DE10244707A1 - Apparatus for exchanging moisture between a wet and a dry gas stream - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung dient zum Austausch von Feuchtigkeit, insbesondere Wasser oder Wasserdampf, zwischen einem feuchten und einem trockenen Gasstrom. Dabei werden zum Trennen der beiden Gasströme voneinander Hohlfasern eingesetzt. Die Vorrichtung kann beispielsweise zum Befeuchten eines trockenen, zu einer Brennstoffzelle strömenden Frischgasstroms durch einen feuchten Abgasstrom der Brennstoffzelle genutzt werden. DOLLAR A Prinzipiell durchströmt immer einer der beiden Gasströme die Hohlfasern selbst, während diese von dem anderen der Gasströme umströmt werden. Erfindungsgemäß ist die Anordnung der Hohlfasern so ausgebildet, daß sich in einem von dem einen der Gasströme durchströmten Raum mehrere Bereiche ergeben, in denen dieser von jeweils mehreren Hohlfasern durchdrungen ist, und daß sich in demselben Raum andere Bereiche ergeben, welche frei von Hohlfasern bleiben. Damit wird eine gute Anströmung der einzelnen Hohlfasern und eine homogene Übertragung von Feuchtigkeit erreicht.A device is used to exchange moisture, especially water or water vapor, between a wet and a dry gas stream. In this case, hollow fibers are used to separate the two gas streams from each other. The device can be used for example for moistening a dry, flowing to a fuel cell fresh gas flow through a wet exhaust gas flow of the fuel cell. DOLLAR A In principle, always flows through one of the two gas streams, the hollow fibers themselves, while these are flowed around by the other of the gas streams. According to the arrangement of the hollow fibers is formed so that in a space flowed through by the one of the gas flows several areas arise in which it is penetrated by a plurality of hollow fibers, and that arise in the same space other areas which remain free of hollow fibers. For a good flow of the individual hollow fibers and a homogeneous transmission of moisture is achieved.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch von Feuchtigkeit, insbesondere Wasser oder Wasserdampf, zwischen einem feuchten und einem trockenen Gasstrom, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a device for the exchange of moisture, in particular water or steam, between a wet and a dry gas stream, according to the The preamble of claim 1 closer defined type.

Aus dem Bereich der Belüftungstechnik sind Vorrichtungen zum Konditionieren von Gasen bekannt, bei welchen über Membranen ein Austausch von Feuchtigkeit zwischen den Gasen stattfindet. Hierzu sei beispielsweise auf die DE 195 45 335 A1 verwiesen. Die Membranen sind dabei flächig ausgebildet und weisen den Nachteil auf, daß vergleichsweise große Flächen für den Austausch der Feuchtigkeit benötigt werden.From the field of ventilation technology devices for conditioning gases are known in which via membranes an exchange of moisture between the gases takes place. For this purpose, for example, on the DE 195 45 335 A1 directed. The membranes are flat and have the disadvantage that comparatively large areas are needed for the exchange of moisture.

In der DE 100 45 482 A1 sowie der DE 100 59 910 A1 sind darüber hinaus für den o.g. Einsatzzweck Hohlfasern als Membranen beschrieben, welche den Vorteil sehr viel größerer Oberflächen im Vergleich zu flächigen Membranen bieten. Derartige Aufbauten lassen sich daher weitaus kleiner bauen, bei vergleichbarer Austauschleistung.In the DE 100 45 482 A1 as well as the DE 100 59 910 A1 In addition, hollow fibers are described as membranes for the above-mentioned application, which offer the advantage of much larger surfaces in comparison to flat membranes. Such structures can therefore be built much smaller, with comparable exchange performance.

Üblicherweise sind derartige Aufbauten so ausgebildet, daß die Hohlfasern zu einem Bündel zusammengefaßt sind, welches einen von einem der Gasströme durchströmten Raum durchdringt. Die Hohlfasern selbst sind gegenüber diesem Raum abgedichtet und werden ihrerseits von dem anderen der Gasströme durchströmt. Bei einem vergleichsweise kleinen Aufbau läßt sich so ein Modul für den Feuchtigkeitsaustausch bauen, welches relativ große Mengen an Feuchtigkeit zwischen relativ großen Volumenströmen des Gases austauschen kann.Usually such structures are formed so that the hollow fibers are combined into a bundle, which penetrates a space flowed through by one of the gas streams. The Hollow fibers themselves are opposite sealed off from this room and in turn from the other Gas flows through. at a comparatively small structure can build such a module for the moisture exchange, which is relatively large Amounts of moisture between relatively large volume flows of Can replace gas.

Bei üblichen Aufbauten, welche z.B. Massenströme in der Größenordnung von mehr als 100 kg/h aufnehmen können, stellt sich hier jedoch der massive Nachteil ein, daß die einzelnen Hohlfasern ungleichmäßig von dem in dem Raum befindlichen Gasstrom angeströmt werden. So wird beispielsweise in den außen im Bündel liegenden Hohlfasern eine weitaus größere Menge an Feuchtigkeit ausgetauscht als in den weiter innen liegenden Hohlfasern. Da sich der durch die Hohlfasern strömende Gasanteil nicht zwischen den einzelnen Hohlfasern austauschen kann, kommt es so zu einer sehr ungleichmäßigen Trocknung bzw. Befeuchtung des entsprechenden Gasstroms. Wird ein derartig aufgebautes Modul nun als Wasserrückgewinnungsmodul eingesetzt, so ist in nachteiliger weise entweder ein vergrößertes Bauvolumen notwendig oder es kann nur eine Teil des Wassers zurückgewonnen werden.In conventional constructions, which e.g. mass flows in the order of magnitude of more than 100 kg / h, however, arises here the massive disadvantage that the individual hollow fibers unevenly the gas stream in the room is flown. For example in the outside in the bundle lying hollow fibers a much larger amount of moisture exchanged as in the inner hollow fibers. That I the flowing through the hollow fibers Gas share can not exchange between the individual hollow fibers, it comes to a very uneven drying or moistening of the corresponding gas flow. Will such a module now used as water recovery module, so disadvantageously, either an increased volume of construction is necessary or only part of the water can be recovered.

Außerdem kennt der Stand der Technik aus der US 6,007,931 derartige, auf Basis einer Membran arbeitende Befeuchtungsmodule zur Befeuchtung eines zu einer Brennstoffzelle strömenden Gasstroms einerseits und zur Wasserrückgewinnung aus einem feuchten Abgasstrom der Brennstoffzelle andererseits. Neben einer möglichst homogenen Befeuchtung, welche die Polymerelektrolytmembran der üblicherweise eingesetzten Brennstoffzellen zum reibungslosen Betrieb der Brennstoffzelle benötigt, spielt hierbei auch die möglichst vollständige Rückgewinnung des Wassers aus dem Abgas eine entscheidende Rolle, da insbesondere bei mobilen Systemen auf ein Nachtanken von Wasser verzichtet werden soll.In addition, the prior art knows from the US 6,007,931 Such, working on the basis of a diaphragm humidification for humidification of a gas flowing to a fuel cell gas flow on the one hand and for water recovery from a wet exhaust gas flow of the fuel cell on the other hand. In addition to the most homogeneous humidification, which requires the polymer electrolyte membrane of the fuel cell usually used for smooth operation of the fuel cell, this plays as complete as possible recovery of water from the exhaust gas a crucial role, since in mobile systems refueling of water should be dispensed with.

Die Aufbauten der o.g. Art können die Anforderungen an derartige Wasserrückgewinnungs- bzw. Befeuchtungsmodule also nicht oder nur unzureichend erfüllen.The superstructures of the o.g. Art can do that Requirements for such water recovery or humidification modules So do not or only insufficiently meet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich für die vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Austauschen von Feuchtigkeit zwischen zwei Gasströmen zu schaffen, welche die o.g. Nachteile vermeidet, und welche eine zumindest annähernd homogene Befeuchtung des einen Gasstroms bei weitgehend homogener und nahezu vollständiger Trocknung des anderen Gasstroms ermöglicht.Based on this state of the art arises for the present invention has the object, a device for replacement to create moisture between two gas streams which the above-mentioned Disadvantages avoids, and which at least approximately homogeneous Humidification of a gas flow at largely homogeneous and nearly complete Drying of the other gas stream allows.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention this object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1 solved.

Durch die Anordnung der Hohlfasern in dem Raum derart, daß in einigen Bereichen jeweils mehrere Hohlfasern angeordnet sind und andere Bereiche frei von Hohlfasern sind, ergeben sich verbesserte Möglichkeit für die Anströmung der einzelnen Hohlfasern durch den in dem Raum strömenden Gasstrom.By the arrangement of the hollow fibers in the room such that in some areas each have a plurality of hollow fibers are arranged and Other areas are free of hollow fibers, resulting in improved possibility for the inflow the individual hollow fibers through the gas stream flowing in the space.

Jede einzelne der Hohlfasern wird damit besser ausgenutzt. Die Homogenität der Feuchtigkeitsübertragung und die übertragenen Menge an Feuchtigkeit je Volumenstrom der Gase läßt sich damit in vorteilhafter Weise verbessern. Insgesamt kann bei gleicher Befeuchtung damit auch die Größe der Vorrichtung verringert werden. Dies ist insbesondere bei mobilen Anwendungen ein entscheidender Vorteil, insbesondere hinsichtlich erleichtertem Packaging, Gewichteinsparungen und dergleichen.Every single one of the hollow fibers becomes thus better utilized. The homogeneity of moisture transmission and the transferred ones Quantity of moisture per volume flow of gases can thus be advantageously improve. Overall, with the same humidification and the Size of the device be reduced. This is especially true for mobile applications a decisive advantage, especially in terms of facilitated Packaging, weight savings and the like.

Gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung der Erfindung ist jeweils eine Vielzahl von Hohlfasern zu einer Schicht mit einer Dicke von mehreren Hohlfasern zusammengefaßt, wobei in dem Raum wenigstens zwei Schichten abwechselnd mit von Hohlfasern freien Bereichen angeordnet sind.According to a very favorable Development of the invention is in each case a plurality of hollow fibers combined into a layer having a thickness of a plurality of hollow fibers, wherein in the space at least two layers alternating with hollow fibers free areas are arranged.

Diese Schichten in der Dicke von jeweils mehreren Hohlfasern können so von dem in dem Raum befindlichen Gasstrom von beiden Seiten der Schicht angeströmt werden. Bei entsprechend lockerer Anordnung der Hohlfasern in der Schicht entsteht so die Möglichkeit, daß annähernd alle Hohlfasern gleichmäßig angeströmt werden. Die Schichten können jeweils abwechselnd mit freien Bereichen in verschiedensten Formen angeordnet werden, so daß unter Wahrung der o.g. Vorteile sehr flexible Aufbauten der Vorrichtung möglich werden. Die Schichten können dabei aus nebeneinander gelegten einzelnen Hohlfasern oder aus nebeneinander gelegten Hohlfaserbündeln bestehen. Auch ein verweben der Fasern einer Schicht untereinander ist denkbar.These layers in the thickness of a plurality of hollow fibers in each case can be flown by the gas flow in the space from both sides of the layer. With a correspondingly loose arrangement of the hollow fibers in the layer, the possibility arises that almost all hollow fibers are uniformly flowed through. The layers can each be arranged alternately with free areas in various forms, so that while maintaining the above-mentioned advantages very flexible structures of the device are possible. The layers can be made of juxtaposed individual hollow fibers or side by side consist of other laid hollow fiber bundles. It is also conceivable to interweave the fibers of a layer with one another.

In einer sehr vorteilhaften weiteren Ausgestaltung dieser Ausführung der Erfindung sind zumindest in einem Teil der von den Hohlfasern freien Bereiche von dem Gas durchströmbare Abstandskalter angeordnet.In a very advantageous further Embodiment of this embodiment of the invention are at least in part of the hollow fibers arranged free spaces of the gas flow-through Abstandskalter.

Als Abstandskalter könnten beispielsweise Drahtgestricke oder im Querschnitt sägezahnartig oder wellenförmig ausgebildete Platten oder dergleichen dienen. Sie ermöglichen, abwechselnd mit den Schichten gestapelt, einen sehr einfachen und effizienten Aufbau der Vorrichtung, da die Bereiche der Abstandshalter ohne weitere Maßnahmen immer von den in dem Raum strömenden Gas, in zumindest einer Richtung, durchströmbar bleiben. Die homogene Anströmung der Schichten und damit der Hohlfasern kann also auch bei minimiertem Montageaufwand leicht sichergestellt werden.As Abstandskalter could, for example Wire knit or sawtooth or wave-shaped in cross-section Serve plates or the like. They allow alternately with the Layers stacked, a very simple and efficient construction the device as the areas of the spacers without further activities always from those who are streaming in the room Gas, in at least one direction, remain permeable. The homogeneous inflow The layers and thus the hollow fibers can therefore also at minimized Assembly effort can be easily ensured.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Schichten und die freien Bereiche jeweils flächig ausgebildet und abwechselnd in einem wenigstens annähernd rechteckigen Raum angeordnet.According to a very advantageous Further development of the invention are the layers and the free areas respectively flat formed and alternately in an at least approximately rectangular Room arranged.

Die Vorrichtung erhält dadurch einen modularen Aufbau, vergleichbar zu dem eines Plattenreaktors bzw. Plattenwärmetauschers. Sie kann in besonders vorteilhafter Weise durch eine Änderung der Anzahl an Schichten an die gegebenen Verhältnisse angepaßt werden, so daß mit nur einem Bauprinzip und vergleichbaren bzw. zumindest teilweise gleichen Bauteilen Vorrichtungen für beliebige Leistungen realisiert werden können.The device gets by a modular structure, comparable to that of a plate reactor or Plate heat exchanger. You can in a particularly advantageous manner by a change the number of layers are adapted to the given conditions, so that with just a construction principle and comparable or at least partially identical components realized devices for arbitrary services can be.

Besondere Vorteile bietet diese Ausgestaltung der Erfindung dann, wenn Sie mit einer sehr vorteilhaften Verwendung der Vorrichtung als kombiniertes Befeuchtungs- und Wasserrückgewinnungsmodul für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle und hier insbesondere in einem mobilen System, wie z.B. einem Fahrzeug zu Wasser, zu Lande und in der Luft, verwendet wird.This embodiment offers particular advantages the invention then, if you are using a very beneficial the device as a combined humidification and water recovery module for a fuel cell, in particular a PEM fuel cell and here in particular in one mobile system, e.g. a vehicle on water, on land and in the air, is used.

Die Vorrichtung kann in ihrem einem Plattenwärmetauscher vergleichbaren Aufbau unmittelbar an einen üblicherweise ebenfalls rechteckigen Brennstoffzellenstack angepaßt oder, in einer Weiterbildung, darin integriert werden.The device can in its one Plate heat exchanger comparable structure directly to a usually also rectangular Fuel cell stack adapted or, in a continuing education, be integrated into it.

Dies bietet entscheidende Vorteile bei der Anordnung der Vorrichtung und beim Packaging des Brennstoffzellensystems. Besonders günstig ist dies z.B. bei Brennstoffzellensystemen, welche als Hilfsenergieerzeuger (auxiliary power unit, kurz APU) eingesetzt werden, also beispielsweise Energie für vom Antrieb unabhängig zu betreibende elektrische Verbraucher in einem Fahrzeug liefern, da hier eine leichte, robuste, wartungsarme und vor allem kompakte Bauweise von besonderer Bedeutung ist.This offers decisive advantages in the arrangement of the device and in the packaging of the fuel cell system. Very cheap if this is e.g. in fuel cell systems, which as an auxiliary power generator (auxiliary power unit, short APU) are used, so for example Energy for independent of the drive supply electrical consumers to be operated in a vehicle, because here is a light, robust, low-maintenance and above all compact Construction is of particular importance.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und aus den anhand der Zeichnungen nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele.Further advantageous embodiments The invention will become apparent from the remaining dependent claims and from the embodiments illustrated below with reference to the drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine prinzipmäßige Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Befeuchtungs- und Wasserrückgewinnungsmodul; 1 a schematic representation of a device according to the invention as moistening and water recovery module;

2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 2 an embodiment of the device according to the invention;

3 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 3 an alternative embodiment of the device according to the invention;

4 eine weitere alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 4 a further alternative embodiment of the device according to the invention;

5 eine Explosionsdarstellung eines Ausschnitts aus einem Aufbau der Vorrichtung gemäß 3; 5 an exploded view of a section of a structure of the device according to 3 ;

6 eine Explosionsdarstellung der Vorrichtung zusammen mit einem Brennstoffzellenstack. 6 an exploded view of the device together with a fuel cell stack.

In 1 ist eine Vorrichtung 1 erkennbar, welche als kombiniertes Befeuchtungs- und Wasserrückgewinnungsmodul 1 für eine Brennstoffzelle 2 benutzt wird. Dieser Einsatz der Vorrichtung 1 als Befeuchtungs- und Wasserrückgewinnungsmodul zusammen mit der Brennstoffzelle 2 ist beispielhaft für die hier dargestellte Erfindung zu sehen. Zwar handelt es sich um den bevorzugten Einsatzzweck, doch soll die Erfindung durch dieses Ausführungsbeispiel nicht auf genau diesen Einsatzzweck eingeschränkt werden.In 1 is a device 1 recognizable as a combined humidification and water recovery module 1 for a fuel cell 2 is used. This use of the device 1 as humidification and water recovery module together with the fuel cell 2 is exemplary of the invention shown here. Although it is the preferred use, but the invention should not be limited by this embodiment to precisely this purpose.

Die Verwendung der Vorrichtung 1 als Befeuchtungs- und Wasserrückgewinnungsmodul 1 ist dabei prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt. Ein der Brennstoffzelle 2 zugeführter Gasstrom, üblicherweise handelt es sich dabei um den einem Kathodenraum der Brennstoffzelle 2 zugeführten Luftstrom, durchströmt die Vorrichtung 1. Gleichzeitig durchströmt ein feuchter Abgasstrom der Brennstoffzelle 2 die Vorrichtung 1. Dieser ist durch eine Membran 3 von dem Zuluftstrom zu der Brennstoffzelle 2 getrennt. Auch hier handelt es sich üblicherweise wieder um den aus dem Bereich des Kathodenraums stammenden Abgas- bzw. Abluft-Strom. Der Abgasstrom der Brennstoffzelle 2 führt dabei eine vergleichsweise große Menge an Wasser mit sich, welches einerseits aus der Befeuchtung des in den Kathodenraum einströmenden Zuluftstroms und andererseits von dem in der Brennstoffzelle 2 entstehenden Produktwasser stammt. Diese Feuchtigkeit wird durch die Membran 3 hindurch auf den Zuluftstrom übertragen, so daß dieser be feuchtet in die Brennstoffzelle 2 einströmt. Diese Befeuchtung ist notwendig, um die Elemente der Brennstoffzelle 2, insbesondere eine Polymerelektrolytmembran (PEM) ausreichend feucht zu halten, um ihren Betrieb sicherzustellen und Sie vor Austrocknung zu schützen.The use of the device 1 as humidification and water recovery module 1 is known in principle from the prior art. One of the fuel cell 2 supplied gas stream, it is usually a cathode compartment of the fuel cell 2 supplied air flow, flows through the device 1 , At the same time, a moist exhaust gas stream flows through the fuel cell 2 the device 1 , This is through a membrane 3 from the supply air flow to the fuel cell 2 separated. Again, it is usually again coming from the area of the cathode chamber exhaust or exhaust air flow. The exhaust gas flow of the fuel cell 2 This results in a comparatively large amount of water, which on the one hand from the humidification of the inflow air flowing into the cathode space and on the other hand of the in the fuel cell 2 resulting product water comes. This moisture gets through the membrane 3 transmitted through the supply air, so that this humidifies be in the fuel cell 2 flows. This humidification is necessary to the elements of the fuel cell 2 In particular, keep a polymer electrolyte membrane (PEM) sufficiently moisturized to ensure its operation and to protect you from dehydration.

Die Effizienz und die Feuchtigkeitsübertragungsleistung einer derartigen Membran 3 hängt insbesondere von ihrer Oberfläche ab. Um die Oberfläche zu optimieren werden daher neben flachen Membranen insbesondere Hohlfasermembranen eingesetzt, bei denen einer der Gasströme, z.B. der feuchte Gasstrom, im Inneren der aus einem für Wasserdampf durchlässigen Material gefertigten Hohlfasern 4 strömt. Der Wasserdampf durchdringt dann die Hohlfasern 4 und kann von einem die Hohlfasern 4 umströmenden Gasstrom, welcher beispielsweise in einem Raum 5 strömt, welcher von den Hohlfasern 4 durchdrungen wird, aufgenommen werden. Der Raum 5 ist beispielsweise ein Behälter oder ein Gehäuse.The efficiency and moisture transfer performance of such a membrane 3 depends in particular on its surface. In order to optimize the surface, in addition to flat membranes, in particular hollow-fiber membranes are used in which one of the gas streams, for example the moist gas stream, in the Inner of the produced from a permeable material for water vapor hollow fibers 4 flows. The water vapor then penetrates the hollow fibers 4 and can from one of the hollow fibers 4 flowing around gas stream, which for example in a room 5 flows, which of the hollow fibers 4 is penetrated. The space 5 is for example a container or a housing.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 zeigt einen derartigen Aufbau. Die Hohlfasern 4 selbst, welche hier zu einzelnen Bündeln 6 zusammengefaßt sind, durchdringen den Raum 5. Der Aufbau ist dabei so ausgestaltet, daß die Hohlfasern 4 gegenüber dem Raum 5 derart abgedichtet sind, daß der eine Gasstrom lediglich durch die Hohlfasern 4 und der andere Gasstrom lediglich durch den Raum 5 strömen kann, ohne daß sich die Gasströme vermischen können. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Hohlfasern 4 an ihren Enden mit einem Kunststoffmaterial oder einem Harz miteinander vergossen werden, und daß diese vergossenen Enden, welche lediglich Eintrittsöffnungen in die jeweiligen Hohlfasern offen lassen, dann gegenüber dem Raum 5 abgedichtet werden.The embodiment according to 2 shows such a structure. The hollow fibers 4 itself, which here to individual bundles 6 are summarized, penetrate the room 5 , The structure is designed so that the hollow fibers 4 opposite the room 5 are sealed so that the one gas flow only through the hollow fibers 4 and the other gas flow only through the room 5 can flow without the gas streams can mix. This can be achieved, for example, that the hollow fibers 4 are potted at their ends with a plastic material or a resin, and that these potted ends, which leave only inlet openings in the respective hollow fibers open, then with respect to the space 5 be sealed.

Der Aufbau gemäß 2 ist so ausgeführt, daß jedes der Bündel 6 mehrere der Hohlfasern 4 aufweist. Die Zahl der Hohlfasern 4 je Bündel ist dabei jedoch vergleichsweise klein, z.B. in der Größenordnung von einigen zehn bis einigen hundert Hohlfasern 4, Abhängig von den Massenströmen des Gases und von der zu übertragenden Feuchtigkeit. Jedes einzelne Bündel 6 der Hohlfasern 4 ist in Raum 5 so angeordnet, daß zwischen den Bündeln von Hohlfasern 4 freie Bereiche 7 verbleiben, so daß das durch den Raum 5 strömende Gas jedes einzelne Bündel 6 allseitig anströmen kann. Durch eine Ausführung der Bündel 6 mit bis zu einigen hundert einzelnen Hohlfasern 4 ist es dann möglich, daß praktisch alle in der Vorrichtung 1 befindliche Hohlfasern 4 wenigstens annähernd gleichmäßig und homogen angeströmt werden. Mit der Vorrichtung 1 gemäß diesem Aufbau ist es also möglich, daß feuchte, aus der Brennstoffzelle 2 kommende Abgase wenigstens annähernd vollständig zu trocknen und damit wenigstens annähernd den gesamten Wassergehalt in dem Abgas zurückzugewinnen. Die Feuchtigkeit wird dabei direkt genutzt, um den in der Brennstoffzelle 2 zuströmenden Gasstrom, welcher in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Raum 5 strömt, gut zu befeuchten, so daß ein Austrocknen der PEM der Brennstoffzelle 2 und damit Betriebsstörungen und Schädigungen der Brennstoffzelle 2 vermieden werden können. Selbstverständlich kann durch die Hohlfasern 4 überwiegend dampfförmiges Wasser übertragen werden, so daß in dem Abgasstrom der Brennstoffzelle 2 anfallendes flüssiges Wasser über herkömmliche Wasserabscheider abgeschieden und zurückgewonnen werden muß, was jedoch für die Erfindung nicht von Bedeutung ist und ohnehin dem Stand der Technik zuzurechnen ist.The structure according to 2 is designed so that each of the bundles 6 several of the hollow fibers 4 having. The number of hollow fibers 4 However, each bundle is comparatively small, for example of the order of magnitude of a few tens to a few hundred hollow fibers 4 , Depending on the mass flows of the gas and on the moisture to be transferred. Every single bundle 6 the hollow fibers 4 is in space 5 arranged so that between the bundles of hollow fibers 4 free areas 7 stay that way through the room 5 flowing gas every single bundle 6 can flow on all sides. By an execution of the bundles 6 with up to several hundred individual hollow fibers 4 It is then possible that virtually all in the device 1 located hollow fibers 4 be at least approximately uniformly and homogeneously flowed. With the device 1 According to this structure, it is possible that wet, from the fuel cell 2 At least approximately completely dry incoming exhaust gases and thus recover at least approximately the entire water content in the exhaust gas. The moisture is used directly to the in the fuel cell 2 inflowing gas flow, which in the embodiment shown here through the room 5 flows, to moisten well, so that drying out of the PEM of the fuel cell 2 and thus malfunctions and damage to the fuel cell 2 can be avoided. Of course, by the hollow fibers 4 predominantly vaporous water are transferred so that in the exhaust stream of the fuel cell 2 incurred liquid water must be deposited and recovered via conventional water, but this is not relevant to the invention and is attributable anyway to the prior art.

In 3 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Anstatt der Bündel 6 mit den Hohlfasern 4 sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Hohlfasern 4 in einzelnen Schichten 8 angeordnet, welche jeweils eine Dicke von mehreren Hohlfasern 4 aufweisen. Diese Dicke sollte dabei so ausgestaltet sein, daß eine Anströmung des durch den Raum 5 strömenden Gases aus den freien Bereichen 7 in den Bereich sämtlicher Hohlfasern 4 der Schichten 8 möglich ist. Die Dicken der Schichten 8 bewegen sich daher im Bereich von wenigen einzelnen bis zu einigen hundert einzel nen Hohlfasern 4, je nach eingesetztem Volumenstrom. Um die Anströmung im Bereich des gesamten Raums 5 zu ermöglichen, sind die einzelnen Schichten 8 dabei abwechselnd mit den freien Bereichen 7 angeordnet, so daß ein Aufbau entsteht, welcher prinzipiell dem eines Plattenwärmetauschers bzw. -reaktors vergleichbar ist.In 3 is another embodiment of the device 1 represented according to the invention. Instead of the bundles 6 with the hollow fibers 4 are in the embodiment according to 3 the hollow fibers 4 in individual layers 8th arranged, each having a thickness of a plurality of hollow fibers 4 respectively. This thickness should be designed so that a flow through the room 5 flowing gas from the free areas 7 in the range of all hollow fibers 4 the layers 8th is possible. The thicknesses of the layers 8th Therefore, they range from a few individual to a few hundred individual hollow fibers 4 , depending on the volume flow used. To the flow in the area of the entire room 5 to enable are the individual layers 8th while alternating with the free areas 7 arranged so that a structure arises, which is in principle comparable to that of a plate heat exchanger or reactor.

Um bei der Montage sicherzustellen, daß die freien Bereiche durch das den Raum 5 durchströmende Gas immer und kontinuierlich durchströmbar sind, sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 zusätzlich Abstandskalter 9 vorgesehen, welche die freien Bereiche 7 "offen" halten. Als Abstandskalter 9 können beispielsweise Drahtgestricke oder dergleichen eingesetzt werden. Daneben sind auch, wie in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erkennbar, sägezahn- oder wellblechartige Ausgestaltungen der Abstandskalter 9 denkbar, welche ebenfalls eine annähernd homogene Anströmung der einzelnen Hohlfasern 4 in der Vorrichtung 1 sicherstellen.To ensure that the free areas through the room 5 flowing gas can always and continuously be flowed through, are in the embodiment according to 3 in addition spacer disc 9 provided the free areas 7 "keep open. As distance switch 9 For example, wire knits or the like can be used. In addition, as shown in the embodiment shown here, sawtooth or corrugated sheet-like configurations of Abstandskalter 9 conceivable, which also an approximately homogeneous flow of the individual hollow fibers 4 in the device 1 to ensure.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem im Prinzip dasselbe gilt, was zu 3 bereits ausgeführt wurde. Der Aufbau gemäß 4 ist lediglich gegenüber dem in 3 beschriebenen Aufbau in der Art eines Plattenwärmetauschers oder Plattenreaktors "aufgewickelt" worden. Der Aufbau ist jetzt also in der Art von konzentrisch ineinander angeordneten Schichten 8 und freien Bereichen 7 ausgeführt. Prinzipiell wäre dabei selbstverständlich auch ein Aufbau denkbar, welcher nicht, wie in 4 dargestellt, einen konzentrischen Aufbau der einzelnen Schichten 8 zeigt, sondern, bei welchem die Schichten 8 und die mit einem entsprechenden Abstandskalter 9 versehenen freien Bereiche 7 in der Art einer Spirale aufgewickelt sind.In 4 another embodiment is shown in which applies in principle the same, what to 3 already executed. The structure according to 4 is only opposite to in 3 described structure in the manner of a plate heat exchanger or plate reactor "wound". The structure is now in the nature of concentric nested layers 8th and free areas 7 executed. In principle, of course, a structure would be conceivable, which does not, as in 4 shown, a concentric structure of the individual layers 8th shows, but at which the layers 8th and those with a corresponding distance switch 9 provided free areas 7 are wound in the manner of a spiral.

Besonders günstig ist ein Aufbau mit rechteckigem Querschnitt. Ein solcher Aufbau besitzt zum einen Vorteile hinsichtlich des Packagings. Zum anderen läßt sich ein solcher Aufbau leicht an einen Brennstoffzellenstack 10 anbringen. An dieser Stelle sei erwähnt, daß einzelne Brennstoffzellen 2 üblicherweise zu einem Brennstoffzellenstack 10 gestapelt werden.. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher nicht nur für eine einzelne Brennstoffzelle vorgesehen, sondern insbesondere für Brennstoffzellenstacks.Particularly favorable is a structure with rectangular cross-section. Such a structure has advantages in terms of packaging. On the other hand, such a construction can be easily adapted to a fuel cell stack 10 Attach. At this point it should be mentioned that individual fuel cells 2 usually to a fuel cell stack 10 The device according to the invention is therefore not intended only for a single fuel cell, but in particular for fuel cell stacks.

Ein derartiger Aufbau in der Art eines Plattenwärmetauschers bzw. Plattenreaktors bietet außerdem den Vorteil, daß, wie eingangs bereits erwähnt, ein modularer Aufbau möglich wird, welcher eine Skalierung der Vorrichtung 1 an vorgegebene Verhältnisse, z.B. die Größe der Brennstoffzelle 2 und damit den zu erwartenden Volumenstrom, sehr leicht ermöglicht.Such a construction in the manner of a plate heat exchanger or plate reactor also offers the advantage that, as already mentioned, a modular construction is possible, which is a scaling the device 1 to given conditions, eg the size of the fuel cell 2 and thus the expected volume flow, very easily possible.

In 5 ist dementsprechend eine Ausgestaltung der Vorrichtung 1 in einer Explosionsdarstellung abgebildet. Die Vorrichtung 1 ist in rechteckiger Bauweise ausgeführt und weist einige der Schichten 8 mit den Hohlfasern 4 auf, welche übereinander angeordnet sind, so daß die Hohlfasern 4 den Raum 5 durchdringen. Über die Eintrittsöffnung 11 tritt im Betrieb trockenes, d.h. zu befeuchtendes frisches Gas (kurz: Frischgas) in die Vorrichtung ein und strömt in Verteiler 20 die Hohfasern 4 bzw. Hohlfaserschichten 8 seitlich an. Das Frischgas durchströmt dann Raum 5 durch den hohlfaserfreien Bereich 7, der durch die Rbstandshalter 9 abgestützt ist. Das trockene Frischgas wird dabei befeuchtet, tritt dann in eine Brennstoffzelle ein, reagiert dort wenigstens teilweise ab, wird dann als feuchtes bzw. zu trocknendes Abgas aus der Brennstoffzelle heraus geführt und in die Hohlfasern 4 eingespeist (der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt, vgl. aber 6). Das Abgas durchströmt dann in den Hohlfasern 4 den Raum 5, wobei es durch die Wände der Hohlfasern 4 hindurch Feuchtigkeit an das zu befeuchtende Frischgas überträgt. Die Hohlfasern 4 sind stirnseitig offen und enden in Sammler 21, wo das getrocknete Abgas gesammelt und durch die Austrittsöffnung 17 die Vorrichtung verläßt. Stellvertretend für alle Hohlfasern sind hier der Übersichtlichkeit halber nur zwei Hohlfasern 4 verlängert dargestellt, während die üb rigen Hohlfasern an der linken Stirnseite von Raum 5 zu enden scheinen. Es sei jedoch noch einmal betont, daß alle Hohlfasern 4 aus Raum 5 herausragen, Verteiler 29 und Rahmen 18 durchlaufen und schließlich in Sammler 21 stirnseitig offen enden.In 5 is accordingly an embodiment of the device 1 shown in an exploded view. The device 1 is rectangular in construction and has some of the layers 8th with the hollow fibers 4 on which are arranged one above the other, so that the hollow fibers 4 the room 5 penetrate. Over the entrance opening 11 occurs during operation dry, ie to be humidified fresh gas (short: fresh gas) in the device and flows into distributor 20 the high fibers 4 or hollow fiber layers 8th on the side. The fresh gas then flows through space 5 through the hollow fiber free area 7 by the Rbstandshalter 9 is supported. The dry fresh gas is moistened, then enters a fuel cell, where it reacts at least partially, is then out as wet or to be dried exhaust gas from the fuel cell out and into the hollow fibers 4 fed (for the sake of clarity not shown here, but see 6 ). The exhaust gas then flows through the hollow fibers 4 the room 5 passing through the walls of the hollow fibers 4 through which moisture is transferred to the fresh gas to be humidified. The hollow fibers 4 are open on the front and end in collector 21 where the dried exhaust gas is collected and through the outlet 17 the device leaves. For the sake of clarity, only two hollow fibers are representative of all hollow fibers 4 shown extended, while the üb cal hollow fibers at the left end of space 5 seem to end. However, it should be emphasized once again that all hollow fibers 4 out of space 5 stand out, distributor 29 and frame 18 go through and finally into collectors 21 end open at the front.

Zwischen Verteiler 20 für das zu befeuchtende Frischgas und Sammler 21 für das getrocknete Abgas ist der Rahmen für die Vergußmasse 18 angeordnet. Der Rahmen 18 ist so ausgebildet, daß er sich für das Vergießen der Hohlfasern 4 bzw. Hohlfaserschichten 8 mit einer Vergußmasse, z.B. ein Kunststoff oder ein Harz, eignet. Dafür besitzt der Rahmen 18 Öffnungen, durch die die Hohlfasern 4 bzw. Hohlfaserschichten 8 durchgeführt werden können (in 5 sind vier dieser Öffnungen übereinander angeordnet eingezeichnet), sowie eine Eintrittsöffnung 19 für die Vergußmasse. Der Rahmen 18 hat die Funktion, die Hohlfasern bzw. Hohlfaserbündel in einer für die Vergießung geeigneten Anordnung zu präpositionieren. Mit der Vergießung werden die Hohlfasern 4 bzw. Hohlfaserschichten 8 zum einen in einer geeigneten Position fixiert, zum anderen wird Verteiler 20 gegenüber Sammler 21 abgedichtet, damit sich das durch die Eintrittsöffnung 11 eintretende Frischgas nicht mit dem durch die Austrittsöffnung 17 austretende Abgas vermischt. Zusätzlich können weitere Dichtungselemente vorgesehen sein (nicht abgebildet).Between distributors 20 for the fresh gas and collector to be humidified 21 for the dried exhaust gas is the frame for the potting compound 18 arranged. The frame 18 is designed so that it is responsible for casting the hollow fibers 4 or hollow fiber layers 8th with a potting compound, such as a plastic or a resin suitable. The frame has it 18 Openings through which the hollow fibers 4 or hollow fiber layers 8th can be performed (in 5 four of these openings are shown superimposed), as well as an inlet opening 19 for the potting compound. The frame 18 has the function to pre-position the hollow fibers or hollow fiber bundles in a suitable arrangement for the casting. With the Vergießung become the hollow fibers 4 or hollow fiber layers 8th on the one hand fixed in a suitable position, on the other hand becomes distributor 20 towards collectors 21 sealed, so that through the inlet 11 incoming fresh gas does not interfere with the through the outlet opening 17 Exiting exhaust gas mixed. In addition, further sealing elements may be provided (not shown).

Die Schichten 8 aus den einzelnen Hohlfasern 4 weisen beispielsweise bei einem Einsatz der Vorrichtung 1 in einem 70 kW Brennstoffzellensystem und bei einem Luftmassenstrom von ca. 200 bis 300 kg/h eine Schichtstärke von 1 bis 40 mm auf. Dazwischen liegen die freien Bereiche 7, welche hier mit einem wellblechartigen Abstandshalter 9 versehen sind. Die Höhe der einzelnen freien Bereiche variiert je nach Dicke der Schichten 8 zwischen ca. 0,5 mm und 10 mm. Die Hohlfasern 4 selbst sind durch den Raum 5 entsprechend hindurch geführt und z.B. mit einem Harz 12 miteinander vergossen. Neben diesem Vergießen der Enden aller Hohlfasern 4 aller Schichten 8 wäre es auch denkbar, daß jede der Schichten 8 einzeln vergossen wird, so daß ein modularer Aufbau der Vorrichtung 1 entsteht, welcher nicht nur bei der ursprünglichen Montage, sondern auch später bei Wartungsarbeiten oder dergleichen problemlos veränderbar ist. Des weiteren bietet ein derartiger modularer Aufbau der einzelnen Schichten 8 oder aller eingesetzten Schichten 8 zusammen den entschiedenen Vorteil, daß diese zu Wartungszwecken sehr einfach ausgebaut und/oder ausgetauscht werden können, z.B. wenn die Hohlfasern 4 durch Verunreinigungen oder dergleichen verstopft sein sollten.The layers 8th from the individual hollow fibers 4 For example, when using the device 1 in a 70 kW fuel cell system and at a mass air flow of about 200 to 300 kg / h, a layer thickness of 1 to 40 mm. In between are the free areas 7 , which here with a corrugated sheet-like spacer 9 are provided. The height of each free area varies according to the thickness of the layers 8th between about 0.5 mm and 10 mm. The hollow fibers 4 yourself are through the room 5 guided accordingly and eg with a resin 12 shed together. In addition to this casting of the ends of all hollow fibers 4 of all layers 8th It would also be conceivable that each of the layers 8th individually shed, so that a modular structure of the device 1 arises, which is easily changeable not only in the original installation, but also later during maintenance or the like. Furthermore, such a modular structure of the individual layers 8th or all layers used 8th together the decided advantage that they can be easily removed for maintenance and / or replaced, for example, if the hollow fibers 4 should be clogged by impurities or the like.

In 6 ist der Aufbau aus 5 nochmals in einer montierten Fassung dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist dabei zusammen in einer Explosionszeichnung mit dem Brennstoffzellenstack 10 zu sehen. Die Vorrichtung 1 weist in diesem Beispiel (von links nach rechts) einen Einspeiser für zu trocknendes Abgas 22 auf, einen Verteiler für zu befeuchtendes Frischgas 20, einen Raum 5, einen Sammler für befeuchtetes Frischgas 23 und einen Sammler für getrocknetes Abgas 21. Die Trocknung, bzw. Befeuchtung erfolgt in diesem Beispiel im Gleichstrom der beiden Gasströme, sie könnte aber auch, bei Einsatz entsprechend ausgestalteter Verteiler bzw. Sammler, die die Gasströme entsprechend umlenken, im Gegenstrom der beiden Gasströme erfolgen.In 6 the construction is off 5 shown again in a mounted version. The device 1 is together in an exploded view with the fuel cell stack 10 to see. The device 1 has in this example (from left to right) a feeder for drying exhaust gas 22 on, a distributor for fresh gas to be humidified 20 , a room 5 , a collector for humidified fresh gas 23 and a collector for dried exhaust gas 21 , The drying or humidification takes place in the direct current of the two gas streams in this example, but it could also, when using appropriately designed manifolds or collectors, which deflect the gas streams accordingly, take place in countercurrent flow of the two gas streams.

Die Vorrichtung 1 weist eine Eintrittsöffnung 11 für das zu befeuchtende Frischgas auf. Nach dem Durchströmen der Vorrichtung 1 gelangt das befeuchtete Frischgas durch eine Austrittsöffnung 13 und durch eine Eintrittsöffnung 14 unmittelbar in den Brennstoffzellenstack 10. Nach dem Durchströmen des Brennstoffzellenstacks 10 und der dort erfolgten Reaktion verläßt das Gas den Brennstoffzellenstack 10 als feuchter bzw. zu trocknender Abgasstrom durch die Austrittsöffnung 15 und tritt durch die Eintrittsöffnung 16 wieder in Vorrichtung 1 ein, wo es, im Einspeiser 22, in die Hohlfasern 4 eingespeist wird. Beim Durchlaufen der Hohlfasern 4 gibt der feuchte Abgasstrom in der oben beschriebenen Art und Weise die in ihm enthaltene Feuchtigkeit 1 an das trockene Frischgas ab. Nach Durchlaufen der Hohlfasern 4 gelangt das Gas als getrocknetes Abgas in den Sammler 21, von wo aus es die Vorrichtung 1 durch die Austrittsöffnung 17 verläßt.The device 1 has an inlet opening 11 for the fresh gas to be humidified. After flowing through the device 1 the humidified fresh gas passes through an outlet opening 13 and through an entrance opening 14 directly into the fuel cell stack 10 , After flowing through the fuel cell stack 10 and the reaction made there, the gas leaves the fuel cell stack 10 as moist or to be dried exhaust gas flow through the outlet opening 15 and enters through the inlet 16 again in device 1 where it is, in the feeder 22 , in the hollow fibers 4 is fed. When passing through the hollow fibers 4 the moist exhaust gas flow in the manner described above, the moisture contained in it 1 to the dry fresh gas. After passing through the hollow fibers 4 the gas enters the collector as dried exhaust gas 21 from where it is the device 1 through the outlet 17 leaves.

Durch den rechteckigen Aufbau der Vorrichtung 1 und die hier dargestellte Anordnung der Öffnungen 13, 14, 15, 16 ist es möglich, diese unmittelbar an den Brennstoffzellenstack 10 anzuflanschen, wobei die Darstellung gemäß 6 eine Explosionsdarstellung dieses Aufbaus ist. Die dadurch zu erzielenden Vorteile hinsichtlich des Packagings und dergleichen wurden eingangs bereits erläutert. Außerdem können durch den Aufbau Leitungslängen eingespart werden, wodurch wiederum Druckverluste und damit Energieverluste in dem Gesamtsystem verhindert werden können. Bei der Ausführung gemäß 6 entsteht ein sehr kompakter und vergleichsweise kleiner Aufbau, welcher ideal für mobile Systeme geeignet ist, da diese aufgrund der meist sehr eingeschränkten Platzverhältnisse besonders stark von kompakten Bauweisen profitieren.Due to the rectangular structure of the device 1 and the arrangement of openings shown here 13 . 14 . 15 . 16 Is it possible to attach these directly to the fuel cell stack 10 flanging, the representation according to 6 an exploded view of this structure is. The benefits to be achieved through Visually Packagings and the like were already explained at the beginning. In addition, can be saved by the construction line lengths, which in turn pressure losses and thus energy losses can be prevented in the overall system. In the execution according to 6 This results in a very compact and comparatively small structure, which is ideally suited for mobile systems, since they benefit particularly strongly from compact designs due to the usually very limited space available.

Neben dieser besonders günstigen Verwendung der Vorrichtung 1 als Befeuchtungs- und Wasserrückgewinnungsmodul 1 für die Brennstoffzelle 2 sind selbstverständlich auch andere Verwendungen denkbar, wobei der Begriff Feuchtigkeit nicht unbedingt auf Wasser bzw. Wasserdampf eingeschränkt ist.In addition to this particularly favorable use of the device 1 as humidification and water recovery module 1 for the fuel cell 2 Of course, other uses are conceivable, the term moisture is not necessarily limited to water or water vapor.

Bezugszeichenliste

Figure 00140001
LIST OF REFERENCE NUMBERS
Figure 00140001

Claims (7)

Vorrichtung zum Austausch von Feuchtigkeit, insbesondere Wasser oder Wasserdampf, zwischen einem feuchten und einem trockenen Gasstrom, welche durch Hohlfasern voneinander getrennt sind, insbesondere zum Befeuchten eines trockenen zu einer Brennstoffzelle strömenden Gasstroms durch einen feuchten Abgasstrom aus der Brennstoffzelle, wobei die von dem einen der Gasströme durchströmten Hohlfasern einen von dem anderen der Gasströme durchströmten Raum durchdringen, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung der Hohlfasern (4) in dem Raum (5) so ausgebildet ist, daß sich in dem Raum (5) mehrere Bereiche ergeben, wobei in einigen Bereichen (6, 8) jeweils mehrere Hohlfasern (4) angeordnet sind und andere Bereiche (7) frei von Hohlfasern (4) sind.Apparatus for exchanging moisture, in particular water or steam, between a moist and a dry gas stream, which are separated by hollow fibers, in particular for wetting a dry gas stream flowing to a fuel cell through a moist exhaust gas stream from the fuel cell, the hollow fibers through which one of the gas streams penetrate a space through which the other of the gas flows, characterized in that the arrangement of the hollow fibers ( 4 ) in the room ( 5 ) is formed so that in the room ( 5 ), and in some areas ( 6 . 8th ) each have a plurality of hollow fibers ( 4 ) and other areas ( 7 ) free of hollow fibers ( 4 ) are. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern (4) als mehrere Hohlfaserbündel (6) in dem ansonsten von Hohlfasern (4) freien Raum (5) angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the hollow fibers ( 4 ) as a plurality of hollow fiber bundles ( 6 ) in which otherwise hollow fibers ( 4 ) Free space ( 5 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Anzahl von Hohlfasern (4) zu einer Schicht (8) mit einer Dicke von mehreren Hohlfasern (4) zusammengefaßt sind, wobei in dem Raum (5) wenigstens zwei Schichten (8) abwechselnd mit von Hohlfasern (4) freien Bereichen (7) angeordnet sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in each case a number of hollow fibers ( 4 ) to a layer ( 8th ) having a thickness of several hollow fibers ( 4 ), where in the room ( 5 ) at least two layers ( 8th ) alternately with hollow fibers ( 4 ) free areas ( 7 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Teil der von den Hohlfasern (4) freien Bereichen (7) von dem Gas durchströmbare Abstandshalter (9) angeordnet sind.Apparatus according to claim 3, characterized in that at least in part of the hollow fibers ( 4 ) free areas ( 7 ) Spacers (FIG. 9 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (8) und die freien Bereiche (7) jeweils flächig ausgebildet und abwechselnd in dem dann wenigsten annähernd rechteckig ausgebildeten Raum (5) angeordnet sind.Device according to claim 3 or 4, characterized in that the layers ( 8th ) and the free areas ( 7 ) formed in each case flat and alternately in the then least approximately rectangular space ( 5 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (8) und die freien Bereiche (7) jeweils zylinder- oder zylinderabschnittsförmig ausgebildet und abwechselnd in dem dann wenigstens annähernd zylinderförmig ausgebildeten Raum (5) angeordnet sind.Device according to claim 3 or 4, characterized in that the layers ( 8th ) and the free areas ( 7 ) each cylindrical or cylindrical section-shaped and alternately in the then at least approximately cylindrically shaped space ( 5 ) are arranged. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als kombiniertes Befeuchtungs- und Wasserrückgewinnungsmodul (1) für eine Brennstoffzelle (2), insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle in einem mobilen System.Use of the device according to one of the preceding claims as combined humidification and water recovery module ( 1 ) for a fuel cell ( 2 ), in particular a PEM fuel cell in a mobile system.
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