effectively transferred from the humid gas to the gas to be humidified in this way.

Besonders zweckmäßig bilden die Kleberbindungen eine fluiddichte seitliche Begrenzung einen jeweiligen Gaspfads aus. Auf diese Weise kann die Bereitstellung separater Dichtungselemente zum Abdichten der Gaspfade bzw. Zwischenräume entfallen.Particularly expediently, the adhesive bonds form a fluid-tight lateral delimitation of a respective gas path. In this way, the provision of separate sealing elements for sealing the gas paths or gaps can be omitted.

Besonders zweckmäßig können die Randabschnitte streifenförmig ausgebildet sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass entlang der Erstreckungsrichtung genügend Raum für den im Bereich der Stützstruktur gebildeten Gaspfad zur Verfügung steht.Particularly expediently, the edge sections can be designed in the form of strips. In this way it is ensured that there is enough space available for the gas path formed in the area of the support structure along the direction of extent.

Besonders zweckmäßig ist wenigstens eine Klebverbindung mittels einer Klebelage aus Klebstoff oder aus einem Klebeband realisiert. Besonders bevorzugt gilt dies für alle vorhandenen Klebverbindungen. Auf diese Weise lässt sich der Membranstapel besonders einfach, gleichwohl mechanisch stabil, zusammenbauen.At least one adhesive connection is particularly expediently realized by means of an adhesive layer of adhesive or of an adhesive tape. This applies particularly preferably to all existing adhesive bonds. In this way, the membrane stack can be assembled in a particularly simple manner while remaining mechanically stable.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung besitzt die wellenförmig ausgebildete Stützstruktur im Profil senkrecht zur Erstreckungsrichtung eine, vorzugsweise sinusförmige, geometrische Formgebung mit mehreren Maxima und Minima. Bei dieser Weiterbildung stützt sich eine der beiden in Stapelrichtung benachbarten Membranen an den Maxima ab. Die andere der beiden in Stapelrichtung benachbarten Membranen stützt sich entsprechend an den Minima ab. Auf diese Weise wird eine stabile Anordnung benachbarter Membrane im Abstand zueinander sichergestellt.According to an advantageous development, the wave-shaped support structure has a, preferably sinusoidal, geometric shape in profile perpendicular to the direction of extension with a number of maxima and minima. In this development, one of the two membranes that are adjacent in the stacking direction is supported on the maxima. The other of the two membranes that are adjacent in the stacking direction is supported accordingly on the minima. In this way, a stable arrangement of adjacent membranes at a distance from one another is ensured.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Membranstapel in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung die die Geometrie eines Quadrats mit zwei einander gegenüberliegenden ersten Seiten und mit zwei einander gegenüberliegenden zweiten Seiten oder die Geometrie eines Rechtecks mit zwei einander gegenüberliegenden Schmalseiten und zwei einander gegenüberliegenden Breitseiten auf. Bei dieser Weiterbildung enden die Randabschnitte sowohl der ersten und als auch zweiten Distanzelemente jeweils in zwei benachbarten Ecken des Quadrats bzw. Rechtecks. Ein Membranstapel mit einer solchen geometrischen Formgebung ist mechanisch besonders stabil, benötigt nur wenig Bauraum und ermöglicht dennoch eine Übertragung von Feuchtigkeit von dem feuchten Gas auf das zu befeuchtende Gas mit hohem Wirkungsquerschnitt.According to an advantageous development, the membrane stack has the geometry of a square with two opposite first sides and two opposite second sides or the geometry of a rectangle with two opposite narrow sides and two opposite broad sides in a cross section perpendicular to the axial direction. In this development, the edge sections of both the first and second spacer elements each end in two adjacent corners of the square or rectangle. A membrane stack with such a geometric shape is mechanically particularly stable, requires only little installation space and still allows moisture to be transferred from the moist gas to the gas to be humidified with a high effective cross section.

Die Erfindung betrifft ferner einen Befeuchter für ein Brennstoffzellensystem eines Kraftfahrzeugs. Der Befeuchter umfasst ein einen Gehäuseinnenraum umgebendes Gehäuse. Ferner umfasst der Befeuchter einen im Gehäuseinnenraum angeordneten und voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Membranstapel. Die vorangehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Membranstapels übertragen sich daher auf den erfindungsgemäßen Befeuchter.The invention also relates to a humidifier for a fuel cell system of a motor vehicle. The humidifier includes a housing surrounding a housing interior. Furthermore, the humidifier comprises a arranged in the housing interior and presented above, erfindungsge measure membrane stack. The advantages of the membrane stack according to the invention explained above are therefore transferred to the humidifier according to the invention.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Membranstapels gemäß einem ersten Aspekt. Die voranstehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Membranstapels übertragen daher auf das erfindungsgemäße Verfahren, welches gemäß dem ersten Aspekt nachfolgend erläuterte Maßnahmen a) bis h) umfasst.The invention further relates to a method for producing a membrane stack according to the invention as presented above, according to a first aspect. The advantages of the membrane stack according to the invention explained above are therefore transferred to the method according to the invention, which according to the first aspect comprises measures a) to h) explained below.

Gemäß Maßnahme a) wird eine erste Membran bereitgestellt und eine Klebelage aus einem Klebstoff oder aus einem Klebeband auf zwei einander gegenüberliegende und sich jeweils entlang der ersten Erstreckungsrichtung erstreckenden Membran-Randabschnitte dieser Membran aufgebracht.According to measure a), a first membrane is provided and an adhesive layer of an adhesive or of an adhesive tape is applied to two membrane edge sections of this membrane that lie opposite one another and each extend along the first direction of extent.

In Maßnahme b) wird ein erstes Distanzelements auf der ersten Membran angeordnet, so dass sich die Randabschnitte des ersten Distanzelements auf den in Maßnahme a) aufgebrachten Klebelagen entlang der ersten Erstreckungsrichtung erstrecken. Dieses Distanzelement wird also mit dem in Maßnahme a) bereitgestellten Klebstoff bzw. Klebeband verklebt.In measure b), a first spacer element is arranged on the first membrane, so that the edge sections of the first spacer element extend along the first direction of extent on the adhesive layers applied in measure a). This spacer element is thus glued with the adhesive or adhesive tape provided in measure a).

In Maßnahme c) wird jeweils eine Klebelage aus einem Klebstoff oder aus einem Klebeband auf zwei einander gegenüberliegenden und sich jeweils entlang der ersten Erstreckungsrichtung erstreckenden Randabschnitten des ersten Distanzelements aufgebracht.In measure c), an adhesive layer made of an adhesive or of an adhesive tape is applied to two opposite edge sections of the first spacer element, each extending along the first direction of extent.

In Maßnahme d) wird eine weitere, zweite Membran auf dem ersten Distanzelement angeordnet und diese Membran mit dem ersten Distanzelement mittels des in Maßnahme c) bereitgestellten Klebstoffs bzw. Klebebands verklebt.In measure d), a further, second membrane is arranged on the first spacer element and this membrane is bonded to the first spacer element by means of the adhesive or adhesive tape provided in measure c).

Gemäß Maßnahme e) wird eine Klebelage aus einem Klebstoff oder aus einem Klebeband auf zwei einander gegenüberliegenden und sich jeweils entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung erstreckenden Membran-Randabschnitten der zweiten Membran aufgebracht, wobei die zweite Erstreckungsrichtung senkrecht zur ersten Erstreckungsrichtung verläuft.According to measure e), an adhesive layer consisting of an adhesive or an adhesive tape is applied to two membrane edge sections of the second membrane lying opposite one another and each extending along a second direction of extent, the second direction of extent running perpendicular to the first direction of extent.

In Maßnahme f) wird ein zweites Distanzelement auf der ersten Membran angeordnet, so dass sich die beiden Randabschnitte des zweiten Distanzelements entlang auf den in Maßnahme a) angeordneten Klebelagen der zweiten Erstreckungsrichtung erstrecken. Dieses Distanzelements wird mit der zweiten Membran mittels der in Maßnahme e) bereitgestellten Klebelage verklebt.In measure f), a second spacer element is arranged on the first membrane, so that the two edge sections of the second spacer element extend along the adhesive layers arranged in measure a) in the second direction of extension. This spacer element is glued to the second membrane using the adhesive layer provided in measure e).

Gemäß Maßnahme g) wird auf zwei einander gegenüberliegende und sich jeweils entlang der zweiten Erstreckungsrichtung erstreckende Randabschnitten des ersten Distanzelements jeweils eine Klebelage aus einem Klebstoff oder aus einem Klebeband aufgebracht. In Maßnahme h) wird schließlich eine weitere, erste Membran auf dem zweiten Distanzelement angeordnet und diese erste Membran mit dem zweiten Distanzelement mittels der in Maßnahme g) bereitgestellten Klebelage verklebt.According to measure g), an adhesive layer made of an adhesive or an adhesive tape is applied to two opposite edge sections of the first spacer element, each extending along the second direction of extent. Finally, in measure h), a further, first membrane is arranged on the second spacer element and this first membrane is bonded to the second spacer element by means of the adhesive layer provided in measure g).

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Membranstapels gemäß einem zweiten Aspekt. Die voranstehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Membranstapels übertragen daher auf das erfindungsgemäße Verfahren, welches gemäß dem ersten Aspekt nachfolgend erläuterte zwei Maßnahmen a) und b) umfasst.The invention further relates to a method for producing a membrane stack according to the invention presented above according to a second aspect. The advantages of the membrane stack according to the invention explained above are therefore transferred to the method according to the invention, which according to the first aspect comprises two measures a) and b) explained below.

In Maßnahme a) werden wenigstens zwei vorgefertigte Befeuchtermodule bereitgestellt. Jedes Befeuchtermodul umfasst ein (zweites) Distanzelement, welches sandwichartig zwischen zwei Membranen angeordnet und mit diesen mittels einer jeweiligen Klebverbindung fest verbunden ist.In measure a), at least two prefabricated humidifier modules are provided. Each humidifier module includes a (second) spacer element, which is arranged in a sandwich-like manner between two membranes and is firmly connected to them by means of a respective adhesive connection.

Weiterhin wird in Maßnahme b) ein erstes Distanzelement mit einer beidseitig auf die beiden Randabschnitte dieses Distanzelements aufgebrachten Klebelage aus einem Klebstoff oder aus einem Klebeband zwischen den beiden Befeuchtermodulen angeordnet, so dass sich diese Klebelage ebenso wie die Randabschnitte des ersten Distanzelements entlang einer ersten Erstreckungsrichtung senkrecht zu einer zweiten Erstreckungsrichtung erstrecken, entlang welcher sich die beiden zweiten Distanzelemente der wenigstens zwei Befeuchtermodule erstrecken. In Maßnahme c) wird das erste Distanzelement mit den beiden Befeuchtermodulen verklebt, so dass nach dem Verkleben das erste Distanzelement sandwichartig zwischen den beiden Befeuchtermodulen angeordnet ist.Furthermore, in measure b), a first spacer element with an adhesive layer of an adhesive or an adhesive tape applied to both edge sections of this spacer element is arranged between the two humidifier modules, so that this adhesive layer, like the edge sections of the first spacer element, extends perpendicularly along a first direction of extension extend to a second direction of extent, along which the two second spacer elements of the at least two humidifier modules extend. In measure c), the first spacer element is bonded to the two humidifier modules, so that after bonding, the first spacer element is sandwiched between the two humidifier modules.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Vorfertigen eines jeweiligen Befeuchtermoduls zwei der Maßnahme a) vorgeschaltete Maßnahmen a0) und a1). Gemäß Maßnahme a0) wird ein zweites Distanzelement bereitgestellt. Auf die beiden sich entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung erstreckenden Randabschnitte dieses Distanzelements wird beidseitig eine Klebelage aus einem Klebstoff oder aus einem Klebeband aufgebracht. In Maßnahme a1) erfolgt die Vorfertigung des Befeuchtermoduls durch beidseitiges Anordnen einer jeweiligen Membran auf die Klebelage und durch Verkleben der beiden Membrane mit der Klebelage, so dass nach dem Verkleben das zweite Distanzelement sandwichartig zwischen den beiden Membranen angeordnet ist.According to an advantageous development of the method according to the invention according to the first aspect, the prefabrication of a respective humidifier module includes two measures a0) and a1) preceding measure a). According to measure a0), a second spacer element is provided. An adhesive layer made of an adhesive or of an adhesive tape is applied to both sides of the two edge sections of this spacer element, which extend along a second direction of extension. In measure a1), the humidifier module is prefabricated by arranging a respective membrane on both sides of the adhesive layer and by gluing the two membranes to the adhesive layer, so that after gluing the second spacer element is sandwiched between the two membranes.

Die genannten Maßnahmen a0), a1), a), b) und c) können zur Ausbildung eines Membranstapels mit einer prinzipiell beliebigen Anzahl an Membranen bzw. Gaspfaden wiederholt werden.The measures a0), a1), a), b) and c) mentioned can be repeated to form a membrane stack with any desired number of membranes or gas paths.

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 subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures based on 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 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Membranstapels 1 in einer perspektivischen Darstellung,
2 eine Detaildarstellung der 1,
3 ein Distanzelement des Membranstapels in separater, perspektivischer Darstellung,
4a eine seitliche Draufsicht auf den Membranstapel entlang einer ersten Erstreckungsrichtung, die orthogonal zur Stapelrichtung des Membranstapels verläuft,
4b eine Detaildarstellung der 4a,
5a eine seitliche Draufsicht auf den Membranstapel entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung, die orthogonal zur Stapelrichtung und orthogonal zur ersten Erstreckungsrichtung des Membranstapels verläuft,
5b eine Detaildarstellung der 5a,
6a bis 6i, verschiedene Darstellungen, die den Ablauf erfindungsgemäßen Verfahren in der Art von Momentaufnahmen zeigen,
7, 8 Darstellungen, welche den Aufbau von vorgefertigten Befeuchtermoduls zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Membranstapel illustrieren,
9, 10 zwei Darstellungen, welche den Einbau der vorgefertigten Befeuchtermodule in den erfindungsgemäßen Membranstapel illustrieren.

They show, each schematically:

1 an example of a membrane stack 1 according to the invention in a perspective view,
2 a detailed representation of 1 ,
3 a spacer element of the membrane stack in a separate perspective view,
4a a side plan view of the membrane stack along a first direction of extension, which runs orthogonally to the stacking direction of the membrane stack,
4b a detailed representation of 4a ,
5a a lateral plan view of the membrane stack along a second direction of extension, which runs orthogonally to the stacking direction and orthogonally to the first direction of extension of the membrane stack,
5b a detailed representation of 5a ,
6a until 6i , Various representations that show the process of the method according to the invention in the form of snapshots,
7 , 8th Representations that illustrate the structure of prefabricated humidifier module for use in a membrane stack according to the invention,
9 , 10 two representations which illustrate the installation of the prefabricated humidifier modules in the membrane stack according to the invention.

Die 1 illustriert ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Membranstapels 1 in einer perspektivischen Darstellung. Die 2 ist eine Detaildarstellung der 1. Der Membranstapel 1 umfasst mehrere entlang einer Stapelrichtung S im Abstand zueinander aufeinander gestapelte, gasdichte und feuchtigkeitsdurchlässige Membranen 2a, 2b (vgl. 2).The 1 illustrates an example of a membrane stack 1 according to the invention in a perspective view. The 2 is a detailed representation of the 1 . The membrane stack 1 comprises a plurality of gas-tight and moisture-permeable membranes 2a, 2b (cf. 2 ).

Der Membranstapel 1 weist gemäß 1 in einem Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung S, die Geometrie eines Quadrats 14 mit zwei einander gegenüberliegenden ersten Seiten 15a, 15b und mit zwei einander gegenüberliegenden zweiten Seiten 16a, 16b auf. Ein zwischen jeweils zwei in Stapelrichtung S benachbarten Membranen 2a, 2b jeweils gebildeter erster bzw. zweiter Zwischenraum 7a bzw. 7b bildet gemäß 2 einen mit einem ersten Gas G1 durchströmbaren ersten Gaspfad 5a bzw. einen von einem zweiten Gas G2 durchströmbaren zweiten Gaspfad 5b.The membrane stack 1 has according to 1 in a cross section perpendicular to the stacking direction S, the geometry of a square 14 with two opposite first sides 15a, 15b and with two opposite second sides 16a, 16b. According to FIG 2 a first gas path 5a through which a first gas G1 can flow, or a second gas path 5b through which a second gas G2 can flow.

Gemäß den 1 und 2 wechseln sich also die ersten und zweiten Zwischenräume 7a, 7b und somit die ersten und zweiten Gaspfade 5b entlang der Stapelrichtung S ab. Die ersten Gaspfade 5a sind dabei entlang einer ersten Erstreckungsrichtung E1, E mit dem ersten Gas G1 durchströmbar, die senkrecht zu einer zweiten Erstreckungsrichtung E2, E verläuft, entlang welcher die zweiten Gaspfade 5b mit dem zweiten Gas 5b durchströmt werden können. Dies ermöglicht eine Durchströmung der Gaspfade 5a, 5b mit dem ersten bzw. zweiten Gas G1, G2 im Kreuzstrom.According to the 1 and 2 the first and second spaces 7a, 7b and thus the first and second gas paths 5b alternate along the stacking direction S. The first gas G1 can flow through the first gas paths 5a along a first extension direction E1, E, which runs perpendicular to a second extension direction E2, E, along which the second gas paths 5b can be flowed through by the second gas 5b. This allows the first and second gas G1, G2 to flow through the gas paths 5a, 5b in cross flow.

In den ersten Zwischenräumen 7a ist gemäß 2 jeweils ein erstes Distanzelement 3a angeordnet, welches sich an den beiden benachbarten Membranen 2a, 2b abstützt. In den zweiten Zwischenräumen 7b ist jeweils ein zweites Distanzelement 3b angeordnet, welches sich ebenfalls an den beiden benachbarten Membranen 2a, 2b abstützt. Die Distanzelemente 3a, 3b weisen jeweils eine in 2 erkennbare wellenförmig ausgebildete Stützstruktur 8a bzw. 8b auf.In the first gaps 7a is according 2 a first spacer element 3a is arranged in each case, which is supported on the two adjacent membranes 2a, 2b. A second spacer element 3b is arranged in each case in the second intermediate spaces 7b, which is also supported on the two adjacent membranes 2a, 2b. The spacer elements 3a, 3b each have an in 2 recognizable wavy support structure 8a and 8b.

Zur Verdeutlichung ist eines der ersten Distanzelemente 3a in der 3 in separater Darstellung gezeigt. Die Stützstruktur 8a des Distanzelements 3a erstreckt sich senkrecht zur Stapelrichtung S entlang der Erstreckungsrichtung E bzw. E1. Das erste Distanzelement 3a weist gemäß 3 zwei sich jeweils ebenfalls entlang der ersten Erstreckungsrichtung E1 erstreckende, flach ausgebildete Randabschnitten 4a.1, 4a.2 auf, zwischen welchen die Stützstruktur 8a angeordnet ist. Das zweite Distanzelement 3b (nicht dargestellt) ist identisch zum ersten Distanzelement 3a ausgebildet, erstreckt sich aber gemäß den 1 und 2 entlang der zweiten Erstreckungsrichtung E2, E, also senkrecht zur ersten Erstreckungsrichtung E1, E.To illustrate, one of the first spacer elements 3a in the 3 shown separately. The support structure 8a of the spacer element 3a extends perpendicular to the stacking direction S along the direction of extent E or E1. The first spacer element 3a has according to 3 two flat edge sections 4a.1, 4a.2, each also extending along the first direction of extent E1, between which the support structure 8a is arranged. The second spacer element 3b (not shown) is identical to the first spacer element 3a, but extends according to the 1 and 2 along the second direction of extent E2, E, i.e. perpendicular to the first direction of extent E1, E.

Wie die 2 erkennen lässt, wechseln sich entlang der Stapelrichtung S erste Distanzelemente 3a und zweite Distanzelemente 3b ab. Die ersten Distanzelemente 3a sind dabei um 90° verdreht zu den zweiten Distanzelementen 3b angeordnet. Die erste Erstreckungsrichtung E1, E der ersten Distanzelemente 3a verläuft also orthogonal zur zweiten Erstreckungsrichtung E2, E der zweiten Distanzelemente 3b. Entsprechend erstrecken sich die Randabschnitte 4a.1, 4a.2 der ersten Distanzelemente 4a entlang der ersten Erstreckungsrichtung E, E1. Die zweiten Randabschnitte 4b. 1, 4b.2 der zweiten Distanzelemente 3b erstrecken sich demnach entlang der zweiten Erstreckungsrichtung E, E2. Die Randabschnitte 4a.1, 4a.2, 4b.1, 4b.2 sind im Beispielszenario längs- bzw. streifenförmig ausgebildet und erstrecken sich entlang der ersten bzw. zweiten Erstreckungsrichtung E1, E2 über die gesamte Erstreckung der Membranstapel 1 hinweg.As the 2 can be seen, along the stacking direction S first spacer elements 3a and second spacer elements 3b alternate. The first spacer elements 3a are rotated by 90° relative to the second spacer elements 3b. The first direction of extent E1, E of the first spacer elements 3a therefore runs orthogonally to the second direction of extent E2, E of the second spacer elements 3b. Correspondingly, the edge sections 4a.1, 4a.2 of the first spacer elements 4a extend along the first direction of extent E, E1. The second edge portions 4b. 1, 4b.2 of the second spacer elements 3b accordingly extend along the second direction of extent E, E2. The edge sections 4a.1, 4a.2, 4b.1, 4b.2 are longitudinal or strip-shaped in the example scenario and extend along the first or second direction of extent E1, E2 over the entire extent of the membrane stack 1.

Zur Verdeutlichung des Aufbaus des vorangehend erläuterten Membranstapels 1 zeigt die 4a eine Draufsicht auf den Membranstapel 1 entlang der ersten Erstreckungsrichtung E1 und die 5a eine Draufsicht auf den Membranstapel 1 entlang der zweiten Erstreckungsrichtung E2. Die 4b und 5b sind Detaildarstellungen der 4a bzw. 5a.To illustrate the structure of the membrane stack 1 explained above, FIG 4a a plan view of the membrane stack 1 along the first direction of extent E1 and the 5a a plan view of the membrane stack 1 along the second direction of extent E2. The 4b and 5b are detailed representations of 4a or. 5a .

Im Beispiel der 1 bis 5 sind die beiden Randabschnitte 4a.1, 4a.2, 4b.1, 4b.2 eines jeweiligen Distanzelements 3a, 3b beidseitig mittels einer Klebverbindung 6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2 (vgl. Detaildarstellung der 4b und 5b) mit der jeweils in Stapelrichtung S benachbarten Membran 2a, 2b fest verbunden. Die Klebverbindungen 6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2 bilden eine fluiddichte Begrenzung eines jeweiligen Gaspfads 5a, 5b aus. Die Klebverbindungen 6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2 können mittels jeweiliger Klebelagen aus einem Klebstoff 9a.1, 9a.2, 9b.1, 9b.2 oder aus einem Klebeband 10a.1, 10a.2, 10b.1, 10b.2 realisiert sein. Auch die Klebverbindungen 6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2 sind im Beispielszenario streifenförmig ausgebildet.In the example of 1 until 5 the two edge sections 4a.1, 4a.2, 4b.1, 4b.2 of a respective spacer element 3a, 3b are bonded on both sides by means of an adhesive connection 6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2 (cf. detailed representation of 4b and 5b ) is firmly connected to the membrane 2a, 2b that is adjacent in the stacking direction S. The adhesive connections 6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2 form a fluid-tight delimitation of a respective gas path 5a, 5b. The adhesive connections 6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2 can be made by means of respective adhesive layers made of an adhesive 9a.1, 9a.2, 9b.1, 9b.2 or an adhesive tape 10a.1, 10a.2 , 10b.1, 10b.2. The adhesive connections 6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2 are also designed in the form of strips in the example scenario.

Wie die 4b und 5b außerdem veranschaulichen, können die wellenförmig ausgebildete Stützstrukturen 8a, 8b im Profil senkrecht zur Erstreckungsrichtung E1 bzw. E2 jeweils eine sinusförmige geometrische Formgebung 11 mit mehreren Maxima 12 und Minima 13 aufweisen. Eine der beiden in Stapelrichtung S benachbarten Membranen 2a, 2b stützt sich dabei an besagten Maxima 12 ab. Die andere der beiden in Stapelrichtung S benachbarten Membranen 2b stützt sich entsprechend an den Minima 13 ab.As the 4b and 5b also illustrate, the wave-shaped support structures 8a, 8b can each have a sinusoidal geometric shape 11 with a plurality of maxima 12 and minima 13 in profile perpendicular to the direction of extent E1 or E2. One of the two membranes 2a, 2b that are adjacent in the stacking direction S is supported on said maxima 12. The other of the two membranes 2b, which are adjacent in the stacking direction S, is supported accordingly on the minima 13.

Im Folgenden wird anhand der 6a bis 6i das erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Membranstapels 1 beispielhaft erläutert. Das Verfahren umfasst die Maßnahmen a) bis g).The following is based on the 6a until 6i the method according to the invention for producing the membrane stack 1 according to the invention presented above is explained by way of example. The method includes the measures a) to g).

Gemäß Maßnahme a) wird eine in 6a gezeigte erste Membran 2a bereitgestellt.According to measure a), an in 6a shown first membrane 2a provided.

Wie in 6b gezeigt wird im Zuge von Maßnahme a) auf die beiden einander gegenüberliegenden und sich jeweils entlang der ersten Erstreckungsrichtung E, E1 erstreckenden Membran-Randabschnitte 18a, 18b dieser Membran 2a jeweils eine Klebelage aus einem Klebeband 10a.1, 10a.2 aufgebracht. Anstelle eines Klebebands 10a.1, 10a.2 kann als Klebelage auch ein Klebstoff (nicht gezeigt) verwendet werden.As in 6b shown, in the course of measure a), an adhesive layer of an adhesive tape 10a.1, 10a.2 is applied to the two opposite membrane edge sections 18a, 18b of this membrane 2a, each extending along the first direction of extension E, E1. Instead of an adhesive tape 10a.1, 10a.2, an adhesive (not shown) can also be used as the adhesive layer.

In Maßnahme b) wird wie in 6c gezeigt ein erstes Distanzelement 3a auf der ersten Membran 2a angeordnet, so dass sich die Randabschnitte 4a.1, 4a.2 des ersten Distanzelements 3a entlang der ersten Erstreckungsrichtung E, E1 erstrecken und auf den Membran-Randabschnitten 18a, 18b angeordnet sind, auf welchen wiederum in Maßnahme a) die Klebebänder 10a.1, 10a.2 angeordnet wurden. Dieses erste Distanzelement 3a wird im Zuge von Maßnahme b) mit dem in Maßnahme a) aufgebrachten Klebeband 10a.1, 10a.2 verklebt. Die Klebebänder 10a.1 und 10a.2 dienen also zur Ausbildung einer jeweiligen Klebverbindung 6a.1 , 6a.2 der ersten Membran 2a mit dem ersten Distanzelement 3a.In measure b) as in 6c shown a first spacer element 3a arranged on the first membrane 2a, so that the edge sections 4a.1, 4a.2 of the first spacer element 3a extend along the first direction of extension E, E1 and are arranged on the membrane edge sections 18a, 18b, on which again in measure a), the adhesive tapes 10a.1, 10a.2 were arranged. In the course of measure b), this first spacer element 3a is bonded to the adhesive tape 10a.1, 10a.2 applied in measure a). The adhesive tapes 10a.1 and 10a.2 thus serve to form a respective adhesive connection 6a.1, 6a.2 of the first membrane 2a with the first spacer element 3a.

In Maßnahme c) wird wie in 6d gezeigt auf die beiden einander gegenüberliegenden und sich jeweils entlang der ersten Erstreckungsrichtung E, E1 erstreckenden Randabschnitte 4a.1, 4a.2 des ersten Distanzelements 3a ein weiteres Klebeband 10a.1, 10a.2 aufgebracht.In measure c) as in 6d shown, a further adhesive tape 10a.1, 10a.2 is applied to the two opposite edge sections 4a.1, 4a.2 of the first spacer element 3a, each extending along the first direction of extension E, E1.

In Maßnahme d) wird wie in 6e gezeigt eine weitere, zweite Membran 2b auf dem ersten Distanzelement 3a angeordnet und diese Membran 2b mit dem ersten Distanzelement 3a mittels des in Maßnahme c) bereitgestellten Klebebands 10a.1, 10a.2 verklebt.In measure d) as in 6e shown, a further, second membrane 2b is arranged on the first spacer element 3a and this membrane 2b is bonded to the first spacer element 3a by means of the adhesive tape 10a.1, 10a.2 provided in measure c).

In Maßnahme e) wird wie in 6f gezeigt jeweils ein weiteres Klebeband 10b.1, 10b.2 auf zwei einander gegenüberliegenden und sich jeweils entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung E, E2 erstreckenden Membran-Randabschnitten 19a, 19b der zweiten Membran 2b aufgebracht. Die zweite Erstreckungsrichtung E, E2 verläuft senkrecht zur ersten Erstreckungsrichtung E, E1.In measure e) as in 6f shown in each case a further adhesive tape 10b.1, 10b.2 applied to two opposing membrane edge sections 19a, 19b of the second membrane 2b, each extending along a second direction of extension E, E2. The second direction of extent E, E2 runs perpendicular to the first direction of extent E, E1.

In Maßnahme f) wird wie in 6g gezeigt ein zweites Distanzelement 3b auf der ersten Membran 2a angeordnet, so dass sich die beiden Randabschnitte 4b.1, 4b.2 des zweiten Distanzelements 3b entlang der zweiten Erstreckungsrichtung E, E2 erstrecken und auf den Membran-Randabschnitten 19a, 19b angeordnet sind, auf welchen wiederum in Maßnahme e) die Klebebänder 10b.1, 10b.2 angeordnet wurden. Das zweite Distanzelement 3b wird also mittels der in Maßnahme e) bereitgestellten Klebebänder 10b.1, 10b.2 mit der zweiten Membran 2b verklebt. Es wird sich also eine Klebverbindung 6b.1, 6b.2 zwischen der zweiten Membran 2b und dem zweiten Distanzelement 3b gebildet.In measure f) as in 6g shown a second spacer element 3b arranged on the first membrane 2a, so that the two edge sections 4b.1, 4b.2 of the second spacer element 3b extend along the second direction of extension E, E2 and are arranged on the membrane edge sections 19a, 19b which in turn the adhesive tapes 10b.1, 10b.2 were arranged in measure e). The second spacer element 3b is thus glued to the second membrane 2b by means of the adhesive tapes 10b.1, 10b.2 provided in measure e). An adhesive bond 6b.1, 6b.2 is thus formed between the second membrane 2b and the second spacer element 3b.

In Maßnahme g) wird wie in 6h gezeigt jeweils ein weiteres Klebeband 10b.1, 10b.2 auf zwei einander gegenüberliegenden und sich jeweils entlang der zweiten Erstreckungsrichtung E2, E erstreckenden Randabschnitten 4a.1, 4a.2 des zweiten Distanzelements 3b aufgebracht.In measure g) as in 6h shown, a further adhesive tape 10b.1, 10b.2 is applied to two opposite edge sections 4a.1, 4a.2 of the second spacer element 3b, each extending along the second direction of extent E2, E.

In Maßnahme i) wird schließlich eine weitere erste Membran 2a auf dem zweiten Distanzelement 3b angeordnet und diese erste Membran 2a mit dem zweiten Distanzelement 3b mittels des in Maßnahme g) bereitgestellten Klebebands 10b.1, 10b.2 verklebt. Es wird also zwischen dem zweiten Distanzelement 3b und der weiteren ersten Membran 2a eine weitere Klebverbindung 6b.1, 6b.2 ausgebildet.Finally, in measure i), another first membrane 2a is arranged on the second spacer element 3b and this first membrane 2a is bonded to the second spacer element 3b by means of the adhesive tape 10b.1, 10b.2 provided in measure g). A further adhesive connection 6b.1, 6b.2 is thus formed between the second spacer element 3b and the further first membrane 2a.

Mittels der voranstehend erläuterten Maßnahmen a) bis i) ist ein Membranstapel 1 mit drei Membranen 2a, 2b, 2a und somit genau einem ersten Gaspfad 5a - zwischen den voranstehend erläuterten Membranen 2a, 2b - und mit genau einem - zwischen den Membranen 2b, 2a - zweiten Gaspfad 5b hergestellt.By means of the measures a) to i) explained above, a membrane stack 1 with three membranes 2a, 2b, 2a and thus exactly one first gas path 5a - between the membranes 2a, 2b explained above - and with exactly one - between the membranes 2b, 2a - Second gas path 5b made.

Durch Iteration der voranstehend erläuterten Maßnahmen b) bis i) lässt sich ein Membranstapel 1 mit einer größeren Anzahl an ersten und zweiten Gaspfaden 5a, 5b herstellen.A membrane stack 1 with a larger number of first and second gas paths 5a, 5b can be produced by iterating the measures b) to i) explained above.

Im Folgenden wird anhand der 7 bis 10 eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.The following is based on the 7 until 10 a particularly advantageous variant of the method according to the invention is explained.

Bei dieser Variante werden in Maßnahme a) dieser Variante vorgefertigte Befeuchtermodule 20 bereitgestellt. Ein solches Befeuchtermodul 20 ist in 7 separat dargestellt. Jedes Befeuchtermodul 20 umfasst demnach ein erstes Distanzelement 3a, welches sandwichartig zwischen zwei Membranen 2a, 2b angeordnet und mit diesen mittels einer jeweiligen Klebverbindung 6b.1, 6b.2) fest verbunden ist. Das zweite Distanzelement 3b erstreckt sich dabei mit seinen Randabschnitten 4b.1, 4b.2 (in der Teilansicht der 7 ist nur der zweite Randabschnitt 4b.2 und somit die zweite Klebverbindung 6b.2 erkennbar) entlang der zweiten Erstreckungsrichtung E2, E. Die Klebverbindung 6b.1, 6b2 kann mittels einer Klebelage aus einem Klebstoff 9b.1, 9b.2 oder mittels einer Klebelage aus einem Klebeband 10a.0b.1, 10b.2 realisiert sein.In this variant, prefabricated humidifier modules 20 are provided in measure a) of this variant. Such a humidifier module 20 is in 7 shown separately. Accordingly, each humidifier module 20 comprises a first spacer element 3a, which is arranged in the manner of a sandwich between two membranes 2a, 2b and is firmly connected to these by means of a respective adhesive connection 6b.1, 6b.2). The second spacer element 3b extends with its edge sections 4b.1, 4b.2 (in the partial view of 7 only the second edge section 4b.2 and thus the second adhesive connection 6b.2 can be seen) along the second direction of extension E2, E Adhesive layer can be realized from an adhesive tape 10a.0b.1, 10b.2.

Weiterhin wird wie in 8 gezeigt in Maßnahme b) in Stapelrichtung S zwischen jeweils zwei Befeuchtermodulen 20 ein erstes Distanzelement 3a mit beidseitig auf die beiden Randabschnitten 4a.1, 4a.2 dieses Distanzelements 3a aufgebrachten Klebebändern 10a.1, 10a.2 angeordnet (in der Teilansicht der 8 ist nur der ersten Randabschnitt 4a.1 und somit das erste Klebeband 10a. 1 erkennbar), so dass sich dieses Klebeband 10a.1, 10a.2 ebenso wie die Randabschnitte 4a.1, 4a.2 des ersten Distanzelements 3a entlang der ersten Erstreckungsrichtung E1, E senkrecht zur zweiten Erstreckungsrichtung E2, E erstrecken.Furthermore, as in 8th shown in measure b) in the stacking direction S between two humidifier modules 20 in each case a first spacer element 3a with adhesive tapes 10a.1, 10a.2 applied on both sides to the two edge sections 4a.1, 4a.2 of this spacer element 3a (in the partial view of 8th is only the first edge section 4a.1 and thus the first adhesive tape 10a. 1 recognizable), so that this adhesive tape 10a.1, 10a.2, like the edge sections 4a.1, 4a.2 of the first spacer element 3a, extends along the first direction of extent E1, E perpendicular to the second direction of extent E2, E.

In Maßnahme c) wird das erste Distanzelement 3a mit den beiden Befeuchtermodulen 20, 20 verklebt, so dass nach dem Verkleben das erste Distanzelement 3a sandwichartig zwischen den beiden benachbarten Befeuchtermodulen 20, 20 angeordnet ist. Auf diese Weise wird der in den 1 und 2 gezeigte Membranstapel 1 hergestellt.In measure c), the first spacer element 3a is bonded to the two humidifier modules 20, 20, so that the first spacer element 3a is arranged in the manner of a sandwich between the two adjacent humidifier modules 20, 20 after bonding. In this way, the in the 1 and 2 Membrane stack 1 shown produced.

Im Folgenden wird die Herstellung der voranstehend erläuterten Befeuchtermodule 20 erläutert. Die Herstellung eines jeweiligen Befeuchtermoduls 20 kann in zwei der voranstehend erläuterten Maßnahme a) vorangehenden und aufeinanderfolgenden Maßnahmen a0) und a1) erfolgen.The manufacture of the humidifier modules 20 explained above is explained below. A respective humidifier module 20 can be produced in two measures a0) and a1) preceding and following measure a) explained above.

Gemäß Maßnahme a0) wird wie in 9 gezeigt das zweite Distanzelement 3b bereitgestellt. Auf die beiden sich entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung E2, E erstreckenden Randabschnitte 4b.1, 4b.2 dieses Distanzelements 3b wird beidseitig das Klebeband 10b.1, 10b.2 aufgebracht (in der Teilansicht der 9 ist nur der zweite Randabschnitt 4b.2 mit den Klebebändern 10b.2 erkennbar).According to measure a0), as in 9 shown the second spacer element 3b provided. The adhesive tape 10b.1, 10b.2 is applied to both sides of the two edge sections 4b.1, 4b.2 of this spacer element 3b, which extend along a second direction of extent E2, E (in the partial view of FIG 9 only the second edge section 4b.2 with the adhesive tapes 10b.2 can be seen).

In Maßnahme a1) wird dann wie in 10 dargestellt die Vorfertigung des Befeuchtermoduls 20 durch beidseitiges Anordnen einer jeweiligen Membran 2a, 2b auf den Klebebändern 10b.1, 10b.2 und Verkleben der beiden Membrane 2a, 2b mit den Klebebändern 10a.1, 10a.2, so dass nach dem Verkleben das erste Distanzelement 3a sandwichartig zwischen den beiden Membranen 2a, 2b angeordnet ist, abgeschlossen.Measure a1) is then carried out as in 10 shows the prefabrication of the humidifier module 20 by arranging a respective membrane 2a, 2b on both sides on the adhesive tapes 10b.1, 10b.2 and gluing the two membranes 2a, 2b with the adhesive tapes 10a.1, 10a.2, so that after gluing the first spacer element 3a is sandwiched between the two membranes 2a, 2b, completed.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US2017008935A1[0005]

Claims

Membrane stack (1) for a humidifier module of a fuel cell system, - with a plurality of gas-tight and moisture-permeable membranes (2a, 2b) stacked on top of one another at a distance from one another along a stacking direction (S), - wherein an intermediate space (7a, 7b) formed between two adjacent membranes (2a, 2b) in the stacking direction (S) forms a gas path (5a, 5b) through which a gas (G1, G2) can flow, - wherein a spacer element (3a, 3b) is arranged in each intermediate space (7a, 7b), which is supported on these two membranes (2a, 2b), - wherein the spacer elements (3a, 3b) each have a wave-shaped support structure (8a, 8b) which extends perpendicularly to the stacking direction (S) along a direction of extension (E, E1, E2), - wherein the spacer elements (3a, 3b) are firmly connected on both sides by means of an adhesive connection (6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2) to the respective membrane (2a, 2b) adjacent in the stacking direction (S).

membrane stack claim 1 , characterized in that the spacer elements (4a, 4b) are arranged in spaces (7a, 7b) formed between the membranes (2a, 2b) along the stacking direction (S), so that the spaces (7a, 7b) each have one of a Form gas (G1, G2) through which gas path (5a, 5b) can flow.

Membrane stack (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that - the support structure (8a, 8b) between two preferably flat edge sections (4a.1, 4a.2, 4b.1, 4b. 2) of the respective spacer element (3a, 3b), - the two edge sections (4a.1, 4a.2, 4b.1, 4b.2) of a respective spacer element (3a, 3b) on both sides by means of the adhesive connection (6a.1 , 6a.2, 6b.1, 6b.2) are firmly connected to the respective membrane (2a, 2b) adjacent in the stacking direction (S), two spacer elements (3a, 3b) adjacent in the stacking direction (S), preferably around 90 °, are arranged rotated to each other.

Membrane stack according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that those intermediate spaces (7a) in which a first spacer element (3a) is arranged form a first gas path (5a) through which flow can take place along the first direction of extension (E, E1) and those intermediate spaces (7b) in which a second Spacer element (3b) is arranged, form a second gas path (5b) through which flow can take place along the second direction of extent (E, E2).

membrane stack claim 4 , characterized in that along the first stacking direction (S) first and second gas paths (5a, 5b) alternate.

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive connections (6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2) form a fluid-tight delimitation of a respective gas path (5a, 5b).

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that the edge sections (4a.1, 4a.2, 4b.1, 4b.2) are designed in the form of strips (4a.1, 4a.2, 4b.1, 4b.2). .

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that at least one adhesive connection (6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b.2), preferably all adhesive connections (6a.1, 6a.2, 6b.1, 6b. 2) by an adhesive layer made of an adhesive (9a.1, 9a.2, 9b.1, 9b.2) or of an adhesive tape (10a.1, 10a.2, 10b.1, 10b.2). is/are.

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that the corrugated support structure (8a, 8b) has a, preferably sinusoidal, geometric shape (11) in profile perpendicular to the direction of extension (E, E1, E2) with a plurality of maxima (12) and minima (13), one of the two membranes (2a, 2b) adjacent in the stacking direction (S) being supported on the maxima (12) and the other of the two membranes (2b) adjacent in the stacking direction being supported on the minima (13).

Membrane stack according to one of the preceding claims, characterized in that in a cross section perpendicular to the stacking direction (S) the membrane stack (1) has the geometry of a square (14) with two opposite first sides (15a, 15b) and with two opposite second sides (16a, 16b) or the geometry of a rectangle with two opposite narrow sides and two opposite broad sides (19a, 19b), - the edge sections (4a.1, 4a.2, 4b.1, 4b.2) of both the first Spacer elements (3a) and the second spacer elements (3b) each end in two adjacent corners (17) of the square (14) or rectangle.

humidifier 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 the preceding claims, comprising the following measures: a) providing at least two prefabricated humidifier modules (20), each humidifier module (20) comprising a second spacer element (3b) which is sandwiched between two membranes ( 2a, 2b) and is firmly connected to these by means of a respective adhesive connection (6b.1, 6b.2, 6b.1, 6b.2), and b) arranging a first spacer element (3a) with one on both sides of the two edge sections (4a.1, 4a.2) of this spacer element (3a) applied adhesive layer of an adhesive (9a.1, 9a.2) or of an adhesive tape (10a.1, 10a.2) between the two humidifier modules (20), see above that these adhesive layers, like the edge sections (4b.1, 4b.2) of the first spacer element (3a), extend along a first direction of extent (E, E1) perpendicular to the second direction of extent (E, E2), along which the at least two second spacer elements (3b) of the at least two humidifier modules (20) provided in measure a), c) gluing the first spacer element (3a) to the two humidifier modules (20), so that after gluing the first spacer element (3a) sandwiched between the two Humidifier modules (20, 20) is arranged.

procedure after claim 12 , characterized in that the prefabrication of a respective humidifier module (20) comprises the following measures a0) and a1) preceding measure a): a0) providing a second spacer element (3b) and applying an adhesive layer of an adhesive (9b.1 , 9b.2) or from an adhesive tape (10b.1, 10b.2) on the two edge sections (4b.1, 4b.2) of this spacer element (3b) extending along a second direction of extent (E2, E), a1) Prefabrication of a humidifier module (20) by arranging a respective membrane (2a, 2b) on both sides on the adhesive (9b.1, 9b.2) or on the adhesive tape (10b.1, 10b.2) and gluing the two membranes (2a , 2b) with the adhesive or with the adhesive tape (10a.1, 10a.2), so that after gluing the second spacer element (3b) is sandwiched between the two membranes (2a, 2b).