DE202014006480U1 - humidifier - Google Patents

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Abstract

Befeuchter (3), insbesondere zum Befeuchten von Prozessgas für Brennstoffzellen, umfassend: – einen ersten Eingang (5) zum Zuführen trockenen Gases sowie einen ersten Ausgang (6) zum Abgeben befeuchteten Gases, – einen zweiten Eingang (7) zum Zuführen feuchten Gases sowie einen zweiten Ausgang (8) zum Abgeben entfeuchteten Gases, – mindestens eine erste (12) und eine zweite (14) Strömungsplatte, – ein zwischen der ersten (12) und der zweiten Strömungsplatte (14) angeordnetes Wassertransfermedium (15), das im Betrieb gasundurchlässig oder im Wesentlichen gasundurchlässig ist, wobei die erste (12) und die zweite Strömungsplatte (14) jeweils Kanäle (13, 17) zur Gasführung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (13, 17) entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung jeweils eine Vielzahl von Leitgeometrien aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass sie senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte (12, 14) eine Störung der ideal linearen laminaren Strömung des im Kanal geführten Gases bewirken.A humidifier (3), in particular for humidifying process gas for fuel cells, comprising: - a first input (5) for supplying dry gas and a first outlet (6) for discharging humidified gas, - a second inlet (7) for supplying humid gas and a second outlet (8) for delivering dehumidified gas, - at least a first (12) and a second (14) flow plate, - a water transfer medium (15) disposed between the first (12) and second flow plates (14) operating gas impermeable or substantially gas impermeable, wherein the first (12) and the second flow plate (14) each have channels (13, 17) for guiding gas, characterized in that the channels (13, 17) along their main extension direction in each case a plurality of Leitgeometrien formed so as to be perpendicular to the plane of plan plane of the respective flow plate (12, 14) a disorder of the ideal linear laminar effecting the flow of gas carried in the channel.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Befeuchter, vorzugsweise für die Befeuchtung von Prozessgas für Brennstoffzellen.The present application relates to a humidifier, preferably for the humidification of process gas for fuel cells.

Brennstoffzellen verwenden unter anderem Prozessgase, beispielsweise molekularen Wasserstoff und/oder Sauerstoff zur Stromerzeugung. Solche Brennstoffzellen verwenden üblicherweise Protonenaustauschmembranen (PEM). Im Betrieb erhitzt sich eine solche PEM auf etwa 80°C 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 möglichst stationäre Verhältnisse herrschen. Insbesondere ein Austrocknen der PEM kann sich nachteilig auf die Haltbarkeit und den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle auswirken.Fuel cells use, among other things, process gases, for example, molecular hydrogen and / or oxygen for power generation. Such fuel cells typically use proton exchange membranes (PEMs). In operation, such a PEM heats up to about 80 ° C to 90 ° C. It is important for the efficiency of the fuel cell as well as for the durability of the PEM, that in terms of temperature and humidity in the area of the PEM stationary conditions prevail as possible. In particular, drying out of the PEM can adversely affect the durability and efficiency of the fuel cell.

Zur gezielten Einstellung des Feuchtegrades der der Brennstoffzelle zugeführten Prozessgase ist es daher üblich, bestimmte Prozessgase zu befeuchten, bevor diese der Brennstoffzelle zugeführt werden. Dazu werden üblicherweise Befeuchter verwendet, bei denen zwischen zwei mit Kanalstrukturen versehenen Strömungsplatten ein Wassertransfermedium angeordnet ist, typischerweise in Form einer wasserdurchlässigen Membran. Die wasserdurchlässige Membran wird auch als Wassertransfermembran oder als Transfermembran bezeichnet. Diese Transfermembran trennt einen in den Kanalstrukturen der ersten Strömungsplatte geführten trockenen bzw. zu befeuchtenden Gasstrom von einem in den Kanalstrukturen der zweiten Strömungsplatte geführten feuchten bzw. zu entfeuchtenden Gasstrom, wobei ein Feuchtigkeitsgrad des feuchten Gasstromes höher ist als ein Feuchtigkeitsgrad des trockenen Gasstromes. Über die Transfermembran findet dann ein Wassertransfer vom feuchten Gasstrom zum trockenen Gas statt, so dass sich die Feuchtigkeitsgrade der Gase beiderseits der Membran einander angleichen. Dadurch, dass die Transfermembran (zumindest bei einer Mindestbefeuchtung) im Wesentlichen gasdicht ist, kommt es in dem Befeuchter zu einer Annäherung des Feuchtigkeitsgrades der beiden Gase bzw. Gasströme, ohne dass es dabei zu einer Vermischung der Gase selbst kommt.For specific adjustment of the degree of moisture of the process gases supplied to the fuel cell, it is therefore customary to moisten certain process gases before these are supplied to the fuel cell. For this purpose, humidifiers are usually used in which a water transfer medium is arranged between two flow plates provided with channel structures, typically in the form of a water-permeable membrane. The water permeable membrane is also referred to as a water transfer membrane or as a transfer membrane. This transfer membrane separates a dry or humidified gas stream guided in the channel structures of the first flow plate from a humidified or dehumidified gas stream in the channel structures of the second flow plate, wherein a moisture level of the wet gas stream is higher than a moisture level of the dry gas stream. Then a transfer of water from the moist gas stream to the dry gas takes place via the transfer membrane, so that the moisture levels of the gases on both sides of the membrane equalize. Due to the fact that the transfer membrane is substantially gas-tight (at least for a minimum moistening), the moisture degree of the two gases or gas streams in the moistener approximates, without the gases themselves being mixed.

Die Transfermembran des Befeuchters verursacht normalerweise einen wesentlichen Anteil der bei der Herstellung des Befeuchters anfallenden Materialkosten. Zur Senkung der Materialkosten besteht daher Bedarf nach Befeuchtern mit einer Transfermembran verringerter Fläche bei möglichst gleichbleibender Leistungsfähigkeit des Befeuchters.The transfer membrane of the humidifier normally causes a significant proportion of the material costs incurred in the manufacture of the humidifier. To reduce the material costs there is therefore a need for humidifiers with a transfer membrane of reduced area with as constant as possible humidifier performance.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Befeuchter zu schaffen, bei dem der Wassertransfer über eine gegebene Fläche der Transfermembran gegenüber bekannten Befeuchtern erhöht ist.The present invention is therefore based on the object to provide a humidifier in which the water transfer is increased over a given area of the transfer membrane over known humidifiers.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Befeuchter gemäß Anspruch 1. Spezielle Ausführungsausformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by a humidifier according to claim 1. Special Ausführungsausformen are described in the subclaims.

Vorgeschlagen wird also ein Befeuchter, insbesondere zum Befeuchten von Prozessgas für Brennstoffzellen, umfassend:

  • – einen ersten Eingang zum Zuführen trockenen Gases sowie einen ersten Ausgang zum Abgeben befeuchteten Gases,
  • – einen zweiten Eingang zum Zuführen feuchten Gases sowie einen zweiten Ausgang zum Abgeben entfeuchteten Gases,
  • – mindestens eine erste und eine zweite Strömungsplatte,
  • – ein zwischen der ersten und der zweiten Strömungsplatte angeordnetes Wassertransfermedium, das im Betrieb gasundurchlässig oder im Wesentlichen gasundurchlässig ist,
wobei die erste und die zweite Strömungsplatte jeweils Kanäle zur Gasführung aufweisen.Thus, a humidifier is proposed, in particular for humidifying process gas for fuel cells, comprising:
  • A first input for supplying dry gas and a first outlet for delivering humidified gas,
  • A second inlet for supplying moist gas and a second outlet for delivering dehumidified gas,
  • At least a first and a second flow plate,
  • A water transfer medium disposed between the first and second flow plates which is gas impermeable or substantially gas impermeable in use,
wherein the first and second flow plates each have channels for gas guidance.

Der vorgeschlagene Befeuchter zeichnet sich gegenüber gattungsgemäßen bekannten Befeuchtern dadurch aus, dass die Kanäle wenigstens einer der Strömungsplatten entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung jeweils eine Vielzahl von Leitgeometrien aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass sie senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte eine Störung einer ideal linearen laminaren Strömung des im Kanal geführten Gases bewirken.The proposed humidifier is distinguished from the known generic humidifiers in that the channels of at least one of the flow plates along their main extension direction each have a plurality of Leitgeometrien which are formed such that they perpendicular to the plane plane of the respective flow plate a disturbance of an ideal linear laminar flow of the effect in the channel guided gas.

Bei der ideal linearen laminaren Strömung sind die Strömungslinien entlang der Strömungsrichtung ideal geschichtet und ungestört. Infolge der durch die Leitgeometrien bewirkten Störung kann im jeweiligen Kanal z. B. eine parallel laminare Strömung oder eine gestört laminare Strömung entstehen, insbesondere im Bereich der jeweiligen Leitgeometrie. Bei der parallel laminaren Strömung sind die Strömungslinien entlang der Strömungsrichtung parallel ausgerichtet und folgen ggfs. der Kontur des Kanals, falls dieser beispielsweise gewellt ist. Bei der gestört laminaren Strömung bleiben die Strömungslinien zwar typischerweise ausgerichtet, jedoch wird die ideale Schichtung gestört. In diesem Fall erfolgt z. B. eine schraubenförmige Drehung oder eine Verdichtung der Gase im Kanal.In the ideal linear laminar flow, the flow lines along the flow direction are ideally stratified and undisturbed. As a result of the disturbance caused by the Leitgeometrien can in the respective channel z. As a parallel laminar flow or a disturbed laminar flow arise, especially in the region of the respective guide geometry. In the case of the parallel laminar flow, the flow lines are aligned parallel to one another along the flow direction and possibly follow the contour of the channel, if it is corrugated, for example. In the disturbed laminar flow, although the flow lines typically remain aligned, the ideal stratification is disturbed. In this case, z. As a helical rotation or compression of the gases in the channel.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Wassertransfer über das Wassertransfermedium bei bekannten Befeuchtern vor allem dadurch beeinträchtigt wird, dass die beiderseits des Wassertransfermediums in den Kanälen der Strömungsplatten geführten Gasströme im Wesentlichen linear laminar, das heißt in Schichten strömen. Typischerweise sind diese Strömungsschichten parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatten bzw. parallel zur Planflächenebene des zwischen den Strömungsplatten angeordneten Wassertransfermediums ausgerichtet.The present invention is based on the finding that the water transfer via the water transfer medium in known humidifiers is impaired primarily by the fact that the water transfer on both sides of the water transfer medium in the channels the flow plates guided gas flows substantially linear laminar, that is flow in layers. Typically, these flow layers are aligned parallel to the plane of plan plane of the flow plates or parallel to the plane of plan plane of the water transfer medium disposed between the flow plates.

Im Folgenden wird eine erste Seite der Planflächenebene des Wassertransfermediums, an der Kanäle zum Führen von feuchtem bzw. zu entfeuchtendem Gas angeordnet sind, auch feuchte Seite des Wassertransfermediums genannt. Entsprechend soll die der feuchten Seite des Wassertransfermediums gegenüberliegende zweite Seite der Planflächenebene des Wassertransfermediums, an der Kanäle zum Führen von trockenem bzw. zu befeuchtendem Gas angeordnet sind, als trockene Seite des Wassertransfermediums bezeichnet werden.Hereinafter, a first side of the plane surface plane of the water transfer medium, are arranged at the channels for guiding wet or to be dehumidified gas, also wet side of the water transfer medium. Accordingly, the second side of the plane surface plane of the water transfer medium opposite the wet side of the water transfer medium, on which channels for guiding dry or to be humidified gas are arranged, should be referred to as the dry side of the water transfer medium.

Die Wassertransferrate des Wassertransfermediums, d. h. die pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit des Wassertransfermediums von der feuchten Seite des Wassertransfermediums zur trockenen Seite des Wassertransfermediums transferierte Wassermenge, erhöht sich gewöhnlich mit zunehmendem Feuchtigkeitsgradienten zwischen der feuchten und der trockenen Seite des Wassertransfermediums, insbesondere mit zunehmendem Feuchtigkeitsgradienten zwischen den Oberseiten der beiderseits des Wassertransfermediums angeordneten Kanäle bzw. dem darin jeweils geführten Gas. Die Oberseiten der Kanäle sollen die dem Wassertransfermedium jeweils zugewandten Seiten oder Bereiche der Kanäle sein, egal ob sie in der konkreten Anordnung ober- oder unterhalb liegen.The water transfer rate of the water transfer medium, d. H. the amount of water transferred per unit time per unit area of the water transfer medium from the wet side of the water transfer medium to the dry side of the water transfer medium usually increases with increasing moisture gradient between the wet and dry sides of the water transfer medium, especially with increasing moisture gradient between the tops of both sides of the water transfer medium Channels or the gas guided therein. The tops of the channels should be the water transfer medium respectively facing sides or areas of the channels, no matter whether they are in the specific arrangement above or below.

Bei bekannten Befeuchtern erfolgt ein vergleichsweise guter Feuchtigkeitsaustausch in der Regel nur zwischen den Oberseiten der Kanäle beiderseits des Wassertransfermediums bzw. zwischen den an den Oberseiten der Kanäle geführten Strömungsschichten an der feuchten Seite des Wassertransfermediums einerseits und an der trockenen Seite des Wassertransfermediums andererseits. Aufgrund der laminaren Strömungsprofile in den einzelnen Kanälen findet jedoch in ein und demselben Kanal zum Führen von feuchtem Gas oder in ein und demselben Kanal zum Führen von trockenem Gas kaum ein Feuchtigkeitsausgleich senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatten statt. Dies hat typischerweise zur Folge, dass sich die Feuchtigkeitsgrade in den Strömungsschichten an der Oberseite der Kanäle beiderseits des Wassertransfermediums schnell angleichen. Dadurch verringert sich der Feuchtigkeitsgradient zwischen der feuchten und der trockenen Seite des Wassertransfermediums. Damit einher geht eine Verringerung der Wassertransferrate.In known humidifiers, a comparatively good exchange of moisture usually takes place only between the upper sides of the channels on both sides of the water transfer medium or between the flow layers guided on the upper sides of the channels on the moist side of the water transfer medium on the one hand and on the dry side of the water transfer medium on the other hand. However, due to the laminar flow profiles in the individual channels, moisture equalization perpendicular to the planar surface plane of the flow plates hardly takes place in one and the same channel for guiding wet gas or in one and the same channel for guiding dry gas. This typically results in the moisture levels in the flow layers at the top of the channels rapidly aligning on either side of the water transfer medium. This reduces the moisture gradient between the wet and dry sides of the water transfer medium. This is accompanied by a reduction in the water transfer rate.

Die Erfinder des hier vorgeschlagenen Befeuchters haben erkannt, dass die Wassertransferrate in erheblichem Maße erhöht werden kann, wenn die Kanäle an der feuchten Seite des Wassertransfermediums und/oder die Kanäle an der trockenen Seite des Wassertransfermediums mit den genannten Leitgeometrien versehen werden. Aus dem zuvor Gesagten erschließt sich dem Fachmann unmittelbar, dass eine senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte wirkende Störung der ideal linearen laminaren Strömung eine Verbesserung des Feuchtigkeitstransfers innerhalb ein und desselben Kanals bewirkt. Damit kann ein hinreichend großer Feuchtigkeitsgradient zwischen den nahe beim Wassertransfermedium liegenden Bereichen der feuchten und der trockenen Seite des Wassertransfermediums aufrecht erhalten werden. Auf diese Weise wird die Wassertransferrate auf einfache und effiziente Weise dauerhaft erhöht. Wesentlich für die Erfindung und somit den optimalen Betrieb des Befeuchters ist, dass die ideal lineare laminare Strömung zwar gestört ist, aber nicht in dem Maße, dass eine turbulente Strömung resultieren würde.The inventors of the humidifier proposed herein have recognized that the water transfer rate can be significantly increased if the channels on the wet side of the water transfer medium and / or the channels on the dry side of the water transfer medium are provided with the said guide geometries. From the foregoing, it will be readily apparent to one skilled in the art that disturbance of the ideally linear laminar flow acting perpendicular to the plane surface plane of the respective flow plate will improve the moisture transfer within one and the same channel. Thus, a sufficiently large moisture gradient can be maintained between the areas of the wet and dry sides of the water transfer medium which are close to the water transfer medium. In this way, the water transfer rate is permanently increased in a simple and efficient manner. Essential to the invention and thus the optimal operation of the humidifier is that the ideal linear laminar flow is disturbed, but not to the extent that a turbulent flow would result.

Die Haupterstreckungsrichtung des Kanals bezeichnet die Richtung, entlang derer im zeitlichen Mittel ein makroskopischer Massentransport des im Kanal geführten Gases durch den Kanal erfolgt. Die Haupterstreckungsrichtung des Kanals ist nicht notwendigerweise durch eine Gerade gegeben. Die Kanäle können sich parallel zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte sowohl gerade als auch wellenförmig oder in anderer Weise krummlinig erstrecken, typischerweise jeweils über eine Länge von etwa 10 bis 45 cm.The main extension direction of the channel denotes the direction along which a macroscopic mass transport of the channel-guided gas through the channel takes place in the time average. The main direction of extension of the channel is not necessarily given by a straight line. The channels may extend in a straight, wavy, or otherwise curvilinear manner parallel to the planar surface plane of the respective flow plate, typically each about a length of about 10 to 45 cm.

Die Leitgeometrien sind entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle normalerweise jeweils gleichmäßig verteilt angeordnet, z. B. in gleichmäßigen Abständen. Üblicherweise weist ein und derselbe Kanal entlang seiner Haupterstreckungsrichtung wenigstens zwei, wenigstens drei, wenigstens fünf oder wenigstens zehn Leitgeometrien der unten ausführlicher beschriebenen Art auf.The guide geometries are normally distributed uniformly along the main extension direction of the channels, for. B. at regular intervals. Typically, one and the same channel along its main extension direction has at least two, at least three, at least five or at least ten guide geometries of the type described in more detail below.

Die Kanäle werden üblicherweise durch Kanalwände begrenzt. Diese umfassen typischerweise Kanalseitenwände, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte ausgerichtet sind, und einen Kanalboden. Der Kanalboden ist normalerweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte ausgerichtet. Die Formulierung „im Wesentlichen” kann dabei z. B. Abweichungen von der Parallelität bzw. Orthogonalität von bis zu 30°, von bis zu 20°, von bis zu 10° oder von bis zu 5° umfassen. Die Kanalwände begrenzen den Kanal zur Strömungsplatte hin.The channels are usually bounded by channel walls. These typically include channel sidewalls aligned perpendicularly or substantially perpendicular to the planar surface plane of the respective flow plate, and a channel bottom. The channel bottom is normally aligned parallel or substantially parallel to the plane plane of the respective flow plate. The wording "essentially" can be z. B. deviations from the parallelism or orthogonality of up to 30 °, of up to 20 °, of up to 10 ° or of up to 5 °. The channel walls bound the channel to the flow plate.

Zum Wassertransfermedium hin werden die Kanäle üblicherweise durch das Wassertransfermedium selbst oder durch ein zwischen dem Wassertransfermedium und der jeweiligen Strömungsplatte angeordnetes Stützmedium begrenzt. Das Stützmedium kann beispielsweise ein (Graphit-)Faserpapier, ein (Graphit-)Fasergelege, ein Vlies oder ein sonstiges Gewebe oder Gelege aus Natur- und/oder Kunstfasern sein. Das Stützmedium ist gewöhnlich gasdurchlässig. Das Wassertransfermedium kann z. B. ein poröses Medium, ein beschichtetes oder imprägniertes Gewebe (Texapore®, Venturi®), ein Membranlaminat (Goretex®), eine ionengetränkte Membran, eine Ionomermembran (Nafion®) oder ein Diaphragma sein. Zumindest auf der Niederdruckseite des Wassertransfermediums, also auf der Seite mit höherem Feuchtigkeitsgehalt, ist ein Stützmedium gewöhnlich immer erforderlich, meist wird es aber auf beiden Seiten des Wassertransfermediums angeordnet. For the water transfer medium, the channels are usually limited by the water transfer medium itself or by a support medium disposed between the water transfer medium and the respective flow plate. The support medium can be, for example, a (graphite) fiber paper, a (graphite) fiber fabric, a nonwoven or other fabric or scrim of natural and / or synthetic fibers. The support medium is usually gas permeable. The water transfer medium may, for. As a porous medium, a coated or impregnated fabric Texapore, Venturi ®), be a membrane laminate (Goretex ®), an ion-impregnated membrane, an ionomer membrane (Nafion ®) or a diaphragm. At least on the low pressure side of the water transfer medium, that is on the side of higher moisture content, a support medium is usually always required, but usually it is arranged on both sides of the water transfer medium.

Die Strömungsplatten sind gewöhnlich zumindest bereichsweise aus korrosionsstabilen metallischen Werkstoffen gebildet, insbesondere aus Edelstahl. Ebenso können thermoplastische, elastomere oder duroplastische Kunststoffe verwendet werden. Typischerweise werden die Kanalstrukturen der Strömungsplatten bei der Herstellung in die entsprechenden Oberflächen der Strömungsplatten eingeprägt. So können auf einfache Weise große Stückzahlen produziert werden. Alternativ können die Strömungsplatten mittels Spritzguss hergestellt werden, wobei die Kanäle unmittelbar mitgeformt werden. Dies bietet mehr Freiheitsgrade bei der Kanalgestaltung. Bei Polymerwerkstoffen bietet sich als Sonderform des Spritzgusses ein Spritz-Präge-Prozess an.The flow plates are usually at least partially formed of corrosion-resistant metallic materials, in particular stainless steel. Likewise, thermoplastic, elastomeric or thermosetting plastics can be used. Typically, the channel structures of the flow plates are impressed into the corresponding surfaces of the flow plates during manufacture. This makes it easy to produce large quantities. Alternatively, the flow plates can be made by injection molding, wherein the channels are mitgeformt directly. This provides more freedom in channel design. For polymer materials, a special form of injection molding offers an injection-embossing process.

Normalerweise umfasst der Befeuchter eine Vielzahl von Strömungsplatten, wobei zwischen je zwei dieser Platten ein Wassertransfermedium der genannten Art angeordnet ist. Zur Führung von flüssigen oder gasförmigen Medien in Stapelrichtung, typischerweise zum Führen von Prozessgas für einen Brennstoffzellenstapel, können die Strömungsplatten Durchbrüche aufweisen, die beim Stapeln der Strömungsplatten mindestens eine, vorzugsweise genau eine Leitung zum Führen feuchten Gases, mindestens eine, vorzugsweise genau eine Leitung zum Führen entfeuchteten Gases, mindestens eine, vorzugsweise genau eine Leitung zum Führen trockenen Gases und mindestens eine, vorzugsweise genau eine Leitung zum Führen befeuchteten Gases bilden. Gewöhnlich ist der erste Eingang des Befeuchters zum Zuführen trockenen Gases über eine der Leitungen zum Führen trockenen Gases, über die an der trockenen Seite des Wassertransfermediums angeordneten Kanäle und über eine der Leitungen zum Führen befeuchteten Gases mit dem ersten Ausgang des Befeuchters zum Abgeben befeuchteten Gases verbunden. In entsprechender Weise ist der zweite Eingang des Befeuchters zum Zuführen feuchten Gases gewöhnlich über eine der Leitungen zum Führen feuchten Gases, über die an der feuchten Seite des Wassertransfermediums angeordneten Kanäle und über eine der Leitungen zum Führen entfeuchteten Gases mit dem zweiten Ausgang des Befeuchters zum Abgeben entfeuchteten Gases verbunden.Normally, the humidifier comprises a plurality of flow plates, wherein between each two of these plates a water transfer medium of the type mentioned is arranged. For guiding liquid or gaseous media in the stacking direction, typically for guiding process gas for a fuel cell stack, the flow plates can have openings which, when stacking the flow plates, at least one, preferably exactly one line for guiding moist gas, at least one, preferably exactly one line to Lead dehumidified gas, at least one, preferably exactly one line for guiding dry gas and at least one, preferably form a line for guiding humidified gas. Usually, the first inlet of the humidifier for supplying dry gas is connected via one of the lines for guiding dry gas, via the channels arranged on the dry side of the water transfer medium and via one of the lines for guiding humidified gas to the first outlet of the humidified humidifier , Likewise, the second inlet of the humidifier humidifier is usually via one of the humid gas ducts, the channels disposed on the wet side of the water transfer medium, and one of the ducts for feeding dehumidified gas to the second outlet of the humidifier dehumidified gas connected.

Die Kanäle der ersten Strömungsplatte zum Führen des feuchten Gases und die Kanäle der zweiten Strömungsplatte zum Führen des trockenen Gases können wenigstens teilweise parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Sie können jeweils in der gleichen Richtung oder auch in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden. Die Kanäle zum Führen des feuchten Gases und die Kanäle zum Führen des trockenen Gases können auch schräg zueinander angeordnet sein. So können Sie miteinander einen Winkel einschließen, der im Wesentlichen 0°, 90° oder 180° beträgt. Dabei sind hier und im Folgenden alle Winkel im Winkelmaß angegeben. Bei 0° resultiert eine Gleichstrom-Anordnung, bei 90° eine Kreuzstrom-Anordnung und bei 180°, was in Bezug auf die Kanalführung als solche der 0° Ausrichtung entspricht, eine Gegenstrom-Anordnung.The channels of the first flow plate for guiding the moist gas and the channels of the second flow plate for guiding the dry gas may be at least partially parallel or substantially parallel to each other. They can each be flowed through in the same direction or in the opposite direction. The channels for guiding the moist gas and the channels for guiding the dry gas may also be arranged obliquely to each other. This allows you to enclose an angle with each other that is essentially 0 °, 90 ° or 180 °. Here and in the following, all angles are given in the angular dimension. At 0 ° results in a DC arrangement, at 90 °, a cross-flow arrangement and at 180 °, which corresponds in terms of the channel guide as such, the 0 ° orientation, a countercurrent arrangement.

Bei einer speziellen Ausführungsform des vorgeschlagenen Befeuchters umfassen die Leitgeometrien in wenigstens einer der Kanalwände ausgebildete längliche Ausnehmungen und/oder an wenigstens einer der Kanalwände angeordnete und in den jeweiligen Kanal hinein ragende längliche Vorsprünge. Die länglichen Ausnehmungen oder die länglichen Vorsprünge schließen mit einer sich entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals erstreckenden Mittellinie der jeweiligen Kanalwand vorzugsweise einen spitzen Winkel α ein. Für diesen kann z. B. gelten: 45 Grad ≤ α ≤ 70 Grad. Die Kanalwand mit den Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen kann eine der Kanalseitenwände oder der Kanalboden sein.In a specific embodiment of the proposed humidifier, the guide geometries comprise elongate recesses formed in at least one of the channel walls and / or elongate protrusions arranged on at least one of the channel walls and protruding into the respective channel. The elongate recesses or the elongate projections preferably include an acute angle α with a center line of the respective channel wall extending along the main extension direction of the channel. For this z. For example, 45 degrees ≤ α ≤ 70 degrees. The channel wall with the recesses and / or projections may be one of the channel side walls or the channel bottom.

Dadurch, dass die länglichen Ausnehmungen oder die länglichen Vorsprünge mit der Mittellinie der jeweiligen Kanalwand einen spitzen Winkel einschließen, verleihen sie der Strömungsrichtung des in dem Kanal strömenden Gases eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Gases in dem Kanal. Dies ruft die gewünschte senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte wirkende Störung der ideal linearen laminaren Strömung des Gases hervor und verbessert damit den Wasseraustausch über das Wassertransfermedium. Die länglichen Ausnehmungen und/oder Vorsprünge können zum Beispiel derart angeordnet sein, dass die Strömung des Gases entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals einem spiralförmigen Verlauf folgt. Ähnliche Leitgeometrien sind z. B. von Gewehrläufen bekannt, die einer im Gewehrlauf beschleunigten Patrone einen parallel zum Gewehrlauf ausgerichteten Drehimpuls oder Drall verleihen. Die verschiedenen Ausnehmungen und/oder Vorsprünge sind im Kanal dabei vorzugsweise derart anzuordnen, dass sie dem Gasstrom jeweils einen Drall mit demselben Drehsinn verleihen.Characterized in that the elongated recesses or the elongated projections with the center line of the respective channel wall form an acute angle, they give the flow direction of the gas flowing in the channel, a velocity component perpendicular to the main flow direction of the gas in the channel. This causes the desired disruption of the ideally linear laminar flow of the gas, perpendicular to the plane of the plane of the flow plate, thereby improving water exchange across the water transfer medium. The elongated recesses and / or projections may be arranged, for example, such that the flow of the gas follows a spiral course along the main extension direction of the channel. Similar guide geometries are z. B. of rifle barrels, the a cartridge accelerated in the rifle barrel impart an angular momentum or spin aligned parallel to the rifle barrel. The various recesses and / or projections in the channel are preferably to be arranged such that they each impart a twist to the gas flow with the same direction of rotation.

Eine senkrecht zur Länge oder zur Längsrichtung der Ausnehmungen bestimmte Querschnittsfläche der Ausnehmungen kann jeweils zwischen 2 und 12 Prozent, vorzugsweise zwischen 2 und 10 Prozent eines Querschnitts des Kanals betragen. Vorzugsweise handelt es sich beim Querschnitt des Kanals, zu dem die Querschnittsfläche der Ausnehmungen ins Verhältnis gesetzt wird, um den kleinsten Querschnitt entlang des gesamten Kanalverlaufs. In Bezug auf diesen kleinsten Querschnitt wird der Querschnitt des Kanals im Bereich der Ausnehmungen also typischerweise um zwischen 2 und 12 Prozent, vorzugsweise um zwischen 2 und 10 Prozent vergrößert. Eine senkrecht zur Länge oder zur Längsrichtung der Vorsprünge bestimmte Querschnittsfläche der Vorsprünge kann jeweils ebenfalls zwischen 2 und 12 Prozent, vorzugsweise zwischen 2 und 10 Prozent des Querschnitts des Kanals betragen. Vorzugsweise handelt es sich beim Querschnitt des Kanals, zu dem die Querschnittsfläche der Vorsprünge ins Verhältnis gesetzt wird, um den größten Querschnitt entlang des gesamten Kanalverlaufs. In Bezug auf diesen größten Querschnitt wird der Querschnitt des Kanals im Bereich der Vorsprünge also typischerweise um zwischen 2 und 12 Prozent, vorzugsweise um zwischen 2 und 10 Prozent verringert.A cross-sectional area of the recesses, which is perpendicular to the length or to the longitudinal direction of the recesses, can each be between 2 and 12 percent, preferably between 2 and 10 percent, of a cross-section of the channel. Preferably, the cross-section of the channel to which the cross-sectional area of the recesses is related is the smallest cross-section along the entire passageway. With regard to this smallest cross section, the cross section of the channel in the region of the recesses is thus typically increased by between 2 and 12 percent, preferably by between 2 and 10 percent. A cross-sectional area of the projections, which is perpendicular to the length or to the longitudinal direction of the projections, can likewise each amount to between 2 and 12 percent, preferably between 2 and 10 percent, of the cross-section of the channel. Preferably, the cross-section of the channel to which the cross-sectional area of the projections is related is the largest cross-section along the entire passageway. With regard to this largest cross section, the cross section of the channel in the region of the projections is thus typically reduced by between 2 and 12 percent, preferably by between 2 and 10 percent.

Es hat sich gezeigt, dass Ausnehmungen bzw. Vorsprünge mit diesen Abmessungen geeignet sind, die gewünschte senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte wirkende Störung der ideal linearen laminaren Strömung zu erzielen, ohne die Hauptströmung des Gases im Kanal entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals zu sehr zu beeinträchtigen.It has been found that recesses or protrusions of these dimensions are capable of achieving the desired perturbation of the ideal linear laminar flow perpendicular to the plane of plan plane of the respective flow plate without overly affecting the main flow of the gas in the channel along the main direction of extension of the channel ,

Senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte beträgt eine Höhe der Vorsprünge und/oder eine Tiefe der Ausnehmungen vorzugsweise weniger als 40 Prozent einer senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte bestimmten Tiefe des Kanals. Besonders bevorzugt betragen die Höhe der Vorsprünge und/oder die Tiefe der Ausnehmungen zwischen 10 und 25 der Tiefe des Kanals. Vorzugsweise ist die Tiefe des Kanals, zu der die Tiefe der Ausnehmungen bzw. die Höhe der Vorsprünge ins Verhältnis gesetzt wird, eine kleinste Tiefe des Kanals entlang des gesamten Kanalverlaufs. In Bezug auf die durch die Ausnehmungen und/oder die Vorsprünge bewirkte Änderung des Querschnitts im Bereich der Ausnehmungen bzw. im Bereich der Vorsprünge gilt das zuvor Gesagte.Perpendicular to the plane plane of the respective flow plate, a height of the projections and / or a depth of the recesses is preferably less than 40 percent of a depth of the channel defined perpendicular to the plane of the plane of the flow plate. Particularly preferably, the height of the projections and / or the depth of the recesses are between 10 and 25 of the depth of the channel. Preferably, the depth of the channel, to which the depth of the recesses or the height of the projections is set, is a smallest depth of the channel along the entire channel course. With regard to the change in the cross section in the region of the recesses or in the region of the projections caused by the recesses and / or the projections, the above applies.

Entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals unmittelbar aufeinander folgende Ausnehmungen und/oder Vorsprünge sind vorzugsweise derart angeordnet, dass ihre einander zugewandten Enden parallel zum Querschnitt des Kanals nicht überlappen und bevorzugt beabstandet sind. Bevorzugt sind entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals unmittelbar aufeinander folgende Ausnehmungen und/oder Vorsprünge derart ausgerichtet und angeordnet, dass sie dem im Kanal strömenden Gas jeweils einen Drall mit demselben Drehsinn in Bezug auf eine Mittelachse des Kanals verleihen.Immediately succeeding recesses and / or projections along the main extension direction of the channel are preferably arranged such that their facing ends do not overlap parallel to the cross section of the channel and are preferably spaced apart. Preferably, immediately adjacent recesses and / or projections along the main extension direction of the channel are aligned and arranged such that they each impart a twist with the same direction of rotation with respect to a central axis of the channel to the gas flowing in the channel.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfassen die Leitgeometrien entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals sich erstreckende und ineinander übergehende Kanalabschnitte des Kanals, wobei ein Querschnitt des Kanals sich entlang der Kanalabschnitte jeweils in derselben Richtung verringert oder vergrößert und wobei der Übergang zwischen zwei der ineinander übergehenden Kanalabschnitte jeweils über eine Kante erfolgt. Z. B. verringert sich der Querschnitt entlang eines ersten Kanalabschnitts kontinuierlich, um sich an einer ersten Kante schlagartig zu vergrößern. An der ersten Kante geht der erste Kanalabschnitt dann in einen zweiten Kanalabschnitt über. Normalerweise ist der zweite Kanalabschnitt ebenso ausgebildet wie der erste Kanalabschnitt. Der Querschnitt des zweiten Kanalabschnitts verringert sich also typischerweise ausgehend von der ersten Kante wieder kontinuierlich, um sich an einer zweiten Kante erneut schlagartig zu vergrößern und so fort. Durch die schlagartige Vergrößerung des Querschnitts an den Kanten zwischen aufeinander folgenden Kanalabschnitten wird also normalerweise die zuvor erfolgte langsamere Verringerung des Querschnitts entlang der Kanalabschnitte kompensiert. Selbstverständlich kann entlang der Kanalabschnitte auch eine langsame Vergrößerung des Querschnitts erfolgen, die dann durch eine entsprechende schlagartige Verkleinerung des Querschnitts im Bereich der zwischen den Kanalquerschnitten angeordneten Kanten kompensiert wird.In a further embodiment, the guide geometries along the main extension direction of the channel extending and merging channel sections of the channel, wherein a cross section of the channel along the channel sections in each case in the same direction decreases or increases and wherein the transition between two of the merging channel sections each via a Edge takes place. For example, the cross-section along a first channel portion continuously decreases to abruptly increase at a first edge. At the first edge, the first channel section then merges into a second channel section. Normally, the second channel portion is formed as well as the first channel portion. The cross section of the second channel section thus typically decreases continuously again starting from the first edge, in order to abruptly increase again at a second edge, and so on. The abrupt enlargement of the cross section at the edges between successive channel sections thus normally compensates for the previously occurring slower reduction of the cross section along the channel sections. Of course, along the channel sections, a slow enlargement of the cross section can take place, which is then compensated by a corresponding abrupt reduction of the cross section in the region of the edges arranged between the channel cross sections.

Mit anderen Worten umfassen die Leitgeometrien bei dieser Ausführungsform eine Vielzahl von in wenigstens einer der Kanalseitenwände und/oder im Kanalboden ausgebildeten Kanten, wobei der Querschnitt des Kanals zwischen zwei entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals aufeinander folgenden Kanten normalerweise in derselben Richtung jeweils entweder abnimmt oder zunimmt.In other words, in this embodiment the guiding geometries comprise a plurality of edges formed in at least one of the channel side walls and / or the channel bottom, the cross section of the channel either decreasing or increasing in each case in the same direction between two consecutive edges along the main extension direction of the channel.

Bei der Kante kann es sich um eine stumpfe Kante handeln, die einen Winkel von mehr als 90° bildet. Gewöhnlich beträgt der durch die Kante gebildete Winkel jedoch höchstens 110° oder höchstens 100°. Die Kante kann auch einen rechten Winkel bilden, an dem sich der Querschnitt des Kanals diskontinuierlich ändert. Es ist sogar denkbar, dass der Winkel etwas weniger als 90° beträgt, typischerweise jedoch wenigstens 80° oder wenigstens 85°. Nach der Verringerung des Querschnitts folgt vorzugsweise eine Vergrößerung, es ist aber auch möglich, dass die Struktur immer zwei Verkleinerungen und zwei Vergrößerungen abwechseln lässt. Ebenso ist es denkbar, dass ein Kanalabschnitt mit abnehmendem oder mit zunehmendem Querschnitt an einer entsprechenden Kante in einen geraden Kanalabschnitt mit konstantem Querschnitt übergeht. Eine Kante ist dabei nicht notwendigerweise im Sinne einer scharfen Kante zu verstehen, sondern weist vorzugsweise einen Radius auf – auch in Abhängigkeit vom gewählten Werkstoff – üblicherweise von 0,05 mm bis 1 mm.The edge can be a blunt edge that makes an angle greater than 90 °. Usually, however, the angle formed by the edge is at most 110 ° or at most 100 °. The edge may also form a right angle at which the cross section of the channel changes discontinuously. It is even conceivable that the Angle is slightly less than 90 °, but typically at least 80 ° or at least 85 °. After reducing the cross-section, it is preferable to increase, but it is also possible that the structure always alternates two reductions and two magnifications. It is also conceivable that a channel section with decreasing or increasing cross section at a corresponding edge merges into a straight channel section with a constant cross section. An edge is not necessarily to be understood in terms of a sharp edge, but preferably has a radius - also depending on the selected material - usually from 0.05 mm to 1 mm.

Entscheidend ist jeweils, dass sich der Querschnitt an der Kante zwischen zwei der ineinander übergehenden Abschnitte möglichst schlagartig ändert, also vergrößert oder verringert. Dadurch wird an der Kante die gewünschte, senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte wirkende Störung der ideal linearen laminaren Strömung im Kanal hervorgerufen.It is crucial in each case that changes the cross section at the edge between two of the merging sections as abruptly as possible, ie increased or decreased. As a result, the desired, linear laminar flow in the channel, which is perpendicular to the planar surface plane of the respective flow plate, is produced at the edge.

Für die Änderung des Querschnitts des Kanals an den genannten Kanten gilt bezogen auf den kleinsten Querschnitt Amin und den größten Querschnitt Amax im Bereich der Kante normalerweise (Amax – Amin)/Amin ≤ 1, vorzugsweise 0,75 ≤ (Amax – Amin)/Amin ≤ 1, besonders vorzugsweise 0,8 ≤ (Amax – Amin)/Amin ≤ 1. Alternativ oder zusätzlich gilt normalerweise (Amax – Amin)/Amin ≤ 0,98. Der kleinste bzw. größte Querschnitt Amin und Amax im Bereich der Kante sind dabei vorzugsweise so zu verstehen, dass einer dieser beiden Querschnitte, also z. B. der kleinste Querschnitt Amin (der größte Querschnitt Amax) sich unmittelbar an der Kante befindet, während der zugehörige andere Querschnitt also hier der größte Querschnitt Amax (der kleinste Querschnitt Amin) der nächstgelegene größte bzw. kleinste Querschnitt im positiven oder negativen Kanalverlauf ist. Entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals beträgt der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Kanten typischerweise wenigstens 100 Prozent oder wenigstens 200 einer mittleren oder maximalen Tiefe des Kanals oder einer mittleren oder maximalen Breite des Kanals. Ein maximaler Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Kanten kann bis zu einem Fünffachen oder bis zu einem Zehnfachen der mittleren Tiefe oder der mittleren Breite des Kanals betragen. Wie zuvor werden die mittlere Tiefe und die mittlere Breite des Kanals dabei senkrecht bzw. parallel zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte bestimmt.For the change of the cross-section of the channel at said edges, with respect to the smallest cross-section A min and the largest cross-section A max in the region of the edge normally (A max -A min ) / A min ≤ 1, preferably 0.75 ≤ (A max - A min ) / A min ≦ 1, particularly preferably 0.8 ≦ (A max -A min ) / A min ≦ 1. Alternatively or additionally, normally (A max -Amin ) / A min ≦ 0.98. The smallest or largest cross section A min and A max in the region of the edge are preferably to be understood that one of these two cross sections, ie z. B. the smallest cross section A min (the largest cross section A max ) is located directly on the edge, while the corresponding other cross section so here the largest cross section A max (the smallest cross section A min ) the nearest largest or smallest cross section in the positive or negative channel is. Along the main span direction of the channel, the distance between two consecutive edges is typically at least 100 percent, or at least 200, of a mean or maximum depth of the channel, or a mean or maximum width of the channel. A maximum distance between two consecutive edges may be up to five times or up to ten times the mean depth or width of the channel. As before, the average depth and the mean width of the channel are determined perpendicular or parallel to the plane plane of the respective flow plate.

Die Kanalabschnitte werden typischerweise wenigstens bereichsweise durch wenigstens eine Kanalseitenwand gebildet, die parallel zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte ein sägezahnartiges Profil aufweist. Vorzugsweise werden die Kanalabschnitte wenigstens bereichsweise auf beiden Seiten durch Kanalseitenwände mit einem entsprechenden Sägezahnprofil gebildet. Alternativ oder zusätzlich können die Kanalabschnitte wenigstens bereichsweise durch einen Kanalboden gebildet werden, der senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte ein sägezahnartiges Profil aufweist. Die steilen oder steileren Flanken des sägezahnartigen Profils oder der sägezahnartigen Profile der Kanalseitenwände und/oder des Kanalbodens bilden dann typischerweise die Kanten zwischen den Kanalabschnitten. Die Ecken des „sägezahnartigen Profils” oder der „sägezahnartigen Profile” müssen nicht notwendigerweise spitz sein. Sie können durchaus wenigstens teilweise abgerundet sein. Entscheidend ist wiederum, dass sich der Querschnitt des Kanals im Bereich der durch die „Sägezähne” gebildeten Kanten wie zuvor beschrieben möglichst schlagartig ändert, so dass an den Kanten die gewünschten, senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte wirkenden Störungen der ideal linearen laminaren Strömung im Kanal auftreten.The channel sections are typically formed at least in regions by at least one channel side wall, which has a sawtooth-like profile parallel to the planar surface plane of the respective flow plate. Preferably, the channel sections are at least partially formed on both sides by channel side walls with a corresponding sawtooth. Alternatively or additionally, the channel sections may at least partially be formed by a channel bottom, which has a sawtooth-like profile perpendicular to the plane plane of the respective flow plate. The steep or steeper flanks of the saw-toothed profile or sawtooth profiles of the channel sidewalls and / or the channel bottom then typically form the edges between the channel sections. The corners of the "saw-toothed profile" or the "saw-toothed profiles" do not necessarily have to be pointed. They can certainly be at least partially rounded. Decisive again is that the cross section of the channel in the area formed by the "saw teeth" as described above abruptly changes, so that at the edges of the desired, acting perpendicular to the plane plane of the respective flow plate disturbances of the ideal linear laminar flow in the channel occur.

Das sägezahnartige Profil oder die sägezahnartigen Profile der Kanalseitenwände und/oder des Kanalbodens können entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals periodisch sein. Für eine Periodenlänge λS des sägezahnartigen Profils und eine parallel zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte bestimmte Breite B des Kanals gilt dann vorzugsweise 5·B ≤ λS ≤ 20·B, besonders vorzugsweise 10·B ≤ λS ≤ 15·B. Die Breite B kann z. B. eine maximale Breite oder eine mittlere Breite des Kanals sein.The sawtooth-like profile or sawtooth profiles of the channel side walls and / or the channel bottom may be periodic along the main direction of extension of the channel. For a period length λ S of the sawtooth-like profile and a width B of the channel determined parallel to the plane surface plane of the respective flow plate, it is then preferably 5 * B ≦ λ S ≦ 20 * B, particularly preferably 10 * B ≦ λ S ≦ 15 * B. The width B can z. B. be a maximum width or an average width of the channel.

Bei einer weiteren Ausführungsform schließen der Kanalboden des Kanals und eine der an den Kanalboden sich anschließenden Kanalseitenwände einen Winkel β ein, der sich entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals wenigstens abschnittweise ändert. Für den Winkel β gilt dabei jeweils vorzugsweise: 90° ≤ β ≤ 120°. An einer gegebenen Stelle entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals ist der Winkel β dabei z. B. jeweils in der Ebene zu bestimmen, in der die Querschnittsfläche des Kanals den kleinsten Wert annimmt. Der Winkel β kann sich wenigstens abschnittweise kontinuierlich ändern. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Winkel β an wenigstens einer Stelle diskontinuierlich ändern, wobei in der Kanalseitenwand wiederum eine Kante entsteht.In another embodiment, the channel bottom of the channel and one of the channel bottom adjoining the channel side walls include an angle β, which changes along the main extension direction of the channel at least in sections. For the angle β, in each case preferably: 90 ° ≦ β ≦ 120 °. At a given point along the main extension direction of the channel, the angle β is z. B. in each case to determine in the plane in which the cross-sectional area of the channel assumes the smallest value. The angle β can change continuously at least in sections. Alternatively or additionally, the angle β may change discontinuously at at least one point, with an edge again forming in the channel side wall.

Die Leitgeometrien umfassen bei dieser Ausführungsform also eine durch die Änderung des Winkels β beschriebene Änderung der Neigung der Kanalseitenwand gegenüber dem Kanalboden entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals. Dadurch wird die Strömung des Gases im Kanal entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals normalerweise sowohl parallel als auch senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte abgelenkt und verändert. Dadurch wird auch bei dieser Ausführungsform senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte wiederum die beabsichtigte Störung der ideal linearen laminaren Strömung des Gases im Kanal hervorgerufen, die den Gasaustausch im Kanal entlang dieser Richtung verbessert, so dass der Feuchtigkeitstransport in Richtung des Wassertransfermediums verbessert wird.The guide geometries in this embodiment thus comprise a change in the inclination of the channel side wall relative to the channel bottom along the main extension direction of the channel described by the change in the angle β. Thereby, the flow of the gas in the channel along the main extension direction of the channel is normally both parallel and perpendicular to Planar plane of the respective flow plate deflected and changed. Thereby, also in this embodiment, perpendicular to the plane plane of the flow plate, the intended disturbance of the ideally linear laminar flow of the gas in the channel is created, which improves the gas exchange in the channel along this direction, so that the moisture transport in the direction of the water transfer medium is improved.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass beide der sich an den Kanalboden anschließenden Kanalseitenwände ihre durch Winkel β1 und β2 beschriebene Neigung relativ zum Kanalboden entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals wenigstens abschnittweise gleichzeitig ändern. Wie zuvor sind die Winkel β1 und β2 an einer gegebenen Stelle entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals dabei z. B. jeweils in der Ebene zu bestimmen, in der die Querschnittsfläche des Kanals den kleinsten Wert annimmt. Der Abschnitt, in dem sich die Neigungen der Kanalseitenwände gegenüber dem Kanalboden durchgehend ändern, erstreckt sich entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals z. B. über wenigstens 25 Prozent, über wenigstens 50 Prozent, über wenigstens 2/3 oder über wenigstens 75 Prozent einer Gesamtlänge des Kanals. Die Neigungswinkel β1 und β2 können sich dabei kontinuierlich und/oder diskontinuierlich ändern. Bevorzugt ändern sich die Neigungswinkel β1 und β2 dabei derart, dass sich der Querschnitt des Kanals in diesem Abschnitt um weniger als 60 Prozent ändert, besonders vorzugsweise um weniger als 30 Prozent. Andererseits ändern sich die Neigungswinkel β1 und β2 vorzugsweise derart, dass sich der Querschnitt des Kanals in diesem Abschnitt um mehr als 5 Prozent ändert, besonders vorzugsweise um mehr als 10 Prozent.A further development envisages that both of the channel side walls adjoining the channel bottom change their inclination relative to the channel bottom along the main extension direction of the channel at least in sections at the same time, as described by angles β 1 and β 2 . As before, the angles β 1 and β 2 at a given location along the main direction of extension of the channel are e.g. B. in each case to determine in the plane in which the cross-sectional area of the channel assumes the smallest value. The portion in which the inclinations of the channel side walls with respect to the channel bottom change continuously, extending along the main extension direction of the channel z. At least 25 percent, at least 50 percent, at least 2/3 or at least 75 percent of a total length of the channel. The inclination angles β 1 and β 2 can thereby change continuously and / or discontinuously. The angles of inclination β 1 and β 2 preferably change in such a way that the cross section of the channel in this section changes by less than 60 percent, particularly preferably by less than 30 percent. On the other hand, the inclination angles β1 and β2 preferably change such that the cross section of the channel in this section changes by more than 5 percent, more preferably by more than 10 percent.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfassen die Leitgeometrien eine entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals sich ändernde Tiefe des Kanals. Wie zuvor wird die Tiefe des Kanals dabei senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte bestimmt. Z. B. ist sie durch den Abstand vom Kanalboden zum Wassertransfermedium gegeben. Die Kanaltiefe kann auch durch den Abstand vom Kanalboden zu einem Stützmedium gegeben sein, das zwischen der Strömungsplatte und dem Wassertransfermedium angeordnet ist. Eine Differenz zwischen einer maximalen Kanaltiefe und einer minimalen Kanaltiefe desselben Kanals beträgt dabei vorzugsweise weniger als 40 Prozent der maximalen Kanaltiefe, besonders vorzugsweise zwischen 10 und 25 Prozent der maximalen Kanaltiefe. Die Änderung der Kanaltiefe kann wenigstens abschnittweise kontinuierlich erfolgen. Dem Fachmann erschließt sich unmittelbar, dass auch dies eine senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte wirkende Störung der ideal linearen laminaren Strömung im Kanal hervorruft.In a further embodiment, the guiding geometries comprise a depth of the channel varying along the main direction of extension of the channel. As before, the depth of the channel is determined perpendicular to the plane plane of the respective flow plate. For example, it is given by the distance from the channel bottom to the water transfer medium. The channel depth may also be given by the distance from the channel bottom to a support medium, which is arranged between the flow plate and the water transfer medium. A difference between a maximum channel depth and a minimum channel depth of the same channel is preferably less than 40 percent of the maximum channel depth, particularly preferably between 10 and 25 percent of the maximum channel depth. The change of the channel depth can be done at least in sections continuously. The person skilled in the art immediately learns that this too causes a disturbance of the ideally linear laminar flow in the channel, which is perpendicular to the planar surface plane of the respective flow plate.

Vorzugsweise ändert sich die Kanaltiefe bei dieser Ausführungsform wenigstens abschnittweise wellenartig, z. B. wenigstens abschnittweise periodisch. Beispielsweise kann für eine Periodenlänge λT der Änderung der Kanaltiefe entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals und für eine parallel zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte bestimmte Breite B des Kanals gelten: 5·B ≤ λT ≤ 20·B, vorzugsweise 10·B ≤ λT ≤ 15·B. Die Breite B kann z. B. eine maximale oder eine mittlere Breite des Kanals sein.Preferably, the channel depth in this embodiment changes at least in sections wavelike, z. B. at least in sections periodically. For example, for a period length λ T, the change of the channel depth along the main direction of extension of the channel and for a width B of the channel determined parallel to the plane plane of the respective flow plate may be: 5 * B ≤ λ T ≤ 20 * B, preferably 10 * B ≤ λ T ≤ 15 · B. The width B can z. B. be a maximum or an average width of the channel.

Die normalerweise mit der Änderung der Kanaltiefe einhergehende Änderung des Querschnitts des Kanals kann insbesondere dazu führen, dass Gas, das in einem mit einer entsprechenden Bodenwelle versehenden ersten Kanal strömt, über einen Steg, der den ersten Kanal von einem neben dem ersten Kanal verlaufenden zweiten Kanal derselben Strömungsplatte trennt, in diesen zweiten Kanal gedrückt wird. Dies ist typischerweise dann der Fall, wenn zwischen der Strömungsplatte und dem Wassertransfermedium das oben beschriebene gasdurchlässige Stützmedium angeordnet ist. Der Gasaustausch zwischen benachbarten Kanälen derselben Strömungsplatte erfolgt dann gewöhnlich über bzw. durch das Stützmedium. Ein Gasaustausch zwischen benachbarten Kanälen derselben Strömungsplatte führt natürlich zu einer ganz besonders effektiven senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte wirkenden Störung der ideal linearen laminaren Strömung in diesen Kanälen.The change in the cross-section of the channel normally associated with the change in the channel depth may, in particular, result in gas flowing in a first channel provided with a corresponding bump via a web which separates the first channel from a second channel adjacent to the first channel the same flow plate is separated, is pressed into this second channel. This is typically the case when the gas-permeable support medium described above is arranged between the flow plate and the water transfer medium. The gas exchange between adjacent channels of the same flow plate is then usually via or through the support medium. Of course, gas exchange between adjacent channels of the same flow plate will result in a particularly effective disruption of the ideally linear laminar flow in these channels, perpendicular to the plane of the plane of the flow plate.

Um diesen Effekt zu verstärken, kann es insbesondere vorgesehen sein, dass zwei benachbarte und parallel zueinander ausgerichtete Kanäle derselben Strömungsplatte jeweils mit einer periodischen Bodenwelle der oben beschriebenen Art ausgestattet sind. Z. B. können die Bodenwellen der benachbarten Kanäle dieselbe Periodenlänge λT aufweisen. In diesem Fall wird zwischen den benachbarten Kanälen besonders viel Gas ausgetauscht, wenn die Perioden der Bodenwellen der benachbarten Kanäle gegeneinander verschoben sind, z. B. um eine Länge ΔλT, für die gilt: λT/3 ≤ ΔλT ≤ 2·λT/3, vorzugsweise ΔλT = λT/2.In order to increase this effect, it can be provided, in particular, that two adjacent and mutually parallel channels of the same flow plate are each equipped with a periodic bump of the type described above. For example, the bumps of the adjacent channels may have the same period length λ T. In this case, especially between the adjacent channels gas is exchanged when the periods of the bumps of the adjacent channels are shifted from each other, for. B. by a length Δλ T , for which applies: λ T / 3 ≤ Δλ T ≤ 2 · λ T / 3, preferably Δλ T = λ T / 2.

Typischerweise werden die Kanäle der Strömungsplatten quer zu ihrer jeweiligen Haupterstreckungsrichtung durch Stege begrenzt. Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Strömungsplatten sowohl gerade verlaufende Stege als auch gewellt verlaufende Stege aufweist. Gewöhnlich variiert eine Dicke dieser Stege entlang der Erstreckungsrichtung des jeweiligen Steges um weniger als 50 Prozent, um weniger als 30 Prozent oder um weniger als 10 Prozent. Vorzugsweise ist die Dicke dieser Stege entlang ihrer Erstreckungsrichtung wenigstens bereichsweise konstant oder durchgehend konstant. Die gewellten Stege können periodisch gewellt sein. Eine Wellenlänge λW dieser periodisch gewellten Stege kann beispielsweise in etwa durch die entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle bestimmte maximale Kanalbreite Bmax gegeben sein. So kann z. B. gelten: Bmax ≤ λW ≤ 2·Bmax. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die geraden Stege und die gewellten Stege alternierend angeordnet sind. Beispielsweise können die Stege dann derart angeordnet sein, dass die Summe der Querschnitte zweier unmittelbar benachbarter Kanäle entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle in etwa konstant ist. Dies beinhaltet dann typischerweise, dass sich der Querschnitt eines ersten der unmittelbar benachbarten Kanäle genau dann verringert, wenn sich der Querschnitt des zweiten der unmittelbar benachbarten Kanäle vergrößert und umgekehrt. Ähnlich wie im oben beschriebenen Beispiel, bei dem benachbarte Kanäle periodische Bodenwellen mit versetzter Periode aufweisen, kann eine solche Anordnung den Gasaustausch zwischen den unmittelbar benachbarten Kanälen fördern, was die Wassertransferrate des Wassertransfermediums wie beschrieben positiv beeinflusst.Typically, the channels of the flow plates are bounded by webs transverse to their respective main direction of extent. It can be provided that at least one of the flow plates has both straight webs and corrugated webs. Usually, a thickness of these webs varies along the direction of extension of the respective web by less than 50 percent, by less than 30 percent or by less than 10 percent. Preferably, the thickness of these webs along its direction of extension at least partially constant or continuously constant. The corrugated webs can be waved periodically be. A wavelength λ W of these periodically corrugated webs may, for example, be given approximately by the maximum channel width B max determined along the main extension direction of the channels. So z. B. B max ≤ λ W ≤ 2 · B max . It is particularly advantageous if the straight webs and the corrugated webs are arranged alternately. For example, the webs can then be arranged such that the sum of the cross sections of two immediately adjacent channels along the main extension direction of the channels is approximately constant. This then typically involves the cross section of a first of the immediately adjacent channels decreasing as the cross section of the second of the immediately adjacent channels increases, and vice versa. Similar to the example described above, in which adjacent channels have periodic bumps with staggered periods, such an arrangement can promote gas exchange between the immediately adjacent channels, which positively influences the water transfer rate of the water transfer medium as described.

Die Leitgeometrien können auch domartige Erhebungen umfassen, die auf dem Kanalboden und/oder an den Kanalseitenwänden angeordnet sind. Diese können z. B. mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform kombiniert werden, bei der gerade und gewellte Stege alternierend auf der Strömungsplatte angeordnet sind. Die domartigen Erhebungen können entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals in regelmäßigen Abständen angeordnet sein. Typischerweise sind auf dem Kanalboden angeordnete domartige Erhebungen bezüglich der Kanalbreite in etwa mittig angeordnet. Sie können jedoch auch von der Kanalmitte weg nahe einer der Kanalseitenwände angeordnet sein. Vorzugsweise sind die domartigen Erhebungen in Strömungsrichtung jeweils hinter dem Bereich maximaler Kanalbreite angeordnet, so dass sie eine besonders effektive Verringerung des Kanalquerschnitts bewirken. Die domartigen Erhebungen können unterschiedliche Geometrien aufweisen. Beispielsweise können sie in Draufsicht ein runde, ovale oder abgerundet-vieleckige Grundform haben; der Querschnitt kann z. B. viereckig, abgerundet-dreieckig, oder anderweitig abgerundet sein, wobei die abgerundete Seite zumindest abschnittsweise in Richtung des Wassertransfermediums weist. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese domartigen Erhebungen oder zumindest eine von ihnen in ihrer Erstreckung in Haupterstreckungsrichtung des betreffenden Kanals und/oder quer zu dieser eine sich verändernde Höhe aufweist, da hierdurch dem durchgeführten Gas besonders effektiv ein Drall verliehen werden kann.The guiding geometries may also comprise dome-shaped elevations arranged on the channel bottom and / or on the channel side walls. These can be z. B. are combined with the embodiment described above, are arranged in the straight and corrugated webs alternately on the flow plate. The dome-like projections may be arranged at regular intervals along the main extension direction of the channel. Typically, arranged on the channel bottom dome-like elevations with respect to the channel width are arranged approximately centrally. However, they can also be arranged away from the middle of the channel near one of the channel side walls. Preferably, the dome-like elevations in the flow direction are each arranged behind the region of maximum channel width, so that they bring about a particularly effective reduction of the channel cross section. The dome-like elevations may have different geometries. For example, they may have a round, oval or rounded-polygonal basic shape in plan view; the cross section can z. B. square, rounded-triangular, or otherwise be rounded, the rounded side has at least partially in the direction of the water transfer medium. In particular, it has proved to be advantageous if these dome-like elevations or at least one of them in its extension in the main extension direction of the channel in question and / or transversely to this has a changing height, as a result, the gas carried can particularly effectively impart a twist.

Werden die domartigen Erhebungen in Kombination mit Stegen zwischen den Kanälen eingesetzt, können sie sämtlich eine geringere Höhe als die Stege aufweisen, die bis zur Stützstruktur oder – falls eine solche nicht vorhanden ist – zum Wassertransfermedium reichen, wobei sie sich untereinander in ihrer Höhe unterscheiden können und auch die Höhe einer domartigen Erhebung nicht über deren gesamte Fläche gleich bleiben muss. Die Höhe der domartigen Erhebungen beträgt dabei vorzugsweise zwischen 20 und 50 Prozent der Höhe der Stege. Werden die domartigen Erhebungen jedoch auf einer Strömungsplatte ohne zusätzliche langgestreckte Stege eingesetzt, muss zumindest ein Teil der domartigen Erhebungen bis zur Stützstruktur oder – falls eine solche nichtvorhanden ist – zum Wassertransfermedium reichen.The dome-like projections used in combination with webs between the channels, they may all have a lower height than the webs, which extend to the support structure or - if one does not exist - the water transfer medium, they may differ in height with each other and the height of a dome-like elevation does not have to remain the same over its entire area. The height of the dome-like elevations is preferably between 20 and 50 percent of the height of the webs. However, if the dome-like elevations are deployed on a flow plate without additional elongated lands, at least a portion of the dome-like elevations must reach the support structure or, if one is absent, the water transfer medium.

In einer weiteren Ausführungsform können die Leitgeometrien auch unterschiedliche Höhen von kanalbegrenzenden Stegen, insbesondere auf der Hochdruckseite des Wassertransfermediums, also auf dessen trockener Seite, umfassen. Hierzu können Stege beispielsweise einen wellenförmigen Verlauf ihrer Höhen aufweisen, abschnittsweise ggf. sogar auf eine Höhe von 0 reduziert sein. Grundsätzlich ist zwar vorstellbar, sämtliche kanalbegrenzenden Stege wellenförmig zu gestalten, insbesondere mit phasenverschobenen Wellen bei einander nächstliegenden Stegen, es ist jedoch aus Stabilitätsgründen und im Hinblick auf die Dauerhaltbarkeit der Membran bevorzugt, wenn nur ein Teil der Stege, beispielsweise jeder zweite Steg, eine über seinen Verlauf variierende Höhe aufweist.In a further embodiment, the guide geometries can also comprise different heights of channel-limiting webs, in particular on the high-pressure side of the water-transfer medium, ie on its dry side. For this purpose, webs may, for example, have a wave-shaped course of their heights, sections may even be reduced to a height of 0. In principle, it is conceivable to make all channel-limiting webs wavy, in particular with phase-shifted waves at each other nearest webs, but it is preferred for stability reasons and in terms of durability of the membrane, if only a portion of the webs, for example, every other web, one about its course has varying height.

Selbstverständlich können die verschiedenen hier beschriebenen Leitgeometrien miteinander kombiniert werden. Ein und derselbe Kanal kann also Leitgeometrien unterschiedlicher Art aufweisen. Beispielsweise kann ein und derselbe Kanal sowohl einen wenigstens abschnittweise wellenartig ausgebildeten Kanalboden als auch Kanalseitenwände mit wenigstens abschnittweise sich ändernder Neigung gegenüber dem Kanalboden aufweisen. Ebenso Kanalseitenwände mit wenigstens abschnittweise sich ändernder Neigung gleichzeitig parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte ein sägezahnartiges Profil aufweisen. Ebenso können bei diesen Ausführungsformen in oder an den Kanalwänden Ausnehmungen und/oder Vorsprünge zum wenigstens teilweisen Umleiten des im Kanal strömenden Gases vorgesehen sein, wie oben beschrieben. Auch können nebeneinander auf einer Oberfläche einer Strömungsplatte angeordnete Kanäle unterschiedliche Leitgeometrien aufweisen.Of course, the various guiding geometries described here can be combined with each other. One and the same channel can therefore have guide geometries of different types. For example, one and the same channel may have an at least partially wave-like channel bottom as well as channel side walls with at least partially changing inclination relative to the channel bottom. Likewise, channel side walls with at least partially changing inclination simultaneously have a sawtooth-like profile parallel to the planar surface plane of the flow plate. Likewise, in these embodiments, recesses and / or projections for at least partially redirecting the gas flowing in the channel can be provided in or on the channel walls, as described above. Also, channels arranged side by side on a surface of a flow plate may have different guide geometries.

Ausführungsbeispiele des hier vorgeschlagenen Befeuchters sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren sind dabei nicht maßstabgetreu, insbesondere bezüglich der Verhältnisse von Breiten, Wellenlängen und Tiefen. Die Kanalgeometrien sind in den Figuren teilweise als geprägte Strukturen mit gleichbleibender Wandstärke, teilweise als gespritzte Strukturen mit massiven Zwischenbereichen oder als deren Negative dargestellt. Hiervon unabhängig sind sämtliche Kanalgeometrien sowohl für geprägte Metallplatten als auch für gespritzte Kunststoffplatten anwendbar, wobei jedoch die Wandstärken variieren. Es zeigt:Embodiments of the humidifier proposed here are shown in the figures and will be explained in more detail with reference to the following description. The figures are not to scale, in particular with regard to the ratios of widths, wavelengths and depths. The channel geometries are partly in the figures as embossed structures with constant wall thickness, partly as sprayed structures with massive intermediate areas or represented as their negatives. Irrespective of this, all channel geometries can be used for embossed metal plates as well as for injection molded plastic plates, although the wall thicknesses vary. It shows:

1 schematisch ein elektrochemisches System mit einem Kompressor, einem Befeuchter und einer Brennstoffzelleneinheit; 1 schematically an electrochemical system with a compressor, a humidifier and a fuel cell unit;

2 perspektivisch den Befeuchter aus 1 mit einer Vielzahl von Befeuchtermodulen; 2 in perspective, the humidifier 1 with a variety of humidifier modules;

3a perspektivisch eines der Befeuchtermodule aus 2; 3a in perspective one of the humidifier modules 2 ;

3b das Befeuchtermodul aus 3a in einer Explosionsdarstellung; 3b the humidifier module off 3a in an exploded view;

3c eine weitere Ausführungsform des Befeuchtermoduls aus 3a in einer Explosionsdarstellung; 3c another embodiment of the humidifier module 3a in an exploded view;

4 eine Schnittdarstellung von Kanälen einer Strömungsplatte des Befeuchtermoduls gemäß 3c, wobei die Schnittebene senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte ausgerichtet ist; 4 a sectional view of channels of a flow plate of the humidifier according to 3c wherein the sectional plane is oriented perpendicular to the plane plane of the flow plate;

5a perspektivisch die Kanäle aus 4 mit erfindungsgemäßen Leitgeometrien in Form von Vorsprüngen auf einem Boden der Kanäle aus 4; 5a in perspective, the channels 4 with guide geometries according to the invention in the form of protrusions on a bottom of the channels 4 ;

5b perspektivisch einen der Kanäle aus 4 mit und ohne erfindungsgemäße Vorsprünge, wobei jeweils ein resultierendes Strömungprofil dargestellt ist; 5b in perspective, one of the channels 4 with and without projections according to the invention, wherein in each case a resulting flow profile is shown;

6a perspektivisch die Kanäle aus 4 mit erfindungsgemäßen Leitgeometrien in Form von sägezahnartig geformten Kanalseitenwänden; 6a in perspective, the channels 4 with guide geometries according to the invention in the form of sawtooth-shaped channel side walls;

6b ein Detail eines der Kanäle aus 6a in einer Draufsicht; 6b a detail of one of the channels 6a in a plan view;

6c einen der Kanäle aus 6a in perspektivischer Darstellung, einmal mit und einmal ohne ein resultierendes Strömungsprofil im Kanal. 6c one of the channels 6a in perspective, once with and once without a resulting flow profile in the channel.

7a einer der Kanäle aus 4 in einer Draufsicht mit erfindungsgemäßen Leitgeometrien in Form von Kanalseitenwänden mit einer gegenüber dem Kanalboden sich ändernden Neigung; 7a one of the channels 4 in a plan view with inventive guide geometries in the form of channel side walls with a relation to the channel bottom changing inclination;

7b–c Querschnitte des Kanals aus 7a an unterschiedlichen Positionen entlang des Kanals; 7b -C cross sections of the canal 7a at different positions along the channel;

7d–e Abwandlungen des Kanals aus 7a in perspektivischer Darstellung mit und ohne ein resultierendes Strömungsprofil; 7d -E variations of the canal 7a in perspective view with and without a resulting flow profile;

8a–c perspektivisch die Kanäle aus 4 mit erfindungsgemäßen Leitgeometrien in Form einer Kanalbodenwelle; sowie 8a C in perspective the channels 4 with guide geometries according to the invention in the form of a channel bottom shaft; such as

9a–b benachbarte Kanäle, die durch einen gewellten Steg voneinander getrennt sind und in denen domartige Erhebungen angeordnet sind. 9a -B adjacent channels, which are separated by a corrugated web and in which dome-like elevations are arranged.

1 zeigt schematisch ein elektrochemisches System 1 mit einem Kompressor 2, einem Befeuchter 3 und einer Brennstoffzelleneinheit 4, die z. B. eine Vielzahl von Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen aufweist. Vom Kompressor 2 wird dem Befeuchter 3 über einen ersten Eingang 5 des Befeuchters 3 ein trockenes, zu befeuchtendes Prozessgas zugeführt, z. B. molekularer Wasserstoff oder molekularer Sauerstoff. Das im Befeuchter 3 befeuchtete Prozessgas wird dann über einen ersten Ausgang 6 des Befeuchters 3 an die Brennstoffzelleneinheit 4 abgegeben. Dort wird die chemische Energie unterschiedlicher Prozessgase mittels einer Vielzahl von Membranelektrodeneinheiten (MEA) in elektrische Energie umgewandelt. Der bei der Reaktion der Prozessgase in der Brennstoffzelleneinheit 4 entstehende Wasserdampf wird dem Befeuchter 3 über einen zweiten Eingang 7 zugeführt und dient dort dem Befeuchten des trockenen Prozessgases, das dem Befeuchter 3 über den ersten Eingang 5 zugeführt wird. Der entfeuchtete Wasserdampf wird über einen zweiten Ausgang 8 des Befeuchters 3 z. B. an die Umgebung abgegeben. 1 schematically shows an electrochemical system 1 with a compressor 2 , a humidifier 3 and a fuel cell unit 4 that z. B. has a plurality of hydrogen-oxygen fuel cells. From the compressor 2 gets the humidifier 3 via a first entrance 5 of the humidifier 3 a dry, to be humidified process gas fed, z. For example, molecular hydrogen or molecular oxygen. That in the humidifier 3 humidified process gas is then via a first output 6 of the humidifier 3 to the fuel cell unit 4 issued. There, the chemical energy of different process gases is converted by means of a plurality of membrane electrode units (MEA) into electrical energy. The in the reaction of the process gases in the fuel cell unit 4 resulting water vapor is the humidifier 3 via a second entrance 7 fed there and serves to moisten the dry process gas, the humidifier 3 over the first entrance 5 is supplied. The dehumidified water vapor is supplied via a second outlet 8th of the humidifier 3 z. B. delivered to the environment.

2 zeigt den Befeuchter 3 aus 1 mit einer Mehrzahl von geschichteten Befeuchtermodulen 9, die zwischen zwei Endplatten 10 und 11 geschichtet und verspannt sind. Gezeigt sind wiederum die Eingänge 5 und 7 sowie die Ausgänge 6 und 8 an der Endplatte 10 des Befeuchters 3. Hier und im Folgenden sind wiederkehrende Merkmale jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. 2 shows the humidifier 3 out 1 with a plurality of layered humidifier modules 9 between two end plates 10 and 11 layered and strained. Shown again are the inputs 5 and 7 as well as the outputs 6 and 8th at the end plate 10 of the humidifier 3 , Here and below, recurrent features are designated by the same reference numerals.

3a zeigt eines der Befeuchtermodule 9 des Befeuchters 3, das in 3b in einer Explosionsdarstellung wiedergegeben ist. Das Befeuchtermodul 9 in 3b weist eine erste Strömungsplatte 12 mit einer Vielzahl von Kanälen 13 auf. Das Befeuchtermodul 9 enthält außerdem eine zweite Strömungsplatte 14. Zwischen der ersten Strömungsplatte 12 und der zweiten Strömungsplatte 14 ist ein Wassertransfermedium 15 in Form einer Membran angeordnet. Auf diese Membran sind auf beiden Seiten Stützmedien 16a, 16b in Form von Graphitfaserpapier aufgelegt. Auch an der dem Wassertransfermedium zugewandten Seite der zweiten Strömungsplatte 14 sind Kanäle 17 nach Art der Kanäle 3 der ersten Strömungsplatte 12 angeordnet, die in 3b jedoch verdeckt sind. Nicht dargestellt sind Sicken und/oder Elastomerdichtungen, die die in etwa rechteckigen Bereiche der Strömungsplatten 12 und 14, in denen die Kanäle 13 und 17 angeordnet sind, gasdicht gegen die Umgebung abdichten. Die Kanäle 13 und 17 sind jeweils an der dem Wassertransfermedium 15 zugewandten Seite der Strömungsplatten 12 und 14 angeordnet. An der dem Wassertransfermedium zugewandten Oberseite der Kanäle 13 und 17 werden die Kanäle 13 und 17 im vorliegenden Fall somit jeweils durch die entlang der Stapelrichtung (z-Richtung) 18 beiderseits des Wassertransfermediums 15 angeordneten Stützmedien 16a, 16b begrenzt. 3a shows one of the humidifier modules 9 of the humidifier 3 , this in 3b is shown in an exploded view. The humidifier module 9 in 3b has a first flow plate 12 with a variety of channels 13 on. The humidifier module 9 also includes a second flow plate 14 , Between the first flow plate 12 and the second flow plate 14 is a water transfer medium 15 arranged in the form of a membrane. On this membrane are supported media on both sides 16a . 16b placed in the form of graphite fiber paper. Also on the water transfer medium side facing the second flow plate 14 are channels 17 by type of channels 3 the first flow plate 12 arranged in 3b however are covered. Not shown are beads and / or elastomer seals, which are the approximately rectangular areas of the flow plates 12 and 14 in which the channels 13 and 17 are arranged, gas-tight seal against the environment. The channels 13 and 17 are each at the water transfer medium 15 facing side of the flow plates 12 and 14 arranged. At the water transfer medium facing top of the channels 13 and 17 become the channels 13 and 17 in the present case in each case by the along the stacking direction (z-direction) 18 on both sides of the water transfer medium 15 arranged support media 16a . 16b limited.

Die Durchführung von Gasen in der Stapelrichtung 18 erfolgt über Durchbrüche 19 in den Strömungsplatten 12 und 14. Die Planflächenebenen der Strömungsplatten 12 und 14 sind in 3b parallel zur von der x-Achse 20 und der y-Achse 21 aufgespannten x-y-Ebene ausgerichtet. Die x-Achse 20, die y-Achse 21 und die z-Achse 18 bilden ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem. In einem Stapel mit einer Vielzahl von Befeuchermodulen nach Art des Befeuchtermoduls 9 bilden die Durchbrüche 19 Leitungen zum Führen von trockenem Gas, befeuchtetem Gas, feuchtem Gas und entfeuchtetem Gas. Die Gase in den von den Durchbrüchen 19 gebildeten Leitungen werden den Kanälen 13 und 17 zugeführt bzw. von den Kanälen 13 und 17 abgeführt, wie in 3b angedeutet. Beispielsweise gelangt Wasserdampf über den zweiten Eingang 7 in die Kanäle 13 der ersten Strömungsplatte 12. Dort gibt der Wasserdampf seine Feuchtigkeit teilweise über das Wassertransfermedium 15 an das in den Kanälen 17 der zweiten Strömungsplatte 14 geführte trockene Prozessgas ab. Der solcherart teilweise entfeuchtete Wasserdampf in den Kanälen 13 wird dann über den zweiten Ausgang 8 an die Umgebung abgegeben. In entsprechender Weise gelangt das trockene Prozessgass aus dem Kompressor 2 über den Eingang 5 in die Kanäle 17 und nimmt dort über das Wassertransfermedium 15 Feuchtigkeit des in den Kanälen 13 geführten Wasserdampfes auf. Das solcherart befeuchtete Prozessgas in den Kanälen 17 wird dann über den Ausgang 6 der Brennstoffzelleneinheit 4 zugeführt.The passage of gases in the stacking direction 18 via breakthroughs 19 in the flow plates 12 and 14 , The plane planes of the flow plates 12 and 14 are in 3b parallel to the x-axis 20 and the y-axis 21 aligned xy plane aligned. The x-axis 20 , the y-axis 21 and the z-axis 18 form a right-handed Cartesian coordinate system. In a stack with a variety of humidifier modules on the type of humidifier 9 make the breakthroughs 19 Lines for carrying dry gas, humidified gas, humid gas and dehumidified gas. The gases in those of the breakthroughs 19 formed lines become the channels 13 and 17 supplied or from the channels 13 and 17 dissipated, as in 3b indicated. For example, water vapor passes through the second input 7 into the channels 13 the first flow plate 12 , There, the water vapor partially releases its moisture via the water transfer medium 15 to that in the channels 17 the second flow plate 14 guided dry process gas. The partially dehumidified water vapor in the channels 13 will then go through the second exit 8th delivered to the environment. The dry process gas comes out of the compressor in the same way 2 over the entrance 5 into the channels 17 and takes it over the water transfer medium 15 Moisture in the channels 13 run on water vapor. The thus humidified process gas in the channels 17 will then go over the exit 6 the fuel cell unit 4 fed.

Die einzelnen Strömungsplatten bzw. auch die Befeuchtermodule des Befeuchters 3 können miteinander verklebt oder vergossen werden und/oder durch mechanische Verbindungsstrukturen wie Haken oder Clips verbunden werden (nicht dargestellt). Bei den Strömungsplatten 12 und 14 handelt es sich um einteilige Strömungsplatten aus einem korrosionsfreien metallischen Material, in welche die Kanäle 13 und 17 jeweils eingeprägt sind. Die Oberflächen der Strömungsplatten 12 und 14 sind im Bereich der Kanäle 13 und 17 ggf. hydrophil oder hydrophob beschichtet. Der vorliegende Aufbau ist großindustriell besonders einfach herstellbar, da die einzelnen Strömungsplatten im Wesentlichen baugleich sind.The individual flow plates or the humidifier modules of the humidifier 3 can be glued or potted together and / or connected by mechanical connection structures such as hooks or clips (not shown). At the flow plates 12 and 14 These are one-piece flow plates made of a non-corrosive metallic material into which the channels 13 and 17 each imprinted. The surfaces of the flow plates 12 and 14 are in the area of the channels 13 and 17 optionally hydrophilic or hydrophobic coated. The present structure is particularly easy to produce, because the individual flow plates are substantially identical in construction.

Bei der in 3b gezeigten Ausführungsform werden die Kanäle 13 an der feuchten Seite des Wassertransfermediums 15 in der positiven x-Richtung 20 von Wasserdampf durchströmt. Dagegen werden die Kanäle 17 an der trockenen Seite des Wassertransfermediums 15 in der negativen x-Richtung 20 von trockenem Prozessgas durchströmt. Bei dem in 3b gezeigten Befeuchter 3 handelt es sich somit um einen Gegenstrombefeuchter.At the in 3b The embodiment shown, the channels 13 on the moist side of the water transfer medium 15 in the positive x-direction 20 flows through water vapor. In contrast, the channels 17 on the dry side of the water transfer medium 15 in the negative x-direction 20 flows through dry process gas. At the in 3b shown humidifier 3 it is thus a counterflow humidifier.

3c zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Befeuchters 3 aus 3b. Die Ausführungsform gemäß 3c unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 3b bezüglich der Ausrichtung der Kanäle 13 der ersten Strömungsplatte 12 und der Kanäle 17 der zweiten Strömungsplatte 14 relativ zu einander. Anders als in 3b sind die Kanäle 13 und die Kanäle 17 bzw. deren Haupterstreckungsrichtungen oder Hauptströmungsrichtungen in 3c senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet. So verlaufen die Kanäle 13 in 3c im Wesentlichen parallel zur y-Achse 21, während die Kanäle 17 im Wesentlichen parallel zur x-Achse 20 ausgerichtet sind. Die Kanäle 13 und 17 haben in den 3b und 3c eine Länge von etwa 30 cm. 3c shows a modified embodiment of the humidifier 3 out 3b , The embodiment according to 3c differs from the embodiment according to 3b regarding the orientation of the channels 13 the first flow plate 12 and the channels 17 the second flow plate 14 relative to each other. Unlike in 3b are the channels 13 and the channels 17 or their main directions of extension or main flow directions in 3c arranged perpendicular or substantially perpendicular to each other. This is how the channels run 13 in 3c essentially parallel to the y-axis 21 while the channels 17 essentially parallel to the x-axis 20 are aligned. The channels 13 and 17 have in the 3b and 3c a length of about 30 cm.

Die in den 3b und 3c gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich ferner in der Anordnung der Durchbrüche 19 in den Strömungsplatten 12 und 14. Die mit den Kanälen 13 in Fluidverbindung stehenden Durchbrüche 19 der ersten Strömungsplatte 12 sind in 3c jeweils am oberen und am unteren Rand der Strömungsplatte 12 angeordnet. Sie verlaufen parallel zur x-Achse 20, also senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13. Dagegen sind die mit den Kanälen 17 in Fluidverbindung stehenden Durchbrüche 19 der zweiten Strömungsplatte 14 in 3c jeweils am linken und am rechten Rand der Strömungsplatte 14 angeordnet. Sie verlaufen parallel zur y-Achse 21, also wiederum senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 17.The in the 3b and 3c shown embodiments also differ in the arrangement of the openings 19 in the flow plates 12 and 14 , The ones with the channels 13 in fluid communication breakthroughs 19 the first flow plate 12 are in 3c each at the top and bottom of the flow plate 12 arranged. They run parallel to the x-axis 20 , ie perpendicular to the main extension direction of the channels 13 , In contrast, those with the channels 17 in fluid communication breakthroughs 19 the second flow plate 14 in 3c each on the left and on the right edge of the flow plate 14 arranged. They run parallel to the y-axis 21 , so again perpendicular to the main direction of extension of the channels 17 ,

4 zeigt einen Schnitt zweier benachbarter Kanäle 13a und 13b der ersten Strömungsplatte 12 vergleichbar 3c. 4 unterscheidet sich von 3c dadurch, dass die Strömungsplatte 12 hier aus einem thermoplastischen Polymerwerkstoff mittels Spritzprägens hergestellt ist. Die Querschnitte der Kanäle 13a, 13b sind in 4 jeweils von links oben nach rechts unten schraffiert. Die Kanäle 13a, 13b werden parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 durch einen Steg 27 voneinander getrennt. Der Steg 27 ist zwischen den Kanälen 13a, 13b angeordnet und erstreckt sich senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 bis zum Stützmedium 16a. Die Schnittebene 22 der 4 ist parallel zur x-z-Ebene ausgerichtet und in 3c schematisch wiedergegeben. Die Schnittebene 22 ist somit senkrecht zu den im Wesentlichen parallel zur y-Achse 21 verlaufenden Haupterstreckungsrichtungen der Kanäle 13a und 13b angeordnet. Ebenso ist die Schnittebene 22 senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 angeordnet, die parallel zur x-y-Ebene ausgerichtet ist. 4 shows a section of two adjacent channels 13a and 13b the first flow plate 12 comparable 3c , 4 differs from 3c in that the flow plate 12 Here is made of a thermoplastic polymer material by injection compression molding. The cross sections of the channels 13a . 13b are in 4 hatched from top left to bottom right. The channels 13a . 13b become parallel to the plane plane of the flow plate 12 through a footbridge 27 separated from each other. The jetty 27 is between the channels 13a . 13b arranged and extends perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 until the support medium 16a , The cutting plane 22 of the 4 is aligned parallel to the xz plane and in 3c shown schematically. The cutting plane 22 is thus perpendicular to the substantially parallel to the y-axis 21 extending main directions of extension of the channels 13a and 13b arranged. Likewise, the cutting plane 22 perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 arranged, which is aligned parallel to the xy plane.

Zum Wassertransfermedium 15 hin und parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 werden die Kanäle 13a, 13b an ihren Oberseiten 23a, 23b durch das zwischen der ersten Strömungsplatte 12 und dem Wassertransfermedium 15 angeordnete Stützmedium 16a begrenzt. In der vom Wassertransfermedium 15 abgewandten negativen z-Richtung 18 und parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 werden die Kanäle 13a, 13b durch Kanalböden 24a, 24b begrenzt. Senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 werden die Kanäle 13a, 13b durch Kanalseitenwände 25a, 26a bzw. 25b, 26b begrenzt. Die Kanalseitenwände 25a, 26a bzw. 25b, 26b schließen sich beiderseits der Kanalböden 24a, 24b an die Kanalböden 24a, 24b an. Hier sind die Kanalseitenwände 25a, 26a bzw. 25b, 26b gegenüber den Kanalböden 24a, 24b jeweils leicht nach außen hin geneigt. Beispielsweise schließen der Kanalboden 24a und die Kanalseitenwände 25a, 26a in der Schnittebene 22 Neigungswinkel β1 und β2 von jeweils etwa 92° ein.To the water transfer medium 15 towards and parallel to the plane plane of the flow plate 12 become the channels 13a . 13b on their tops 23a . 23b through between the first flow plate 12 and the water transfer medium 15 arranged support medium 16a limited. In the of the water transfer medium 15 remote negative z-direction 18 and parallel to the plane plane of the flow plate 12 become the channels 13a . 13b through channel bottoms 24a . 24b limited. Perpendicular or substantially perpendicular to the plane of the plane of the flow plate 12 become the channels 13a . 13b through channel side walls 25a . 26a respectively. 25b . 26b limited. The channel side walls 25a . 26a respectively. 25b . 26b close on both sides of the channel bottoms 24a . 24b to the channel bottoms 24a . 24b at. Here are the channel side walls 25a . 26a respectively. 25b . 26b opposite the canal floors 24a . 24b each slightly inclined to the outside. For example, close the channel bottom 24a and the channel side walls 25a . 26a in the cutting plane 22 Inclination angle β 1 and β 2 each of about 92 °.

Die Kanäle 13a, 13b haben in der Schnittebene 22 somit einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Eine senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 bestimmte Kanaltiefe T des Kanals 13a erstreckt sich vom Kanalboden 24a bis zum Stützmedium 16a an der Oberseite 23a des Kanals 13a. Eine parallel zur Planflächenebene bestimmte Kanalbreite B erstreckt sich von der ersten Kanalseitenwand 25a des Kanals 13a bis zur zweiten Kanalseitenwand 26a des Kanals 13a. Hier beträgt die Breite B des Kanals 13a in etwa das Doppelte der Tiefe T des Kanals 13a. Die Kanaltiefe T beträgt z. B. zwischen 0,2 mm und 4 mm, typischerweise zwischen 0,4 mm und 2 mm. Die Kanalbreite B beträgt z. B. zwischen 0,5 mm und 5 mm, typischerweise zwischen 0,5 mm und 2 mm.The channels 13a . 13b have in the cutting plane 22 thus a substantially rectangular cross-section. One perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 certain channel depth T of the channel 13a extends from the channel bottom 24a to the support medium 16a at the top 23a of the canal 13a , A channel width B determined parallel to the planar surface plane extends from the first channel side wall 25a of the canal 13a up to the second channel side wall 26a of the canal 13a , Here is the width B of the channel 13a about twice the depth T of the channel 13a , The channel depth T is z. B. between 0.2 mm and 4 mm, typically between 0.4 mm and 2 mm. The channel width B is z. B. between 0.5 mm and 5 mm, typically between 0.5 mm and 2 mm.

Was bis hier und im Folgenden nur beispielhaft zur Ausgestaltung der Kanäle 13a, 13b gesagt worden ist oder gesagt wird, kann ebenso für einige oder alle weiteren Kanäle 13 der ersten Strömungsplatte 12 und/oder für wenigstens einen der Kanäle 17 oder für alle der Kanäle 17 der zweiten Strömungsplatte 14 gelten. Grundsätzlich lassen sich auch Kanäle unterschiedlicher Ausführungsform auf einer Oberfläche derselben Strömungsplatte anordnen.What up to here and below only as an example of the design of the channels 13a . 13b has been said or said can also for some or all other channels 13 the first flow plate 12 and / or for at least one of the channels 17 or for all of the channels 17 the second flow plate 14 be valid. In principle, channels of different embodiments can also be arranged on a surface of the same flow plate.

5a zeigt eine spezielle Ausführungsform der Kanäle 13a, 13b des hier vorgeschlagenen Befeuchters 3. Die Kanäle 13a, 13b erstrecken sich bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen gerade in der positiven y-Richtung 21. Nur der Übersichtlichkeit halber sind die Kanäle 13a, 13b hier als Blöcke dargestellt, wohingegen die Strömungsplatte 12, in die die Kanäle 13a, 13b eingeprägt sind, nicht explizit gezeigt ist. Z. B. ist auch der Steg 27 zwischen den Kanälen 13a, 13b nicht dargestellt. In diesem Sinne handelt es sich bei der Darstellung der 5a um ein „Negativ”. 5a shows a specific embodiment of the channels 13a . 13b of the humidifier proposed here 3 , The channels 13a . 13b in this embodiment extend substantially straight in the positive y-direction 21 , Just for clarity, the channels 13a . 13b shown here as blocks, whereas the flow plate 12 into which the channels 13a . 13b are not explicitly shown. For example, the bridge is also 27 between the channels 13a . 13b not shown. In this sense, it is in the representation of the 5a a "negative".

In 5a entspricht die Orientierung der Kanäle 13a, 13b relativ zu den übrigen Komponenten des Befeuchtermoduls 9 im Wesentlichen der in 3c gezeigten. Selbstverständlich sind aber alle hier und im Folgenden gezeigten Ausführungsformen der Kanäle 13 und 17 gemäß 3c ebenso auf eine Anordnung gemäß 3b, also Gleich- oder Gegenstrom, übertragbar. Beispielsweise werden die Kanäle 13a, 13b an ihren dem (in 5a nicht dargestellten) Wassertransfermedium 15 zugewandten Oberseiten 23a, 23b wie in 4 durch das Stützmedium 16a begrenzt. Das Beispiel gemäß 5a unterscheidet sich von dem gemäß 3c lediglich dadurch, dass sich die Kanäle 13 in 3c wellenartig in der y-Richtung 21 erstrecken, während die Kanäle 13a, 13b in 5a einen geraden Verlauf in der y-Richtung 21 haben. Die hier und im Folgenden beschriebenen speziellen Ausgestaltungen der Kanäle können jedoch ohne Weiteres sowohl bei geraden als auch bei wellenartigen oder in anderer Weise krummlinigen Kanälen realisiert werden.In 5a corresponds to the orientation of the channels 13a . 13b relative to the other components of the humidifier module 9 essentially the in 3c shown. Of course, all embodiments shown here and below are the channels 13 and 17 according to 3c also according to an arrangement according to 3b , ie DC or countercurrent, transferable. For example, the channels become 13a . 13b at her (in 5a not shown) water transfer medium 15 facing tops 23a . 23b as in 4 through the support medium 16a limited. The example according to 5a differs from the according to 3c only by the fact that the channels 13 in 3c waving in the y direction 21 extend while the channels 13a . 13b in 5a a straight course in the y-direction 21 to have. However, the specific embodiments of the channels described here and hereinafter can be readily realized in both straight and wavy or otherwise curvilinear channels.

An den in 5a eng schraffierten Kanalböden 24a, 24b weisen die Kanäle 13a, 13b längliche Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b auf, die teilweise in die Kanäle 13a, 13b hineinragen. Bei abgewandelten Ausführungsformen können alternativ oder zusätzlich auch längliche Ausnehmungen in den Kanalböden 24a, 24b vorgesehen sein. Ebenso können entsprechende längliche Vorsprünge und/oder Ausnehmungen auch an den Kanalseitenwänden 25a, 25b, 26a, 26b vorgesehen sein. Der Anteil der Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b an einer in die tiefste Ebene der Kanäle 13a, 13b projizierten Fläche des Kanalbodens beträgt hier etwa 12 Prozent.To the in 5a narrow hatched channel bottoms 24a . 24b show the channels 13a . 13b elongated projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b on, partly in the channels 13a . 13b protrude. In modified embodiments may alternatively or additionally also elongate recesses in the channel bottoms 24a . 24b be provided. Likewise, corresponding elongated projections and / or recesses may also be provided on the channel side walls 25a . 25b . 26a . 26b be provided. The proportion of protrusions 28a . 29a . 28b . 29b . 30b at one in the deepest level of the channels 13a . 13b Projected area of the channel floor here is about 12 percent.

Die länglichen Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b sind relativ zur Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b schräg angeordnet. Insbesondere sind die länglichen Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b in 5a also relativ zur y-Richtung 21 schräg angeordnet. Dies kommt z. B. dadurch zum Ausdruck, dass die länglichen Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b mit in 5a gestrichelt dargestellten Mittellinien 31a, 31b der Kanalböden 24a, 24b jeweils einen Winkel α von etwa 50° einschließen. Die Mittellinie 31a verbindet z. B. entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 31a all diejenigen Punkte des Kanalbodens 24a, die zu den an den Kanalboden 24a angrenzenden Seitenwänden 25a, 26a jeweils denselben Abstand haben. Die Mittellinie 31b kann in analoger Weise definiert werden. Die länglichen Vorsprünge 28a, 29a im Kanal 13a und die länglichen Vorsprünge 28b, 29b, 30b im Kanal 13b sind jeweils parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet. Entlang der Haupterstreckungsrichtung des jeweiligen Kanals 13a, 13b aufeinander folgende Vorsprünge sind derart angeordnet, dass ihre einander zugewandten Enden parallel zum Kanalquerschnitt, in 5a also insbesondere entlang der x-Richtung 20 beabstandet sind oder zumindest nicht überlappen.The elongated projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b are relative to the main direction of extension of the channels 13a . 13b arranged at an angle. In particular, the elongated projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b in 5a so relative to the y-direction 21 arranged at an angle. This comes z. B. thereby expressed that the elongated projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b with in 5a dashed lines shown centerlines 31a . 31b the channel floors 24a . 24b each include an angle α of about 50 °. The midline 31a connects z. B. along the Main extension direction of the channel 31a all those points of the channel floor 24a leading to the canal floor 24a adjacent side walls 25a . 26a each have the same distance. The midline 31b can be defined in an analogous way. The elongated projections 28a . 29a in the canal 13a and the elongated projections 28b . 29b . 30b in the canal 13b are each aligned parallel or substantially parallel to each other. Along the main extension direction of the respective channel 13a . 13b successive projections are arranged such that their mutually facing ends parallel to the channel cross-section, in 5a ie in particular along the x-direction 20 are spaced apart or at least do not overlap.

Die Kanäle 13a, 13b weisen entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung jeweils eine Vielzahl derartiger Vorsprünge auf. Die Länge eines einzelnen der Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b entspricht in etwa der in 4 gezeigten Kanalbreite B. Entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b sind die Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet. Eine hier nicht gesondert hervorgehobene senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 bestimmte Höhe h der Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b beträgt hier etwa 15 Prozent der in 4 gezeigten Kanaltiefe T. Die Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b ragen also senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 um etwa 15 Prozent der Kanaltiefe T vom Kanalboden 24a, 24b in den Kanal 13a, 13b hinein. Entlang ihrer Längsrichtung weisen die Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b jeweils eine konstante maximale Höhe h in einem gleichbleibenden Dreiecksprofil auf. Eine senkrecht zur Längsrichtung der Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b bestimmte Querschnittsfläche der Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b beträgt in 5a jeweils etwa 4 Prozent des Querschnitts A des jeweiligen Kanals. Der Querschnitt A der Kanäle 13a, 13b ist jeweils in etwa durch A = T·B gegeben (4). Durch die Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b werden sowohl der Querschnitt A der Kanäle 13a, 13b als auch die entsprechenden Kanaltiefen entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b verändert.The channels 13a . 13b each have a plurality of such projections along their main extension direction. The length of a single one of the protrusions 28a . 29a . 28b . 29b . 30b is roughly equivalent to in 4 shown channel width B. Along the main extension direction of the channels 13a . 13b are the tabs 28a . 29a . 28b . 29b . 30b arranged at regular intervals from each other. A not separately highlighted here perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 certain height h of the projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b here is about 15 percent of in 4 shown channel depth T. The projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b so they protrude perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 by about 15 percent of the channel depth T from the channel bottom 24a . 24b in the channel 13a . 13b into it. Along their longitudinal direction, the projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b in each case a constant maximum height h in a constant triangular profile. A perpendicular to the longitudinal direction of the projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b certain cross-sectional area of the projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b is in 5a each about 4 percent of the cross section A of the respective channel. The cross section A of the channels 13a . 13b is given approximately by A = T · B ( 4 ). Through the projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b Both the cross-section A of the channels 13a . 13b and the corresponding channel depths along the main direction of extension of the channels 13a . 13b changed.

Die Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b in den Kanälen 13a, 13b stellen Leitgeometrien dar, die jeweils eine senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 wirkende Störung einer entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b durch die Kanäle 13a, 13b fließenden ideal linearen laminaren Gasströmung verursachen. Beispielsweise sind die Vorsprünge 28a, 29a, 28b, 29b, 30b aufgrund ihrer Anordnung geeignet, einem in der positiven y-Richtung 21 durch die Kanäle 13a, 13b fließenden Gasstrom entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b jeweils ein in etwa spiralförmiges Strömungsprofil aufzuprägen. Dies ist in 5a durch Pfeile 42a, 42b angedeutet, die in Bezug auf Kanalmittelachsen 40a, 40b jeweils denselben Drehsinn aufweisen. Nur zur besseren Darstellung des Verlaufs der Kanalmittelachsen 40a, 40b sind zusätzlich Punkte 41a, 41b dargestellt, an denen die Kanalmittelachsen 40a, 40b die von links unten nach rechts oben schraffierten Kanalquerschnittsflächen jeweils schneiden. Dadurch wird der Gasaustausch und damit die Feuchtigkeitsleitung innerhalb der Kanäle 13a, 13b senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 entscheidend verbessert. Wie eingangs erklärt führt dies zu einer Erhöhung des Wassertransfers zwischen den Wasserdampf führenden Kanälen 13 der ersten Strömungsplatte 12 und den trockenes Prozessgas führenden Kanälen 17 der zweiten Strömungsplatte 14 über das Wassertransfermedium 15 (3a, 3b).The projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b in the channels 13a . 13b represent Leitgeometrien, each one perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 acting disturbance one along the main extension direction of the channels 13a . 13b through the channels 13a . 13b flowing ideally linear laminar gas flow cause. For example, the projections 28a . 29a . 28b . 29b . 30b due to their arrangement, one in the positive y-direction 21 through the channels 13a . 13b flowing gas flow along the main direction of extension of the channels 13a . 13b each impose a roughly spiral flow profile. This is in 5a through arrows 42a . 42b indicated with respect to channel centerlines 40a . 40b each have the same direction of rotation. Only for better representation of the course of the channel centerlines 40a . 40b are additional points 41a . 41b shown in which the channel centerlines 40a . 40b intersect each of the channel cross-sectional areas hatched from bottom left to top right. As a result, the gas exchange and thus the moisture flow within the channels 13a . 13b perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 decisively improved. As explained above, this leads to an increase in the water transfer between the water vapor-carrying channels 13 the first flow plate 12 and the dry process gas leading channels 17 the second flow plate 14 over the water transfer medium 15 ( 3a . 3b ).

5b zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Kanals 13b der Strömungsplatte 12 aus 5a. Dargestellt ist jeweils ein Teil der Strömungsplatte 12, in den der Kanal 13b eingeprägt ist. Im Gegensatz zur Darstellung gemäß 5a handelt es sich bei der Darstellung gemäß 5b also um eine „positive” Darstellung des Kanals. Oben in 5b ist ein Abschnitt 40 des Kanals 13b gezeigt, in dem keine erfindungsgemäßen Vorsprünge angeordnet sind, so dass eine ideal lineare laminare Strömung resultiert, hier dargestellt durch gerade und parallel verlaufende Strömungslinien 42. Unten in 5b ist ein Abschnitt 41 des Kanals 13b gezeigt, in dem ein erfindungsgemäßer Vorsprung 28b auf dem Kanalboden 24b angeordnet ist, so dass entlang der z-Richtung 18, also senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12, eine Störung der ideal linearen laminaren Strömung resultiert. Das resultierende, entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b spiralförmig sich windende Strömungsprofil ist durch entsprechende Strömungslinien 43 dargestellt. Es wird dabei deutlich, dass die ideal lineare laminare Strömung zwar gestört ist, aber nicht in dem Maße, dass eine turbulente Strömung resultieren würde. Insbesondere lässt sich die Störung der Schichtung erkennen, während keinerlei Wirbel erkennbar sind. 5b shows a modified embodiment of the channel 13b the flow plate 12 out 5a , Shown is in each case a part of the flow plate 12 into the canal 13b is impressed. In contrast to the representation according to 5a is it in the representation according to 5b So a "positive" representation of the channel. Top in 5b is a section 40 of the canal 13b shown in which no protrusions according to the invention are arranged, so that an ideal linear laminar flow results, represented here by straight and parallel flow lines 42 , Down in 5b is a section 41 of the canal 13b shown in which a projection according to the invention 28b on the canal floor 24b is arranged so that along the z-direction 18 , ie perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 , a disturbance of the ideal linear laminar flow results. The resulting, along the main extension direction of the channel 13b spirally winding flow profile is through corresponding flow lines 43 shown. It becomes clear that the ideally linear laminar flow is disturbed, but not to the extent that a turbulent flow would result. In particular, the disturbance of the stratification can be recognized, while no whirls are recognizable.

6a zeigt eine weitere Ausführungsform der Kanäle 13a, 13b der ersten Strömungsplatte 12 in perspektivischer Darstellung. Wie in 5a sind die Kanäle 13a, 13b in 6a als Blöcke und damit als „Negativ” dargestellt. Die relative Anordnung der Kanäle 13a, 13b in 6a zu den übrigen Komponenten des Befeuchtermoduls 9 entspricht wieder beispielhaft derjenigen der 3c. Auch in 6a ist die Planflächenebene der Strömungsplatte 12 also parallel zur x-y-Ebene ausgerichtet. Die schraffiert dargestellten Kanalquerschnitte verlaufen parallel zur x-z-Ebene und damit senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12. Wiederum nicht explizit gezeigt ist die Strömungsplatte 12 selbst, in welche die Kanäle 13a, 13b eingeformt sind. Der Übersichtlichkeit halber ebenfalls nicht gezeigt sind der Steg 27 zwischen den Kanälen 13a, 13b und das Stützmedium 16a, das die Kanäle 13a, 13b in der positiven z-Richtung begrenzt. Im Folgenden wird beispielhaft die Struktur des Kanals 13b in 6a beschrieben. Der Kanal 13a weist in 6a die gleiche Struktur auf wie der Kanal 13b. 6a shows a further embodiment of the channels 13a . 13b the first flow plate 12 in perspective view. As in 5a are the channels 13a . 13b in 6a represented as blocks and thus as "negative". The relative arrangement of the channels 13a . 13b in 6a to the other components of the humidifier module 9 again exemplifies that of the 3c , Also in 6a is the plane plane of the flow plate 12 aligned parallel to the xy plane. The hatched cross-sections shown are parallel to the xz plane and thus perpendicular to the plane of the plane of the flow plate 12 , Again not explicitly shown is the flow plate 12 itself, in which the channels 13a . 13b are formed. For clarity, also not shown are the bridge 27 between the channels 13a . 13b and the support medium 16a that the channels 13a . 13b limited in the positive z-direction. The following is an example of the structure of the channel 13b in 6a described. The channel 13a points in 6a the same structure as the channel 13b ,

Die Kanalseitenwände 25b, 26b des Kanals 13b sind auch in 6a im Wesentlichen parallel zur y-z-Ebene und damit im Wesentlichen senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 ausgerichtet. Parallel zur x-y-Ebene und damit parallel zur Planflächenflächenebene der Strömungsplatte 12 weisen die Kanalseitenwände 25b, 26b ein sägezahnartiges Profil auf. Die Kanalseitenwände 25b, 26b weisen also entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b, hier entlang der y-Richtung 21, eine Vielzahl von Kanten K1, K2, K3, K4 usw. beziehungsweise L1, L2, L3, L4 usw. auf, an denen sich der Querschnitt A des Kanals 13b abrupt ändert. Dabei liegen die Kanten K1, K2, K3, K4 usw. der ersten Kanalseitenwand 25b den Kanten L1, L2, L3, L4 usw. der zweiten Kanalseitenwand 26b einander jeweils gegenüber. Dadurch wird die Änderung des Querschnitts A des Kanals 13b an der entsprechenden Position entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b noch verstärkt. Die Kanten K1, K2, K3, K4, L1, L2, L3, L4 usw. sind entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b in gleichmäßigen Abständen angeordnet. Hier beträgt der Abstand zweier aufeinander folgender Kanten derselben Kanalseitenwand jeweils in etwa 1,5·Bmax, wobei Bmax die parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 bestimmte maximale Breite des Kanals 13b ist.The channel side walls 25b . 26b of the canal 13b are also in 6a substantially parallel to the yz-plane and thus substantially perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 aligned. Parallel to the xy plane and thus parallel to the planar surface plane of the flow plate 12 have the channel side walls 25b . 26b a sawtooth profile. The channel side walls 25b . 26b thus point along the main extension direction of the channel 13b , here along the y-direction 21 , a plurality of edges K1, K2, K3, K4, etc., and L1, L2, L3, L4, etc., at which the cross-section A of the channel 13b changes abruptly. The edges are K1, K2, K3, K4, etc. of the first channel side wall 25b the edges L1, L2, L3, L4, etc. of the second channel sidewall 26b opposite each other. This will change the cross section A of the channel 13b at the corresponding position along the main direction of extension of the channel 13b even stronger. The edges K1, K2, K3, K4, L1, L2, L3, L4, etc. are along the main extension direction of the channel 13b arranged at regular intervals. Here, the distance between two successive edges of the same channel side wall is in each case approximately 1.5 · B max , where B max is parallel to the plane of the plane of the flow plate 12 certain maximum width of the channel 13b is.

Zwischen je zwei aufeinander folgenden Kanten befinden sich Kanalabschnitte M1, M2, M3 usw., die jeweils gleich ausgebildet sind. Die Sägezahnprofile der Kanalseitenwände 25b, 26b weisen somit entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b jeweils eine periodische Struktur auf. Die Wellenlänge λS dieser periodischen Struktur beträgt hier z. B. λS = 10·Bmax, wobei Bmax die parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 bestimmte maximale Breite des Kanals 13b ist. Die Kanalabschnitte M1, M2, M3 usw. gehen an den Kanten ineinander über. Beispielsweise gehen die Kanalabschnitte M1 und M2 an den einander gegenüberliegenden Kanten K2 und L2 ineinander über. In den Kanalabschnitten M1, M2, M3 verringert sich der Querschnitt A des Kanals 13b jeweils in der positiven y-Richtung 21. An den Kanten nimmt der Querschnitt A des Kanals 13b in der positiven y-Richtung 21 also jeweils abrupt zu.Between each two consecutive edges are channel sections M1, M2, M3, etc., which are each formed the same. The sawtooth profiles of the channel side walls 25b . 26b thus point along the main extension direction of the channel 13b each have a periodic structure. The wavelength λ S of this periodic structure is here z. B. λ S = 10 · B max , where B max is parallel to the plane plane of the flow plate 12 certain maximum width of the channel 13b is. The channel sections M1, M2, M3, etc. merge into one another at the edges. For example, the channel sections M1 and M2 merge into one another at the opposite edges K2 and L2. In the channel sections M1, M2, M3, the cross section A of the channel decreases 13b each in the positive y-direction 21 , At the edges takes the cross section A of the channel 13b in the positive y-direction 21 so abruptly too.

Die Ausgestaltung der Kanten zwischen den Kanalabschnitten M1, M2, M3 usw. ist in 6b schematisch dargestellt. 6b zeigt eine Draufsicht auf den Kanal 13b aus 6a, insbesondere auf den Kanal 13b im Bereich der Kanten K2 und L2 zwischen den Kanalabschnitten M1 und M2. Die übrigen Kanten des Kanals 13b sind in der gleichen Weise ausgebildet.The configuration of the edges between the channel sections M1, M2, M3, etc. is in 6b shown schematically. 6b shows a plan view of the channel 13b out 6a , especially on the canal 13b in the region of the edges K2 and L2 between the channel sections M1 and M2. The remaining edges of the channel 13b are formed in the same way.

Deutlich zu erkennen ist, wie sich der senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 bestimmte Querschnitt A des Kanals 13b im Abschnitt M1 in der positiven y-Richtung verringert, bis er im Bereich der Kanten K2, L2 einen minimalen Wert Arm annimmt. Die Kanten K2, L2 sind stumpf ausgebildet. An den Kanten K2, L2 bilden die Kanalseitenwände 25b, 26b in der x-y-Ebene und damit parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 also jeweils einen Winkel γ, der etwas größer ist als 90°, hier z. B. etwa 95°. Ausgehend von der Ebene des minimalen Querschnitts Amin nimmt der Querschnitt A des Kanals 13b sodann in der positiven y-Richtung 21 zu, bis er einen maximalen Wert Amax annimmt. Für Amin und Amax soll hier gelten: (Amax – Amin)/Amin = 0,9. Die entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b bestimmte maximale Distanz d, innerhalb derer sich der Querschnitt A im Bereich der Kante K2, L2 von seinem kleinsten Wert Amin auf seinen größten Wert Amax vergrößert, beträgt hier weniger als 0,1·λS, wobei λS wie oben beschrieben definiert sein soll. Es gilt also: d ≤ 0,1·λS. Ausgehend von Amax nimmt der Querschnitt A im Kanalabschnitt M2 daraufhin wieder in der positiven y-Richtung 21 ab usw.It can be clearly seen how the plane perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 certain cross section A of the channel 13b is reduced in the section M1 in the positive y-direction until it assumes a minimum value arm in the region of the edges K2, L2. The edges K2, L2 are formed blunt. At the edges K2, L2 form the channel side walls 25b . 26b in the xy plane and thus parallel to the plane plane of the flow plate 12 So in each case an angle γ, which is slightly larger than 90 °, here z. B. about 95 °. Starting from the plane of the minimum cross section A min , the cross section A of the channel increases 13b then in the positive y-direction 21 until it assumes a maximum value A max . For A min and A max the following applies: (A max - A min ) / A min = 0.9. The along the main extension direction of the channel 13b certain maximum distance d, within which the cross-section A in the region of the edge K2, L2 increases from its smallest value A min to its maximum value A max , is less than 0.1 · λ S , where λ S is defined as described above should be. It is therefore: d ≤ 0.1 · λ S. Starting from A max , the cross-section A in the channel section M2 then returns in the positive y-direction 21 from etc.

Durch die abrupte Änderung des Querschnitts A im Bereich der Kanten K1, L1, K2, L2 usw. entstehen im Bereich der Kanten wiederum jeweils senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 wirkende Störungen der ideal linearen laminaren Strömung des im Kanal 13b strömenden Gases. Die Kanten zwischen den Kanalabschnitten M1, M2, M3 usw. bilden also wiederum Leitgeometrien im Kanal 13b, die insbesondere senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12, in 6b also insbesondere senkrecht zur Zeichenebene, jeweils Störungen der ideal linearen laminaren Strömung des im Kanal 13b geführten Gasstromes bewirken. Wie zuvor beschrieben wird die Wassertransferrate des Befeuchters 3 dadurch erheblich verbessert.Due to the abrupt change in the cross section A in the region of the edges K1, L1, K2, L2, etc., in the region of the edges in each case again arise perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 acting disturbances of the ideally linear laminar flow in the channel 13b flowing gas. The edges between the channel sections M1, M2, M3, etc. thus again form guide geometries in the channel 13b , in particular perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 , in 6b ie in particular perpendicular to the plane of the drawing, in each case disturbances of the ideally linear laminar flow in the channel 13b effect guided gas flow. As described above, the water transfer rate of the humidifier 3 significantly improved.

6c zeigt eine perspektivische Ansicht des Kanals 13b aus 6a, und zwar im Gegensatz zur Darstellung der 6a wieder in einer „positiven” Darstellung, also als Einprägung in die Strömungsplatte 12 (vgl. 5b). Im oberen Teil der Figur ist der Kanal 13b ohne ein darin strömendes Gas gezeigt. Im unteren Teil der Figur sind Strömungslinien 44 eines im Kanal 13b strömenden Gases illustriert. Am wellenartigen Verlauf der Strömungslinien 44 ist die Störung der ideal linearen laminaren Strömung senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 erkennbar. Diese Störung wird hier durch die Kanten K1, K2, K3, K4, L1, L2, L3, L4 usw. und durch die dazwischen liegenden Kanalabschnitte M1, M2, M3 usw. mit sich in der positiven y-Richtung 21 jeweils verringerndem Querschnitt bewirkt. 6c shows a perspective view of the channel 13b out 6a , in contrast to the representation of 6a again in a "positive" representation, ie as an impression in the flow plate 12 (see. 5b ). In the upper part of the figure is the channel 13b without a gas flowing therein. In the lower part of the figure are flow lines 44 one in the channel 13b flowing gas illustrates. At the wave-like course of the streamlines 44 is the disorder of the ideally linear laminar flow perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 recognizable. This disorder is here by the edges K1, K2, K3, K4, L1, L2, L3, L4, etc., and by the intervening channel sections M1, M2, M3, etc. in the positive y-direction 21 each reducing cross section causes.

7a–c zeigen eine weitere Ausführungsform des Kanals 13b der ersten Strömungsplatte 12. Die relative Anordnung des Kanals 13b in den 7a–c zu den übrigen Komponenten des Befeuchtermoduls 9 entspricht beispielhaft wieder derjenigen der 3c. Die hier nur beispielhaft für den Kanal 13b gezeigte Ausführungsform ist natürlich ebenso auf die übrigen der Kanäle 13 der ersten Strömungsplatte 12 und/oder auf die Kanäle 17 der zweiten Strömungsplatte 14 übertragbar. 7a zeigt eine Draufsicht auf den Kanal 13b, die Blickrichtung ist in 7a also die negative z-Richtung 18. Die 7b und 7c zeigen Querschnitte des Kanals 13b aus 7a senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12. Die wird jeweils anhand der in den 7a–c dargestellten Koordinatensysteme deutlich. Die Schnittebenen bzw. Bildebenen der 7b und 7c sind in 7a durch gestrichelte Linien A-A und B-B hervorgehoben. 7a C show another embodiment of the channel 13b the first flow plate 12 , The relative arrangement of the channel 13b in the 7a -C to the other components of the humidifier module 9 corresponds again exemplified that of 3c , These are just examples of the channel 13b Of course, the embodiment shown is also on the other of the channels 13 the first flow plate 12 and / or on the channels 17 the second flow plate 14 transferable. 7a shows a plan view of the channel 13b , the line of sight is in 7a So the negative z-direction 18 , The 7b and 7c show cross sections of the canal 13b out 7a perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 , The is in each case based on the in the 7a -C shown coordinate systems clearly. The cutting planes or image planes of the 7b and 7c are in 7a highlighted by dashed lines AA and BB.

Die anhand der 7a–c illustrierte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass Neigungswinkel β1 und β2, die die Kanalseitenwände 25b und 26b jeweils mit dem Kanalboden 24b einschließen, sich entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b ändern. Hier ändern sie sich insbesondere kontinuierlich. In der Draufsicht der 7a sind die Veränderungen der Kanalseitenwände 25b und 26b schraffiert dargestellt. Die Tatsache, dass sich die Neigungswinkel β1 und β2 der Kanalseitenwände 25b, 26b relativ zum Kanalboden 24b entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b, hier also in der positiven y-Richtung 21, kontinuierlich ändern, kommt in 7a dadurch zum Ausdruck, dass die oberen Enden 32b, 33b der Kanalseitenwände 25b, 26b, die dem Wasseraustauschmedium 15 zugewandt sind, parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12, also parallel zur x-y-Ebene, wellenförmig oder sinusförmig verlaufen.The basis of the 7a C illustrated embodiment is characterized in that inclination angles β 1 and β 2 , which are the channel side walls 25b and 26b each with the channel bottom 24b along the main direction of extension of the channel 13b to change. Here they change in particular continuously. In the plan view of 7a are the changes of the channel sidewalls 25b and 26b hatched shown. The fact that the inclination angles β 1 and β 2 of the channel side walls 25b . 26b relative to the channel bottom 24b along the main extension direction of the channel 13b , here in the positive y-direction 21 , continuously change, comes in 7a characterized in that the upper ends 32b . 33b the channel side walls 25b . 26b that is the water exchange medium 15 facing, parallel to the plane plane of the flow plate 12 , so parallel to the xy plane, wavy or sinusoidal.

7b zeigt einen Querschnitt des Kanals 13b aus 7a entlang einer Ebene A-A, die senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 ausgerichtet ist. In der Ebene A-A schließt die erste Kanalseitenwand 25b mit dem Kanalboden 24b einen ersten Neigungswinkel β1 von etwa 90° ein. Dagegen schließt die zweite Kanalseitenwand 26b mit dem Kanalboden 24b in derselben Ebene A-A einen zweiten Neigungswinkel β2 von etwa 105° ein. 7b shows a cross section of the channel 13b out 7a along a plane AA, which is perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 is aligned. In level AA, the first channel sidewall closes 25b with the channel bottom 24b a first inclination angle β 1 of about 90 °. In contrast, the second channel side wall closes 26b with the channel bottom 24b in the same plane AA a second inclination angle β 2 of about 105 °.

7c zeigt einen Querschnitt des Kanals 13b aus 7a entlang einer weiteren Ebene B-B, die senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 ausgerichtet ist. In der Ebene B-B schließt die erste Kanalseitenwand 25b mit dem Kanalboden 24b einen ersten Neigungswinkel β1 von etwa 105° ein. Dagegen schließt die zweite Kanalseitenwand 26b mit dem Kanalboden 24b in derselben Ebene B-B einen zweiten Neigungswinkel β2 von etwa 90° ein. 7c shows a cross section of the channel 13b out 7a along another plane BB, which is perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 is aligned. In level BB, the first channel sidewall closes 25b with the channel bottom 24b a first inclination angle β 1 of about 105 °. In contrast, the second channel side wall closes 26b with the channel bottom 24b in the same plane BB a second inclination angle β 2 of about 90 °.

Selbstverständlich ist es ebenso denkbar, dass sich die Neigungswinkel β1 und/oder β2 nicht oder nicht nur kontinuierlich ändern, wie in den 7a–c gezeigt, sondern auch diskontinuierlich. Auf diese Weise entstehen kantenartige Strukturen an den Kanalseitenwänden. Es ist auch denkbar, dass sich in einem gegebenen Abschnitt des Kanals 13b nur einer der Neigungswinkel β1, β2 ändert oder beide Neigungswinkel β1, β2 sich in unterschiedlichem Ausmaß ändern, was dann mit einer Änderung des Querschnitts A des Kanals 13b einhergeht.Of course, it is also conceivable that the inclination angle β 1 and / or β 2 does not change or not only continuously, as in the 7a -C, but also discontinuously. In this way, edge-like structures are created on the channel side walls. It is also conceivable that in a given section of the channel 13b only one of the inclination angles β 1 , β 2 changes or both inclination angles β 1 , β 2 change to different degrees, which then changes with a change in the cross section A of the channel 13b accompanied.

Die Neigungswinkel β1 und/oder β2 ändern sich entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b typischerweise derart, dass der Querschnitt A des Kanals 13b konstant bleibt oder nahezu konstant bleibt. Dies bedeutet, dass der Neigungswinkel β1 entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b zunimmt, wenn der Neigungswinkel β2 in demselben Abschnitt des Kanals 13b und in derselben Richtung entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b abnimmt und umgekehrt. Vorzugsweise ändern sich die Neigungswinkel β1 und/oder β2 bei abgewandelten Ausführungsformen jeweils derart, dass der Querschnitt A des Kanals 13b entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b um höchstens 60 Prozent variiert, vorzugsweise um höchstens 30 Prozent, vorzugsweise um mindestens 5 Prozent, besonders bevorzugt um mindestens 10 Prozent.The inclination angles β 1 and / or β 2 change along the main extension direction of the channel 13b typically such that the cross section A of the channel 13b remains constant or remains almost constant. This means that the inclination angle β 1 along the main extension direction of the channel 13b increases when the inclination angle β 2 in the same section of the channel 13b and in the same direction along the main direction of extension of the channel 13b decreases and vice versa. Preferably, the angles of inclination β 1 and / or β 2 in modified embodiments each change such that the cross-section A of the channel 13b along the main extension direction of the channel 13b varies by a maximum of 60 percent, preferably at most 30 percent, preferably at least 5 percent, more preferably at least 10 percent.

Die in den 7a–c beschriebene Änderung der Neigung der Kanalseitenwände 25b, 26b relativ zum Kanalboden 24b lenkt das im Kanal 13b strömende Gas typischerweise sowohl parallel als auch senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 ab. Dies bewirkt insbesondere senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 die gewünschte Störung der ideal linearen laminaren Strömung des Gases im Kanal 13b mit den beschriebenen vorteilhaften Auswirkungen auf die Wassertransferrate zwischen den Kanälen 13 und 17 beiderseits des Wassertransfermediums 15.The in the 7a -C described change in the slope of the channel side walls 25b . 26b relative to the channel bottom 24b steers that in the channel 13b flowing gas typically both parallel and perpendicular to the plane surface plane of the flow plate 12 from. This causes in particular perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 the desired disturbance of the ideally linear laminar flow of the gas in the channel 13b with the described advantageous effects on the water transfer rate between the channels 13 and 17 on both sides of the water transfer medium 15 ,

Die 7d und 7e zeigen perspektivische Ansichten von abgewandelten Ausführungsformen des Kanals 13b aus den 7a–c, und zwar wiederum in einer „positiven” Darstellung, also als Einprägung in die Strömungsplatte 12. Gezeigt sind jeweils Querschnitte 50, 51, 52 (7d) bzw. 53, 54 (7e) des Kanals 13b an verschiedenen Positionen entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b. Zu erkennen ist dabei, dass sich die Neigungswinkel β1, β2 der Kanalseitenwände 25b, 26b relativ zum Kanalboden 24b entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b ändern. Die dadurch bewirkte, entlang der z-Richtung 18 ausgerichtete Störung der ideal linearen laminaren Strömung im Kanal 13b ist am gewellten Verlauf der entsprechenden Strömungslinien 45 (7d) bzw. 46 (7e) zu erkennen.The 7d and 7e show perspective views of modified embodiments of the channel 13b from the 7a -C, again in a "positive" representation, ie as an impression in the flow plate 12 , Shown are each cross sections 50 . 51 . 52 ( 7d ) respectively. 53 . 54 ( 7e ) of the channel 13b at different positions along the main direction of extension of the channel 13b , It can be seen that the inclination angle β 1 , β 2 of the channel side walls 25b . 26b relative to the channel bottom 24b along the main extension direction of the channel 13b to change. The result effected, along the z-direction 18 aligned disturbance of the ideally linear laminar flow in the channel 13b is at the wavy course of the corresponding flow lines 45 ( 7d ) respectively. 46 ( 7e ) to recognize.

Weitere Ausführungsformen der Kanäle 13a, 13b sind in den 8a–c beschrieben. Auch diese Ausführungsformen sind selbstverständlich ohne Weiteres auf die übrigen der Kanäle 13 der ersten Strömungsplatte 12 und/oder auf die Kanäle 17 der zweiten Strömungsplatte 14 übertragbar. Die relative Anordnung der Kanäle 13a, 13b in den 8a–c zu den übrigen Komponenten des Befeuchtermoduls 9 entspricht beispielhaft wieder derjenigen der 3c. Wie zuvor sind die Kanäle 13a, 13b der besseren Darstellbarkeit halber als Blöcke dargestellt. Nicht gezeigt ist dagegen die Strömungsplatte 12, in die die Kanäle 13a, 13b eingeprägt sind. Insbesondere ist der Steg 27 zwischen den Kanälen 13a, 13b nicht gezeigt.Further embodiments of the channels 13a . 13b are in the 8a -C described. Of course, these embodiments are also readily applicable to the rest of the channels 13 the first flow plate 12 and / or on the channels 17 the second flow plate 14 transferable. The relative arrangement of the channels 13a . 13b in the 8a -C to the other components of the humidifier module 9 corresponds again exemplarily that of the 3c , As before, the channels 13a . 13b for the sake of clarity, are shown as blocks. Not shown, however, is the flow plate 12 into which the channels 13a . 13b are impressed. In particular, the bridge is 27 between the channels 13a . 13b Not shown.

Die in den 8a–c gezeigten Ausführungsformen der Kanäle 13a, 13b zeichnen sich durch eine entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b sich ändernde Kanaltiefe T aus. Die Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b verläuft in den 8a–c wieder parallel zur y-Achse 21. Die Kanaltiefe T wird senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 bestimmt, in den 8a–c also jeweils entlang der z-Richtung 18. Die Kanaltiefe T erstreckt sich z. B. vom Kanalboden 24a, 24b bis zum Stützmedium 16a, das die Kanäle 13a, 13b zum Wassertransfermedium 15 hin begrenzt. Bei den Ausführungsformen gemäß den 8a–c beträgt eine Differenz zwischen einer entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b bestimmten minimalen Kanaltiefe Tmin und einer entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b bestimmten maximalen Kanaltiefe Tmax jeweils zwischen 10 und 25 Prozent der maximalen Kanaltiefe. Es gilt also jeweils: 0,1·Tmax ≤ Tmax – Tmin ≤ 0,25·Tmax.The in the 8a C shown embodiments of the channels 13a . 13b are characterized by a along the main extension direction of the channels 13a . 13b changing channel depth T off. The main extension direction of the channels 13a . 13b runs in the 8a -C again parallel to the y-axis 21 , The channel depth T becomes perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 certainly, in the 8a In each case along the z-direction 18 , The channel depth T extends z. B. from the channel bottom 24a . 24b to the support medium 16a that the channels 13a . 13b to the water transfer medium 15 limited. In the embodiments according to the 8a -C is a difference between one along the main direction of extension of the channels 13a . 13b certain minimum channel depth T min and one along the main direction of extension of the channels 13a . 13b certain maximum channel depth T max in each case between 10 and 25 percent of the maximum channel depth. The following applies: 0.1 · T max ≤ T max - T min ≤ 0.25 · T max .

In den Beispielen der 8a–c erfolgt die Modulation der Kanaltiefe T der Kanäle 13a, 13b entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b jeweils periodisch mit einer Periodenlänge λT. Für die Periodenlänge λT gilt dabei vorzugsweise: 10·B ≤ λT ≤ 15·B, wobei B eine parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 bestimmte Breite des jeweiligen Kanals 13a, 13b ist. In 8a erfolgt die Modulation der Kanaltiefe T z. B. in etwa sinusartig. Die Kanalböden 24a, 24b haben dort also jeweils einen wellenartigen Verlauf.In the examples of 8a -C is the modulation of the channel depth T of the channels 13a . 13b along the main extension direction of the channels 13a . 13b each periodically with a period length λ T. For the period length λ T, the following applies: 10 × B ≦ λ T ≦ 15 × B, where B is one parallel to the plane plane of the flow plate 12 certain width of the respective channel 13a . 13b is. In 8a the modulation of the channel depth T z occurs. B. approximately sinusoidal. The channel bottoms 24a . 24b So there each have a wave-like course.

Natürlich muss die Modulation der Kanaltiefe nicht periodisch oder kontinuierlich erfolgen, wie in den 8a–c gezeigt. Ebenso ist es denkbar, dass die Änderung der Kanaltiefe entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b wenigstens teilweise diskontinuierlich erfolgt, z. B. in Stufen. Auch kann der Kanalboden 24a und/oder 24b senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 ein Sägezahnprofil aufweisen, beispielsweise in der Art der Seitenwände 25b oder 26b gemäß den 6a, 6b.Of course, the modulation of the channel depth does not have to be periodic or continuous, as in the 8a -C shown. It is also conceivable that the change of the channel depth along the main extension direction of the channels 13a . 13b at least partially discontinuous, z. B. in stages. Also, the channel bottom 24a and or 24b perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 have a sawtooth profile, for example in the manner of the side walls 25b or 26b according to the 6a . 6b ,

Eine Modulation der Kanaltiefe T gemäß den 8a–c bewirkt unmittelbar eine senkrecht zur Planflächenebene gerichtete Störung einer in den Kanälen 13a, 13b geführten ideal linearen laminaren Strömung.A modulation of the channel depth T according to 8a -C causes a direct directed to plane of the plane disturbance in the channels 13a . 13b guided ideally linear laminar flow.

In dem in 8c gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die beiden benachbarten Kanäle 13a, 13b jeweils eine Modulation der Kanaltiefe T mit derselben Periodenlänge λT auf. Dabei sind die unmittelbar benachbarten und parallel zueinander verlaufenden Kanäle 13a, 13b entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung jedoch derart angeordnet, dass die Perioden ihrer jeweiligen Kanaltiefenmodulation gerade um eine halbe Periodenlänge λT/2 gegeneinander verschoben sind. In senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 ausgerichteten Ebenen ist also ein Wellenberg der Kanalbodenwelle des Kanals 13a jeweils einem Wellental der Kanalbodenwelle des Kanals 13b unmittelbar benachbart und umgekehrt. Dies bewirkt einen Austausch und/oder eine teilweise Vermischung der in den benachbarten Kanälen 13a, 13b geführten Gasströme, wobei der Austausch über den Steg 27 und das gasdurchlässige Stützmedium 16a erfolgt. Die senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 gerichtete Störung von in den Kanälen 13a, 13b geführten ideal linearen laminaren Gasströmungen erfolgt so auf besonders wirksame Weise.In the in 8c shown embodiment, the two adjacent channels 13a . 13b in each case a modulation of the channel depth T with the same period length λ T. Here are the immediately adjacent and parallel to each other channels 13a . 13b However, arranged along their main extension direction such that the periods of their respective channel depth modulation are shifted by a half period length λ T / 2 against each other. In perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 aligned levels is thus a wave crest of the channel bottom wave of the channel 13a each a trough of the channel bottom shaft of the channel 13b immediately adjacent and vice versa. This causes an exchange and / or a partial mixing of the adjacent channels 13a . 13b guided gas flows, whereby the exchange over the web 27 and the gas-permeable support medium 16a he follows. The perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 Directed interference from in the channels 13a . 13b guided ideal linear laminar gas flows is carried out in a particularly effective manner.

9a und 9b zeigen weitere Ausführungsformen der Kanäle 13a, 13b der Strömungsplatte 12. Die Kanäle 13a, 13b werden dabei quer zu ihrer Haupterstreckungsrichtung, in den 9a und 9b also entlang der x-Richtung 20, durch Stege 55, 27, 56 begrenzt. Der Steg 27 ist zwischen den unmittelbar benachbarten Kanälen 13a, 13b angeordnet und trennt diese voneinander. Die Stege 55, 27 bilden Seitenwände 25a, 25b des Kanals 13a. Die Stege 27, 56 bilden Seitenwände 25b, 26b des Kanals 13b. Die Stege 55, 56 erstrecken sich gerade entlang der Haupterstreckungsrichtungen der parallelen Kanäle 13a, 13b. Der zwischen den geraden Stegen 55, 56 angeordnete Steg 27 erstreckt sich dagegen wellenartig entlang der Haupterstreckungsrichtungen der Kanäle 13a, 13b. Insbesondere hat der Steg 27 eine periodische Wellenform. Eine Wellenlänge λW der wellenartigen Struktur des Stegs 27 beträgt etwas weniger als das Doppelte als die maximale Breite Bmax der Kanäle 13a, 13b, die senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b bestimmt wird. 9a and 9b show further embodiments of the channels 13a . 13b the flow plate 12 , The channels 13a . 13b are doing transversely to their main extension direction, in the 9a and 9b ie along the x-direction 20 , by footbridges 55 . 27 . 56 limited. The jetty 27 is between the immediately adjacent channels 13a . 13b arranged and separates them from each other. The bridges 55 . 27 form sidewalls 25a . 25b of the canal 13a , The bridges 27 . 56 form sidewalls 25b . 26b of the canal 13b , The bridges 55 . 56 extend straight along the main extension directions of the parallel channels 13a . 13b , The one between the straight bars 55 . 56 arranged bridge 27 In contrast, it extends in a wave-like manner along the main directions of extension of the channels 13a . 13b , In particular, the jetty has 27 a periodic waveform. A wavelength λ W of the wave-like structure of the ridge 27 is slightly less than twice the maximum width B max of the channels 13a . 13b perpendicular to the main direction of extension of the channels 13a . 13b is determined.

Auf den Kanalböden 24a, 24b sind domartige Strukturen 60 angeordnet, die teilweise in die Kanäle 13a, 13b hineinragen, wobei sie insbesondere eine Höhe von 20–50% der Höhe der Stege 55, 56, bzw. 27 aufweisen. Ebenso ragt eine weitere domartige Struktur 61 von der Kanalseitenwand 25a des Kanals 13a in 9a in den Kanal 13a hinein, auch diese weist eine geringere Höhe als der Steg 55 auf, wie anhand der Kante 70 verdeutlicht ist. Vergleichbare aus der Kanalwand auskragende domartige Strukturen sind in 9b gegeben. Wie der wellenförmige Steg 27 so bewirken auch die domartigen Erhebungen 60, 61 senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12, an deren Oberfläche die Kanäle 13a, 13b angeordnet sind, Störungen einer in diesen Kanälen strömenden ideal linearen laminaren Strömung. Die domartigen Erhebungen 60, 61 können in Draufsicht runde oder vieleckig-abgerundet Formen aufweisen, wie im Kanal 13a der 9a dargestellt ist.On the canal floors 24a . 24b are dome-like structures 60 arranged partially in the channels 13a . 13b protrude, in particular, a height of 20-50% of the height of the webs 55 . 56 , respectively. 27 exhibit. Likewise protrudes another dome-like structure 61 from the channel side wall 25a of the canal 13a in 9a in the channel 13a It also has a lower height than the bridge 55 on, like the edge 70 is clarified. Comparable dome-like structures projecting from the channel wall are shown in FIG 9b given. Like the wavy bridge 27 so do the dome-like elevations 60 . 61 perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 on whose surface are the channels 13a . 13b disturbances of an ideally linear laminar flow flowing in these channels. The dome-like elevations 60 . 61 may have in plan view round or polygonal-rounded shapes, as in the channel 13a of the 9a is shown.

Entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals 13b der 9a sind die domartigen Erhebungen 60, beispielhaft in etwa in gleichmäßigen Abständen angeordnet. In Strömungsrichtung – in 9 soll dies die positive y-Richtung 21 sein – befinden sich diese domartigen Erhebungen 60, in Kanal 13b der 9a alle kurz hinter den Bereichen des Kanals, in denen dieser jeweils einen lokal maximalen Querschnitt hat. Die domartigen Erhebungen 60 in Kanal 13b der 9a sind bezüglich des senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Kanals 13b bestimmten Querschnitts alle in etwa mittig angeordnet.Along the main extension direction of the canal 13b of the 9a are the dome-like elevations 60 , for example arranged approximately equally spaced. In flow direction - in 9 should this be the positive y-direction 21 be - are these dome-like elevations 60 , in channel 13b of the 9a all shortly after the areas of the channel where it has a local maximum cross-section. The dome-like elevations 60 in channel 13b of the 9a are with respect to perpendicular to the main direction of extension of the channel 13b certain cross section all arranged approximately centrally.

9b verdeutlicht, dass auch mehrere domartige Erhebungen zusammenwirken können, wobei diese auf gleicher Höhe in Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 13a, 13b angeordnet sein können oder zueinander versetzt. Es kann sich um eine ganze Gruppe kleinerer domartiger Erhebungen handeln oder um ein Paar domartiger Erhebungen. Die domartigen Erhebungen können dabei aus dem Kanalboden vorspringen oder aus der Kanalwand abschnittweise, also insbesondere mit gegenüber dem Steg verringerter Höhe auskragen. 9b illustrates that even several dome-like surveys can work together, which at the same height in the main extension direction of the channels 13a . 13b may be arranged or offset from each other. It can be a whole group of smaller domed surveys or a pair of domed surveys. The dome-like elevations can protrude from the channel bottom or projecting from the channel wall sections, ie in particular with respect to the web reduced height.

Je nach Ausgestaltung des wellenartigen Verlaufs des Stegs 27 und der Anordnung der domartigen Erhebungen 60, 61 kann eine unterschiedliche Störung der ideal linearen laminaren Strömung in den Kanälen 13a, 13b senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte 12 erzielt werden. Einerseits kann das im Kanal 13a strömende Gas teilweise über den Steg 27 in den Kanal 13b gedrängt werden und umgekehrt, so dass es zwischen den Kanälen 13a, 13b zu einem Gasaustausch kommt. Dieser erfolgt über das gasdurchlässige Stützmedium 16a (siehe 3c), das zwischen der Strömungsplatte 12 und dem Wassertransfermedium 15 angeordnet ist, ggf. kann dies durch einen nicht konstanten Verlauf der Höhe eines oder mehrerer Stege erleichtert werden. Andererseits kann dem in den Kanälen 13a, 13b strömenden Gas ein Drall verliehen werden, so dass es innerhalb eines Kanals zu einem Gasaustausch kommt. In beiden Fällen ebenso wie bei gemischten Mechanismen kommt es zu einer Änderung des Feuchtigkeitsgradienten über den Höhenverlauf eines Kanals.Depending on the configuration of the wave-like course of the web 27 and the arrangement of the dome-like elevations 60 . 61 can be a different disorder of the ideal linear laminar flow in the channels 13a . 13b perpendicular to the plane plane of the flow plate 12 be achieved. On the one hand, this can be done in the channel 13a flowing gas partly over the bridge 27 in the channel 13b be pushed and vice versa, so it's between the channels 13a . 13b comes to a gas exchange. This takes place via the gas-permeable support medium 16a (please refer 3c ), which is between the flow plate 12 and the water transfer medium 15 is arranged, if necessary, this can be facilitated by a non-constant course of the height of one or more webs. On the other hand, in the channels 13a . 13b flowing gas are imparted so that it comes within a channel to a gas exchange. In both cases, as well as in mixed mechanisms, there is a change in the moisture gradient across the height profile of a channel.

Claims (21)

Befeuchter (3), insbesondere zum Befeuchten von Prozessgas für Brennstoffzellen, umfassend: – einen ersten Eingang (5) zum Zuführen trockenen Gases sowie einen ersten Ausgang (6) zum Abgeben befeuchteten Gases, – einen zweiten Eingang (7) zum Zuführen feuchten Gases sowie einen zweiten Ausgang (8) zum Abgeben entfeuchteten Gases, – mindestens eine erste (12) und eine zweite (14) Strömungsplatte, – ein zwischen der ersten (12) und der zweiten Strömungsplatte (14) angeordnetes Wassertransfermedium (15), das im Betrieb gasundurchlässig oder im Wesentlichen gasundurchlässig ist, wobei die erste (12) und die zweite Strömungsplatte (14) jeweils Kanäle (13, 17) zur Gasführung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (13, 17) entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung jeweils eine Vielzahl von Leitgeometrien aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass sie senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte (12, 14) eine Störung der ideal linearen laminaren Strömung des im Kanal geführten Gases bewirken.Humidifier ( 3 ), in particular for humidifying process gas for fuel cells, comprising: - a first input ( 5 ) for supplying dry gas and a first output ( 6 ) for dispensing humidified gas, - a second input ( 7 ) for supplying moist gas and a second outlet ( 8th ) for discharging dehumidified gas, - at least a first ( 12 ) and a second ( 14 ) Flow plate, - one between the first ( 12 ) and the second flow plate ( 14 ) arranged water transfer medium ( 15 ) which is gas impermeable or substantially gas impermeable during operation, the first ( 12 ) and the second flow plate ( 14 ) each channels ( 13 . 17 ) for guiding the gas, characterized in that the channels ( 13 . 17 ) along their main extension direction each having a plurality of Leitgeometrien which are formed such that they are perpendicular to the plane plane of the respective flow plate ( 12 . 14 ) cause a disturbance of the ideally linear laminar flow of the gas carried in the channel. Befeuchter (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitgeometrien in den Kanalwänden ausgebildete längliche Ausnehmungen und/oder an den Kanalwänden angeordnete und in den Kanal hinein ragende längliche Vorsprünge (28a, 29a, 28b, 29b, 30b) umfassen, die mit einer sich entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals (13a, 13b) erstreckenden Mittellinie (31a, 31b) der jeweiligen Kanalwand einen spitzen Winkel α einschließen, wobei vorzugsweise gilt: 45 Grad ≤ α ≤ 70 Grad (Winkelmaß).Humidifier ( 3 ) according to claim 1, characterized in that the guide geometries formed in the channel walls elongated recesses and / or arranged on the channel walls and projecting into the channel elongated projections ( 28a . 29a . 28b . 29b . 30b ) extending along the main direction of extension of the channel ( 13a . 13b ) extending center line ( 31a . 31b ) of the respective channel wall include an acute angle α, wherein preferably: 45 degrees ≤ α ≤ 70 degrees (angular dimension). Befeuchter (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine senkrecht zur Länge der Ausnehmungen bestimmte Querschnittsfläche der Ausnehmungen jeweils zwischen 2 und 12 Prozent, vorzugsweise zwischen 2 und 10 Prozent des minimalen Querschnitts (Amin) des Kanals (13a, 13b) beträgt und/oder dass eine senkrecht zur Länge der Vorsprünge (28a, 29a, 28b, 29b, 30b) bestimmte Querschnittsfläche der Vorsprünge (28a, 29a, 28b, 29b, 30b) jeweils zwischen 2 und 12 Prozent, vorzugsweise zwischen 2 und 10 Prozent des maximalen Querschnitts (Amax) des Kanals (13a, 13b) beträgt.Humidifier ( 3 ) according to claim 2, characterized in that a cross-sectional area of the recesses , which is perpendicular to the length of the recesses, is in each case between 2 and 12 percent, preferably between 2 and 10 percent, of the minimum cross-section (A min ) of the channel (A). 13a . 13b ) and / or that one perpendicular to the length of the projections ( 28a . 29a . 28b . 29b . 30b ) certain cross-sectional area of the projections ( 28a . 29a . 28b . 29b . 30b ) each between 2 and 12 percent, preferably between 2 and 10 percent of maximum cross section (A max ) of the channel ( 13a . 13b ) is. Befeuchter (3) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals (13a, 13b) unmittelbar aufeinander folgende Ausnehmungen und/oder Vorsprünge (28a, 29a, 28b, 29b, 30b) derart angeordnet sind, dass ihre einander zugewandten Enden parallel zum Querschnitt des Kanals (13a, 13b) beabstandet sind.Humidifier ( 3 ) according to one of claims 2 or 3, characterized in that along the main extension direction of the channel ( 13a . 13b ) immediately successive recesses and / or protrusions ( 28a . 29a . 28b . 29b . 30b ) are arranged such that their mutually facing ends parallel to the cross section of the channel ( 13a . 13b ) are spaced. Befeuchter (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitgeometrien entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals (13b) sich erstreckende und ineinander übergehende Kanalabschnitte (M1, M2, M3) des Kanals (13b) umfassen, wobei ein Querschnitt (A) des Kanals sich entlang der Kanalabschnitte (M1, M2, M3) jeweils in derselben Richtung verringert und wobei der Übergang zwischen zwei der ineinander übergehenden Kanalabschnitte (M1, M2, M3) jeweils über eine stumpfe Kante (K1, K2, K3, K4, L1, L2, L3, L4) erfolgt, an der sich der Querschnitt des Kanals (13b) ändert.Humidifier ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the guide geometries along the main extension direction of the channel ( 13b ) extending and merging channel sections (M1, M2, M3) of the channel ( 13b ), wherein a cross section (A) of the channel decreases along the channel sections (M1, M2, M3) in each case in the same direction and wherein the transition between two of the merging channel sections (M1, M2, M3) in each case via a blunt edge ( K1, K2, K3, K4, L1, L2, L3, L4), at which the cross-section of the channel ( 13b ) changes. Befeuchter (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Änderung des Querschnitts (A) des Kanals (13b) an der stumpfen Kante (K2, L2) zwischen zwei der ineinander übergehenden Kanalabschnitte (M1, M2) bezogen auf den kleinsten Querschnitt Amin und den größten Querschnitt Amax im Bereich der Kante (K2, L2) gilt: (Amax – Amin)/Amin ≤ 1, vorzugsweise 0,75 ≤ (Amax – Amin)/Amin ≤ 1, besonders vorzugsweise 0,8 ≤ (Amax – Amin)/Amin ≤ 1.Humidifier ( 3 ) according to claim 5, characterized in that for the change of the cross-section (A) of the channel ( 13b ) at the blunt edge (K2, L2) between two of the merging channel sections (M1, M2) with respect to the smallest section A min and the largest section A max in the region of the edge (K2, L2): (A max - A min ) / A min ≦ 1, preferably 0.75 ≦ (A max -A min ) / A min ≦ 1, particularly preferably 0.8 ≦ (A max -A min ) / A min ≦ 1. Befeuchter (3) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalabschnitte (M1, M2, M3) des Kanals (13b) wenigstens bereichsweise durch wenigstens eine Kanalseitenwand (25b, 26b) des Kanals gebildet werden, die parallel zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte (12) ein sägezahnartiges Profil aufweist, vorzugsweise durch zwei einander gegenüber liegende Kanalseitenwände (25b, 26b) der genannten Art, und/oder dass die Kanalabschnitte (M1, M2, M3) des Kanals (13b) wenigstens bereichsweise durch wenigstens einen Kanalboden (24b) des Kanals (13b) gebildet werden, der senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte (12) ein sägezahnartiges Profil aufweist, wobei die Kanten (K1, K2, K3, K4, L1, L2, L3, L4) zwischen den ineinander übergehenden Kanalabschnitten (M1, M2, M3) durch die Flanken des sägezahnartigen Profils der Kanalseitenwände (25b, 26b) und/oder des Kanalbodens gegeben sind.Humidifier ( 3 ) according to one of claims 5 or 6, characterized in that the channel sections (M1, M2, M3) of the channel ( 13b ) at least partially through at least one channel side wall ( 25b . 26b ) of the channel, which are parallel to the plane plane of the respective flow plate ( 12 ) has a sawtooth-like profile, preferably by two mutually opposite channel side walls ( 25b . 26b ) of the type mentioned, and / or that the channel sections (M1, M2, M3) of the channel ( 13b ) at least partially through at least one channel bottom ( 24b ) of the channel ( 13b ) formed perpendicular to the plane plane of the respective flow plate ( 12 ) has a sawtooth-like profile, wherein the edges (K1, K2, K3, K4, L1, L2, L3, L4) between the merging channel sections (M1, M2, M3) by the edges of the sawtooth-like profile of the channel side walls ( 25b . 26b ) and / or the channel bottom are given. Befeuchter (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das sägezahnartige Profil entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals (13b) periodisch ist, wobei für eine Periodenlänge λS des sägezahnartigen Profils und eine Breite B einer maximalen Querschnittsfläche des Kanals (13b) vorzugsweise gilt: 5·B ≤ λS ≤ 20·B, besonders vorzugsweise 10·B ≤ λS ≤ 15·B.Humidifier ( 3 ) according to claim 7, characterized in that the sawtooth-like profile along the main extension direction of the channel ( 13b ) is periodic, wherein for a period length λ S of the sawtooth-like profile and a width B of a maximum cross-sectional area of the channel ( 13b ) preferably: 5 * B ≦ λ S ≦ 20 * B, more preferably 10 * B ≦ λ S ≦ 15 * B. Befeuchter (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel β, den ein Kanalboden (24b) des Kanals (13b) mit einer an den Kanalboden (24b) sich anschließenden Kanalseitenwand (25b, 26b) des Kanals (13b) einschließt, sich entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanalgrunds wenigstens abschnittweise ändert, wobei vorzugsweise gilt: 90° ≤ β ≤ 120° (Winkelmaß).Humidifier ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an angle β, which a channel bottom ( 24b ) of the channel ( 13b ) with a to the channel bottom ( 24b ) adjoining channel side wall ( 25b . 26b ) of the channel ( 13b ), at least in sections changes along the main extension direction of the channel bottom, wherein preferably: 90 ° ≤ β ≤ 120 ° (angular dimension). Befeuchter (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Winkel β wenigstens abschnittweise kontinuierlich ändert.Humidifier ( 3 ) according to claim 9, characterized in that the angle β changes at least in sections continuously. Befeuchter (3) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Winkel β wenigstens einmal diskontinuierlich ändert.Humidifier ( 3 ) according to one of claims 9 or 10, characterized in that the angle β changes discontinuously at least once. Befeuchter (3) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalboden (24b) mit einer an den Kanalboden (24b) sich anschließenden ersten Kanalseitenwand (25b) einen Winkel β1 einschließt und mit einer an den Kanalboden (24b) sich anschließenden und der ersten Kanalseitenwand (25b) gegenüberliegenden zweiten Kanalseitenwand (26b) einen Winkel β2 einschließt, wobei die Winkel β1 und β2 jeweils in derselben Ebene bestimmt werden und wobei sich die Winkel β1 und β2 entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals (13b) wenigstens abschnittweise derart ändern, dass sich der Querschnitt (A) des Kanals in diesem Abschnitt um weniger als 60 Prozent ändert, vorzugsweise um weniger als 30 Prozent.Humidifier ( 3 ) according to one of claims 9 to 11, characterized in that the channel bottom ( 24b ) with a to the channel bottom ( 24b ) adjoining first channel side wall ( 25b ) encloses an angle β 1 and with a to the channel bottom ( 24b ) and the first channel side wall ( 25b ) opposite second channel side wall ( 26b ) includes an angle β 2 , wherein the angles β 1 and β 2 are respectively determined in the same plane and wherein the angles β 1 and β 2 along the main extension direction of the channel ( 13b ) at least in sections such that the cross-section (A) of the channel in this section changes by less than 60 percent, preferably by less than 30 percent. Befeuchter (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (13b) entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals (13b) wenigstens abschnittweise eine konstante Kanaltiefe (T) aufweist, wobei die Kanaltiefe (T) senkrecht zur Planflächenebene der jeweiligen Strömungsplatte (12) bestimmt wird.Humidifier ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 13b ) along the main extension direction of the channel ( 13b ) has at least sections a constant channel depth (T), wherein the channel depth (T) perpendicular to the plane plane of the respective flow plate ( 12 ) is determined. Befeuchter (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (13a, 13b) eine entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals wenigstens abschnittweise sich ändernde Kanaltiefe (T) aufweist.Humidifier ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 13a . 13b ) has along the main extension direction of the channel at least partially changing channel depth (T). Befeuchter (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen einer maximalen Kanaltiefe und einer minimalen Kanaltiefe desselben Kanals (13a, 13b) weniger als 40 Prozent der maximalen Kanaltiefe beträgt, vorzugsweise zwischen 10 und 25 Prozent der maximalen Kanaltiefe.Humidifier ( 3 ) according to claim 14, characterized in that the difference between a maximum channel depth and a minimum channel depth of the same channel ( 13a . 13b ) is less than 40 percent of the maximum channel depth, preferably between 10 and 25 percent of the maximum channel depth. Befeuchter (3) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kanaltiefe (T) entlang der Haupterstreckungsrichtung des Kanals (13a, 13b) wenigstens abschnittweise periodisch ändert, vorzugsweise kontinuierlich. Humidifier ( 3 ) according to one of claims 14 or 15, characterized in that the channel depth (T) along the main extension direction of the channel ( 13a . 13b ) Periodically changes at least in sections, preferably continuously. Befeuchter (3) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für die Periodenlänge λT der Änderung der Kanaltiefe und eine Breite B einer senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Kanals (13a, 13b) bestimmten Querschnittsfläche des Kanals (13a, 13b) gilt: 5·B ≤ λT ≤ 20·B, vorzugsweise 10·B ≤ λT ≤ 15·B.Humidifier ( 3 ) according to claim 16, characterized in that for the period length λ T of the change of the channel depth and a width B of a perpendicular to the main extension direction of the channel ( 13a . 13b ) certain cross-sectional area of the channel ( 13a . 13b ): 5 * B ≦ λ T ≦ 20 * B, preferably 10 * B ≦ λ T ≦ 15 * B. Befeuchter (3) mit zwei in derselben Strömungsplatte (12) benachbarten, parallel zueinander verlaufenden Kanälen (13a, 13b), die jeweils gemäß Anspruch 17 ausgebildet sind, wobei die benachbarten Kanäle (13a, 13b) unterschiedliche Periodenlängen aufweisen oder wobei die benachbarten Kanäle (13a, 13b) dieselbe Periodenlänge λT aufweisen und die Perioden der benachbarten Kanäle (13a, 13b) entlang der Haupterstreckungsrichtung der Kanäle (13a, 13b) gegeneinander verschoben sind, vorzugsweise um eine Länge ΔλT, für die gilt: λT/3 ≤ ΔλT ≤ 2·λT/3, besonders vorzugsweise um ΔλT = λT/2.Humidifier ( 3 ) with two in the same flow plate ( 12 ) adjacent, mutually parallel channels ( 13a . 13b ), each according to claim 17, wherein the adjacent channels ( 13a . 13b ) have different period lengths or where the adjacent channels ( 13a . 13b ) have the same period length λ T and the periods of the adjacent channels ( 13a . 13b ) along the main extension direction of the channels ( 13a . 13b ) are shifted relative to one another, preferably by a length Δλ T , for which the following applies: λ T / 3 ≦ Δλ T ≦ 2 · λ T / 3, particularly preferably around Δλ T = λ T / 2. Befeuchter (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Strömungsplatten gerade verlaufende Stege (55, 56) und gewellt verlaufende Stege (27) aufweist, die die Kanäle (13a, 13b) quer zur deren Haupterstreckungsrichtung begrenzen.Humidifier ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the flow plates straight running webs ( 55 . 56 ) and corrugated webs ( 27 ), which channels ( 13a . 13b ) limit transversely to the main direction of extension. Befeuchter (3) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die gerade verlaufenden Stege (55, 56) und die gewellt verlaufenden Stege (27) alternierend angeordnet sind.Humidifier ( 3 ) according to claim 19, characterized in that the straight webs ( 55 . 56 ) and the corrugated webs ( 27 ) are arranged alternately. Befeuchter (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Kanalboden (24a, 24b) der Kanäle (13a, 13b) domartige Erhebungen (60, 61) angeordnet sind.Humidifier ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that on the channel bottom ( 24a . 24b ) of the channels ( 13a . 13b ) dome-like surveys ( 60 . 61 ) are arranged.
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