WO2009095201A1 - Humidifier - Google Patents

Humidifier Download PDF

Info

Publication number
WO2009095201A1
WO2009095201A1 PCT/EP2009/000510 EP2009000510W WO2009095201A1 WO 2009095201 A1 WO2009095201 A1 WO 2009095201A1 EP 2009000510 W EP2009000510 W EP 2009000510W WO 2009095201 A1 WO2009095201 A1 WO 2009095201A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
humidifier
supply air
flow
filter
module
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/000510
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus Leister
Harald Ehrentraut
Original Assignee
Carl Freudenberg Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Freudenberg Kg filed Critical Carl Freudenberg Kg
Publication of WO2009095201A1 publication Critical patent/WO2009095201A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126Humidifying
    • H01M8/04141Humidifying by water containing exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F2003/1435Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification comprising semi-permeable membrane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126Humidifying
    • H01M8/04149Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a humidifier, comprising a housing with inflow openings for supply air flows and outflow openings for exhaust air streams and at least one humidifier module, which is arranged in the housing, wherein the humidifier module is formed so that at least two inflow surfaces result for a supply air.
  • Such a humidifier is known from DE 102 44 707 A1.
  • the humidifier described there is mainly used in fuel cells.
  • a humidified supply air is required in particular in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells, since the power generation efficiency in the electrolyte membrane decreases when the electrolyte membrane dries out.
  • PEM polymer electrolyte membrane
  • the water required for humidifying the supply air is taken from the exhaust air of the fuel cell in the humidifier modules. This results in a cycle of water, so that the refilling of water can be omitted, which is particularly advantageous for mobile applications.
  • several humidifier modules are spaced from each other, so that between these humidifier modules free space results. In this free space, which is delimited by inflow surfaces of the adjacent humidifier modules, an air flow is distributed and flows through the inflow surfaces into the humidifier modules.
  • the structure is similar to that of a plate heat exchanger.
  • the invention has for its object to develop the prior art humidifier so that evened the pressure loss of the penetrating into the room air flow.
  • the inflow surfaces are inclined to each other.
  • the cross-sectional area is flowed through by the air flow.
  • the inclination of the inflow surfaces is set according to the invention such that the largest cross-sectional area results at the inflow opening and the cross-sectional area then decreases steadily. This results in a particularly favorable course of the pressure loss, since in the region with the largest volume flow, namely at the inflow opening results in the largest flow-through cross-sectional area.
  • volume flow is a humidifier module and so that the humidifier module is flowed through uniformly and the available exchange surface is fully used.
  • a first supply air flow is a moist supply air flow and another supply air flow is the supply air flow to be humidified.
  • the humidifier according to the invention the exchange of moisture via a membrane, which is arranged in the humidifier module.
  • the humidifier module may comprise a multiplicity of hollow fibers.
  • Anström vom the humidifier module is supplied, penetrates into the humidifier and here flows around the hollow fibers. Due to the decreasing cross section, a comparable volume flow penetrates into the humidifier module in each surface section of the inflow surfaces.
  • the supply air to be humidified can also be supplied to the humidifier module via the inflow surfaces.
  • the humidifier module may be V-shaped. In this embodiment, only a single humidifier module is provided in the housing, which is configured so that two within the humidifier
  • the humidifier module is divided in the middle, resulting in two humidifier module parts with substantially the same thickness. These are then flowed through evenly by the supply air.
  • the cross-section of the space formed between the humidifier module parts decreases from a maximum value in the region of the inflow opening and can be reduced to zero when the humidifier module parts meet at one end face.
  • the humidifier module is rectangular.
  • the inflow area increases considerably. With the Increased inflow area is also accompanied by an enlarged exchange surface, which in turn leads to an increased exchange gradient. This means that the humidifier module has a greater humidifier performance for the same thickness.
  • the humidifier module may comprise hollow fibers.
  • Hollow fibers are water-vapor-permeable fibers in which mass transfer takes place between the volume flow passing through the fibers and the volume flow flowing around the fibers.
  • a plurality of hollow fibers are arranged and usually connected to each other at the end faces by a potting compound, which simultaneously prevents the two volume flows meet directly.
  • the hollow fibers may be arranged in the direction of the inclination or transverse to the inclination of the inflow surfaces of the humidifier module.
  • the first solution results in a mass transfer in cocurrent or countercurrent depending on the flow direction.
  • the second solution results in a mass transfer in the cross flow.
  • the moist supply air flow and the supply air flow to be humidified are cross-flowed.
  • Supply air flows are arranged orthogonal to each other and therefore the connections are particularly easy to produce and also the air duct is advantageous, since the air streams do not meet or penetrate before the humidifier.
  • ribs may be arranged.
  • flat and rectangular humidifier modules results in a likewise flat trained housing. Ridges disposed in the housing stabilize the housing and may at the same time be configured to act as a flow guide.
  • the at least one humidifier module can be supported on the ribs.
  • the humidifier module is supported by its outer surfaces on the ribs. Analogous to the decreasing cross-section of the space formed by the inflow surfaces results on the outflow side, ie the outer surfaces of the humidifier a magnifying cross-section of the space formed by the outer surfaces and the housing. This again improves the flow conditions, since only a small volume flow passes through the humidifier module at the outlet corresponding to the inlet of the supply air and at the other end the entire
  • volumetric flow was passed through the humidifier module. At this point, the cross section on the outflow side is the largest. The flow conditions are best for a housing with a rectangular cross section. Viewed in cross-section, while the humidifier modules or parts are arranged centrally on a narrow side and arranged on the opposite narrow side outside, so that there is a V-shaped cross-section of the humidifier.
  • the inlet openings and the outflow openings can be assigned to collectors.
  • the collectors at the inlet openings lead to a homogenization of the flow, so that over the entire cross section, a comparable volume flow occurs.
  • the collectors at the outflow openings lead to a homogenization of the exiting flow, so that the exhaust air can escape over the entire cross section.
  • Such a humidifier is particularly suitable for humidifying the Brennstoffzellenzu Kunststoff a PEM fuel cell, which is particularly used in the automotive sector.
  • the large cross section in the region of the inflow opening is particularly suitable for the integration of a filter, for example a particle filter or a chemical filter or a combination of both.
  • the large cross-section allows the use of a large-area filter, which has a low pressure loss and a high filter performance.
  • This filter can be arranged between the collector and inlet opening or arranged in front of the collector. It is also conceivable to arrange the filter on the inflow surface of the at least one humidifier module.
  • the filter can be designed as a filter mat or as a pleated filter and comprise a chemical and physical filter section.
  • Such a filter comprises, for example, an electret filter material and a filter layer with activated carbon.
  • a fuel cell can emit substances that can reach the humidifier via the moist supply air. These substances can affect the life of the humidifier, in particular the membrane. It is thus particularly advantageous if the moist supply air supplied to the humidifier from the fuel cell is passed through a filter in order to retain the harmful substances.
  • the integration of the filter in the humidifier results in a particularly space-saving design.
  • the filter acts as a diffuser and thus causes a homogenization of the supply air and a uniform flow through the humidifier module. This is particularly advantageous in humidifiers, which have a low pressure loss due to their design, which may result in partial load operation to a non-uniform flow through the humidifier.
  • the upstream filter causes an increased especially in partial load operation Pressure loss, which leads to an improved flow of the inflow surfaces of the humidifier module.
  • the arrangement of the filter is not limited only to the arrangement of the moistening module with inclined inflow surfaces. It is also conceivable to connect such a filter to any desired humidifier module. This can be designed, for example, as a rectangular or even round humidifier module and comprise only one or more inflow surfaces. It is essential that the filter is associated with an inflow surface and is arranged directly adjacent to this. Thus, the advantageous effect of the filter described above also occurs in these humidifier modules.
  • the humidifier module is preceded by a device which causes a dynamic adjustment of the dynamic pressure.
  • a device may comprise an actuator which adjusts the back pressure of the device in dependence on the load behavior of the humidifier.
  • the actuator is connected to at least one sensor.
  • the adjustment of the back pressure by a self-regulating system.
  • the device may for example comprise a memory in the form of a spring. The spring causes an adjustment of the device in the unloaded state.
  • the device may comprise an adjustable perforated plate, wherein the regulation of the dynamic pressure by Change of the perforated plate geometry takes place.
  • the device may be part of the filter, for example, the device may be part of the support that positions the filter in the humidifier. In this embodiment, the device is arranged on the supply side of the humidifier module. But it is also conceivable to arrange the device on the exhaust side.
  • FIG. 2 shows the humidifier according to FIG. 1 in plan view
  • FIG. 3 shows a humidifier with several humidifier modules
  • FIG. 4 shows a humidifier according to FIG. 1 with integrated filter
  • FIG. 6 shows the humidifier according to FIG. 1 in a spatial representation
  • FIG. 7 shows a humidifier with integrated filter
  • 8 shows a device for flow regulation
  • FIG. 1 shows a humidifier 1 with a housing 2 which is flat and rectangular in cross-section.
  • the housing 2 has two inlet openings 3 for supply air streams and two outlet openings 4 for exhaust air streams and at least two humidifier modules 5 which are arranged in the housing 2.
  • One supply air flow is a moist supply air flow and another supply air flow is a supply air flow to be humidified.
  • a humidifier 1 for a Fuel cell is the moist supply air the fuel cell exhaust air and the supply air to be humidified is the Brennstoffzellenzuluft.
  • the humidifier 5 are arranged in the housing 2, that there are two inflow surfaces 6, 7 for a supply air.
  • the humidifier 5 are V-shaped to each other, whereby the inflow surfaces 6, 7 are inclined to each other.
  • Hollow fibers 8 are arranged in the humidifier module 5, one air stream flowing through the hollow fibers 8 and the other air flow flowing around the hollow fibers 8.
  • the hollow fibers 8 are oriented orthogonally to the flow direction of the air stream flowing around, so that a cross-flow mass transfer results via the hollow fibers 8.
  • At the inlet openings 3 and the outflow openings 4 collector 10 are assigned.
  • FIG. 2 shows a humidifier 1 according to FIG. 1 in plan view.
  • the other inflow opening 3 and the other outflow opening 4 can be seen.
  • Both openings 3, 4 is also a collector 10 upstream.
  • the flow guidance in the cross flow can be seen.
  • FIG. 3 shows a humidifier 1 according to FIG. 1, wherein in this embodiment a plurality of humidifier modules 5 are arranged in a zigzag shape, so that a plurality of inflow surfaces 6, 7 results, which are inclined relative to one another.
  • FIG. 4 shows a humidifier according to FIG. 1, in which embodiment a filter 11 is integrated between inflow opening 3 and collector 10.
  • This filter 11 is a combined filter and includes a particulate filter based on a non-woven fabric electret filter material and a chemical filter comprising activated carbon.
  • the filter is used to filter the fuel cell exhaust air, which forms the moist supply air flow in this embodiment. Through the filter 11 impurities from the fuel cell are retained. Furthermore, through the filter 11 a Homogenization of the supply air and thus an improved distribution of the supply air over the inflow surface 6, 7 of the humidifier 5.
  • Figure 5 shows a humidifier according to Figure 4, wherein the filter 11 is arranged in this embodiment on the inflow surfaces 6, 7 of the humidifier 5. This embodiment leads to an improved distribution of the supply air over the inflow surfaces 6, 7.
  • FIG. 6 shows the humidifier 1 according to FIG. 1.
  • the ribs 9 can be seen, which on the one hand stiffen the housing 2 and on which the humidifier modules 5 are supported and at the same time act as a flow guide.
  • FIG. 7 shows two exemplary embodiments of a humidifier 1 in which the housings are flat and rectangular in cross-section. Both housings 2 have two inflow openings 3 for supply air flows and two outflow openings 4 for exhaust air flows.
  • One embodiment comprises a humidifier module 5 and the other embodiment comprises two humidifier modules 5 which are arranged parallel to one another in the housing 2.
  • One supply air flow is a moist supply air flow and another supply air flow is a supply air flow to be humidified.
  • the moist supply air flow is the fuel cell exhaust air and the supply air flow to be humidified is the Brennstoffzellenzu Kunststoff.
  • hollow fibers 8 are arranged, wherein an air flow flows through the hollow fibers 8 and the other air flow flows around the hollow fibers 8.
  • the hollow fibers 8 are oriented orthogonally to the flow direction of the air stream flowing around, so that a mass transfer occurs in cross flow via the hollow fibers 8.
  • the inflow surfaces 6, 7 is associated with a filter 11. This filter 11 is multi-layered and has a chemical filter layer with activated carbon and a physical filter layer with electret filter material.
  • FIG. 8 shows a device 12 for flow regulation of the supply air.
  • a device 12 is used adjacent to a humidifier module 5 in accordance with one of the previous examples or a humidifier known from the prior art in order to bring about a homogenization of the supply air, so that the humidifier module 5 is uniformly flowed over the entire inflow surface 6.
  • the device 12 consists of a
  • the flap 14 is resiliently arranged on the base body 13, that the flap 14, the aperture 15 at a low dynamic pressure and thus at a low flow rate of supply air almost closes. As a result, the supply air over the entire surface of the device 12 and thus spread over the entire surface of the humidifier 5. If the volume flow of supply air increases, and the dynamic pressure increases and the flaps 14 open, whereby the air flow rate increases in each opening 15 , As a result, an increase in the back pressure is avoided, with a uniform flow of humidifier 5 is ensured. The device thus leads to a uniform flow of the humidifier is guaranteed especially in partial load operation.
  • the base body 13 is formed as a perforated plate, wherein the openings 15, which are located in the base plate 12, are variable by a displaceable second formed as a perforated plate base 13 in their cross-sections.
  • FIG. 9 shows a device 12 in which two flat elements 16 are hinged together at one edge. By a spring means 17, the two flat elements 16 are folded apart at a low dynamic pressure. At the one edge opposite the other edge strips 18 are arranged. As the dynamic pressure increases, the strips 18 bend and the two flat elements 16 move toward one another and release an enlarged cross-section.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Air Humidification (AREA)

Abstract

The invention relates to a humidifier (1), comprising a housing (2) having inflow openings (3) for supply air flows and outflow openings (4) for discharge air flows, and at least one humidifier module (5), which is disposed in the housing (2), wherein the humidifier module (5) is configured such that at least two flow surfaces (6, 7) are formed for a supply air flow, wherein the flow surfaces (6, 7) are inclined toward each other.

Description

Befeuchter humidifier
Beschreibung Technisches GebietDescription Technical area
Die Erfindung betrifft einen Befeuchter, umfassend ein Gehäuse mit Einströmöffnungen für Zuluftströme und Ausströmöffnungen für Abluftströme sowie zumindest ein Befeuchtermodul, welches in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Befeuchtermodul so ausgebildet ist, dass sich zumindest zwei Anströmflächen für einen Zuluftstrom ergeben.The invention relates to a humidifier, comprising a housing with inflow openings for supply air flows and outflow openings for exhaust air streams and at least one humidifier module, which is arranged in the housing, wherein the humidifier module is formed so that at least two inflow surfaces result for a supply air.
Stand der TechnikState of the art
Ein derartiger Befeuchter ist aus der DE 102 44 707 A1 bekannt. Der dort beschriebene Befeuchter wird vorwiegend in Brennstoffzellen eingesetzt. Eine befeuchtete Zuluft ist insbesondere bei Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) Brennstoffzellen erforderlich, da die Stromerzeugungseffizienz in der Elektrolytmembran sinkt, wenn die Elektrolytmembran austrocknet. In dem Befeuchter wird in den Befeuchtermodulen das zur Befeuchtung der Zuluft erforderliche Wasser der Abluft der Brennstoffzelle entnommen. Dadurch ergibt sich ein Kreislauf des Wassers, so dass das Nachfüllen von Wasser entfallen kann, was insbesondere für mobile Anwendungen vorteilhaft ist. Bei dem vorbekannten Befeuchter werden mehrere Befeuchtermodule beabstandet zueinander angeordnet, so dass sich zwischen diesen Befeuchtermodulen ein freier Raum ergibt. In diesem freien Raum, der durch Anströmflächen der angrenzenden Befeuchtermodule begrenzt ist, verteilt sich ein Luftstrom und strömt durch über die Anströmflächen in die Befeuchtermodule. Der Aufbau ähnelt dem eines Plattenwärmetauschers.Such a humidifier is known from DE 102 44 707 A1. The humidifier described there is mainly used in fuel cells. A humidified supply air is required in particular in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells, since the power generation efficiency in the electrolyte membrane decreases when the electrolyte membrane dries out. In the humidifier, the water required for humidifying the supply air is taken from the exhaust air of the fuel cell in the humidifier modules. This results in a cycle of water, so that the refilling of water can be omitted, which is particularly advantageous for mobile applications. In the prior art humidifier several humidifier modules are spaced from each other, so that between these humidifier modules free space results. In this free space, which is delimited by inflow surfaces of the adjacent humidifier modules, an air flow is distributed and flows through the inflow surfaces into the humidifier modules. The structure is similar to that of a plate heat exchanger.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorbekannten Befeuchter so weiter zu entwickeln, dass sich der Druckverlust des in den Raum eindringenden Luftstroms vergleichmäßigt.The invention has for its object to develop the prior art humidifier so that evened the pressure loss of the penetrating into the room air flow.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.This object is achieved with the features of claim 1. In advantageous embodiments, the dependent claims relate.
Zur Lösung der Aufgabe sind die Anströmflächen zueinander geneigt. Dadurch variiert die Querschnittsfläche die von dem Luftstrom durchströmt wird. Die Neigung der Anströmflächen wird erfindungsgemäß so eingestellt, dass sich die größte Querschnittfläche an der Einströmöffnung ergibt und sich die Querschnittsfläche danach stetig verkleinert. Dadurch ergibt sich ein besonders günstiger Verlauf des Druckverlustes, da in dem Bereich mit dem größten Volumenstrom, nämlich an der Einströmöffnung die größte durchströmbare Querschnittsfläche ergibt. Nach Einstritt der Zuluft teilt sich der Volumenstrom der Zuluft auf, wobei ein Teil des Volumenstroms über die beiden Anströmflächen in die Befeuchtermodule eindringt. Dadurch verringert sich der in dem durch die Anströmflächen begrenzten Raum verbleibendeTo solve the problem, the inflow surfaces are inclined to each other. As a result, the cross-sectional area is flowed through by the air flow. The inclination of the inflow surfaces is set according to the invention such that the largest cross-sectional area results at the inflow opening and the cross-sectional area then decreases steadily. This results in a particularly favorable course of the pressure loss, since in the region with the largest volume flow, namely at the inflow opening results in the largest flow-through cross-sectional area. After entering the supply air, the volume flow of the supply air is divided, with part of the volume flow penetrates into the humidifier via the two inflow surfaces. This reduces the remaining in the space defined by the inflow space remaining
Volumenstrom. Da sich aber gleichzeitig die Querschnittsfläche verringert, bleibt der Druckverlust im Wesentlichen konstant. Das führt dazu, dass der Volumenstrom über die gesamte Anströmfläche gleichmäßig in das zumindest eine Befeuchtermodul eindringt und so dass das Befeuchtermodul gleichmäßig durchströmt wird und die zur Verfügung stehende Austauscherfläche vollständig genutzt wird. In einen Befeuchter werden zwei Zuluftströme eingebracht. Ein erster Zuluftstrom ist ein feuchter Zuluftstrom und ein weiterer Zuluftstrom ist der zu befeuchtender Zuluftstrom. Bei dem erfindungsgemäßen Befeuchter erfolgt der Austausch der Feuchtigkeit über eine Membran, die in dem Befeuchtermodul angeordnet ist. Dazu kann das Befeuchtermodul eine Vielzahl von Hohlfasern umfassen. Zum Stoffaustausch wird dann ein Zuluftstrom außerhalb der Hohlfasern geführt und umströmt diese und der andere Zuluftstrom wird durch die Hohlfasern hindurch geführt. Meist umströmt die feuchte Zuluft die Hohlfasern und die zu befeuchtende Zuluft durchströmt die Hohlfasern. Daraus ergibt sich, dass die feuchte Zuluft über dieVolume flow. However, since the cross-sectional area decreases at the same time, the pressure loss remains substantially constant. The result is that the volume flow over the entire inflow surface uniformly penetrates into the at least one humidifier module and so that the humidifier module is flowed through uniformly and the available exchange surface is fully used. In a humidifier two supply air streams are introduced. A first supply air flow is a moist supply air flow and another supply air flow is the supply air flow to be humidified. In the humidifier according to the invention, the exchange of moisture via a membrane, which is arranged in the humidifier module. For this purpose, the humidifier module may comprise a multiplicity of hollow fibers. For mass transfer then a supply air flow outside the hollow fibers is guided and flows around them and the other supply air flow is passed through the hollow fibers. In most cases, the moist supply air flows around the hollow fibers and the supply air to be humidified flows through the hollow fibers. It follows that the moist supply air over the
Anströmflächen dem Befeuchtermodul zugeführt wird, in das Befeuchtermodul eindringt und hier die Hohlfasern umströmt. Aufgrund des sich verringernden Querschnitts dringt in jedem Flächenstück der Anströmflächen ein vergleichbarer Volumenstrom in das Befeuchtermodul ein. In anderen Ausführungen kann auch die zu befeuchtende Zuluft über die Anströmflächen dem Befeuchtermodul zuführbar sein.Anströmflächen the humidifier module is supplied, penetrates into the humidifier and here flows around the hollow fibers. Due to the decreasing cross section, a comparable volume flow penetrates into the humidifier module in each surface section of the inflow surfaces. In other embodiments, the supply air to be humidified can also be supplied to the humidifier module via the inflow surfaces.
Das Befeuchtermodul kann V-förmig ausgebildet sein. In dieser Ausgestaltung ist in dem Gehäuse nur ein einziges Befeuchtermodul vorgesehen, welches so ausgestaltet ist, dass sich innerhalb des Befeuchtermoduls zweiThe humidifier module may be V-shaped. In this embodiment, only a single humidifier module is provided in the housing, which is configured so that two within the humidifier
Anströmflächen ergeben. Die Ober- und Unterseite des Befeuchtermoduls sind dann entsprechend die Ausströmflächen. Vorteilhafterweise ist das Befeuchtermodul mittig geteilt, wobei sich zwei Befeuchtermodulteile mit im Wesentlichen gleicher Dicke ergeben. Diese werden dann gleichmäßig von der Zuluft durchströmt. Der Querschnitt des zwischen den Befeuchtermodulteilen ausgebildeten Raums verringert sich von einem Maximalwert im Bereich der Einströmöffnung und kann sich bis auf Null verkleinern, wenn sich die Befeuchtermodulteile an einer Stirnseite treffen. Vorzugsweise ist das Befeuchtermodul rechteckig ausgebildet. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung vergrößert sich die Anströmfläche erheblich. Mit der vergrößerten Anströmfläche geht auch eine vergrößerte Austauscherfläche einher, was wiederum zu einem vergrößerten Austauschgradienten führt. Das bedeutet, dass das Befeuchtermodul bei gleicher Dicke eine größere Befeuchterleistung aufweist.Give flow surfaces. The top and bottom of the humidifier module are then corresponding to the Ausströmflächen. Advantageously, the humidifier module is divided in the middle, resulting in two humidifier module parts with substantially the same thickness. These are then flowed through evenly by the supply air. The cross-section of the space formed between the humidifier module parts decreases from a maximum value in the region of the inflow opening and can be reduced to zero when the humidifier module parts meet at one end face. Preferably, the humidifier module is rectangular. In the embodiment according to the invention, the inflow area increases considerably. With the Increased inflow area is also accompanied by an enlarged exchange surface, which in turn leads to an increased exchange gradient. This means that the humidifier module has a greater humidifier performance for the same thickness.
Es können zwei Befeuchtermodule vorgesehen sein, die V-förmig zueinander angeordnet sind. Diese werden analog zu dem oben beschriebenen einzigen Befeuchtermodul ausgebildet und angeordnet. Es ist auch denkbar, mehrere Befeuchtermodule nach Art eines plissierten Filters zickzackförmig anzuordnen.There may be provided two humidifier modules which are arranged in a V-shape relative to each other. These are designed and arranged analogously to the single humidifier module described above. It is also conceivable zigzag to arrange several humidifier modules in the manner of a pleated filter.
Das Befeuchtermodul kann Hohlfasern umfassen. Hohlfasern sind wasserdampfdurchlässige Fasern, bei denen ein Stoffaustausch zwischen dem durch die Fasern hindurch strömenden Volumenstrom und die Fasern umströmenden Volumenstrom erfolgt. In einem Befeuchtermodul werden eine Vielzahl von Hohlfasern angeordnet und meist an den Stirnseiten durch eine Vergussmasse miteinander verbunden, die gleichzeitig verhindert, dass sich die beiden Volumenströme unmittelbar treffen.The humidifier module may comprise hollow fibers. Hollow fibers are water-vapor-permeable fibers in which mass transfer takes place between the volume flow passing through the fibers and the volume flow flowing around the fibers. In a humidifier module a plurality of hollow fibers are arranged and usually connected to each other at the end faces by a potting compound, which simultaneously prevents the two volume flows meet directly.
Die Hohlfasern können in Richtung der Neigung oder Quer zur Neigung der Anströmflächen des Befeuchtermoduls angeordnet sein. Bei der ersten Lösung ergibt sich je nach Strömungsrichtung ein Stoffaustausch im Gleich- oder Gegenstrom. Bei der zweiten Lösung ergibt sich ein Stoffaustausch im Kreuzstrom. Bei der zweiten Lösung werden also der feuchte Zuluftstrom und der zu befeuchtende Zuluftstrom im Kreuzstrom geführt. Bei dieser Ausgestaltung ist vorteilhaft, dass die Einströmöffnungen der beidenThe hollow fibers may be arranged in the direction of the inclination or transverse to the inclination of the inflow surfaces of the humidifier module. In the first solution results in a mass transfer in cocurrent or countercurrent depending on the flow direction. In the second solution results in a mass transfer in the cross flow. In the second solution, therefore, the moist supply air flow and the supply air flow to be humidified are cross-flowed. In this embodiment, it is advantageous that the inflow openings of the two
Zuluftströme orthogonal zueinander angeordnet sind und daher die Anschlüsse besonders einfach herstellbar sind und auch die Luftführung gestaltet sich vorteilhaft, da sich die Luftströme vor dem Befeuchtermodul nicht treffen oder durchdringen. In dem Gehäuse können Rippen angeordnet sein. Insbesondere bei flach ausgebildeten und rechteckigen Befeuchtermodulen ergibt sich ein ebenfalls flach ausgebildetes Gehäuse. In dem Gehäuse angeordnete Rippen stabilisieren das Gehäuse und können gleichzeitig so ausgestaltet sein, dass sie als Strömungsführung fungieren.Supply air flows are arranged orthogonal to each other and therefore the connections are particularly easy to produce and also the air duct is advantageous, since the air streams do not meet or penetrate before the humidifier. In the housing ribs may be arranged. In particular, flat and rectangular humidifier modules results in a likewise flat trained housing. Ridges disposed in the housing stabilize the housing and may at the same time be configured to act as a flow guide.
Das zumindest eine Befeuchtermodul kann sich an den Rippen abstützen. Dabei stützt sich das Befeuchtermodul mit seinen Außenflächen an den Rippen ab. Analog zu dem sich verringernden Querschnitt des durch die Anströmflächen gebildeten Raums ergibt sich auf der Ausströmseite, also den Außenflächen des Befeuchtermoduls ein sich vergrößernder Querschnitt des durch die Außenflächen und dem Gehäuse gebildeten Raums. Dies verbessert nochmals die Strömungsverhältnisse, da an dem dem Eintritt der Zuluft entsprechenden Austritt nur ein geringer Volumenstrom durch das Befeuchtermodul hindurch tritt und an dem anderen Ende der gesamteThe at least one humidifier module can be supported on the ribs. The humidifier module is supported by its outer surfaces on the ribs. Analogous to the decreasing cross-section of the space formed by the inflow surfaces results on the outflow side, ie the outer surfaces of the humidifier a magnifying cross-section of the space formed by the outer surfaces and the housing. This again improves the flow conditions, since only a small volume flow passes through the humidifier module at the outlet corresponding to the inlet of the supply air and at the other end the entire
Volumenstrom durch das Befeuchtermoduls hindurch geführt wurde. An dieser Stelle ist der Querschnitt auf der Ausströmseite am größten. Die Strömungsverhältnisse sind dabei bei einem Gehäuse mit rechteckigem Querschnitt am besten. Im Querschnitt betrachtet, sind dabei die Befeuchtermodule oder -teile an einer Schmalseite mittig angeordnet und an der gegenüber liegenden Schmalseite außen angeordnet, so dass sich ein V- förmiger Querschnitt des Befeuchtermoduls ergibt.Volumetric flow was passed through the humidifier module. At this point, the cross section on the outflow side is the largest. The flow conditions are best for a housing with a rectangular cross section. Viewed in cross-section, while the humidifier modules or parts are arranged centrally on a narrow side and arranged on the opposite narrow side outside, so that there is a V-shaped cross-section of the humidifier.
Den Einströmöffnungen und den Ausströmöffnungen können Sammler zugeordnet sein. Die Sammler an den Einströmöffnungen führen zu einer Vergleichmäßigung der Strömung, so dass über den gesamten Querschnitt ein vergleichbarer Volumenstrom eintritt. Die Sammler an den Ausströmöffnungen führen zu einer Vergleichmäßigung der austretenden Strömung, so dass die Abluft über den gesamten Querschnitt austreten kann. Ein derartiger Befeuchter eignet sich insbesondere zur Befeuchtung der Brennstoffzellenzuluft einer PEM-Brennstoffzelle, die insbesondere im automobilen Bereich Anwendung findet.The inlet openings and the outflow openings can be assigned to collectors. The collectors at the inlet openings lead to a homogenization of the flow, so that over the entire cross section, a comparable volume flow occurs. The collectors at the outflow openings lead to a homogenization of the exiting flow, so that the exhaust air can escape over the entire cross section. Such a humidifier is particularly suitable for humidifying the Brennstoffzellenzuluft a PEM fuel cell, which is particularly used in the automotive sector.
Der große Querschnitt im Bereich der Einströmöffnung eignet sich insbesondere zur Integration eines Filters, beispielsweise eines Partikelfilters oder eines chemischen Filters oder einer Kombination aus beidem. Der große Querschnitt ermöglicht den Einsatz eines großflächigen Filters, der einen geringen Druckverlust und eine hohe Filterleistung aufweist. Dieser Filter kann zwischen Sammler und Einströmöffnung angeordnet oder vor dem Sammler angeordnet sein. Es ist auch denkbar, den Filter auf der Anströmfläche des zumindest einen Befeuchtermoduls anzuordnen. Der Filter kann dabei als Filtermatte oder als Faltenfilter ausgebildet sein und einen chemischen und physikalischen Filterabschnitt umfassen. Ein derartiger Filter umfasst beispielsweise ein Elektretfiltermaterial sowie eine Filterlage mit Aktivkohle. Eine Brennstoffzelle kann im Betrieb Stoffe emittieren, die über die feuchte Zuluft in den Befeuchter gelangen kann. Diese Stoffe können die Lebensdauer des Befeuchters, insbesondere der Membran beeinträchtigen. Es ist also insbesondere vorteilhaft, wenn die aus der Brennstoffzelle dem Befeuchter zugeführte feuchte Zuluft durch einen Filter geleitet wird, um die schädigenden Stoffe zurück zu halten. Durch die Integration des Filters in den Befeuchter ergibt sich eine besonders Platz sparende Bauweise. Des Weiteren wirkt der Filter aufgrund der direkt zum Befeuchtermodul benachbarten Anordnung als Diffusor und bewirkt damit eine Homogenisierung der Zuluft und eine gleichmäßige Durchströmung des Befeuchtermoduls. Dies ist insbesondere bei Befeuchtern vorteilhaft, die aufgrund ihrer Bauart einen geringen Druckverlust aufweisen, was im Teillastbetrieb zu einer ungleichmäßigen Durchströmung des Befeuchtermoduls führen kann. Durch diese ungleichmäßige Durchströmung sinkt die Befeuchterleistung des Befeuchtermoduls. Der vorgeschaltete Filter bewirkt insbesondere im Teillastbetrieb einen erhöhten Druckverlust, was zu einer verbesserten Anströmung der Anströmflächen des Befeuchtermoduls führt. Die Anordnung des Filters ist nicht nur auf die Anordnung des Befeuchtermoduls mit geneigten Anströmflächen eingeschränkt. Es ist auch denkbar, einen derartigen Filter einem beliebigen Befeuchtermodul vorzuschalten. Das kann beispielsweise als ein rechteckiges oder auch rundes Befeuchtermodul ausgebildet sein und nur einer oder auch mehreren Anströmflächen umfassen. Wesentlich ist, dass der Filter einer Anströmfläche zugeordnet ist und unmittelbar benachbart zu dieser angeordnet ist. Damit tritt die zuvor beschriebene vorteilhafte Wirkung des Filters auch bei diesen Befeuchtermodulen auf.The large cross section in the region of the inflow opening is particularly suitable for the integration of a filter, for example a particle filter or a chemical filter or a combination of both. The large cross-section allows the use of a large-area filter, which has a low pressure loss and a high filter performance. This filter can be arranged between the collector and inlet opening or arranged in front of the collector. It is also conceivable to arrange the filter on the inflow surface of the at least one humidifier module. The filter can be designed as a filter mat or as a pleated filter and comprise a chemical and physical filter section. Such a filter comprises, for example, an electret filter material and a filter layer with activated carbon. During operation, a fuel cell can emit substances that can reach the humidifier via the moist supply air. These substances can affect the life of the humidifier, in particular the membrane. It is thus particularly advantageous if the moist supply air supplied to the humidifier from the fuel cell is passed through a filter in order to retain the harmful substances. The integration of the filter in the humidifier results in a particularly space-saving design. Furthermore, due to the arrangement directly adjacent to the humidifier module, the filter acts as a diffuser and thus causes a homogenization of the supply air and a uniform flow through the humidifier module. This is particularly advantageous in humidifiers, which have a low pressure loss due to their design, which may result in partial load operation to a non-uniform flow through the humidifier. This non-uniform flow reduces the humidifier performance of the humidifier module. The upstream filter causes an increased especially in partial load operation Pressure loss, which leads to an improved flow of the inflow surfaces of the humidifier module. The arrangement of the filter is not limited only to the arrangement of the moistening module with inclined inflow surfaces. It is also conceivable to connect such a filter to any desired humidifier module. This can be designed, for example, as a rectangular or even round humidifier module and comprise only one or more inflow surfaces. It is essential that the filter is associated with an inflow surface and is arranged directly adjacent to this. Thus, the advantageous effect of the filter described above also occurs in these humidifier modules.
Zur besseren Ausnutzung der Austauscherfläche ist es vorteilhaft, wenn sich insbesondere bei Teillast der Staudruck vor der Anströmfläche erhöht und dadurch eine bessere Verteilung der Zuluft über die Anströmfläche erfolgt. Es ist auch denkbar, dass dem Befeuchtermodul eine Einrichtung vorgeschaltet ist, die eine dynamische Einstellung des Staudrucks bewirkt. Eine derartige Einrichtung kann einen Aktuator umfassen, der den Staudruck der Einrichtung in Abhängigkeit von dem Lastverhalten des Befeuchters einstellt. Dazu ist der Aktuator mit zumindest einem Messfühler verbunden. Vorteilhafterweise erfolgt die Einstellung des Staudrucks durch ein selbstregulierendes System. Dazu kann die Einrichtung beispielsweise einen Speicher in Form einer Feder umfassen. Die Feder bewirkt eine Einstellung der Einrichtung in unbelastetem Zustand. Je nach an der Einrichtung anstehendem Staudruck erfolgt dann eine Verstellung der Einrichtung, so dass bei jedem Lastfall eine optimale Anströmung des Befeuchtermoduls gewährleistet ist. Die Steuerung des Staudrucks kann durch eine Vielzahl von federbelasteten Klappen erfolgen. Diese können an einem Träger angeordnet sein und durch Filmscharniere mit diesem verbunden sein, wobei die Filmscharniere gleichzeitig die Federfunktion übernehmen können. In anderen Ausgestaltungen kann die Einrichtung eine verstellbare Lochplatte umfassen, wobei die Regulierung des Staudrucks durch Änderung der Lochplattengeometrie erfolgt. Die Einrichtung kann Teil des Filters sein, beispielsweise kann die Einrichtung Teil der Stützeinrichtung sein, die den Filter in dem Befeuchter positioniert. Bei dieser Ausgestaltung ist die Einrichtung auf der Zuluftseite des Befeuchtermoduls angeordnet. Es ist aber auch denkbar, die Einrichtung auf der Abluftseite anzuordnen.For better utilization of the exchanger surface, it is advantageous if, in particular at partial load, the back pressure increases in front of the inflow surface, thereby resulting in a better distribution of the supply air over the inflow surface. It is also conceivable that the humidifier module is preceded by a device which causes a dynamic adjustment of the dynamic pressure. Such a device may comprise an actuator which adjusts the back pressure of the device in dependence on the load behavior of the humidifier. For this purpose, the actuator is connected to at least one sensor. Advantageously, the adjustment of the back pressure by a self-regulating system. For this purpose, the device may for example comprise a memory in the form of a spring. The spring causes an adjustment of the device in the unloaded state. Depending on the pending on the device dynamic pressure is then an adjustment of the device, so that in each load case optimum flow of the humidifier is guaranteed. The control of the dynamic pressure can be done by a variety of spring-loaded flaps. These can be arranged on a carrier and be connected by film hinges with this, wherein the film hinges can simultaneously take over the spring function. In other embodiments, the device may comprise an adjustable perforated plate, wherein the regulation of the dynamic pressure by Change of the perforated plate geometry takes place. The device may be part of the filter, for example, the device may be part of the support that positions the filter in the humidifier. In this embodiment, the device is arranged on the supply side of the humidifier module. But it is also conceivable to arrange the device on the exhaust side.
Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Befeuchters werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch:Some embodiments of the humidifier according to the invention are explained below with reference to the figures. These show, in each case schematically:
Fig. 1 einen Befeuchter im Querschnitt;1 shows a humidifier in cross section;
Fig. 2 den Befeuchter gemäß Figur 1 in der Draufsicht; Fig. 3 einen Befeuchter mit mehreren Befeuchtermodulen;FIG. 2 shows the humidifier according to FIG. 1 in plan view; FIG. 3 shows a humidifier with several humidifier modules;
Fig. 4 einen Befeuchter gemäß Figur 1 mit integriertem Filter;FIG. 4 shows a humidifier according to FIG. 1 with integrated filter; FIG.
Fig. 5 eine Befeuchter mit integriertem Filter;5 shows a humidifier with integrated filter;
Fig. 6 den Befeuchter gemäß Figur 1 in räumlicher Darstellung;FIG. 6 shows the humidifier according to FIG. 1 in a spatial representation; FIG.
Fig. 7 einen Befeuchter mit integriertem Filter; Fig. 8 eine Einrichtung zur Strömungsregulierung;7 shows a humidifier with integrated filter; 8 shows a device for flow regulation;
Fig. 9 eine weitere Einrichtung zur Strömungsregulierung.9 shows another device for flow regulation.
Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention
Figur 1 zeigt einen Befeuchter 1 mit einem im Querschnitt flach und rechteckig ausgebildeten Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 weist zwei Einströmöffnungen 3 für Zuluftströme und zwei Ausströmöffnungen 4 für Abluftströme auf sowie zumindest zwei Befeuchtermodul 5, die in dem Gehäuse 2 angeordnet sind. Ein Zuluftstrom ist ein feuchter Zuluftstrom und ein weiterer Zuluftstrom ist ein zu befeuchtender Zuluftstrom. Bei einem Einsatz als Befeuchter 1 für eine Brennstoffzelle ist der feuchte Zuluftstrom die Brennstoffzellenabluft und der zu befeuchtende Zuluftstrom ist die Brennstoffzellenzuluft. Die Befeuchtermodule 5 sind so in dem Gehäuse 2 angeordnet, dass sich zwei Anströmflächen 6, 7 für einen Zuluftstrom ergeben. Dabei sind die Befeuchtermodule 5 V-förmig zueinander angeordnet, wodurch die Anströmflächen 6, 7 zueinander geneigt sind. In dem Befeuchtermodul 5 sind Hohlfasern 8 angeordnet, wobei ein Luftstrom durch die Hohlfasem 8 strömt und der andere Luftstrom die Hohlfasern 8 umströmt. Die Hohlfasem 8 sind orthogonal zur Strömungsrichtung des umströmenden Luftstroms ausgerichtet, so dass sich über die Hohlfasern 8 ein Stoffaustausch im Kreuzstrom ergibt. An den Einströmöffnungen 3 und den Ausströmöffnungen 4 sind Sammler 10 zugeordnet.FIG. 1 shows a humidifier 1 with a housing 2 which is flat and rectangular in cross-section. The housing 2 has two inlet openings 3 for supply air streams and two outlet openings 4 for exhaust air streams and at least two humidifier modules 5 which are arranged in the housing 2. One supply air flow is a moist supply air flow and another supply air flow is a supply air flow to be humidified. When used as a humidifier 1 for a Fuel cell is the moist supply air the fuel cell exhaust air and the supply air to be humidified is the Brennstoffzellenzuluft. The humidifier 5 are arranged in the housing 2, that there are two inflow surfaces 6, 7 for a supply air. The humidifier 5 are V-shaped to each other, whereby the inflow surfaces 6, 7 are inclined to each other. Hollow fibers 8 are arranged in the humidifier module 5, one air stream flowing through the hollow fibers 8 and the other air flow flowing around the hollow fibers 8. The hollow fibers 8 are oriented orthogonally to the flow direction of the air stream flowing around, so that a cross-flow mass transfer results via the hollow fibers 8. At the inlet openings 3 and the outflow openings 4 collector 10 are assigned.
Figur 2 zeigt einen Befeuchter 1 gemäß Figur 1 in der Draufsicht. In dieser Ansicht sind die andere Einströmöffnung 3 und die andere Ausströmöffnung 4 zu sehen. Beiden Öffnungen 3, 4 ist ebenfalls ein Sammler 10 vorgeschaltet. In dieser Figur ist insbesondere die Strömungsführung im Kreuzstrom erkennbar.FIG. 2 shows a humidifier 1 according to FIG. 1 in plan view. In this view, the other inflow opening 3 and the other outflow opening 4 can be seen. Both openings 3, 4 is also a collector 10 upstream. In this figure, in particular, the flow guidance in the cross flow can be seen.
Figur 3 zeigt einen Befeuchter 1 gemäß Figur 1, wobei in dieser Ausgestaltung mehrere Befeuchtermodule 5 zickzackförmig angeordnet sind, so dass sich mehrere Anströmflächen 6, 7 ergeben, die zueinander geneigt sind.FIG. 3 shows a humidifier 1 according to FIG. 1, wherein in this embodiment a plurality of humidifier modules 5 are arranged in a zigzag shape, so that a plurality of inflow surfaces 6, 7 results, which are inclined relative to one another.
Figur 4 zeigt einen Befeuchter gemäß Figur 1 , wobei in dieser Ausgestaltung zwischen Einströmöffnung 3 und Sammler 10 ein Filter 11 integriert ist. Dieser Filter 11 ist ein Kombifilter und beinhaltet einen Partikelfilter auf der Basis eines Elektretfiltemnaterials auf der Basis eines Vliesstoffes und einen chemischen Filter umfassend Aktivkohle. Der Filter dient der Filterung der Brennstoffzellenabluft, die in dieser Ausgestaltung den feuchten Zuluftstrom bildet. Durch den Filter 11 werden Verunreinigungen aus der Brennstoffzelle zurückgehalten. Des Weiteren erfolgt durch den Filter 11 eine Homogenisierung der Zuluft und damit eine verbesserte Verteilung der Zuluft über die Anströmfläche 6, 7 des Befeuchtermoduls 5.FIG. 4 shows a humidifier according to FIG. 1, in which embodiment a filter 11 is integrated between inflow opening 3 and collector 10. This filter 11 is a combined filter and includes a particulate filter based on a non-woven fabric electret filter material and a chemical filter comprising activated carbon. The filter is used to filter the fuel cell exhaust air, which forms the moist supply air flow in this embodiment. Through the filter 11 impurities from the fuel cell are retained. Furthermore, through the filter 11 a Homogenization of the supply air and thus an improved distribution of the supply air over the inflow surface 6, 7 of the humidifier 5.
Figur 5 zeigt einen Befeuchter gemäß Figur 4, wobei der Filter 11 in dieser Ausführung auf den Anströmflächen 6, 7 des Befeuchtermoduls 5 angeordnet ist. Diese Ausführung führt zu einer verbesserten Verteilung der Zuluft über die Anströmflächen 6, 7.Figure 5 shows a humidifier according to Figure 4, wherein the filter 11 is arranged in this embodiment on the inflow surfaces 6, 7 of the humidifier 5. This embodiment leads to an improved distribution of the supply air over the inflow surfaces 6, 7.
Figur 6 zeigt den Befeuchter 1 gemäß Figur 1. In dieser Darstellung sind die Rippen 9 zu erkennen, die einerseits das Gehäuse 2 versteifen und an denen sich die Befeuchtermodule 5 abstützen und gleichzeitig als Strömungsführung fungieren.FIG. 6 shows the humidifier 1 according to FIG. 1. In this illustration, the ribs 9 can be seen, which on the one hand stiffen the housing 2 and on which the humidifier modules 5 are supported and at the same time act as a flow guide.
Figur 7 zeigt zwei Ausführungsbeispiele eines Befeuchters 1 , bei denen die Gehäuse im Querschnitt flach und rechteckig ausgebildet sind. Beide Gehäuse 2 weisen zwei Einströmöffnungen 3 für Zuluftströme und zwei Ausströmöffnungen 4 für Abluftströme auf. Eine Ausführung umfasst ein Befeuchtermodul 5 und die andere Ausführung umfasst zwei Befeuchtermodule 5 die parallel zueinander im Gehäuse 2 angeordnet sind. Ein Zuluftstrom ist ein feuchter Zuluftstrom und ein weiterer Zuluftstrom ist ein zu befeuchtender Zuluftstrom. Bei einem Einsatz als Befeuchter 1 für eine Brennstoffzelle ist der feuchte Zuluftstrom die Brennstoffzellenabluft und der zu befeuchtende Zuluftstrom ist die Brennstoffzellenzuluft. In dem Befeuchtermodul 5 sind Hohlfasern 8 angeordnet, wobei ein Luftstrom durch die Hohlfasern 8 strömt und der andere Luftstrom die Hohlfasern 8 umströmt. Die Hohlfasern 8 sind orthogonal zur Strömungsrichtung des umströmenden Luftstroms ausgerichtet, so dass sich über die Hohlfasern 8 ein Stoffaustausch im Kreuzstrom ergibt. An den Einströmöffnungen 3 und den Ausströmöffnungen 4 sind Sammler 10 zugeordnet. Den Anströmflächen 6, 7 ist ein Filter 11 zugeordnet. Dieser Filter 11 ist mehrlagig ausgebildet und weist eine chemische Filterlage mit Aktivkohle und eine physikalische Filterlage mit Elektretfiltermaterial auf.FIG. 7 shows two exemplary embodiments of a humidifier 1 in which the housings are flat and rectangular in cross-section. Both housings 2 have two inflow openings 3 for supply air flows and two outflow openings 4 for exhaust air flows. One embodiment comprises a humidifier module 5 and the other embodiment comprises two humidifier modules 5 which are arranged parallel to one another in the housing 2. One supply air flow is a moist supply air flow and another supply air flow is a supply air flow to be humidified. When used as a humidifier 1 for a fuel cell, the moist supply air flow is the fuel cell exhaust air and the supply air flow to be humidified is the Brennstoffzellenzuluft. In the humidifier module 5 hollow fibers 8 are arranged, wherein an air flow flows through the hollow fibers 8 and the other air flow flows around the hollow fibers 8. The hollow fibers 8 are oriented orthogonally to the flow direction of the air stream flowing around, so that a mass transfer occurs in cross flow via the hollow fibers 8. At the inlet openings 3 and the outflow openings 4 collector 10 are assigned. The inflow surfaces 6, 7 is associated with a filter 11. This filter 11 is multi-layered and has a chemical filter layer with activated carbon and a physical filter layer with electret filter material.
Figur 8 zeigt eine Einrichtung 12 zur Strömungsregulierung der Zuluft. Eine derartige Einrichtung 12 wird benachbart zu einem Befeuchtermodul 5 gemäß einem der vorherigen Beispiele oder eines aus dem Stand der Technik bekannten Befeuchters eingesetzt, um eine Vergleichmäßigung der Zuluft herbei zu führen, damit das Befeuchtermodul 5 über die gesamte Anströmfläche 6 gleichmäßig angeströmt wird. Bei dem in Figur 8 oben gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Einrichtung 12 aus einemFIG. 8 shows a device 12 for flow regulation of the supply air. Such a device 12 is used adjacent to a humidifier module 5 in accordance with one of the previous examples or a humidifier known from the prior art in order to bring about a homogenization of the supply air, so that the humidifier module 5 is uniformly flowed over the entire inflow surface 6. In the embodiment shown in Figure 8 above, the device 12 consists of a
Grundkörper 13 in den eine Vielzahl von Durchbrechungen 15 eingebracht sind, die jeweils durch eine Klappe 14 verschließbar sind. Die Klappe 14 ist derart federnd an dem Grundkörper 13 angeordnet, dass die Klappe 14 die Durchbrechung 15 bei einem geringen Staudruck und damit bei einem geringen Volumenstrom der Zuluft nahezu verschließt. Dadurch verteilt sich die Zuluft über die gesamte Fläche der Einrichtung 12 und damit auch über die gesamte Fläche des Befeuchtermoduls 5. Steigt der Volumenstrom der Zuluft an, steigt auch der Staudruck an und die Klappen 14 öffnen sich, wodurch der Luftdurchsatz in jeder Durchbrechung 15 ansteigt. Dadurch wird ein Anstieg des Staudrucks vermieden, wobei eine gleichmäßige Anströmung des Befeuchtermoduls 5 gewährleistet ist. Die Einrichtung führt also dazu, dass insbesondere im Teillastbetrieb eine gleichmäßige Anströmung des Befeuchtermoduls gewährleistet ist.Base body 13 in which a plurality of openings 15 are introduced, which are each closed by a flap 14. The flap 14 is resiliently arranged on the base body 13, that the flap 14, the aperture 15 at a low dynamic pressure and thus at a low flow rate of supply air almost closes. As a result, the supply air over the entire surface of the device 12 and thus spread over the entire surface of the humidifier 5. If the volume flow of supply air increases, and the dynamic pressure increases and the flaps 14 open, whereby the air flow rate increases in each opening 15 , As a result, an increase in the back pressure is avoided, with a uniform flow of humidifier 5 is ensured. The device thus leads to a uniform flow of the humidifier is guaranteed especially in partial load operation.
Eine ähnliche Einrichtung 12 ist in Figur 8 unten gezeigt. Bei diesemA similar device 12 is shown in Figure 8 below. In this
Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 13 als Lochplatte ausgebildet, wobei die Durchbrechungen 15, die sich in der Grundplatte 12 befinden, durch einen verschiebbaren zweiten als Lochplatte ausgebildeten Grundkörper 13 in ihren Querschnitten variierbar sind. Figur 9 zeigt eine Einrichtung 12 bei der zwei flächige Elemente 16 an einer Kante gelenkig miteinander verbunden sind. Durch eine Federeinrichtung 17 sind die beiden flächigen Elemente 16 bei geringem Staudruck auseinander geklappt. An der der einen Kante gegenüber liegenden anderen Kante sind flächige Streifen 18 angeordnet. Bei steigendem Staudruck biegen sich die Streifen 18 und die beiden flächigen Elemente 16 bewegen sich aufeinander zu und geben einen vergrößerten Querschnitt frei. Embodiment, the base body 13 is formed as a perforated plate, wherein the openings 15, which are located in the base plate 12, are variable by a displaceable second formed as a perforated plate base 13 in their cross-sections. FIG. 9 shows a device 12 in which two flat elements 16 are hinged together at one edge. By a spring means 17, the two flat elements 16 are folded apart at a low dynamic pressure. At the one edge opposite the other edge strips 18 are arranged. As the dynamic pressure increases, the strips 18 bend and the two flat elements 16 move toward one another and release an enlarged cross-section.

Claims

Patentansprüche claims
1. Befeuchter (1), umfassend ein Gehäuse (2) mit Einströmöffnungen (3) für Zuluftströme und Ausströmöffnungen (4) für Abluftströme sowie zumindest ein Befeuchtermodul (5), welches in dem Gehäuse (2) angeordnet ist, wobei das Befeuchtermodul (5) so ausgebildet ist, dass sich zumindest zwei Anströmflächen (6, 7) für einen Zuluftstrom ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmflächen (6, 7) zueinander geneigt sind.1. humidifier (1), comprising a housing (2) with inflow openings (3) for supply air and outflow openings (4) for exhaust air streams and at least one humidifier module (5) which is arranged in the housing (2), wherein the humidifier module (5 ) is formed so that at least two inflow surfaces (6, 7) for a supply air flow, characterized in that the inflow surfaces (6, 7) are inclined to each other.
2. Befeuchter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuluftstrom ein feuchter Zuluftstrom und ein weiterer Zuluftstrom ein zu befeuchtender Zuluftstrom ist.2. Humidifier according to claim 1, characterized in that a supply air flow is a moist supply air flow and another supply air flow to be humidified supply air flow.
3. Befeuchter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befeuchtermodul (5) V-förmig ausgebildet ist.3. Humidifier according to claim 1 or 2, characterized in that the humidifier module (5) is V-shaped.
4. Befeuchter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Befeuchtermodule (5) vorgesehen sind, die V-förmig zueinander angeordnet sind.4. humidifier according to claim 1 or 2, characterized in that two humidifier modules (5) are provided, which are arranged in a V-shape to each other.
5. Befeuchter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befeuchtermodul (5) Hohlfasern (8) umfasst.5. Humidifier according to one of claims 1 to 4, characterized in that the humidifier module (5) comprises hollow fibers (8).
6. Befeuchter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feuchte Zuluft die Hohlfasern (8) umströmt und die zu befeuchtende Zuluft durch die Hohlfasern (8) strömt. 6. A humidifier according to claim 5, characterized in that the moist supply air flows around the hollow fibers (8) and flows to be humidified supply air through the hollow fibers (8).
7. Befeuchter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der feuchte Zuluftstrom und der zu befeuchtende Zuluftstrom im Kreuzstrom geführt sind.7. Humidifier according to one of claims 1 to 6, characterized in that the moist supply air flow and to be humidified supply air flow are performed in cross flow.
8. Befeuchter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) Rippen (9) angeordnet sind.8. humidifier according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the housing (2) ribs (9) are arranged.
9. Befeuchter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zumindest eine Befeuchtermodul (5) an den Rippen (9) abstützt.9. humidifier according to claim 8, characterized in that the at least one humidifier module (5) on the ribs (9) is supported.
10. Befeuchter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass den Einströmöffnungen (3) und den Ausströmöffnungen (4) Sammler (10) zugeordnet sind. 10. Humidifier according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inlet openings (3) and the outflow openings (4) associated with collector (10).
PCT/EP2009/000510 2008-01-30 2009-01-27 Humidifier WO2009095201A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008006793.8 2008-01-30
DE102008006793A DE102008006793A1 (en) 2008-01-30 2008-01-30 humidifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009095201A1 true WO2009095201A1 (en) 2009-08-06

Family

ID=40565003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/000510 WO2009095201A1 (en) 2008-01-30 2009-01-27 Humidifier

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008006793A1 (en)
WO (1) WO2009095201A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013004839A1 (en) * 2013-03-21 2014-01-09 Daimler Ag Humidification arrangement for moistening fuel cell stack of vehicle, has set of flaps arranged in one position in which humidification medium of humidification membrane flows in one direction that is different from another direction
US20140306359A1 (en) * 2013-04-15 2014-10-16 GM Global Technology Operations LLC Simplified Fuel Cell Humidifier Design
DE102014210370A1 (en) 2014-06-02 2015-12-03 Volkswagen Aktiengesellschaft Humidifier, plate, device and motor vehicle
DE102018217322A1 (en) * 2018-10-10 2020-04-16 Mahle International Gmbh Humidifier
US11821653B2 (en) 2021-11-30 2023-11-21 Tyco Fire & Security Gmbh Air conditioner including a plurality of evaporative cooling units
WO2023102049A1 (en) * 2021-11-30 2023-06-08 Tyco Fire & Security Gmbh Air conditioner including a plurality of evaporative cooling units
WO2023102042A1 (en) * 2021-11-30 2023-06-08 Tyco Fire & Security Gmbh Shape of an evaporative cooling unit
US11976844B2 (en) 2021-11-30 2024-05-07 Tyco Fire & Security Gmbh Shape of an evaporative cooling unit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6248155B1 (en) * 1999-08-13 2001-06-19 Bemis Manufacturing Company Combination humidifier and air purifier
DE102005028718A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Carl Freudenberg Kg Air humidifier has layers of hollow fibers sandwiched in a spiral wrapping of fleece or open-pored foam
JP2007212076A (en) * 2006-02-10 2007-08-23 Honda Motor Co Ltd Humidifying device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10244707A1 (en) 2002-09-24 2004-04-01 Daimlerchrysler Ag Apparatus for exchanging moisture between a wet and a dry gas stream

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6248155B1 (en) * 1999-08-13 2001-06-19 Bemis Manufacturing Company Combination humidifier and air purifier
DE102005028718A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Carl Freudenberg Kg Air humidifier has layers of hollow fibers sandwiched in a spiral wrapping of fleece or open-pored foam
JP2007212076A (en) * 2006-02-10 2007-08-23 Honda Motor Co Ltd Humidifying device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008006793A1 (en) 2009-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009095201A1 (en) Humidifier
DE112005001084B4 (en) Gas separator and method for its operation
DE102008006735B4 (en) Fuel cell system and designated Wasserdampfübertragungseinheit
DE102005028717B4 (en) humidifier
DE102005003007A1 (en) fuel cell
DE102011087904A1 (en) Membrane humidifying device for a fuel cell
DE102017208358A1 (en) DRYING DEVICE FOR A FUEL CELL
WO2017167925A1 (en) Gas diffusion layer
WO2018055130A1 (en) Flow plate for a humidifier
WO2004028671A1 (en) Device for exchanging humidity between a humid and a dry gas flow
WO2019233988A1 (en) Humidifier and motor vehicle with a fuel cell device having a humidifier
DE102020134182A1 (en) MOISTURE EXCHANGERS, IN PARTICULAR HUMIDIFIER FOR A FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM
DE102014205029A1 (en) Conditioning unit for conditioning an operating medium and fuel cell assembly with such
DE102015122115A1 (en) Humidifier with integrated water separator for a fuel cell system, fuel cell system with humidifier and vehicle with such
DE102012018863A1 (en) Gas humidifier for humidification of supply air in fuel cell system of vehicle, has transmissive membranes disconnecting moistened page from dry page, and liquid separator integrated with plate-shaped membranes and provided with fabric
DE102014006465A1 (en) Humidifying device, for example for a fuel cell
WO2018055132A1 (en) Flow plate for a humidifier
DE102014006464A1 (en) Humidifying device, for example, for a fuel cell
EP1515383A2 (en) Device for ventilating a medium in at least one fuel cell and a fuel cell system
DE102006046725A1 (en) Water mass balancing scheme for fuel cell systems
EP4240519A2 (en) Membrane contactor for transferring water vapor between two gas flows
WO2015185403A2 (en) Humidifier, plate, device, and motor vehicle
DE102019126306A1 (en) Fuel cell system
DE102018205995A1 (en) Apparatus for conditioning the cathode gas and fuel cell system with such a device
DE102014209207B4 (en) Fuel cell stack with flow distributor to optimize media distribution

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09705715

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09705715

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1