WO2015185403A2 - Befeuchter, platte, vorrichtung und kraftfahrzeug - Google Patents

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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a humidifier, a fuel cell device and a motor vehicle.
  • Humidifiers are used to add moisture to a humidified gas. Humidifiers find particular in the operation of device with at least one fuel cell
  • Fuel cells serve the direct conversion of chemical energy into electrical energy. They can be used stationary or mobile. An exemplary field of application is in motor vehicles.
  • Humidifiers are used to humidify supply air for the fuel cell, for example by means of exhaust gas of the fuel cell, which naturally has a high degree of humidity.
  • humidifier are designed so that on a humidifying a humidified gas and a humidifying gas separated by a water-permeable material can be moved past each other so that water in
  • a humidifier which is intended for use with a fuel cell.
  • the humidifier includes: several combined
  • humidified gas is generated by mixing different gases with different gases
  • DE 102 44 707 A1 describes a device for exchanging moisture, in particular water or steam, between a moist and a dry gas stream.
  • hollow fibers are used to separate the two gas streams from each other.
  • DE101 02 358 A1 also describes a humidifier comprising a housing which accommodates a large number of water-permeable hollow-fiber membranes arranged in the longitudinal flow direction of the housing, with two different gases having different moisture contents being separated through the space outside and through the interior of the bundle of hollow fiber membranes to exchange their moisture over the hollow fiber membranes, thereby moisturizing the dry gas at the lower moisture content.
  • JP H07-71795 deals with a humidifier in a cylindrical housing.
  • DE 10 2008 006 793 A1 proposes a design of the
  • Humidifier module with two mutually inclined inflow surfaces.
  • the present invention is concerned with the task of improving the moisture transfer from wet gas to the gas to be humidified.
  • a humidifier according to claim 1 is proposed. Furthermore, a plate according to claim 3 and an apparatus according to claim 8 with a fuel cell and with a humidifier according to the invention for humidifying supply air for the fuel cell using exhaust gas of the fuel cell proposed. Finally, a motor vehicle according to claim 9 is proposed with the device according to the invention.
  • the humidifier proposed according to the invention comprises at least one
  • Humidification wherein the humidifier is designed so that in the humidifying a humidified first gas in a flow direction and separated by a water-permeable material can be passed to a humidifying second gas, so that water from the second gas into the first gas passes.
  • the humidifier proposed according to the invention is characterized in that a cross-sectional area of the humidification channel available to the first gas is reduced in the flow direction. The tapering of the cross-sectional area causes a pressure drop across the humidifying passage that reduces, compensates or overcompensates for a pressure increase due to increasing humidification so that the partial pressure difference between the first and second gases remains high despite the passage of moisture across the humidification passage.
  • the humidifier may comprise a housing through which the humidification channel is limited.
  • the humidifier may comprise a plurality of hollow fibers of the water-permeable material for passage of the second gas, wherein the hollow fibers extend in the housing perpendicular to the flow direction, wherein in the flow direction, an array density of the hollow fibers is constant and the housing tapers in the flow direction.
  • the inventively proposed plate of water-permeable material has webs on a flat side, which extend in a flow direction and a
  • the plate is characterized in that a distance between the lands in the flow direction is monotonically reduced.
  • the advantage of the plate is also due to the fact that the partial pressure difference between the first and second gas remains large despite moisture over the humidification channel.
  • the plate may have a plurality of webs defining a plurality of mutually parallel humidification channels, wherein widths of the webs monotonically increase in the flow direction, so that reduce cross-sectional areas of the humidifying channels in the flow direction.
  • the humidifier may comprise at least one plate according to the invention in a housing.
  • FIG. 2 shows a second humidifier, an embodiment of the present
  • FIG 3 shows a first plate according to the prior art of water-permeable material
  • FIG. 4 shows the first plate in section
  • Figure 5 is a second plate of water-permeable material in plan view, wherein the second plate represents an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 shows the second plate according to the invention in section.
  • the first prior art humidifier 10 shown in FIG. 1 includes a housing 20 to which a hollow fiber bundle having parallel hollow fibers 130 is disposed. A density of the hollow fibers 130 in the bundle is constant.
  • the illustrated housing 20 is cylindrical with a rectangular base and defines a humidifying passage extending in a flow direction parallel to the
  • the hollow fibers 130 run perpendicular to the base walls and thus perpendicular to the flow direction and parallel to the side walls of the housing.
  • Two of the side walls which are not adjacent to one another and thus parallel to one another in the example, comprise a first gas inlet and a first gas outlet, through which a first gas can be led into and out of the housing 20.
  • the second gas may be passed from a second gas inlet to a second gas outlet.
  • the ends of the hollow fibers form the second gas inlet and the second gas outlet.
  • the hollow fibers 130 are arranged uniformly tight in the housing 20.
  • the hollow fibers 130 are made of water-permeable material and allow the capillary passage of moisture through pores of the material, but not of gas. This allows, for example, humid gas to be passed around the hollow fibers 130 through the hollow fibers 130 and gas to be humidified. Alternatively, gas to be humidified is passed around the hollow fibers 130 through the hollow fibers 130 and wet gas.
  • a second humidifier 100 is shown with a housing 200, a
  • Embodiment of the present invention represents.
  • the illustrated housing 200 of the second humidifier 100 includes the humidification channel 210 and is cylindrical. in the
  • Housing 200 is a hollow fiber bundle with parallel hollow fibers 130 arranged. A density of the hollow fibers 130 in the bundle is constant.
  • the base walls 1 10, 120 of the housing are trapezoidal.
  • the hollow fibers 130 are perpendicular to the base walls, and thus parallel to the side walls of the housing 200, which in addition to the mutually parallel base walls 1 10, 120 comprises a pair of parallel side walls 140, 150 and a pair of non-parallel side walls.
  • the pair of parallel side walls 140, 150 has the first gas inlet and the first
  • Gas outlet through which a first gas into the housing 200 into and out of the housing 200 can be led out.
  • the flow direction from the first gas inlet to the first gas outlet is perpendicular to the direction of extension of the hollow fibers 130.
  • the surface density of the hollow fibers 130 in the housing 100 is constant in each plane perpendicular to the flow direction in which the first gas to be humidified is passed.
  • a first gas inlet through which the first gas is introduced into the humidification, from the larger parallel side wall 140 and a first gas outlet, through which the first gas from the
  • Humidification channel is led out, from the smaller parallel side wall 150 includes. Therefore, a cross-sectional area of the humidifying passage decreases in the flow direction.
  • the hollow fibers 130 are made of water-permeable material and allow the capillary passage of moisture through pores of the material, but not of gas.
  • the first gas to be humidified in the housing 200 flows around the hollow fibers 130 from the first gas inlet to the first gas outlet and moist second gas through the hollow fibers 130,
  • the partial pressure difference of the humidity between the first and the second gas remains large, since the pressure reduction due to the cross-sectional area change the
  • FIG 3 shows a first plate 40 according to the prior art of water-permeable material in plan view and Figure 4, the first plate 40 in section along the line indicated in Figure 3 with A.
  • a plate 40 of water-permeable material which allows the capillary passage of moisture through pores of the material, is also referred to as Membranbefeuchterplatte.
  • the open channels 51, 61 form on the flat sides of the plate 40 are equally high projecting and mutually parallel webs 41, 42 are formed, the open channels 51, 61 form.
  • Each of the webs 41, 42 has a constant width and each of the channels 51, 61 has a constant width, wherein different webs 41, 42 and / or channels 51, 61 may have different widths. If the channels 51, 61 closed by arranging the plate 40 in a housing, so can through the channels 51 on one of the flat sides of the plate 40 to be moistened first gas and through the channels 61 on the other flat side of the plate 40, the moistening second gas are passed in countercurrent. Due to the
  • Partial pressure difference of the water between the first and the second gas diffuses moisture through the plate and moistens the first gas.
  • FIG. 5 shows a second plate 400 made of water-permeable material which allows capillary passage of moisture through pores of the material, in plan view and FIG. 6 the second plate 400 in section along the line marked B in FIG.
  • the plate 400 shown in Figures 5 and 6 represents an embodiment of the present invention.
  • the open channels 510, 610 form.
  • the channels 510, 610 are basically parallel, but not the side walls of the channels 510, 610, since the width of the channels 510, 610 changes linearly over the length of the plate 500. This is achieved by webs 510, 610, which become linearly wider over the length of the plate 500.
  • the webs 410 taper on the one flat side of the plate 100 opposite to the webs 420 on the other surface side.
  • the plate 400 is made of water-permeable material and allows the capillary passage of moisture through pores of the material, but not of gas.
  • the humidifying first gas and through the channels 610 on the other flat side of the plate, the humidifying second gas in countercurrent through the channels 510 on one of the flat sides of the plate be directed. Due to the partial pressure difference of the water between the first and the second gas, moisture diffuses through the plate and humidifies the first gas. In this case, the partial pressure difference remains large enough for an effective moisture transfer over the entire route and correspondingly good humidification of the first gas and / or dehumidification of the second gas.
  • the width or cross-sectional area of the channel or channels for the passage of the gas to be humidified change linearly.
  • other width changes are possible within the meaning of the invention.
  • the inventive effect is based on the reduction of the channel width or the channel cross-section in the flow direction.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Befeuchter, eine Vorrichtung mit Brennstoffzelle und ein Kraftfahrzeug. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Befeuchter (100) umfasst mindestens einen Befeuchtungskanal (210), wobei der Befeuchter (100) so ausgestaltet ist, dass im Befeuchtungskanal (210) ein zu befeuchtendes erstes Gas in einer Strömungsrichtung und durch ein wasserdurchlässiges Material (130) getrennt an einem befeuchtenden zweiten Gas vorbeigeführt werden kann, sodass Wasser vom zweiten Gas in das erste Gas übertritt. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Befeuchter (100) ist dadurch gekennzeichnet, dass sich eine dem ersten Gas zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des Befeuchtungskanals (210) in der Strömungsrichtung verringert. Die Verjüngung der Querschnittsfläche bewirkt einen Druckabfall über den Befeuchtungskanal, der einen Druckanstieg infolge der zunehmenden Befeuchtung verringert, kompensiert oder überkompensiert, sodass die Partialdruckdifferenz zwischen erstem und zweiten Gas trotz Feuchteübertritt über die Befeuchtungskanalstrecke groß bleibt.

Description

Beschreibung
Befeuchter, Platte, Vorrichtung und Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Befeuchter, ein Vorrichtung mit Brennstoffzelle und ein Kraftfahrzeug.
Befeuchter dienen dazu, einem zu befeuchtenden Gas Feuchtigkeit zuzuführen. Befeuchter finden insbesondere im Betrieb von Vorrichtung mit mindestens einer Brennstoffzelle
Verwendung. Brennstoffzellen dienen der direkten Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Sie können stationär oder mobil eingesetzt werden. Ein beispielhaftes Anwendungsgebiet ist in Kraftfahrzeugen. Befeuchter dienen zur Befeuchtung von Zuluft für die Brennstoffzelle beispielsweise mithilfe von Abgas der Brennstoffzelle, welches natürlicherweise einen hohen Feuchtigkeitsgrad aufweist.
Grundsätzlich sind Befeuchter so ausgebildet, dass auf einer Befeuchtungstrecke ein zu befeuchtendes Gas und ein befeuchtendes Gas durch ein wasserdurchlässiges Material voneinander getrennt so aneinander vorbeigeführt werden können, dass Wasser in
gasförmiger, flüssiger oder Dampfphase vom zweiten Gas in das erste Gas übertritt.
So ist zum Beispiel aus DE10102447A1 ein Befeuchter bekannt, der zur Verwendung mit einer Brennstoffzelle vorgesehen ist. Der Befeuchter umfasst: mehrere kombinierte
wasserdurchlässige Membranen, wobei jede der wasserdurchlässigen Membranen
befeuchtetes Gas erzeugt, indem darin verschiedene Gase mit unterschiedlichen
Feuchtigkeitsgehalten strömen und ein Feuchtigkeitsaustausch zwischen den verschiedenen Gasen stattfindet, sodass ein trockenes Gas mit einem kleineren Feuchtigkeitsgehalt durch das andere feuchte Gas mit größerem Feuchtigkeitsgehalt befeuchtet wird.
Eine andere Form von Befeuchtern verwendet Hohlfasern. So beschreibt DE102 44 707 A1 eine Vorrichtung zum Austausch von Feuchtigkeit, insbesondere Wasser oder Wasserdampf, zwischen einem feuchten und einem trockenen Gasstrom. Dabei werden Hohlfasern zum Trennen der beiden Gasströme voneinander eingesetzt. Auch DE101 02 358 A1 beschreibt einen Befeuchter, der ein Gehäuse umfasst, das eine große Anzahl wasserdurchlässiger Hohlfasermembranen aufnimmt, die in Längsströmungsrichtung des Gehäuses angeordnet sind, wobei zwei unterschiedliche Gase mit unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalten getrennt durch den Raum außerhalb und durch das Innere des Bündels der Hohlfasermembranen geleitet werden, um ihre Feuchtigkeit über die Hohlfasermembranen auszutauschen, wobei das Trockengas mit dem geringeren Feuchtigkeitsgehalt befeuchtet wird.
Während das in DE 102 44 707 A1 erwähnte Gehäuse kubisch ist, befasst sich JP H07-71795 mit einem Befeuchter in einem zylinderförmigen Gehäuse.
Kadylak, David Erwin:„Effectiveness method for heat and mass transfer in membrane humidifiers", April 2009, University of British Columbia, Vancouver, Canada, diskutiert die Variablen und Parameter, die den Wassertransfer in Befeuchtern beeinflussen, und erwähnt insbesondere die Abhängigkeit der Befeuchtergeometrie und der Strömungsbedingungen auf die Performance. Dabei wird festgehalten, dass kapillarer Wassertransfer durch Membranporen von hohen Druckdifferenzen angetrieben wird.
Um den Druckverlust eines in einen freien Raum zwischen Befeuchtermodulen eindringenden Luftstroms zu vergleichmäßigen, schlägt DE 10 2008 006 793 A1 eine Ausbildung des
Befeuchtermoduls mit zwei zueinander geneigten Anströmflächen vor.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, den Feuchteübertritt von feuchtem Gas zum zu befeuchtenden Gas zu verbessern.
Dazu wird ein Befeuchter gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Weiterhin wird eine Platte gemäß Anspruch 3 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 mit einer Brennstoffzelle und mit einem erfindungsgemäßen Befeuchter zur Befeuchtung von Zuluft für die Brennstoffzelle mithilfe von Abgas der Brennstoffzelle vorgeschlagen. Schließlich wird auch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Befeuchter umfasst mindestens einen
Befeuchtungskanal, wobei der Befeuchter so ausgestaltet ist, dass im Befeuchtungskanal ein zu befeuchtendes erstes Gas in einer Strömungsrichtung und durch ein wasserdurchlässiges Material getrennt an einem befeuchtenden zweiten Gas vorbeigeführt werden kann, sodass Wasser vom zweiten Gas in das erste Gas übertritt. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Befeuchter ist dadurch gekennzeichnet, dass sich eine dem ersten Gas zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des Befeuchtungskanals in der Strömungsrichtung verringert. Die Verjüngung der Querschnittsfläche bewirkt einen Druckabfall über dem Befeuchtungskanal, der einen Druckanstieg infolge der zunehmenden Befeuchtung verringert, kompensiert oder überkompensiert, sodass die Partialdruckdifferenz zwischen erstem und zweiten Gas trotz Feuchteübertritt über die Befeuchtungskanalstrecke groß bleibt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Befeuchter ein Gehäuse umfassen, durch das der Befeuchtungskanal begrenzt ist. Dabei kann der Befeuchter eine Vielzahl von Hohlfasern aus dem wasserdurchlässigen Material zur Durchführung des zweiten Gases umfassen, wobei sich die Hohlfasern im Gehäuse senkrecht zur Strömungsrichtung erstrecken, wobei in der Strömungsrichtung eine Anordnungsdichte der Hohlfasern konstant ist und sich das Gehäuse in der Strömungsrichtung verjüngt.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Platte aus wasserdurchlässigem Material weist auf einer flächigen Seite Stege auf, die sich in einer Strömungsrichtung erstrecken und einen
Befeuchtungskanal begrenzen. Die Platte ist dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abstand zwischen den Stegen in der Strömungsrichtung monoton verringert.
Der Vorteil der Platte liegt ebenfalls darin begründet, dass die Partialdruckdifferenz zwischen erstem und zweitem Gas trotz Feuchteübertritt über die Befeuchtungskanalstrecke groß bleibt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Platte eine Vielzahl von Stegen aufweisen, die eine Vielzahl von zueinander parallelen Befeuchtungskanälen begrenzen, wobei sich Breiten der Stege in der Strömungsrichtung monoton vergrößern, sodass sich Querschnittsflächen der Befeuchtungskanäle in der Strömungsrichtung verringern.
Es ist weiterhin möglich, dass die Platte auf der anderen flächigen Seite sich in die
Strömungsrichtung erstreckende weitere Stege aufweist, wobei sich Abstände zwischen den weiteren Stegen in der Strömungsrichtung monoton vergrößern.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Befeuchter mindestens eine erfindungsgemäße Platte in einem Gehäuse aufweisen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen
Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen ersten Befeuchter nach Stand der Technik,
Figur 2 einen zweiter Befeuchter, der ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt,
Figur 3 eine erste Platte nach Stand der Technik aus wasserdurchlässigem Material
Aufsicht,
Figur 4 die erste Platte im Schnitt,
Figur 5 eine zweite Platte aus wasserdurchlässigem Material in Aufsicht, wobei die zweite Platte ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, und
Figur 6 die zweite erfindungsgemäße Platte im Schnitt.
Der in Figur 1 gezeigte erste Befeuchter 10 nach Stand der Technik umfasst ein Gehäuse 20, dem ein Hohlfaserbündel mit parallelen Hohlfasern130 angeordnet ist. Eine Dichte der Hohlfasern 130 im Bündel ist dabei konstant.
Das gezeigte Gehäuse 20 ist zylinderförmig mit rechteckiger Grundfläche und begrenzt einen Befeuchtungskanal, der sich in einer Strömungsrichtung erstreckt, die parallel zu den
Grundflächen ist. Im gezeigten Befeuchter 10 verlaufen die Hohlfasern130 senkrecht zu den Grundwänden und damit senkrecht zur Strömungsrichtung und parallel zu den Seitenwänden des Gehäuses. Zwei der Seitenwände, die nicht aneinander grenzen und also im Beispiel zueinander parallel sind, umfassen einen ersten Gaseinlass und einen ersten Gasauslass, durch die ein erstes Gas in das Gehäuse 20 hinein- und aus dem Gehäuse herausgeführt werden kann. Das zweite Gas kann von einem zweiten Gaseinlass zu einem zweiten Gasauslass geführt werden. Im dargestellten Beispiel bilden die Enden der Hohlfasern den zweiten Gaseinlass und den zweiten Gasauslass.
Die Hohlfasern 130 sind im Gehäuse 20 gleichmäßig dicht angeordnet. Die Hohlfasern 130 sind aus wasserdurchlässigem Material und erlauben den kapillaren Durchtritt von Feuchtigkeit durch Poren des Materials, nicht jedoch von Gas. Dies ermöglicht, dass beispielsweise feuchtes Gas durch die Hohlfasern 130 und zu befeuchtendes Gas um die Hohlfasern 130 herumgeleitet wird. Alternativ wird zu befeuchtendes Gas durch die Hohlfasern 130 und feuchtes Gas um die Hohlfasern 130 herumgeleitet.
In Figur 2 ist ein zweiter Befeuchter 100 mit einem Gehäuse 200 gezeigt, der ein
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das gezeigte Gehäuse 200 des zweiten Befeuchters 100 umfasst den Befeuchtungskanal 210 und ist zylinderförmig. Im
Gehäuse 200 ist ein Hohlfaserbündel mit parallelen Hohlfasern130 angeordnet. Eine Dichte der Hohlfasern 130 im Bündel ist dabei konstant. Im Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Befeuchters 100 sind die Grundwände 1 10, 120 des Gehäuses trapezförmig. Wieder verlaufen die Hohlfasern 130 senkrecht zu den Grundwänden und damit parallel zu den Seitenwänden des Gehäuses 200, welches zusätzlich zu den zueinander parallelen Grundwänden 1 10, 120 ein Paar paralleler Seitenwände 140, 150 und ein Paar nicht-paralleler Seitenwände umfasst. Das Paar paralleler Seitenwände 140, 150 weist den ersten Gaseinlass und den ersten
Gasauslass auf, durch die ein erstes Gas in das Gehäuse 200 hinein- und aus dem Gehäuse 200 herausgeführt werden kann. Die Strömungsrichtung vom ersten Gaseinlass zum ersten Gasauslass ist senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Hohlfasern 130. Die Flächendichte der Hohlfasern 130 ist im Gehäuse 100 in jeder Ebene senkrecht zu der Strömungsrichtung, in der das zu befeuchtende, erste Gas geführt wird, konstant. Dabei wird ein erster Gaseinlass, durch den das erste Gas in den Befeuchtungskanal hineingeführt wird, von der größeren parallelen Seitenwand 140 und ein erster Gasauslass, durch den das erste Gas aus dem
Befeuchtungskanal herausgeführt wird, von der kleineren parallelen Seitenwand 150 umfasst. Daher sinkt in Strömungsrichtung eine Querschnittsfläche des Befeuchtungskanals.
Die Hohlfasern 130 sind aus wasserdurchlässigem Material und erlauben den kapillaren Durchtritt von Feuchtigkeit durch Poren des Materials, nicht jedoch von Gas.
Strömt jetzt zu befeuchtendes, erstes Gas im Gehäuse 200 um die Hohlfasern 130 herum vom ersten Gaseinlass zum ersten Gasauslass und feuchtes, zweites Gas durch die Hohlfasern 130, so bleibt die Partialdruckdifferenz der Feuchtigkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Gas groß, da die Druckverringerung infolge der Querschnittsflächenveränderung die
Partialdruckzunahme der Feuchtigkeit im ersten Gas infolge des Feuchteübertritts bei
Umströmung der Hohlfasern verringert, kompensiert oder überkompensiert. Die verbleibende Partialdruckdifferenz bewirkt gleichbleibend guten Feuchteübertritt vom zweiten zum ersten Gas.
Figur 3 zeigt eine erste Platte 40 nach Stand der Technik aus wasserdurchlässigem Material in Aufsicht und Figur 4 die erste Platte 40 im Schnitt entlang der in Figur 3 mit A bezeichneten Linie. Eine solche Platte 40 aus wasserdurchlässigem Material, die den kapillaren Durchtritt von Feuchtigkeit durch Poren des Materials erlaubt, wird auch als Membranbefeuchterplatte bezeichnet.
Auf den flächigen Seiten der Platte 40 sind gleich hoch vorstehende und parallel zueinander verlaufende Stege 41 , 42 ausgebildet, die offene Kanäle 51 , 61 bilden. Jeder der Stege 41 , 42 hat eine konstante Breite und jeder der Kanäle 51 , 61 hat eine konstante Breite, wobei unterschiedliche Stege 41 , 42 und/oder Kanäle 51 , 61 unterschiedliche Breiten haben können. Werden die Kanäle 51 , 61 durch Anordnung der Platte 40 in einem Gehäuse verschlossen, so kann durch die Kanäle 51 auf einer der flächigen Seiten der Platte 40 das zu befeuchtende erste Gas und durch die Kanäle 61 auf der anderen flächigen Seite der Platte 40 das befeuchtende zweite Gas im Gegenstrom geleitet werden. Bedingt durch den
Partialdruckunterschied des Wassers zwischen dem ersten und dem zweiten Gas diffundiert Feuchtigkeit durch die Platte und befeuchtet das erste Gas.
Figur 5 zeigt eine zweite Platte 400 aus wasserdurchlässigem Material, das den kapillaren Durchtritt von Feuchtigkeit durch Poren des Materials erlaubt, in Aufsicht und Figur 6 die zweite Platte 400 im Schnitt entlang der in Figur 5 mit B bezeichneten Linie. Die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Platte 400 stellt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
Wieder sind auf den flächigen Seiten der Platte 400 gleich hoch vorstehende Stege 410, 420 ausgebildet, die offene Kanäle 510, 610 bilden. Die Kanäle 510, 610 verlaufen zwar grundsätzlich parallel, nicht jedoch die Seitenwände der Kanäle 510, 610, da sich die Breite der Kanäle 510, 610 über die Länge der Platte 500 linear ändert. Dies wird erreicht durch Stege 510, 610, die über die Länge der Platte 500 linear breiter werden. Dabei verjüngen sich die Stege 410 auf der einen flächigen Seite der Platte 100 entgegengesetzt zu den Stegen 420 auf der anderen flächigen Seite. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die Stege 410 auf der einen flächigen Seite der Platte 100 gleichgerichtet zu den Stegen 420 auf der anderen flächigen Seite verjüngen.
Es ist auch möglich, jeden Steg 410, 420 zwischen zwei Kanälen 510, 610 durch zwei nicht parallele Hilfsstege zu ersetzen, zwischen denen ein nicht als Kanal genutzter Freiraum verbleibt.
Die Platte 400 ist aus wasserdurchlässigem Material und erlaubt den kapillaren Durchtritt von Feuchtigkeit durch Poren des Materials, nicht jedoch von Gas.
Werden die Kanäle durch die Anordnung der Platte 400 in einem Gehäuse verschlossen, so kann durch die Kanäle 510 auf einer der flächigen Seiten der Platte das zu befeuchtende erste Gas und durch die Kanäle 610 auf der anderen flächigen Seite der Platte das befeuchtende zweite Gas im Gegenstrom geleitet werden. Bedingt durch den Partialdruckunterschied des Wassers zwischen dem ersten und dem zweiten Gas diffundiert Feuchtigkeit durch die Platte und befeuchtet das erste Gas. Dabei bleibt die Partialdruckdifferenz auf der gesamten Strecke groß genug für einen wirkungsvollen Feuchteübertritt und entsprechend gute Befeuchtung des ersten Gases und/oder Entfeuchtung des zweiten Gases.
In den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen ändern sich die Breite bzw. Querschnittsfläche des bzw. der Kanäle für die Durchführung des zu befeuchtenden Gases linear. Es sind jedoch im Sinne der Erfindung andere Breitenänderungen möglich. Der erfinderische Effekt beruht auf der Verringerung der Kanalbreite bzw. des Kanalquerschnitts in Strömungsrichtung. Für den erfinderischen Effekt ist es ausreichend, wenn eine Kanalbreite bzw. ein Kanalquerschnitt auf einer Einlassseite, auf der das zu befeuchtende Gas dem Kanal zugeführt wird, größer ist als auf einer Auslassseite, auf der das befeuchtete Gas aus dem Kanal abgeführt wird. Bezugszeichenliste , 100 Befeuchter
, 200 Gehäuse
0 Befeuchtungskanal
0, 120 Grundwände
0 wasserdurchlässiges Material, als Hohlfaser oder als Platte mit Stegen ausgebildet
0, 150 parallele Seitenwände des Gehäuses
, 400 Platte
, 42 Stege konstanter Breite
0, 420 Stege mit veränderlicher Breite
, 61 Kanäle konstanter Breite
0, 610 Kanäle mit veränderlicher Breite

Claims

Patentansprüche
1 . Befeuchter (100) mit mindestens einem Befeuchtungskanal (210, 510), wobei der
Befeuchter so ausgestaltet ist, dass im Befeuchtungskanal (210, 510) ein zu
befeuchtendes, erstes Gas in einer Strömungsrichtung und durch ein wasserdurchlässiges Material (130) getrennt an einem befeuchtenden, zweiten Gas vorbeigeführt werden kann, sodass Wasser vom zweiten Gas in das erste Gas übertritt, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine dem ersten Gas zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des
Befeuchtungskanals (210, 510) in der Strömungsrichtung verringert.
2. Befeuchter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchter ein Gehäuse (200) umfasst, durch das der Befeuchtungskanal (210) begrenzt ist, wobei der Befeuchter (100) eine Vielzahl von Hohlfasern (130) aus dem wasserdurchlässigen Material zur Durchführung des zweiten Gases umfasst, wobei sich die Hohlfasern (130) im Gehäuse (200) senkrecht zur Strömungsrichtung erstrecken, wobei in der Strömungsrichtung eine Anordnungsdichte der Hohlfasern (130) konstant ist und sich das Gehäuse (200) in der Strömungsrichtung verjüngt.
3. Platte (400) aus wasserdurchlässigem Material, wobei die Platte (400) auf einer flächigen Seite Stege (410) aufweist, die sich in einer Strömungsrichtung erstrecken und einen Befeuchtungskanal (510) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abstand zwischen den Stegen (410) in der Strömungsrichtung monoton verringert.
4. Platte (400) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Stegen (410) eine Vielzahl von zueinander parallelen Befeuchtungskanälen (510) begrenzen, wobei sich Breiten der Stege (410) in der Strömungsrichtung monoton vergrößern, sodass sich Querschnittsflächen der Befeuchtungskanäle (410) in der Strömungsrichtung verringern.
5. Platte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (400) auf der anderen flächigen Seite sich in die Strömungsrichtung erstreckende weitere Stege (420) aufweist.
6. Platte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich Breiten der Stege (420) auf der anderen flächigen Seite in der Strömungsrichtung monoton vergrößern.
7. Befeuchter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchter mindestens eine Platte (400) nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6 in einem Gehäuse aufweist.
8. Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle und mit einem Befeuchter (100) nach einem der Ansprüche 1 , 2 und 7 zur Befeuchtung von Zuluft für die Brennstoffzelle mithilfe von Abgas der Brennstoffzelle.
9. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach Anspruch 8.
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