DE112014001881B4

DE112014001881B4 - Wassertransferverbund, Befeuchtermodul und Befeuchter

Info

Publication number: DE112014001881B4
Application number: DE112014001881.3T
Authority: DE
Inventors: Joachim Scherer; Rainer Glück; Thomas Stöhr; Werner Buntz; Manfred Brühl
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2034-04-05
Also published as: US10084195B2; JP6202771B2; WO2014166832A1; DE112014001881T5; DE202013003566U1; US20160056483A1; CN105103355A; US20160079615A1; JP2016520958A; CN105103355B

Abstract

Wassertransferverbund (4), vorzugsweise zum Einsatz für die Befeuchtung von Prozessgasen für Brennstoffzellen, enthaltend:- eine wasserdurchlässige und gasundurchlässige Wassertransferschicht (5) sowie- mindestens eine zumindest bereichsweise wasser- und gasdurchlässige thermoplastische Schutzschicht (6), wobei- die Wassertransferschicht und die thermoplastische Schutzschicht sich zumindest bereichsweise überlappen und einen ersten (10) sowie einen zweiten (11) Überlappungsbereich aufweisen, wobei- die Wassertransferschicht (5) in dem ersten Überlappungsbereich durch die thermoplastische Schutzschicht hindurch für feuchte Gase zugänglich ist und- der Wassertransferverbund (4) in dem zweiten Überlappungsbereich thermogepresst ist, so dass die Wassertransferschicht (5) in dem zweiten Überlappungsbereich (11) durch die verpresste thermoplastische Schutzschicht (6) hindurch für feuchte Gase unzugänglich ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Wassertransferverbund, ein Befeuchtermodul, einen Befeuchter sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wassertransferverbundes. Einsetzbar ist der Wassertransferverbund vorzugweise bei der Befeuchtung von Prozessgas von Brennstoffzellen.
Brennstoffzellen verwenden unter anderem gasförmige Prozessgase, beispielsweise molekularen Wasserstoff und Sauerstoff zur Stromerzeugung.
Solche Brennstoffzellen verwenden üblicherweise Polymerelektrolytmembranen (PEM). Im Betrieb erhitzt sich eine solche PEM auf etwa 80 bis 90°C Es ist für den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle sowie für die Haltbarkeit der PEM wichtig, dass bezüglich Temperatur und Feuchtigkeit im Bereich der PEM relativ stationäre Verhältnisse herrschen. Insbesondere ein Austrocknen der PEM kann sich nachteilig auf die Haltbarkeit und den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle auswirken.
Zur gezielten Einstellung des Feuchtegrades der der Brennstoffzelle zugeführten Prozessgase ist es daher üblich, bestimmte Prozessgase zu befeuchten, bevor diese einer Brennstoffzelle zugeführt werden. Es sind hierzu Befeuchter bekannt, bei denen zwischen zwei mit Kanalstrukturen versehenen Strömungsplatten eine Wasser-permeable Membran angebracht ist. Diese Wasser-permeable Membran bzw. Wassertransferschicht trennt einerseits einen zu befeuchtenden, trockenen Gasstrom, sowie andererseits einen Gasstrom, der entfeuchtet werden soll.
Dadurch, dass die wasserdurchlässige Membran (zumindest bei einer Mindestbefeuchtung) im Wesentlichen gasdicht ist, kommt es in dem Befeuchter zu einer Annäherung des Wassergehaltes der beiden Gase, ohne dass es zu einer Vermischung der Gase selbst kommt. Problematisch ist allerdings, dass bekannte Befeuchter sehr teuer in der Herstellung sind und das Herstell-Montagetoleranzen sehr genau eingehalten werden müssen, um den gewünschten Feuchtigkeitsaustausch zu gewährleisten.
Eine besondere Schwierigkeit stellt dar, dass die beteiligten Komponenten (vor allem die Wasser-permeable Membran/Wassertransferschicht) nach dem Stand der Technik sehr dünn und biegeschlaff sind. Werden thermoplastische Schutzschichten zum Schutz dieser fragilen Membranen eingesetzt, erschwert deren Porosität das Greifen und Positionieren mittels in automatisierten Prozessen üblicher Vakuumgreifer. Hierdurch werden Positionierungsvorgänge sehr aufwendig, und bei kleinsten Ungenauigkeiten kann es zu Undichtigkeiten (etwa durch gefaltete bzw. falsch eingelegte Membranen) kommen.
Die Druckschrift DE 10 2011 102 234 A1 zeigt eine Wasserdampfübertragungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle, die ein Paar von Diffusionsmediumschichten, ein Paar von Kantenstreifen, eine Anordnung von länglichen Schnüren und ein Paar von Polymermembranen umfasst. Einer der Kantenstreifen ist zwischen den ersten Kanten der Diffusionsmediumschichten angeordnet. Ein anderer der Kantenstreifen ist benachbart zu der zweiten Kante jeder der Diffusionsmediumschichten angeordnet. Die Kantenstreifen sind mit einem Schmelzkleber mit jeder der Diffusionsmediumschichten verbunden. Die länglichen Schnüre sind zwischen den Diffusionsmediumschichten und zwischen den Kantenstreifen liegend angeordnet. Die länglichen Schnüre sind mit einem Schmelzkleber mit jeder der Diffusionsmediumschichten verbunden und legen mehrere Strömungskanäle zwischen den Diffusionsmediumschichten fest. Die Polymermembranen sind benachbart zu den Kantenstreifen mit dem Schmelzkleber von den Kantenstreifen mit den Diffusionsmediumschichten verbunden.
Die Druckschrift DE 10 2012 215 657 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Wasserdampftransportmembran. Das Verfahren kann umfassen, dass zwei Platten vorgesehen werden, wobei jede Platte eine Trägerschicht mit einer lonomerschicht darauf umfasst; ein Lösungsmittel auf zumindest eine Platte aufgebracht wird; und die lonomerschichten der beiden Platten in Kontakt gebracht werden, um eine Verbundstoffmembran zu bilden, welche eine Verbundstoff-Ionomerschicht zwischen den zwei Trägerschichten umfasst. Es ist auch eine Verbundstoffmembran beschrieben.
Die Druckschrift US 2006 / 0 112 827 A1 bezieht sich auf einen Befeuchter und ein Verfahren zu seiner Herstellung, durch die ein Gasaustritt reduziert werden soll. Der Befeuchter und das Verfahren zu seiner Herstellung sollen dabei den Gasaustritt durch die Innenseite der Oberflächen von Befeuchtungsmembranen oder durch die Grenzflächen zwischen den Befeuchtungsmembranen und den Separatoren verringern. Der Befeuchter umfasst wasserdurchlässige Befeuchtungsmembranen und Gasabscheider, die jeweils einen oder zwei Kanäle aufweisen, die an mindestens einer Seite in einer Schichtungsrichtung geöffnet sind und durch die mindestens ein trockenes Gas oder ein feuchtes Gas strömt. Eine Befeuchtungsmembran, ein Gasabscheider, eine Befeuchtungsmembran und ein Gasabscheider werden in dieser Reihenfolge wiederholt übereinander geschichtet, oder ein Gasabscheider, eine Befeuchtungsmembran und ein Gasabscheider werden in dieser Reihenfolge wiederholt übereinander geschichtet. Jeder Gasabscheider hat einen rahmenförmigen Teil, der die ein oder zwei Kanäle umgibt, und der Teil jeder Befeuchtungsmembran, der im laminierten Zustand dem rahmenförmigen Teil eines entsprechenden Gasabscheiders gegenüberliegt, ist mit einem Harz gefüllt.
Die Druckschrift WO 2009/ 158 030 A1 zeigt eine Verbundmembran und ein Modul zur Feuchtigkeitsregulierung, in dem diese verwendet wird. Die Verbundmembran enthält eine feuchtigkeitsdurchlässige Harzschicht, die zwischen porösen Membranen angeordnet ist, die ein Paar bilden; und die mittlere Dicke der feuchtigkeitsdurchlässigen Harzschicht beträgt 5 µm oder weniger.
Es besteht daher die Aufgabe der folgenden Erfindung, einen Wassertransferverbund bzw. ein Befeuchtermodul bzw. einen Befeuchter bzw. eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Herstellung derselben zu schaffen, bei dem die entsprechenden Gegenstände effizient großindustriell herstellbar sind und bereits aufgrund einer intelligenten Konstruktionsweise kostengünstig herstellbar sind, damit die Befeuchter bzw. die damit verbundenen Brennstoffzellensysteme fehlerfrei betreibbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Dies ist zunächst ein Wassertransferverbund, vorzugsweise zum Einsatz für die Befeuchtung von Prozessgasen für Brennstoffzellen, enthaltend:

- eine wasserdurchlässige und im Wesentlichen gasundurchlässige Wassertransferschicht sowie
- mindestens eine thermoplastische Schutzschicht, wobei
- die Wassertransferschicht und die thermoplastische Schutzschicht sich zumindest bereichsweise überlappen und einen ersten sowie einen zweiten Überlappungsbereich aufweisen, wobei der Wassertransferverbund
- in dem ersten Überlappungsbereich wasserdurchlässig und in dem zweiten Überlappungsbereich thermogepresst und somit wasser- und gasdicht ist.

Vor dem Fügen werden die Wassertransferschicht sowie die thermoplastische Schutzschicht bzw. Schutzschichten zumindest bereichsweise überlappend angeordnet. Dies bedeutet jedoch nicht, dass diese beispielweise deckungsgleiche Zuschnitte haben. Es ist lediglich erforderlich, dass hier eine Überlappung überhaupt gegeben ist.
Diese Überlappung hat erfindungsgemäß zwei Bereiche, einen ersten und einen zweiten Überlappungsbereich.
Wichtig ist hierbei, dass in dem ersten Überlappungsbereich ein Durchtritt von Feuchtigkeit bzw. feuchter Gase durch die thermoplastische Schutzschicht hindurch möglich ist. Das heißt, dass die thermoplastische Schutzschicht in der im Wassertransferverbund vorliegenden Form zumindest bereichsweise wasser- und gasdurchlässig sein muss, um die Erfindung zu verwirklichen.
In dem zweiten Überlappungsbereich, welcher thermogepresst ist, ist die thermoplastische Schutzschicht derart verpresst, dass diese für (feuchte) Gase undurchdringbar ist und somit die darunterliegende Wassertransferschicht nicht durch feuchte Gase erreichbar ist. Das heißt, dass in dem zweiten Überlappungsbereich die entsprechend verpresste thermoplastische Schutzschicht weder wasser- noch gasdurchlässig ist, und dies vorzugsweise in Flächenrichtung, sowie quer zur Flächenrichtung. In der Regel ist die darunterliegende Wassertransferschicht auf ihrer gesamten Fläche zumindest nicht gasdurchlässig, jedoch flüssigkeitsdurchlässig. Dies gilt vorrangig quer zur Fläche.
Während der Thermoverpressung wird eine heiße Rolle oder Stempel auf die zu verbindenden Bereiche unter Verwendung von Druck aufgebracht. Für den Wassertransferverbund gemäß der Erfindung sind typische Drücke, die benutzt werden, 0,1 bis 5 MPa, vorzugsweise 0,8 bis 2 MPa mit typischen Temperaturen von 150°C bis 300°C, vorzugsweise von 220 bis 270°C. Die genauen zu verwendeten Bedingungen werden auch von dem spezifischen Material abhängen, das benutzt wird.
Weiterbildungen werden in den übrigen Ansprüchen beschrieben.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass auf beiden Seiten der Wassertransferschicht jeweils thermoplastische Schutzschichten angeordnet sind. Dies ermöglicht einen besonders guten Schutz der Wassertransferschicht, da diese somit beidseitig geschützt ist. Es sei aber betont, dass diese dreilagige Anordnung nicht im Sinne der Erfindung zwingend ist, auch zweilagige Anordnungen bzw. Anordnungen mit noch mehr Lagen bzw. mit zusätzlichen Zwischenlagen sind ebenfalls durch die Erfindung abgedeckt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der zweite Überlappungsbereich gegenüber dem ersten Überlappungsbereich eine reduzierte Dicke aufweist.
Als Dicke des zweiten Überlappungsbereichs wird hierbei die kleinste Dicke angenommen, da davon ausgegangen werden kann, dass dieser Bereich für feuchtes Gas undurchdringlich ist. Als „Dicke des ersten Überlappungsbereichs“ wird dessen größte Dicke angeben. Technisch bedingt wird es in vielen Varianten einen Übergangsbereich geben, bei dem die Dicke vom zweiten Überlappungsbereich zum ersten Überlappungsbereich hin sich allmählich vergrößert, wobei in diesem Bereich (wenn auch nur teilweise) feuchtes Gas immer noch durchdringen kann, dieser Übergangsbereich wird jedoch in der vorliegenden Beschreibung dem „ersten Überlappungsbereich“ zugeordnet.
Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass der zweite Überlappungsbereich den ersten Überlappungsbereich zumindest an zwei Längskanten des ersten Überlappungsbereiches begrenzt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Laminierung von Rollenware erfolgt zur Bildung von einem Wassertransferverbund in Endlosform. In diesem Fall kann an den (beispielsweise quer zur Rollenbahn angeordneten Längskanten) eine Trennung einzelner Abschnitte erfolgen (siehe beispielsweise 6a).
Es ist jedoch auch möglich, dass der zweite Überlappungsbereich den ersten Überlappungsbereich umlaufend umschließt (siehe beispielsweise 6b). Auf diese Weise wird auch eine seitliche Abdichtung des „aktiven“ Bereichs des Wassertransferverbundes leichter zu erzielen sein.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Dicke im ersten Überlappungsbereich zwischen 35 und 600 µm beträgt und die Dicke im zweiten Überlappungsbereich zwischen 10 und 75%, bevorzugt zwischen 20 und 50%, der Dicke des ersten Überlappungsbereichs beträgt. Die Dicken hängen stark davon ab, ob eine oder zwei thermoplastische Schutzschichten vorhanden sind. Die Dicken der thermoplastischen Schutzschichten im ersten Überlappungsbereich betragen im allgemeinen zwischen 30 und 250 µm, bevorzugt zwischen 80 und 110 µm. Die Dicke der Wassertransferschicht im ersten Überlappungsbereicht beträgt üblicherweise zwischen 8 und 30 µm, bevorzugt zwischen 15 und 30 µm.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die thermoplastische Schutzschicht im ersten Überlappungsbereich porös ist und eine Porosität von vorzugsweise 50 bis 95% aufweist.
Die Porosität erlaubt hierbei eine Diffusion des feuchten Gases durch die thermoplastische Schutzschicht hindurch zu der Wassertransferschicht. Die genannte Porosität ist hierbei im mechanisch und thermisch durch die Thermoverpressung unbeeinflussten Bereich der thermoplastischen Schutzschicht zu sehen, das heißt nicht im Übergangsbereich zum zweiten Überlappungsbereich. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die thermoplastische Schutzschicht im zweiten Überlappungsbereich im Wesentlichen nicht porös ist, das heißt die Dichte der thermoplastischen Schutzschicht in diesem Bereich höher ist als in dem oben genannten porösen Bereich des ersten Überlappungsbereichs.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass im zweiten Überlappungsbereich Öffnungen ausgeschnitten, ausgestanzt oder ausgelasert sind. Dies betrifft sogenannte „Binnenbereiche“, die vollständig von dem zweiten Überlappungsbereich umfasst sind. Möglich ist aber auch (alternativ oder zusätzlich), dass die Außenkontur des Wassertransferverbundes zumindest abschnittsweise im oder am zweiten Überlappungsbereich ausgeschnitten, ausgestanzt und/oder ausgelasert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wassertransferschicht als unverstärkte Membran ausgeführt. Sie kann dabei auf ein Stützmedium aufgelegt sein. Als Stützmedien können analog zur Schutzschicht thermoplastische Faserpapiere, Fasergelege, Vliese oder Fasergewebe aus Kunstfasern zum Einsatz kommen. In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist die Wassertransferschicht als verstärkte Membran ausgeführt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die thermoplastische Schutzschicht Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyphthalamid, Polyethylenterephthalat und/oder Polybutylenterephthalat enthält oder aus diesen besteht. Das heißt, dass Reinformen der genannten Materialien möglich sind, dass es aber auch thermoplastische Schutzschichten geben kann, die beispielsweise eine Schichtung dieser Materialien bzw. eine Mischung dieser Materialien aufweisen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Wassertransferschicht als poröses Medium, als beschichtetes und/oder imprägniertes Gewebe (Texapore^®, Venturi^®), als Membranlaminat (Goretex^®), ionengetränkte Membran, lonomermembran (Nafion^®), hydrophile Membran oder Diaphragma ausgeführt ist. Diese Materialien sind kommerziell erhältlich, in der Regel sehr empfindlich, so dass sich die Erfindung zum Schutz dieser Wassertransferschichten anbietet. Die in diesem Zusammenhang genannten Imprägnierungen sind Imprägnierungen, die die Eigenschaften der Wassertransferschicht ändern. Die Imprägnierungen werden auf den gesamten Bereich der Wassertransferschicht aufgebracht. Sie betreffen nicht irgendwelche Arten von Imprägnierung, die lokal auf die äußeren Ränder eines gebrauchsfertigen Wassertransferverbunds aufgebracht werden; solche Imprägnierungen werden im Stand der Technik verwendet, um eine Dichtigkeit von Verbunden zum Äußeren hin zu verbessern.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Befeuchtermodul, vorzugsweise für die Befeuchtung von Prozessgas von Brennstoffzellen, enthaltend mindestens eine erste sowie eine zweite Strömungsplatte, sowie einen zwischen erster und zweiter Strömungsplatte angeordneten Wassertransferverbund (wie oben beschrieben), wobei die erste und die zweite Strömungsplatte jeweils Kanalstrukturen zur Gasführung aufweisen.
Eine Weiterbildung sieht hierbei vor, dass der Wassertransferverbund in seinem zweiten Überlappungsbereich zumindest bereichsweise mit einer ersten und/oder zweiten Strömungsplatte stoffschlüssig verbunden ist. Auf diese Weise kann die Dichtung des Befeuchtermoduls sichergestellt werden, außerdem ist diese Anordnung auch nochmals unempfindlicher gegen mechanische Belastung bzw. Knicken als der eingangs genannte Wassertransferverbund. Vorteilhaft ist hierbei, dass die stoffschlüssige Verbindung (zumindest bereichsweise) im äußeren Randbereich des Wassertransferverbundes und/oder der ersten und/oder zweiten Strömungsplatte angeordnet ist. Hierbei bietet sich für die oben genannte Verbindung von Strömungsplatten und Wassertransferverbund eine Verbindung durch Kleben, Schmelzen, Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen an.
Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die erste und/oder zweite Strömungsplatte einen Dichtungsbereich aufweist, der die Kanalstrukturen umgibt, wobei der Wassertransferverbund durch Auflegen auf den Dichtungsbereich mit der ersten und/oder zweiten Strömungsplatte kraftschlüssig verbunden ist.
In einer anderen alternativen bevorzugten Ausführungsform weisen die erste und zweite Strömungsplatte ebenfalls jeweils einen Dichtungsbereich auf, der die Kanalstrukturen umgibt. Hier sind in beiden Strömungsplatten zueinander zumindest teilweise komplementäre Strukturen eingebracht, beispielsweise ähnlich einer Nut- und Federverbindung. Die Strömungsplatten können mithilfe dieser komplementären Strukturen miteinander verbunden werden. Die Dichtigkeit wird dabei dadurch erzielt, dass der Wassertransferverbund zwischen den komplementären Strukturen zwischengefasst wird. Dabei wird vorzugsweise der verpresste, zweite Überlappungsbereich zwischengefasst. Die Verbindung erfolgt form- und kraftschlüssig. Zur Erzielung einer optimalen Abdichtung sind die komplementären Strukturen so ausgeführt, dass die Formen erst nach Aufnahme des Wassertransferverbunds optimal zueinander passen.
Es ist vorteilhaft, dass die erste und/oder zweite Strömungsplatte des Befeuchtermoduls Durchbrüche zur Medienführung in Stapelrichtung aufweist, die zumindest abschnittsweise mit den Öffnungen im zweiten Überlappungsbereich des Wassertransferverbundes überlappen. Hierdurch wird eine sichere und dichte Medienführung, insbesondere Gasführung, in Stapelrichtung erreicht.
Alternativ kann es ebenfalls vorteilhaft sein, wenn die erste und/oder zweite Strömungsplatte Durchbrüche zur Medienführung in Stapelrichtung aufweist, sämtliche Durchbrüche zur Medienführung jedoch außerhalb desjenigen Bereiches der jeweiligen Strömungsplatte liegen, der vom Wassertransferverbund überdeckt wird. Die Außenkontur des Wassertransferverbundes ist in dieser Ausführungsform kleiner gehalten als bei der vorgenannten Ausführungsform, es wird somit Material eingespart.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Strömungsplatten zumindest bereichsweise aus thermoplastischen, elastomeren oder duroplastischen Kunststoffen hergestellt sind und/oder zumindest bereichsweise aus korrosionsstabilen metallischen Werkstoffen bestehen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der erste Überlappungsbereich des Wassertransferverbundes zumindest abschnittsweise mit den Kanalstrukturen der ersten und zweiten Strömungsplatte überlappt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das durch die Wassertransferschicht durchtretende Feuchtigkeit zu den gewünschten Kanalstrukturen geführt wird und im Nachgang dazu die entsprechenden Ausgänge des Befeuchters erreicht.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die erste und die zweite Strömungsplatte sich in Materialwahl, Kanalform, Kanalrichtung und Abdichtkontur voneinander unterscheiden. Dies bietet sich an, da auf diese Weise die Medienführung durch eine vorgegebene Abfolge unterschiedliche Strömungsplatten leicht verwirklich werden kann. Es ist aber ausdrücklich nicht ausgeschlossen, dass die Strukturen der Strömungsplatten identisch sind.
Vorteilhaft kann jedoch eine Weiterbildung sein, bei der Strömungsplatten mit Geometrie A und Strömungsplatten mit Geometrie B vorgesehen sind, und die Schichtungsabfolge dieser Strömungsplatten A-B-A-B etc. ist. Bei einer Schichtungsabfolge A-B-A-B ist es vorteilhaft, wenn auf beiden Seiten der Platte A trockenes Gas zur Befeuchtung in die Kanalstruktur einströmt und auf beiden Seiten der Platte B feuchtes Gas in die Kanalstruktur eingeführt wird und jeweils ein Wassertransferverbund zwischen den Strömungsplatten angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Befeuchter, vorzugsweise für die Befeuchtung von Prozessgas für Brennstoffzellen, enthaltend:

- einen ersten Eingang zum Zuführen trockenen Gases, sowie einen ersten Ausgang zum Abgeben befeuchteten Gases, sowie
- einen zweiten Eingang zum Zuführen feuchten Gases, sowie einen zweiten Ausgang zum Abgeben entfeuchteten Gases,
- mindestens ein Befeuchtermodul nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei
- die Kanalstrukturen des Befeuchtermoduls mit zumindest einem der obigen Ein- bzw. Ausgänge verbunden sind.

Ein solcher Befeuchter ist vorzugsweise verbindbar mit einem Brennstoffzellensystem, so dass auf diese Weise kostengünstig und großindustriell herstellbar ein Befeuchter zur Verfügung gestellt wird, der Brennstoffzellensysteme mit genau befeuchteten Prozessgasen versorgt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wassertransferverbundes, eines Befeuchtermoduls und/oder eines Befeuchters enthaltend:

- eine Anordnung zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zuführung von einer Wassertransferschicht und zumindest einer porösen thermoplastischen Schutzschicht, sowie
- eine Anordnung zum zumindest bereichsweisen Thermoverpressen der Wassertransferschicht und der zumindest einen thermoplastischen Schutzschicht, wobei das Thermoverpressen so erfolgt, dass die verpressten Bereiche wasser- und gasdicht sind.

Erfindungsgemäß kann die Anordnung also kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeiten, wichtig ist hierbei lediglich, dass es zu einem Thermoverpressen von mindestens zwei Lagen kommt, um die eingangs erwähnten ersten bzw. zweiten Überlappungsbereiche mit ihren erfindungsgemäßen Eigenschaften herzustellen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Anordnung zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zuführung so ausgestaltet ist, dass die Wassertransportschicht zwischen zwei porösen thermoplastischen Schutzschichten zugeführt wird. Dies ist die bevorzugte Variante, es sind allerdings auch Varianten mit einer anderen Schichtenzahl (siehe oben) möglich.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die kontinuierliche Zuführung durch Rollen geschieht. Die Wassertransferschicht bzw. die thermoplastischen Schutzschichten sind großindustriell als Rollenware erhältlich, so dass auf diese Weise sich ein Wassertransferverbund in Endlosform leicht herstellen lässt. Alternativ ist eine Zuführung durch entsprechende Zuschnitte, die dann in der gewünschten Anordnung vor der Thermoverpressung überlappt werden, möglich. Eine Ausführungsform dieser alternativen Vorgehensweise wird derart realisiert, dass die entsprechenden Zuschnitte mit einer Abziehfolie bedeckt und gelagert werden, bevor sie einander überlappen.
Es wird betont, dass die Thermoverpressung nur in Bereichen durchgeführt wird, vorzugsweise in separaten Bereichen, aber dass keine ganzflächige (fullface) Laminierung stattfindet. Die Thermoverpressung der separaten Bereiche kann zum Beispiel unter Verwendung eines rahmenförmigen Stempels durchgeführt werden. Alternativ können Thermoverpressung in einer Längsrichtung und Thermoverpressung in einer Querrichtung - relativ zur Zuführrichtung des Rollenmaterials - separat durchgeführt werden. Dazu ist es bevorzugt, dass die Thermoverpressung in der Längsrichtung als ein kontinuierliches Verfahren (Endlosprozess) unter Verwendung von geheizten Rollen durchgeführt wird, während die Thermoverpressung in der Querrichtung als ein diskontinuierliches Verfahren unter Verwendung eines einzigen oder mehrerer geheizter Stempel durchgeführt wird. Wenn mehrere Stempel, z.B. zwei Stempel, benutzt werden, ist es bevorzugt, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
Thermoverpressung neben der Längskante des Materials kann mit den verschiedenen Schichten durchgeführt werden, welche eine nach der anderen mit flacher, offener Außenkontur (Außenkanten) zugeführt werden, wobei die Kante der Wassertransferschicht bündig mit der Kante der porösen thermoplastischen Schutzschicht(en) sein kann oder sich über diese Kante hinaus erstrecken kann oder beabstandet von dieser Kante sein kann. Statt die Außenkontur (Außenkanten) der Schichten flach und offen zu lassen, ist es auch möglich, dass diese eine Art Saum mit zumindest einer Schicht, welche um eine andere gefaltet ist, bilden. Es ist bevorzugt, dass diese letztere Ausführungsform mit dem kontinuierlichen Verfahren unter Verwendung von Thermpoverpressungsrollen kombiniert wird. Mit einem Drei-Schichten-Verbund sieht eine vorteilhafte Variante vor, dass beide laterale Außenkanten einer ersten der porösen thermoplastischen Schutzschichten um die Außenkanten der Wassertransferschicht gefaltet werden und dass in einem darauffolgenden Schritt die lateralen Außenkanten der zweiten der porösen thermoplastischen Schutzschichten um den Saum gefaltet werden, welcher auf diese Art erzeugt wird. Einerseits ist es möglich, dass eine Zwischenthermoverpressung mit nur zwei auf diese Art gefalteten Schichten verwirklicht wird und dass ein zweiter Thermoverpressungsschritt verwirklicht wird, wenn beide Falten fertiggestellt sind. Dies bietet den Vorteil, dass der Zwischensaum abgeflacht wird, bevor die dritte Schicht um diesen gefaltet wird. Andererseits kann ein einziger Thermoverpressungsschritt durchgeführt werden, wenn das Säumen abgeschlossen ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Schneidanordnung zum Zuschneiden des thermogepressten Wassertransferverbundes aufweist, insbesondere zum Randbeschnitt, sowie zum Herstellen von Ausnehmungen. Dies kann vorzugsweise mittels Laser oder durch Schneiden/Ausstanzen geschehen.
Es ist hierbei möglich (aber nicht notwendig), dass das Thermoverpressen und das Ausschneiden von Ausnehmungen und/oder der Randbeschnitt in einer einzigen Arbeitsstation erfolgen kann (siehe beispielsweise 5d). Insbesondere bei mechanischen Anordnungen kann das Thermoverpressen (Heißstempeln) mit gleichzeitigem Stanzschnitt Vorzüge haben, da der Prozessablauf optimiert wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Anordnung zum Stapeln aufweist, wobei diese ausgestaltet ist zum Stapeln des Wassertransferverbundes, sowie von Strömungsplatten unterschiedlicher oder gleicher Größe in einer vorgegebenen Reihenfolge. Auf diese Weise können die entsprechenden Stapel „aufwachsen“, die Zuführung von Strömungsplatten kann beispielsweise seitlich durch einen entsprechenden Roboterarm geschehen. Die Zuführung des Wassertransferverbundes als Verbund ist hierbei gegenüber der Zufuhr der Einzelschichten wesentlich erleichtert. Neben der Reduktion der Anzahl zu transportierender Teile wird das Greifen und Positionieren vereinfacht, da die Gasdichtigkeit der Wassertransferschicht ungeachtet der Porosität der thermoplastischen Schutzschicht das Greifen des Wassertransferverbunds mittels Vakuumgreifer ermöglicht.
Eine besondere Ausgestaltung dieser Vorrichtung enthält zumindest folgende Anordnungen:

a) Eine Rollenzuführungen enthaltende Anordnung zur kontinuierlichen Zuführung für die Wassertransferschicht und darüber- sowie darunterliegenden porösen thermoplastischen Schutzschichten als Ausgangsprodukte zur Bildung eines Wassertransferverbundes in Endlosform,
b) eine Anordnung zum Thermopressen des Wassertransferverbundes in Endlosform,
c) eine Anordnung zur Erzeugung von Ausnehmungen in dem Wassertransferverbund in Endlosform,
d) eine Anordnung zum Stapeln von Strömungsplatten unterhalb des Wassertransferverbundes in Endlosform sowie zum Vereinzeln einzelner Abschnitte aus dem Wassertransferverbund in Endlosform zur Bildung von Befeuchtermodulen bzw. Stapeln von Befeuchtermodulen durch Verbinden der vereinzelten Abschnitte des Wassertransferverbundes mit darunterliegenden Strömungsplatten.

Hierbei ist es vorteilhaft, dass ein großindustrieller Endlosprozess verwirklicht werden kann. Vorteilhaft ist insbesondere, dass auch die Restware (also der nicht in dem Befeuchtermodulstapel verwendeten Wassertransferverbund-Abschnitte) am Ende wieder „aufrollbar“ ist und somit leichter zu entsorgen bzw. weiter zu verwerten ist. Vorteilhaft hieran ist auch, dass durch die in „Rolle zu Rolle“-Anordnung die leicht faltbare/knickbare Folie (dies gilt insbesondere für die Wassertransferschicht, gegebenenfalls auch für die thermoplastische Schutzschicht) so gespannt werden kann, dass die aus dem Wassertransferverbund in Endlosform auszuschneidenden Abschnitte während des Produktionsprozesses gespannt plan, beispielsweise mit den Strömungsplatten, verbunden werden können. Hierdurch wird ein Knicken/ Falten vermieden, dies ist insbesondere für die Dichtigkeit des späteren Befeuchters vorteilhaft.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung dieser Vorrichtung enthält zumindest folgende Anordnungen:

a) eine Rollenzuführungen enthaltende Anordnung zur kontinuierlichen Zuführung für die Wassertransferschicht und darüber- sowie darunterliegenden porösen thermoplastischen Schutzschichten als Ausgangsprodukte zur Bildung eines Wassertransferverbundes in Endlosform,
b) eine Anordnung zum Thermopressen des Wassertransferverbundes in Endlosform,
c) eine Anordnung zum Beschnitt der Aussenkontur des Wassertransferverbunds und ggf. zur Erzeugung von Ausnehmungen in dem Wassertransferverbund,
d) eine Anordnung zum Transfer der vereinzelten Abschnitte des Wassertransferverbunds und
e) eine ggf. räumlich getrennte Anordnung (18) zum Stapeln von Strömungsplatten unter- und/oder oberhalb der vereinzelten Abschnitte des Wassertransferverbundes zur Bildung von Befeuchtermodulen bzw. Stapeln von Befeuchtermodulen durch Verbinden der vereinzelten Abschnitte des Wassertransferverbundes mit darüber- und/oder darunterliegenden Strömungsplatten.

Auch hierbei ist es möglich, die Restware nach Beschneiden der Aussenkontur aufzurollen und dabei gleichzeitig die verschiedenen Materialbahnen gespannt zu halten. Die vereinzelten Abschnitte des Wassertransferverbundes können durch die aus der Gasdichtigkeit der Wassertransferschicht resultierenden Gasdichtigkeit des Wassertransferverbunds problemlos mittels eines Vakuumgreifers von der Beschnittstation entfernt werden und entweder direkt oder indirekt zur Stapel- bzw. Verbundstation für die Befeuchtermodule transferiert werden. Beim indirekten Transfer werden die vereinzelten Wassertransferverbundabschnitte zunächst in größeren Mengen gesammelt und dann erst der in dieser Anordnung vorteilhafterweise räumlich getrennten Stapel- bzw. Verbundstation zugeführt.
In einer möglichen Variante werden die Materialien Diffusionsmedium-Membran-Diffusionsmedium (entspricht in der eingangs erwähnten Terminologie thermoplastische Schutzschicht/Wassertransferschicht/thermoplastische Schutzschicht) von der Rolle einer Anlage zugeführt und parallel übereinander positioniert. Ein von einer oder von beiden Seiten wirkender heißer Stempel oder eine Prägewalze verschweißt das Laminat im Randbereich flächig und gasdicht. Dabei wird das thermoplastische Diffusionsmedium verschmolzen und so die Porosität dieser Lagen in den betreffenden Bereichen, d.h. den verschweißten Bereichen, weitestgehend eliminiert. Es entsteht letztlich eine flache, weitgehend glatte Randstruktur, die die mittig im Laminat angeordnete Membran fixiert, sich mit dieser stoffschlüssig verbindet und die fragile Membran vor mechanischen Belastungen schützt. Zudem wird ein idealer Bereich zur Abdichtung der Membran bzw. zur Anbringung einer Verklebung zur Strömungsplatte ausgebildet. Vor der Montage des Laminats auf die Strömungsplatte wird die passende Kontur der aktiven Komponenten aus dem Laminat ausgeschnitten, gestanzt oder ausgelasert. Die Konturgebung kann z. B. direkt auf dem Vakuumgreifer erfolgen, oder aber der Verbund wird direkt auf der Platte abgelegt und mit dieser verbunden. Anschließend wird die gewünschte Kontur direkt auf der Platte gestanzt. Die abdichtende Verbindung zur Strömungsplatte kann entweder über eine Dichtung oder mittels Verklebung erreicht werden, oder der Verbund wird direkt mit der Strömungsplatte verschmolzen oder verschweißt. Durch den bereits im Randbereich in sich gasdichten Laminatverbund ist die Abstimmung der Position des Diffusionsmedium-Membran-Diffusionsmedium-Verbunds zur Strömungsplatte wesentlich vereinfacht, und somit können Fehler oder Undichtigkeiten deutlich einfacher ausgeschlossen werden. Die Montage der zahlreichen, sich alternierend wiederholenden Einzellagen zum Befeuchterstapel wird einfacher, schneller und somit kostengünstiger.
In vielen Befeuchterstacks sind die Dichtungsbereiche auf beiden Seiten eines Wassertransferverbunds nicht ausgerichtet. Stattdessen weisen diese eine alternierende Anordnung mit einer Reihenfolge Strömungsplatte - Grenzfläche 1 - Wassertransferverbund - Grenzfläche 1 - Strömungsplatte - Grenzfläche 2 - Wassertransferverbund - Grenzfläche 2 - Strömungsplatte ... auf, wobei die Dichtungsbereiche bei Grenzfläche 1 relativ zu den Dichtungsbereichen bei Grenzfläche 2 versetzt sind, wenn beide Grenzflächen auf eine gemeinschaftliche Ebene projiziert werden. In dieser Situation ist die Kontur der Membran im Allgemeinen unterschiedlich, je nachdem ob sie auf zwei Grenzflächen 1 oder auf zwei Grenzflächen 2 aufgebracht wird. Mit einer derartigen Konfiguration ist es vorteilhaft, um die Thermoverpressung mit einer größeren Breite durchzuführen, als für die kleinere der beiden Konturen notwendig wäre, und um anschließend die benötigte Kontur innerhalb des thermoverpressten Bereichs auszustanzen. Dies kann, wie bereits erwähnt, mit hoher Geschwindigkeit, Präzision und Flexibilität mittels Laserzuschnitts erfolgen.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass identische Bezugszeichen in verschiedenen Figuren ähnliche Elemente bezeichnen, selbst wenn diese bei der Erläuterung einer Figur nicht explizit genannt werden. Für zusätzliche Information wird der Leser auf die Bezugszeichenliste am Ende der Beschreibung verwiesen. Es zeigen:

1a und 1b einen erfindungsgemäßen Befeuchter,
2a und 2b Details eines Befeuchtermoduls bestehend aus zwei Strömungsplatten und einem dazwischen liegenden erfindungsgemäßen Wassertransferverbund,
3a bis 3f Details erfindungsgemäßer Ausführungsformen von Wassertransferverbunden,
4 ein Befeuchtermodul in der Explosionsdarstellung,
5a bis 5d mögliche Details einer Herstellvorrichtung,
6a und 6b beispielhafte Darstellungen erfindungsgemäßer Ausführungsformen von Wassertransferverbunden,
7a und 7b zwei beispielhafte Herstellungsprozesse für einen Befeuchter,
8a und 8b alternative Ausführungen der Kanten von Wassertransferverbunden gemäß der Erfindung,
9a bis 9d eine weitere alternative Ausführungsform der Außenkontur (Außenkante) eines Wassertransferverbunds gemäß der Erfindung in drei Zwischenzuständen und im Endzustand des Produktionsprozesses, und
10 ein beispielhaftes alternatives Verfahren für die Produktion eines Befeuchters.

1a zeigt einen Befeuchter 1, der eine Mehrzahl von geschichteten Befeuchtermodulen 8 aufweist, welche zwischen zwei Endplatten 9 geschichtet und verspannt sind. Über die Endplatten werden Gase zu- und abgeführt. Bei dem Befeuchter 1 handelt es sich also um einen Befeuchter für die Befeuchtung von Prozessgas für Brennstoffzellen, enthaltend einen ersten Eingang zum Zuführen trockenen Gases (Pfeil B), sowie einen ersten Ausgang zum Abgeben befeuchteten Gases (Pfeil C), sowie einen zweiten Eingang zum Zuführen feuchten Gases (Pfeil A), sowie einen zweiten Ausgang zum Abgeben entfeuchteten Gases (Pfeil D). 1b zeigt schematisch einen Gesamtaufbau, bei dem trockenes Prozessgas vom Kompressor K über die Zuleitung B dem Befeuchter H zugeführt wird und als befeuchtetes Gas über den Ausgang C dem Brennstoffzellenstack S zugeführt wird. Das feuchte Gas, das vom Brennstoffzellenstack S abgegeben wird, wird über die Zuleitung A dem Befeuchter H zugeführt, dort gibt es einen wesentlichen Teil seiner Feuchtigkeit an das über die Zuleitung B zugeführte trockene Gas vom Kompressor K ab. Das entfeuchtete Gas verlässt den Befeuchter H über den Ausgang D.
2a zeigt ein Befeuchtermodul 8. Mehrere dieser Befeuchtermodule 8 in gestapelter Form sind in dem in 1 gezeigten Befeuchter gestapelt.
Das Befeuchtermodul 8 weist wiederum mehrere Schichten auf; dies wird anhand der Explosionsdarstellung in 2b im Folgenden näher erläutert. In 2a ist hingegen auf der Vorderseite nur die zweite Strömungsplatte 2.2 zu sehen.
2b zeigt das in 2a bezeichnete Befeuchtermodul 8 in einer Explosionsdarstellung.
Mittig ist hierbei ein Wassertransferverbund 4 gezeigt, der zwischen einer ersten Strömungsplatte 2.1 sowie einer zweiten Strömungsplatte 2.2 angeordnet ist. Auf dem Wassertransferverbund 4 ist mit Kreuzschraffur angedeutet ein poröser Bereich einer thermoplastischen Schutzschicht zu sehen; der umgebende Bereich ist nicht porös, so dass es hier nicht zu einem Gasdurchtritt kommen kann. Auf Details dieser Anordnung wird in 3a ff. nochmals detailliert eingegangen. Zu 2b ist noch zu bemerken, dass die erste sowie die zweite Strömungsplatte jeweils zu dem Wassertransferverbund 4 hin Kanalstrukturen 3 zur Gasführung aufweisen, wobei diese Kanalstrukturen über die Öffnungen 7 mit jeweils einem der Eingänge A, B und einem der Ausgänge C, D aus 1 verbunden sind. Auf diese Weise wird zum Wassertransferverbund 4 hin feuchtes Gas hingeleitet bzw. von diesem weggeleitet. Bemerkenswert sind außerdem Durchbrüche 7 in den Strömungsplatten bzw. dem Wassertransferverbund; diese sind in Stapelrichtung bereichsweise fluchtend, so dass ein Medientransport quer zur Flächenebene der Strömungsplatten bzw. des Wassertransferverbundes 4 stattfinden kann. Die Form sowie die Anzahl der Durchbrüche 7 in 2b ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen; es sind hier auch andere Formen denkbar, diese sind auch nicht nur auf die in 3a ff. gezeigten Formen beschränkt.
Im Folgenden wird anhand von 3a bis 3f der erfindungsgemäße Wassertransferverbund 4 beispielhaft erläutert. Hierbei zeigt 3a eine Draufsicht auf einen Wassertransferverbund 4. 3b zeigt eine entsprechende Draufsicht, wobei der dort dargestellte Wassertransferverbund 4 zusätzlich Positionierlöcher 12 aufweist, die beim Stapeln des Wassertransferverbundes 4 bzw. der Strömungsplatten 2.1/2.2 zum Ausrichten dienen, so dass hier sämtliche Öffnungen/Durchbrüche zueinander fluchten und auch ein Falten/ Knicken des Verbundes weitgehend vermieden wird, so dass der entstehende Stapel (siehe 1) größtmögliche Dichtheit aufweist.
3c bis 3f zeigen dann Querschnitte des Wassertransferverbundes 4. 3c und 3d zeigen einen detaillierten Aufbau, der vor allem den Verpressungszustand im Dickenübergangsbereich zeigt. In 3e und 3f sind die Verpressungsverhältnisse anders gewählt.
3a bis 3f zeigen also einen Wassertransferverbund 4, vorzugsweise zum Einsatz für die Befeuchtung von Prozessgasen für Brennstoffzellen, enthaltend eine wasserdurchlässige und im Wesentlichen gasundurchlässige Wassertransferschicht 5 sowie mindestens eine, zumindest bereichsweise wasser- und gasdurchlässige thermoplastische Schutzschicht 6, wobei die Wassertransferschicht 5 und die thermoplastische Schutzschicht 6 sich zumindest bereichsweise überlappen und einen ersten Überlappungsbereich 10 sowie einen zweiten Überlappungsbereich 11 aufweisen, wobei die Wassertransferschicht 5 in dem ersten Überlappungsbereich 10 durch die thermoplastische Schutzschicht 6 hindurch für feuchte Gase zugänglich ist und der Wassertransferverbund 4 in dem zweiten Überlappungsbereich 11 thermogepresst ist, so dass die Wassertransferschicht 5 in dem zweiten Überlappungsbereich 11 durch die verpresste thermoplastische Schutzschicht 6 hindurch für feuchte Gas unzugänglich ist.
Aus 3c bis 3f ist hierbei gut zu sehen, dass die thermoplastischen Schutzschichten 6 auf beiden Seiten der Wassertransferschicht 5 angebracht sind. Es sind jedoch auch Ausführungen mit einer anderen Anzahl von Schichten möglich. Aus 3c bis 3f ist zu sehen, dass der zweite Überlappungsbereich 11 gegenüber dem ersten Überlappungsbereich 10 eine reduzierte Dicke aufweist. Die größte Dicke, siehe insbesondere 3c, dort d1 mit Doppelpfeil, im ersten Überlappungsbereich 10 beträgt 200 µm. Die geringste Dicke im zweiten Überlappungsbereich 11, in 3c mit Doppelpfeil d2 bezeichnet, beträgt 80 µm. Es sei bemerkt, dass insbesondere im Übergangsbereich, siehe 3c sowie insbesondere die Detailzeichnung in 3d, die den linken Abschnitt aus 3c detailliert zeigt, die Dicke zwischen diesen beiden vorgenannten Werten liegen kann. Die thermoplastische Schutzschicht 6 ist im ersten Überlappungsbereich 10, wie beispielsweise auch in 3c bis 3f zeichnerisch angedeutet, porös, um so feuchtes Gas durchzulassen. Im zweiten Überlappungsbereich 11 ist diese Schicht im Wesentlichen nichtporös, so dass hier keine feuchte Luft durchführbar ist. Die Porosität beträgt im ersten Überlappungsbereich 10 ungefähr 80%.
3e und 3f zeigen andere Größenverhältnisse. Die größte Dicke, d1', im ersten Überlappungsbereich 10 beträgt 250 µm. Die geringste Dicke, d2', im zweiten Überlappungsbereich 11 beträgt 50 µm. Die Porosität im ersten Überlappungsbereich 10 liegt bei über 90%.
Die in 3a und 3b gezeigten Wassertransferverbunde haben einen zweiten Überlappungsbereich, der den ersten Überlappungsbereich umlaufend umschließt. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass keine umlaufende Umschließung gegeben ist, beispielsweise dass der zweite Überlappungsbereich den ersten Überlappungsbereich nur an zwei Längskanten des ersten Überlappungsbereichs begrenzt, wie dies in 6a gezeigt ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft für Wassertransferverbunde in Endlosform.
Die Ausführungsformen nach 3a bis 3f zeigen außerdem, dass im zweiten Überlappungsbereich Öffnungen bzw. Durchbrüche 7 ausgeschnitten, ausgestanzt und/oder ausgelasert sind. Dies können umlaufend berandete Öffnungen bzw. Durchbrüche sein, wie beispielsweise in 3a und 3b gezeigt. Möglich ist aber auch, dass die Außenkontur des Verbundes zumindest abschnittsweise im oder am zweiten Überlappungsbereich ausgeschnitten, ausgestanzt und/oder ausgelasert ist.
Bei der Materialwahl der Wassertransferschicht bzw. der thermoplastischen Schutzschicht kommen verschiedenste Materialien in Frage. Im vorliegenden Beispiel ist die Wassertransferschicht als lonomermembran ausgeführt, die poröse thermoplastische Schutzschicht ist aus Polypropylen.
4 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Befeuchtermoduls 8 in der Seitenansicht. In 4 sind die Strömungsplatten 2.1, 2.2 jeweils nur mit ihrer zum Wassertransferverbund 4 zeigenden Oberfläche und den dort verlaufenden Kanalstrukturen 3 dargestellt. Die jeweils eben dargestellten entgegengesetzten Oberflächen können unterschiedlichste Stukturen aufweisen, beispielsweise auch im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur detailiert dargestellten Oberfläche, auf eine Darstellung dieser Oberflächenstruktur wurde aber verzichtet.
In der gefügten Form, beispielsweise wie in 2a schematisch dargestellt, ist der Wassertransferverbund 4 in seinem zweiten Überlappungsbereich zumindest bereichsweise mit einer ersten und/oder zweiten Strömungsplatte stoffschlüssig verbunden, in 4 sind dies die Strömungsplatten 2.1 und 2.2. Hierbei ist die stoffschlüssige Verbindung im äußeren Randbereich der ersten Strömungsplatte 2.1 und der zweiten Strömungsplatte 2.2 angeordnet.
In 4 ist im Berührbereich zwischen erster Strömungsplatte 2.1 und dem zweiten Überlappungsbereich bzw. auch zwischen zweiter Strömungsplatte 2.2 und dem zweiten Überlappungsbereich ein zusätzliches Material 30 gezeigt; dieses Material ist beispielsweise ein Klebstoff bzw. ein aufschmelzbares Material, das dann eine stoffschlüssige Verbindung zu dem zweiten Überlappungsbereich 11 herstellen kann.
Es ist jedoch auch möglich, dass es sich bei 30 einfach nur um dichtende Materialien handelt und durch Kraftschluss eine entsprechende Dichtwirkung erzielt wird.
Das in 4 gezeigte Befeuchtermodul 8 hat außerdem erste und zweite Strömungsplatten 2.1, 2.2 mit Durchbrüchen 7 zur Medienführung in Stapelrichtung, wobei zumindest abschnittsweise diese Öffnungen mit den Öffnungen im zweiten Überlappungsbereich des Wassertransferverbundes 4 überlappen (siehe beispielsweise 4). Von diesen Durchbrüchen 7 werden die Medien über die parallel zur Plattenebene verlaufenden Durchgänge 27 in die jeweiligen Kanalstrukturen 3 eingeleitet.
Die in 4 gezeigten Strömungsplatten 2.1 und 2.2 sind aus Kunststoffen, genauer aus faserverstärktem Polyamid, es ist jedoch auch möglich, hier korrosionsstabile metallische Werkstoffe vorzusehen.
Zu sehen ist außerdem, dass der erste Überlappungsbereich des Wassertransferverbundes 4 zumindest abschnittsweise mit Kanalstrukturen 3 der ersten und zweiten Strömungsplatte überlappt.
Die erste und die zweite Strömungsplatte sind hier unterschiedlich gestaltet, sie unterscheiden sich in der Anordnung der Zuleitungen 27 zu den Kanalstrukturen 3, derartigen Zuleitungen 27 sind auch in der Platte 2.2 vorhanden, jedoch nicht im dargestellten Schnitt. Generell können sich die Strömungsplatten auch in Materialwahl, Kanalform, Kanalrichtung und/oder Abdichtkontur voneinander unterscheiden.
Die in 2a gezeigten Befeuchtermodule 8 sind, wie eingangs erwähnt, in 1 in gestapelter Form angeordnet. Hierbei ist es möglich, dass die Strömungsplatte 2.1 eine Geometrie A und die Strömungsplatte 2.2 eine Geometrie B hat, die Schichtungsabfolge dieser Strömungsplatten A-B-A-B ist und dass die Strömungsplatten 2.1, 2.2 auch jeweils auf beiden Oberflächen Kanalstrukturen aufweisen und zwischen den mit Kanalstrukturen 3 versehenen Oberflächen jeweils ein Wassertransferverbund 4 zwischen den Strömungsplatten angeordnet ist.
Im Folgenden wird auf die Herstellung eines Wassertransferverbundes bzw. eines Befeuchtermoduls bzw. eines Befeuchters eingegangen. Dies wird im Folgenden erläutert. Es sei jedoch betont, dass hiermit auch sämtliche Details des Herstellverfahrens offenbart sind und dass auch aus den beiliegenden Ansprüchen nicht nur die Vorrichtung zur Herstellung, sondern auch deren Verfahrensweise (also das Herstellverfahren) unmittelbar eindeutig ableitbar ist.
5a zeigt eine Anordnung 13 zum kontinuierlichen Zuführen einer Wassertransferschicht, hier von der mittleren Rolle 15, und zumindest einer porösen thermoplastischen Schicht 6, siehe obere und untere Rolle in 5a, sowie eine Anordnung 14 zum zumindest bereichsweisen Thermoverpressen der Wassertransferschicht und der zumindest einen thermoplastischen Schutzschicht, wobei das Thermoverpressen so erfolgt, dass die verpressten Bereiche wasser- und gasdicht sind. Bei der in 5a gezeigten Ausführungsform erfolgt das Thermoverpressen entlang zweier Stege eines Heißprägestempels, so dass sich beispielsweise die in 6a gezeigte Ausführungsform eines Wassertransferverbundes 4 in Endlosform ergibt. Nachgeordnet in 5a ist dann noch eine Schneidanordnung 16. Mit dieser ist eine Teilung in Abschnitte 19 möglich; diese Schnittlinie verläuft beispielsweise, wie in 6a gezeigt, entlang der Mittellinien, die die zweiten Überlappungsbereiche 11 horizontal teilen.
5b zeigt schematisch eine Laseranordnung mit Umlenkspiegel. Mit dieser Anordnung ist ein Beschnitt des Wassertransferverbundes 4 möglich, beispielsweise ein Randbeschnitt oder ein Herstellen von Durchbrüchen.
5c zeigt eine demgemäße Abwandlung der 5a (hier ist als Anordnung zum Schneiden 16 ein Laserwerkzeug anstatt des in 5a gezeigten Stanz-/Schneidewerkzeuges gezeigt).
5d zeigt eine weitere Anordnung, welche zu 5a ähnlich ist. Allerdings ist hier die Anordnung zum Thermoverpressen 14 und die Anordnung zum Schneiden 16 in einer einzigen Arbeitsstation verwirklicht; beide Anordnungen sind voneinander unabhängig zu steuern.
6a und 6b zeigen nochmals Beispiele von Wassertransferverbunden 4, wobei in 6a der erste Überlappungsbereich 10 nicht vollständig vom zweiten Überlappungsbereich 11 umfasst ist, während in 6b der erste Überlappungsbereich 10 vollständig vom zweiten Überlappungsbereich 11 umrandet ist.
Abschließend sind in 7 nochmals zwei Varianten eines vollständigen Herstellprozesses gezeigt, wobei die Anordnungen 13, 14 und 16 gemäß der 5d vorliegen.
Zusätzlich ist in der Variante der 7a jedoch noch eine unmittelbar anschließende Anordnung 18 zum Stapeln von Befeuchtermodulen bzw. Strömungsplatten 2.1 und 2.2 gezeigt. Diese Anordnung zum Stapeln weist unter anderem einen Hebetisch auf (angedeutet durch einen Doppelpfeil von oben nach unten); außerdem ist im Bereich der Anordnung 18 auch noch eine Anordnung zum Laserbeschnitt bzw. zur Laserverschmelzung vorgesehen. Die Zuführung von Strömungsplatten 2.1 und 2.2 erfolgt durch einen hier nicht gezeigten Roboter; die Zuführung erfolgt unterhalb des gespannten Wassertransferverbundes in Endlosform 4. In 7a rechts gezeigt ist eine Rolle mit Verschnitt/Resten des Wassertransferverbundes in Endlosform 4. Dadurch, dass bei dem in 7 bei der Anordnung 18 gezeigten aufwachsenden Befeuchterstapel Zuschnitte des Wassertransferverbundes in Endlosform 4 zur Anwendung kommen, bei denen der zweite Überlappungsbereich 11 den ersten Überlappungsbereich 10 vollständig umfasst, kommt es nicht zu einem vollständigen Durchtrennen des Wassertransferverbundes 4 in Endlosform, so dass zwischen den linksseitig gezeigten drei Rollen 15 und der rechtsseitig gezeigten Rolle eine mechanische Spannung hergestellt werden kann, so dass das Flächenmaterial plan gespannt werden kann, um eine optimale flächige Ausrichtung zu den darunterliegenden Strömungsplatten zu erreichen, mit denen eine vollflächige plane Verbindung hergestellt wird.
7b variiert die Vorrichtung für den Herstellprozess dahingehend, dass die vereinzelten Abschnitte 19 des Wassertransferverbunds 4 zunächst mit einem Vakuumgreifer 22 aufgenommen werden, um dann an einer räumlich getrennten Arbeitsstation 28 mit den Strömungsplatten zu Befeuchtermodulen verbunden zu werden.
8a und 8b zeigen alternative Ausgestaltungen der Kanten von Wassertransferverbunden 4 gemäß der Erfindung. Es wird deutlich, dass die Außenkontur (Außenkanten) der Wassertransferschicht 5 und der thermoplastischen Schutzschicht 6 nicht bündig sein müssen, wie in den Beispielen der 3 und 4, sondern das es möglich ist, dass die Wassertransferschicht 5 über die Außenkontur der thermoplastischen Schutzschicht 6 hinausragt oder dass die Außenkontur der Wassertransferschicht 5 nicht so weit reicht, wie die Außenkontur der thermoplastischen Schutzschicht 6. Während die erste Option verbesserte Dichtungseigenschaften bietet, erlaubt die letzte Option eine Reduktion von Materialgebrauch der typischerweise teureren Wassertransferschicht 5.
In 9a bis 9d ist eine andere Ausgestaltung der Außenkontur (Außenrand, Außenkante) eines Wassertransferverbundes 4 gemäß der Erfindung erläutert. 9a, 9b und 9c zeigen Zwischenproduktionsschritte. Im ersten Schritt wird die Außenkontur einer ersten thermoplastischen Schicht 6 um die Außenkontur der Wassertransferschicht 5 gefaltet, um eine Art Saum zu bilden. Im folgenden Schritt, gezeigt in 9b, wird der äußere Randbereich mit drei Schichten thermoverpresst, um eine stabile und leckdichte Außenkontur zu bilden, welche den nächsten Schritt unterstützt. In diesem darauffolgenden Schritt wird die Außenkontur einer zweiten thermoplastischen Schutzschicht 6 um die Außenkontur der bereits thermoverpressten Außenkontur gefaltet, welche durch die ersten thermoplastische Schutzschicht 6 und die Wassertransferschicht 5 gebildet ist, siehe 9c. Im letzten Schritt wird dieser zweite äußere Randbereich mit drei Schichten wieder thermoverpresst, um einen äußeren Randbereich mit exzellenter Stabilität und weiter verbesserter Dichtigkeit bereitzustellen. Im Prinzip können diese vier Schritte bei allen vier Außenkanten des Wassertransferverbundes 4 durchgeführt werden. Es wird jedoch bevorzugt, dass diese nur bei den zwei Kanten durchgeführt werden, welche sich in Zuführrichtung der Schichten erstrecken. In dieser Hinsicht ist es besonders bevorzugt, dass die Thermoverpressung in einem kontinuierlichen Verfahren unter Verwendung von geheizten Rollen durchgeführt wird.
10 stellt ein beispielhaftes alternatives Verfahren und Produktionsanordnung für die Produktion eines Befeuchters dar. Die Anordnung 13 für die kontinuierliche Zuführung der Wassertransferschicht 5 von der mittigen Rolle 15 und der porösen thermoplastischen Schichten 6 wird wie in dem Beispiel der 5a realisiert. Die Thermoverpressung erfolgt hier allerdings in zwei Schritten. Die lateralen äußeren Kanten des Wassertransferverbunds werden unter Verwendung von geheizten Rollen 34, 34' bei beiden lateralen Kanten in Arbeitsstation 24 thermoverpresst. Dazu werden die Schichten unter Verwendung von Führungsrollen 23 zugeführt. Lediglich danach wird Thermoverpressung der Wassertransferschicht und der thermoplastischen Schutzschichten in einer Querrichtung in einer Anordnung 14 durchgeführt. Die anschließende Arbeitsstationen 16, 18 entsprechen denjenigen des Beispiels der 7a.
Bezugszeichenliste

1; H: Befeuchter
2.1: erste Strömungsplatte
2.2: zweite Strömungsplatte
3: Kanalstrukturen
4: Wassertransferverbund
5: Wassertransferschicht
6: thermoplastische Schutzschicht
7: Durchbruch
8: Befeuchtermodul
9: Endplatte
10: erster Überlappungsbereich
11: zweiter Überlappungsbereich
12: Positionierloch
13: Anordnung zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zuführung
14: Anordnung zum Thermoverpressen
15: Rolle
16: Schneideanordnung
17: Beschnitt mittels Lasern
18: Anordnung zum Stapeln
19: Abschnitte aus dem Wassertransferverbund
22: Vakuumgreifer
23: Führungsrollen
24: Arbeitsstation zum Thermoverpressen
27: Zuleitungen zu den Kanalstrukturen
28: räumlich getrennte Arbeitsstation
30: zusätzliches Material, klebend und/oder dichtend
34, 34': beheizte Rollen
A: zweiter Eingang zum Zuführen feuchten Gases
B: erster Eingang zum Zuführen trockenen Gases
C: erster Ausgang zum Abgeben befeuchteten Gases
D: zweiter Ausgang zum Abgeben entfeuchteten Gases
K: Kompressor
S: Brennstoffzellenstack
d1, d2: Dicke

Claims

Wassertransferverbund (4), vorzugsweise zum Einsatz für die Befeuchtung von Prozessgasen für Brennstoffzellen, enthaltend: - eine wasserdurchlässige und gasundurchlässige Wassertransferschicht (5) sowie - mindestens eine zumindest bereichsweise wasser- und gasdurchlässige thermoplastische Schutzschicht (6), wobei - die Wassertransferschicht und die thermoplastische Schutzschicht sich zumindest bereichsweise überlappen und einen ersten (10) sowie einen zweiten (11) Überlappungsbereich aufweisen, wobei - die Wassertransferschicht (5) in dem ersten Überlappungsbereich durch die thermoplastische Schutzschicht hindurch für feuchte Gase zugänglich ist und - der Wassertransferverbund (4) in dem zweiten Überlappungsbereich thermogepresst ist, so dass die Wassertransferschicht (5) in dem zweiten Überlappungsbereich (11) durch die verpresste thermoplastische Schutzschicht (6) hindurch für feuchte Gase unzugänglich ist.
Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der Wassertransferschicht (5) jeweils thermoplastische Schutzschichten (6) angeordnet sind.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Überlappungsbereich (11) gegenüber dem ersten Überlappungsbereich (10) eine reduzierte Dicke aufweist.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Überlappungsbereich (11) den ersten Überlappungsbereich (10) zumindest an zwei Längskanten des ersten Überlappungsbereichs begrenzt.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Überlappungsbereich den ersten Überlappungsbereich umlaufend umschließt.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d1) im ersten Überlappungsbereich (10) zwischen 35 und 600 µm beträgt.
Verbund nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d2) im zweiten Überlappungsbereich (11) zwischen 10 und 75% der Dicke (d1) im ersten Überlappungsbereich (11) beträgt.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Schutzschicht (6) im ersten Überlappungsbereich (10) porös ist und eine Porosität von vorzugsweise 50 bis 95% aufweist.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Schutzschicht (6) im zweiten Überlappungsbereich (11) nichtporös ist.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Überlappungsbereich (11) Öffnungen (7) aufweist, insbesondere Öffnungen (7), die ausgeschnitten, ausgestanzt und/oder ausgelasert sind.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Verbundes (4) zumindest abschnittsweise im oder am zweiten Überlappungsbereich (11) ausgeschnitten, ausgestanzt und/oder ausgelasert ist.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Schutzschicht (6) Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyphthalamid, Polyethylenterephthalat und/oder Polybutylenterephthalat enthält oder aus diesen besteht.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent, dass die Wassertransferschicht (5) als unverstärkte Membran ausgeführt ist.
Verbund nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die unverstärkte Membran aufgelegt ist auf ein Stützmedium in Form von Faserpapier, Fasergelege, Vlies oder Fasergewebe aus thermoplastischer Kunstfaser.
Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassertransferschicht (5) als verstärkte Membran ausgeführt ist.
Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassertransferschicht (5) als poröses Medium, als beschichtetes und/oder imprägniertes Gewebe, als Membranlaminat, ionengetränkte Membran, lonomermembran, hydrophile Membran oder Diaphragma ausgeführt ist.
Befeuchtermodul (8), vorzugsweise für die Befeuchtung von Prozessgas für Brennstoffzellen, enthaltend: - mindestens eine erste (2.1) sowie eine zweite (2.2) Strömungsplatte sowie einen zwischen erster und zweiter Strömungsplatte angeordneten Wassertransferverbund (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die erste (2.1) sowie die zweite (2.2) Strömungsplatte jeweils Kanalstrukturen (3) zur Gasführung aufweisen.
Befeuchtermodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassertransferverbund (4) in seinem zweiten Überlappungsbereich zumindest bereichsweise mit einer ersten (2.1) und/oder zweiten (2.2) Strömungsplatte stoffschlüssig verbunden ist.
Befeuchtermodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung im äußeren Randbereich des Wassertransferverbundes (4) und/oder der ersten (2.1) und/oder zweiten (2.2) Strömungsplatte angeordnet ist.
Befeuchtermodul nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung geklebt, verschmolzen, verschweißt, insbesondere ultraschallverschweißt ist.
Befeuchtermodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2.1) und/oder zweite (2.2) Strömungsplatte einen Dichtungsbereich aufweist, der die Kanalstrukturen (3) umgibt, wobei der Wassertransferverbund (4) durch Auflegen auf den Dichtungsbereich mit der ersten und/oder zweiten Strömungsplatte kraftschlüssig verbunden ist.
Befeuchtermodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2.1) und zweite (2.2) Strömungsplatte jeweils einen Dichtungsbereich aufweisen, der die Kanalstrukturen (3) umgibt, wobei die erste (2.1) und zweite (2.2) Strömungsplatte im Dichtungsbereich zueinander zumindest teilweise komplementäre Strukturen aufweisen und wobei der Wassertransferverbund (4) von diesen komplementären Strukturen zwischengefasst und form- und kraftschlüssig verpresst wird.
Befeuchtermodul nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2.1) und/oder zweite Strömungsplatte (2.2) Durchbrüche (7) zur Medienführung in Stapelrichtung aufweist, die zumindest abschnittsweise mit den Öffnungen im zweiten Überlappungsbereich (11) des Wassertransferverbundes (4) überlappen.
Befeuchtermodul nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2.1) und/oder zweite Strömungsplatte (2.2) Durchbrüche (7) zur Medienführung in Stapelrichtung aufweist, wobei sämtliche Durchbrüche (7) zur Medienführung außerhalb des Bereiches der jeweiligen Strömungsplatte (2.1, 2.2) liegen, der vom Wassertransferverbund (4) überdeckt wird.
Befeuchtermodul nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsplatten (2.1; 2.2) zumindest bereichsweise aus thermoplastischen, elastomeren oder duroplastischen Kunststoffen hergestellt sind und/oder zumindest bereichsweise aus korrosionsstabilen metallischen Werkstoffen bestehen.
Befeuchtermodul nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Überlappungsbereich (10) des Wassertransferverbundes (4) zumindest abschnittsweise mit den Kanalstrukturen (3) der ersten (2.1) und zweiten (2.2) Strömungsplatte überlappt.
Befeuchtermodul nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2.1) und die zweite (2.2) Strömungsplatte sich in Materialwahl, Kanalform, Kanalrichtung und/oder Abdichtkontur voneinander unterscheiden.
Befeuchtermodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass Strömungsplatten mit Geometrie A und Strömungsplatten mit Geometrie B vorgesehen sind und die Schichtungsabfolge dieser Strömungsplatten A-B-A-B ist.
Befeuchtermodul nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsplatten (2.1; 2.2) jeweils auf beiden Oberflächen Kanalstrukturen (3) aufweisen, und zwischen den mit Kanalstrukturen (3) versehenen Oberflächen jeweils ein Wassertransferverbund (4) zwischen den Strömungsplatten (2.1; 2.2) angeordnet ist.
Befeuchter (1), enthaltend: - einen ersten Eingang zum Zuführen trockenen Gases (B) sowie einen ersten Ausgang zum Abgeben befeuchteten Gases (C) sowie - einen zweiten Eingang zum Zuführen feuchten Gases (A) sowie einen zweiten Ausgang zum Abgeben entfeuchteten Gases (D), sowie - mindestens ein Befeuchtermodul (8) nach einem der Ansprüche 17 bis 29, wobei - die Kanalstrukturen des Befeuchtermoduls mit zumindest einem der obigen Ein- oder Ausgänge verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Wassertransferverbundes (4), eines Befeuchtermoduls und/oder eines Befeuchters, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend: - kontinuierliches oder diskontinuierliches Zuführen von einer Wassertransferschicht (5) und zumindest einer porösen thermoplastischen Schutzschicht (6) sowie - zumindest bereichsweise Thermoverpressen der Wassertransferschicht und der zumindest einen thermoplastischen Schutzschicht, wobei das Thermoverpressen so erfolgt, dass die verpressten Bereiche wasser- und gasdicht sind.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche oder diskontinuierliche Zuführen durch Zuführen der Wassertransportschicht (5) zwischen zwei porösen thermoplastischen Schutzschichten (6) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Zuführung durch Rollen (15) geschieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Zuführung als Zuführung durch Zuschnitte erfolgt.
Verfahren nach einem Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich Zuschneiden des thermogepressten Wassertransferverbundes aufweist, insbesondere Zuschneiden des Randes sowie Herstellen von Ausnehmungen.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschneiden unter Verwendung eines Lasers (17) oder durch Ausstanzen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoverpressen und das Ausschneiden von Ausnehmungen und/oder der Randbeschnitt in einer einzigen Arbeitsstation erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich umfasst: Stapeln des Wassertransferverbundes (4) sowie von Strömungsplatten (2.1; 2.2) unterschiedlicher oder gleicher Größe in einer vorgegebenen Reihenfolge.
Verfahren nach Anspruch 38, zumindest enthaltend: a) kontinuierliches Zuführen der Wassertransferschicht (3) und darüber- sowie darunterliegender poröser thermoplastischer Schutzschichten (6) als Ausgangsprodukte zur Bildung eines Wassertransferverbundes (4) in Endlosform, b) Thermopressen des Wassertransferverbundes (4) in einer Endlosform, c) Erzeugen von Ausnehmungen in dem Wassertransferverbund (4) in Endlosform, d) Stapeln von Strömungsplatten (2.1; 2.2) unterhalb des Wassertransferverbundes (4) in Endlosform sowie Vereinzeln einzelner Abschnitte (19) aus dem Wassertransferverbund in Endlosform zur Bildung von Befeuchtermodulen (8) oder Stapeln von Befeuchtermodulen durch Verbinden der vereinzelten Abschnitte (19) des Wassertransferverbundes mit darunterliegenden Strömungsplatten (2.1; 2.2).
Verfahren nach Anspruch 38, zumindest enthaltend: a) kontinuierliches Zuführen der die Wassertransferschicht (3) und darüber- sowie darunterliegender poröser thermoplastischer Schutzschichten (6) als Ausgangsprodukte zur Bildung eines Wassertransferverbundes (4) in einer Endlosform, b) Thermopressen des Wassertransferverbundes (4) in einer Endlosform, c) Beschneiden der Aussenkontur des Wassertransferverbunds (4) und ggf. Erzeugen von Ausnehmungen in dem Wassertransferverbund, d) Transferieren der vereinzelten Abschnitte (19) des Wassertransferverbunds und e) Stapeln von Strömungsplatten (2.1; 2.2) unter- und/oder oberhalb der vereinzelten Abschnitte (19) des Wassertransferverbundes (4) zur Bildung von Befeuchtermodulen (8) oder Stapeln von Befeuchtermodulen durch Verbinden der vereinzelten Abschnitte (19) des Wassertransferverbundes mit darüber- und/oder darunterliegenden Strömungsplatten (2.1; 2.2).
Vorrichtung zur Herstellung eines Wassertransferverbundes (4), eines Befeuchtermoduls und/oder eines Befeuchters, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 30, enthaltend: - eine Anordnung (13) zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zuführung von einer Wassertransferschicht (5) und zumindest einer porösen thermoplastischen Schutzschicht (6) sowie - eine Anordnung (14) zum zumindest bereichsweisen Thermoverpressen der Wassertransferschicht und der zumindest einen thermoplastischen Schutzschicht, wobei das Thermoverpressen so erfolgt, dass die verpressten Bereiche wasser- und gasdicht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (13) zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zuführung so ausgestaltet ist, dass die Wassertransportschicht (5) zwischen zwei porösen thermoplastischen Schutzschichten (6) zugeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Zuführung durch Rollen (15) geschieht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Zuführung als Zuführung durch Zuschnitte erfolgt.
Vorrichtung nach einem Ansprüche 41 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Schneidanordnung zum Zuschneiden des thermogepressten Wassertransferverbundes aufweist, insbesondere zum Randbeschnitt sowie zum Herstellen von Ausnehmungen.
Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidanordnung (16) als Anordnung zum Beschnitt mittels Laser (17) oder Ausstanzen ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, dass diese so ausgestaltet ist, dass das Thermoverpressen und das Ausschneiden von Ausnehmungen und/oder der Randbeschnitt in einer einzigen Arbeitsstation erfolgen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Anordnung (18, 28) zum Stapeln aufweist, wobei diese ausgestaltet ist zum Stapeln des Wassertransferverbundes (4) sowie von Strömungsplatten (2.1; 2.2) unterschiedlicher oder gleicher Größe in einer vorgegebenen Reihenfolge.
Vorrichtung nach Anspruch 48, zumindest enthaltend: a) eine Rollenzuführungen enthaltende Anordnung (13) zur kontinuierlichen Zuführung für die Wassertransferschicht (3) und darübersowie darunterliegenden porösen thermoplastischen Schutzschichten (6) als Ausgangsprodukte zur Bildung eines Wassertransferverbundes (4) in Endlosform, b) eine Anordnung (18) zum Thermopressen des Wassertransferverbundes (4) in Endlosform, c) eine Anordnung (16) zur Erzeugung von Ausnehmungen in dem Wassertransferverbund (4) in Endlosform, d) eine Anordnung (18) zum Stapeln von Strömungsplatten (2.1; 2.2) unterhalb des Wassertransferverbundes (4) in Endlosform sowie zum Vereinzeln einzelner Abschnitte (19) aus dem Wassertransferverbund in Endlosform zur Bildung von Befeuchtermodulen (8) oder Stapeln von Befeuchtermodulen durch Verbinden der vereinzelten Abschnitte (19) des Wassertransferverbundes mit darunterliegenden Strömungsplatten (2.1; 2.2).
Vorrichtung nach Anspruch 48, zumindest enthaltend: a) eine Rollenzuführungen enthaltende Anordnung (13) zur kontinuierlichen Zuführung für die Wassertransferschicht (3) und darübersowie darunterliegenden porösen thermoplastischen Schutzschichten (6) als Ausgangsprodukte zur Bildung eines Wassertransferverbundes (4) in Endlosform, b) eine Anordnung (18) zum Thermopressen des Wassertransferverbundes (4) in Endlosform, c) eine Anordnung (16) zum Beschnitt der Aussenkontur des Wassertransferverbunds (4) und ggf. zur Erzeugung von Ausnehmungen in dem Wassertransferverbund, d) eine Anordnung (22) zum Transfer der vereinzelten Abschnitte (19) des Wassertransferverbunds und e) eine ggf. räumlich getrennte Anordnung (28) zum Stapeln von Strömungsplatten (2.1; 2.2) unter- und/oder oberhalb der vereinzelten Abschnitte (19) des Wassertransferverbundes (4) zur Bildung von Befeuchtermodulen (8) oder Stapeln von Befeuchtermodulen durch Verbinden der vereinzelten Abschnitte (19) des Wassertransferverbundes mit darüber- und/oder darunterliegenden Strömungsplatten (2.1; 2.2).