WO2018055130A1 - Strömungsplatte für einen befeuchter - Google Patents

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WO2018055130A1
WO2018055130A1 PCT/EP2017/074119 EP2017074119W WO2018055130A1 WO 2018055130 A1 WO2018055130 A1 WO 2018055130A1 EP 2017074119 W EP2017074119 W EP 2017074119W WO 2018055130 A1 WO2018055130 A1 WO 2018055130A1
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flow plate
flow
support elements
plate according
plane
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PCT/EP2017/074119
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André SPEIDEL
Rainer Glück
Werner Buntz
Thomas STÖHR
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Reinz-Dichtungs-Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/0822—Plate-and-frame devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14—Specific spacers
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present application relates to a flow plate for a humidifier, which is preferably for humidifying process gas, and to a humidifier with such a flow plate, for example in electrochemical systems.
  • the electrochemical systems mentioned can be, for example, a fuel cell system, an electrochemical compressor, an electrolyzer or the like.
  • humidifiers are used for the treatment of air in the field of building services and air management in vehicles, d. H. in an area which is summarized under the English term "heating, ventilation and air conditioning” (HVAC), ie heating, ventilation and air conditioning.
  • HVAC heating, ventilation and air conditioning
  • Such humidifiers are used, for example, for humidifying process gas for fuel cells, which are operated with molecular hydrogen and / or oxygen or air for power generation.
  • the for the Operation of such fuel cell usually used proton exchange membranes need to increase the durability and improve the efficiency of stable conditions as possible with respect to the temperature and humidity.
  • the process gases supplied to the fuel cell are usually set to a desired stable degree of humidification in a humidifier.
  • a humidifier comprises flow plates, which are usually provided with channel structures, the channels being adjacent to a water transfer medium, typically in the form of a water-permeable membrane.
  • Such an arrangement usually provides a plurality of flow plates, between each of which water transfer membranes are arranged.
  • An important feature of the membranes is that they are gas impermeable, but allow the exchange of moisture between the water transfer membrane and the surrounding gas.
  • a moister gas is passed through the channels of an adjacent flow plate and that a drier gas flows through channels of a second flow plate on the opposite side of the water transfer membrane.
  • the humid gas on one side of the water transfer membrane releases moisture to the membrane, while on the opposite side the membrane releases moisture to the drier gas.
  • the water transfer membrane causes a significant part of the cost in the production of the described humidifier, so that it is usually desirable to minimize the area of the water transfer membranes and thus also the area of the flow plates.
  • the efficient guidance of the gas through the channels of the flow plates is therefore of crucial importance, because a predefined degree of humidity of the gas is to be reliably set by transferring moisture across the membrane on the smallest possible exchange surface.
  • German utility model DE 20 2014 006 480 Ul is in this context a design the channels within flow plates of a humidifier, which exerts a favorable influence on the flow of the gas and thus allows extensive moisture exchange with the water transfer membrane.
  • the innovation relates to a flow plate for a humidifier having a flow field with a plurality of free-standing support elements, wherein the support elements extend at least in sections perpendicular to the plane of the plane of the flow plate.
  • a flow field in this context is meant a region of the flow plate which is adapted to flow in that region during operation, a gas along the surface of the flow plate.
  • This flow field is not, as in the prior art, divided into separate channels, but it allows the gas to flow in different ways along the surface of the flow plate, the space, which in the prior art at least partially divided by channel walls is, has a plurality of free-standing support elements. These may, for example, extend in a columnar or rod-like manner from the plane of the plane of the flow plate into the space extending along the flow plate, for example between it and an adjacent water exchange membrane.
  • the flow plate is usually planar, so that the plane plane of the flow plate is defined as a plane parallel to the two perpendicular main directions of extension of the flow plate, which are usually parallel with rectangular shaped flow plates to the plate edges.
  • the flow field can thus include a parallel to the flow plate, a few millimeters high space with its enveloping contour is formed by the support members.
  • the support members may be configured to abut an adjacent water exchange membrane when using the flow plate in a stack of a humidifier. Due to the fact that the support elements are free-standing, a partial gas flow along the
  • Flow plate each pass a support element on both sides.
  • gas flow conditions are formed on the flow plate as a whole, which permit an optimized distribution of the gas flow with respect to a maximum throughput, whereby the formation of a laminar flow is at least partially hindered or completely avoided by the plurality of support elements.
  • This results in a good exchange of that gas which flows in each case directly along the surface of the flow plate in partial regions, with the gas flowing in partial regions farther away from the flow plate parallel thereto, for example along a water transfer membrane.
  • a better moisture transport from the water transfer membrane away in the flowing gas or, in the case of dehumidification of the gas in the reverse direction allows.
  • the support elements are elastic perpendicular to the plane surface plane.
  • manufacturing tolerances can be well balanced, so that for example all or most support elements can abut an adjacent water exchange membrane elastic and, for example, a slight excess has no damage to the water exchange membrane result.
  • it allows the elasticity of the support elements to absorb pressure surges during operation, so that there is no damage to the water exchange membrane here.
  • the elasticity of the support elements in the direction perpendicular to the planar surface plane of the flow plate can be achieved by material elasticity and / or by formulaic elasticity, ie by the support elements are either compressible in itself or overall deformable.
  • a further advantageous embodiment can provide that the support elements in each case have a certain width B and a certain parallel to the planar surface plane of the flow plate width L, where: L ⁇ 10-B, preferably L ⁇ 3-B, especially Preferably L ⁇ B, and wherein the width B and the length L are preferably determined in each case on the flow plate facing the end of the support elements, that is, for example, respectively at the end of the support elements, which is connected to the flat surface of the support plate.
  • L ⁇ 10-B preferably L ⁇ 3-B, especially Preferably L ⁇ B
  • the width B and the length L are preferably determined in each case on the flow plate facing the end of the support elements, that is, for example, respectively at the end of the support elements, which is connected to the flat surface of the support plate.
  • the support elements can have the shape of a web section with a greater or lesser length and a correspondingly small width.
  • a gas flow can be at least partially directed in certain paths over the flow plate or on the flow plate along.
  • the support elements each have a height H which is determined to be perpendicular to the plane of the plane of the flow plate, wherein H ⁇ 6-L, preferably H ⁇ 3-L, particularly preferably H ⁇ L.
  • the space between the flow plate and an adjacent water exchange membrane is relatively narrow, in that the distance between the flow plate and the adjacent water exchange membrane is made small.
  • the support elements each have a height H which is determined perpendicular to the plane of the plane of the flow plate where H ⁇ 3.0 mm, preferably H ⁇ 1.0 mm, particularly preferably H ⁇ 0.5 mm.
  • the support elements wholly or partially, d. H. all support elements or a part of them, to an adjacent water exchange membrane or a supporting medium holding them.
  • the region of the membrane which is covered by the ends of the support elements, which lie directly against the water exchange membrane, requires special attention, since in this region the gas flowing through can only come into limited contact with the water exchange membrane.
  • supports are provided on the water exchange membrane, which may also be part of or identical to the support medium and which, by being arranged between the water exchange membrane and the support elements, also allow moisture exchange with the water exchange membrane in this area.
  • a support medium may be, for example, a (graphite) fiber paper, a (graphite) fiber fabric, a non-woven or other fabric or scrim of natural and / or synthetic fibers.
  • the support medium for the water exchange membrane is usually gas permeable.
  • the water transfer medium which may also be called water transfer membrane or water exchange membrane, may e.g. As a porous medium, a coated or impregnated fabric (Texapor ®, Venturi ®), a
  • Membrane laminate (Goretex ® ), an ion - soaked membrane, a
  • ionomer membrane Nafion ®
  • diaphragm a diaphragm
  • the length of the support elements may advantageously be less than 5 mm, more preferably less than 2 mm and particularly preferably less than 1 mm.
  • d max ⁇ 6-L preferably d max ⁇ 3-L, particularly preferably d max ⁇ L.
  • This maximum distances defined between adjacent support elements ensure a sufficient number of obstacles in the path of the gas flow, so that at least partially a resolution of the laminar flow is achieved and at least partially turbulences are generated and at the same time the Strömungswi- resistance by the smallest possible dimensions of the support elements sufficiently small is held.
  • the individual support elements may be at least partially formed rod-shaped or columnar.
  • one of the flow plate that is, from the flat surface of the flow plate facing away from the end of the support elements is formed like a hook. Due to the hook-like design of the free end of the support elements, a region of the support elements which can rest elastically on an adjacent water exchange membrane or the support medium and at the same time is not pointed or edged at least in the contact area with the water exchange membrane or the support medium, so that the water exchange membrane or the support medium is not injured or a supporting element can not penetrate into it. If the support elements are made of a deformable plastic, the hook-like bends can be designed to be particularly elastic.
  • the hook-like end of the support elements with respect to a perpendicular to the planar surface plane aligned perpendicular direction / vertical direction by more than 90 degrees, preferably by more than 105 degrees, particularly preferably bent by more than 120 degrees to the flow plate.
  • a turn of at least 90 degrees produces a right angle bent part at the end of the support elements that can be flat against the water exchange membrane. Further flexing of the free ends of the support members causes the ends of the support members to be directed back to the planar surface of the flow plate, further reducing the risk of hooking into the water exchange membrane or support medium and damaging the membrane or support medium.
  • the individual support elements can also be profiled along their height and taper, for example, with respect to the cross section of the flat surface of the flow plate with increasing distance from this conical or pyramidal shape. This results along the height of the support elements, a variable flow cross-section, which is available between the support elements for the gas flowing past. The gas flow is thus slowed down more in the immediate vicinity of the surface of the flow plate than farther away from the surface of the flow plate, where the support elements have only a small cross-section and abut an optional water exchange membrane. As a result, an impulse can be given to the gas flowing past it to also move and mix perpendicular to the planar surface plane.
  • the density of the support elements per unit area of the flow plate along the plane of the plane of the flow plate is variable.
  • the density may change periodically in the main flow direction of the gas in a humidifier. Characterized the flow resistance is modulated for the gas flowing past, whereby density variations are achieved, which can lead to increased mixing of the gas.
  • the density can also be transverse to the
  • Main flow direction of the gas vary, especially there periodically.
  • the support elements are made of plastic, in particular of thermoplastic material, and preferably comprise one or more of the following materials: Polyamide, polypropylene, polyethylene, vinyl, polyester, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyvinylsulfone, polyamide-imide, polyoxymethylene,
  • Polyphthalamide These materials represent plastic materials with which stable and relatively thin support elements in rod or strand form can be produced particularly easily.
  • the support elements made of metal, in particular made of steel, for example made of stainless steel. It is advantageous if the entire flow plate consists of the same metal and the support elements are made in one piece with the flow plate.
  • the flow plate may also be completely or at least partially coated, for. For example, by a hydrophilic or a hydrophobic coating.
  • the number of support elements per unit area "is 2, preferably at least 80 cm" in at least one flow field of a flow plate is at least 20 cm 2, more preferably at least 150 cm "2.
  • the individual support members are relatively thin and wire-like as well as being generally flexible, but so stiff that they protrude like a brush from the flat surface of the flow plate and do not wrap around each other.
  • the support elements are arranged on a mat which is arranged parallel to the plane plane of the flow plate.
  • the support elements and the mat can be made of the same material.
  • the support elements and the mat are formed integrally.
  • the mat may include a mesh of strand-like elements, the free ends of which project from the mat substantially at right angles and form the support elements.
  • the mat can also consist overall of a network of strand-like elements which form the support elements in the region of their free ends.
  • the flow plate with its supporting elements can be made so that there are no openings in the area of the flow fields.
  • Such flow plates are suitable both for use in bipolar structures in which flow on both surfaces of the flow plate different gases as well as for use in monopolar structures in which on both surfaces of the flow plate identical or comparable gases suitable streams. If, on the other hand, the support elements are formed from the flow plate in such a way that openings are formed in the area of the flow fields, the flow plates are only suitable for use in monopolar structures.
  • the flow plate may also be further provided with through holes for passing a gas through the flow plate perpendicular to its plane of plan plane, the flow field being in fluid communication with the through holes.
  • the flow field is understood to be the space available for the gas flowing along the flow plate and occupied by support elements, which, when the flow plate is used in a humidifier, is interposed between the flow chamber
  • the passage openings preferably extend in such a way that they pass through the flow plate and, for example, when used in the stack of a humidifier, can be aligned with corresponding flow openings of adjacent flow plates.
  • Each individual flow plate can be formed in one piece, but it can also consist of at least two interconnected elements, wherein an element frame-shaped closes the flow plate outwards on their narrow sides and the other element is inserted into the rahmenför- shaped element.
  • the frame-shaped element can leave one or both flat sides of the mat-like insertable element and only cover the narrow sides and border.
  • the mat-like element may have projecting support elements on one of its two flat sides or on both flat sides.
  • the frame-like element may also be box-shaped and be provided with a bottom, so that the mat-like element can be inserted into the box and only one flat side of the mat-shaped element is exposed and provided with support elements.
  • the interconnected elements are all made of plastic, wherein the interconnected elements are preferably made of the same plastic.
  • the frame-shaped element may thus consist of plastic in such a case.
  • the frame-shaped element is preferably made of metal or metal.
  • the frame-shaped element is replaced by the production
  • the other, mat-like element can then also be rather mechanically weak, for example as a pliable mat.
  • the invention relates to a flow plate for use in an electrochemical system or in an HVAC system.
  • the innovation in addition to a flow plate of the type discussed above, also relates to a humidifier having one or more flow plates of the above type, wherein the flow plates are arranged in a stack and wherein between each two adjacent flow plates the stack is arranged in each case a membrane composite with at least one water exchange membrane.
  • the flow plate is intended to be installed in a humidifier of bipolar construction, so that different gases, i.
  • Supporting elements can be provided on both flow fields of the flow plate, it being advantageous to provide a larger number of support elements per unit area in the flow field of the gas to be dehumidified than in the flow field of the gas to be humidified. In principle, it is also possible to provide support elements only on the flow field of the gas to be dehumidified.
  • a monopolar-type humidifier in which the same gas flows on both sides of a flow plate, advantageously, two different types of flow plates are alternately arranged.
  • the flow plate for the gas to be dehumidified with the aforementioned number of support elements per unit area, in particular on both flow fields.
  • the flow plate for the gas to be humidified can also be designed without support elements.
  • the water exchange membranes are designed such that they are preferably gas-tight, so that no gas exchange between the flow fields of different flow plates is possible.
  • the flow fields of adjacent flow plates disposed on different sides of a water exchange membrane may be charged with differently humid gases such that on one side a more humid gas gives up moisture to the water exchange membrane and the drier gas flowing on the opposite side of the same water exchange membrane receives water from the water exchange membrane ,
  • the membrane composite can also consist exclusively of a water exchange membrane and by the on both sides of the
  • the water exchange membrane is at least partially covered and supported by a support medium in the form of a gas-permeable material in the context of the membrane composite on one or both sides.
  • a support medium is preferably designed so that it covers the smallest possible part of the surface of the water exchange membrane and the access of gas to the surface of the water exchange membrane as little as possible hindered, but it has sufficient mechanical stability to hold the water exchange membrane.
  • a support medium for example, a (graphite) fiber paper, a
  • the support medium for the water exchange membrane is usually gas permeable. It may be provided that the membrane composite with the support elements of the flow plates, between which the membrane composite is arranged, is in direct contact.
  • the individual support elements can thus be in direct communication with the water exchange membrane or a support medium and on the one hand hold and support the membrane composite or the water exchange membrane, on the other hand also fix the arrangement of the flow plates, for example if the support elements form part of a mat of the flow plate inserted in a frame-shaped element , It then does not necessarily require, for example, a further fixation of the mats in the frame-shaped elements of the flow plates.
  • the through holes of the flow plates of the stack are arranged in alignment, so that the through holes of the flow plates form at least four lines, via the dehumidified gas in the
  • Stackable, dehumidified gas can be discharged from the stack to be humidified. tendes gas into the stack can be introduced and humidified gas from the stack can be discharged.
  • the through openings easily penetrate the flow plates. If the flow plates are designed in several parts, for example with a frame-shaped element and an inserted mat, then the through-openings can either pass through the mats or else the frame-shaped elements in a region into which the mats do not extend.
  • the passage openings in the region of the frame can be provided such that the gas can flow from the frame into the narrow sides of the mats.
  • the frame-shaped elements of the flow plates may be formed in the stacking direction so thick that they lie in the stack formed directly adjacent to each other, so that the through holes are aligned and an outwardly completed, the stack passing through
  • the line Forming the line. Inside the frame-shaped elements, the mat-like elements and the water exchange membranes are then arranged and fixed.
  • the lines formed by the passage openings then have lateral openings, each of which opens into a single flow field.
  • Flow field facing away from a seal can be provided in the respective flow plate, which can be formed directly into the flow plate, for example in the form of embossed beads in metallic flow plates or in the form of bead-groove combinations in at least partially made of plastic flow plates. It is also possible to ensure the seal by means of applied to the flow plate elastomeric caterpillars.
  • Figure 1 is a perspective view of a humidifier with a plurality of flow plates.
  • FIG. 2 schematically shows an electrochemical system with a compressor, a humidifier and a fuel cell stack
  • Fig. 4 is a view of a single flow plate
  • FIG. 5 in an enlarged form the structure of supporting elements of a
  • Fig. 6 in perspective enlarges a portion of a flow plate with support members
  • Fig. 7 is a side view of a flow plate with support members extending on both flat sides of the flow plate;
  • Figure 8 shows a detail of a flow plate with a support member which splits towards its free end and has two hook-shaped, bent in different directions free ends.
  • 9 shows a detail of a support plate with a support element, which has a thickening at its free end.
  • Fig. 10 shows a detail of a flow plate with different
  • Groups of support elements that are differently oriented and arranged in differently oriented rows;
  • Figure 11 shows a detail of a flow plate with support elements which are hollow and formed from the base material of the plate.
  • 12 shows a detail of a flow plate with a plurality of split support elements with hook-like ends;
  • FIG. 13 shows a detail of a flow plate with two adjacent column-like support elements with thickened ends.
  • FIG. 14 shows the flow plate from FIG. 13 in a side view, wherein a groove and a bead are arranged on opposite flat sides of the flow plate;
  • Fig. 15 shows a detail of a sectional view of a flow plate
  • Fig. 16 in two partial diagrams schematic representations of the monopolar and the bipolar structure of humidifier modules or humidifiers.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a block-shaped humidifier 1 with humidifier modules stacked in the stacking direction 2
  • the gas inlets are provided with the reference numerals 4 and 5 and the gas outlets with the reference numerals 6 and 7.
  • the corresponding gas flow directions are designated A, B, C, D.
  • the individual humidifier modules 3 stacked in the humidifier 1 each have the same external dimensions, so that stacking produces a cuboid with flat side surfaces.
  • FIG. 2 schematically shows an electrochemical system 10 with a compressor 11, a humidifier 1 and a fuel cell stack 12, which for example has a large number of hydrogen / oxygen fuel cells.
  • a compressor 11 From the compressor 11 is the humidifier 1 via a first Input 5 of the humidifier 1, a dry, to be humidified process gas fed, z. As molecular hydrogen or molecular oxygen or air.
  • the humidified in the humidifier 1 process gas is then discharged via a first output 6 of the humidifier 1 to the fuel cell stack 12.
  • the chemical energy of different process gases is converted by means of a plurality of membrane electrode units into electrical energy.
  • the resulting in the reaction of the process gases in the fuel cell stack 12 water is supplied to the humidifier 1 via a second input 4, where it serves for wetting the dry process gas, which is the humidifier 1 via the first input 5, through a water exchange membrane.
  • the dehumidified gas is discharged via a second outlet 7 of the humidifier 1, for example, to the environment.
  • Figure 3 shows a perspective view of a known from the prior art humidifier 3, to which in the case described two flow plates 13, 14 and a water exchange membrane arranged between them 15 and two supporting the water exchange membrane 15 on both sides support media 16, 17 in the form of Nonwoven fabrics belong.
  • the flow plates 13, 14 each have channels on at least one of their sides, which are separated from one another by webs 14a, 14b.
  • the respective adjacent channels separating webs 14a, 14b can abut the support media 16, 17, so that in each case enclosed channels for the flow of a gas to the flow plate within the
  • Humidifier module 3 arise.
  • the individual flow plates are fed via the passage openings 18, 19 gas, which can be discharged via further passage openings 20 after passing through the respective flow plate again.
  • each flow plate 13, 14 has four passage openings, of which in each case two mutually opposite each flat side of the flow plate are assigned.
  • the other two through holes are each the opposite associated low side and the channels extending there, which are not visible in Figure 3.
  • the flow plates are stacked in the assembly of a humidifier such that the through-holes 18, 19 are aligned with each other and form a conduit for supplying gas to all the flow plates. On the opposite side is formed by the aligned through holes another line for the discharge of gas from the flow plates.
  • Figure 4 shows in a view a flat side 21 of a flow plate 22 with through holes 23, 24, 25, 26. Between the through holes 23 and 25 on the flat side 21 shown or the through holes 24 and 26 on the side facing away from the viewer flat side of the flow plate are none formed through channels, as would be the case for correspondingly continuous webs, which are known from the prior art. Instead, 22 support elements 27, 28, 29 are formed on the flat side 21 of the flow plate, wherein in each case between two support elements, a free space is formed, can flow through the gas.
  • the support elements 27, 28, 29 are regularly arranged in rows, wherein first, equal distances are set up along a first direction 30 between the support elements 27, 28, while in the second direction 31 between adjacent support elements 27, 29 second, likewise each equal intervals are established.
  • 27, 28, 29 flows along, finds its flow path between the through hole 23 and the through hole 25 and can flow through in each case between adjacent support members in each direction.
  • the flow plate 22 is a flow plate for use in a humidifier or humidifier module 3 for an electric chemical system, in particular for a fuel cell system or for an HVAC system.
  • the flow plates 22 according to the invention are connected to membranes, each of which is made of the
  • Each individual support element 27 has a strip-shaped part 27b, tapering triangularly from a base 27a, which extends substantially perpendicularly away from the flow plate 22.
  • the triangular tip of the strip 27b is bent by about 135 degrees.
  • the triangular strips 27b are cut or punched out of the base of the flow plate 22, so that there correspondingly triangular
  • Openings 27c remain free.
  • the production of the support elements 27 by means of cutting or punching can be used both for metallic flow plates and for flow plates made of plastic material. However, corresponding shapes can also be produced by injection molding, in particular with flow plates made of plastic material.
  • FIG. 6 shows another design of a flow plate 32 from which rectangular strips 33 are punched or cut and bent, the free ends 33b being approximately 135 degrees from a base 33a extending straight from the flow plate 32 33c extend from.
  • the support members 33, 34 are arranged equidistantly, wherein they are in a The first direction 35 are arranged denser than in a second direction 36.
  • this arrangement can be produced for example by injection molding. It is also possible, in such a configuration, to form the flow plate 32 as a flexible mat of a fabric from which individual threads or wires as well as the illustrated support elements 33, 34 protrude vertically, wherein the individual threads or wires may also have bent end portions. This results in an approximately brush-like structure, wherein the ends of each of the brush bristles representing support elements can be bent in each case hook-shaped. However, it is also a simple brush-like structure of the support elements without bending the free ends to form a corresponding
  • Figure 7 shows a side view of the arrangement of the support elements 33, wherein it is clear that from the flow plate 32 to both flat sides
  • Support elements 33, 38 protrude. It can then be arranged on both sides of the flow plate 32 each have a membrane composite with a water exchange membrane, so that 32 can flow along both sides of the flow plate gas for loading and / or dehumidification.
  • a flow plate 32 can also be designed such that it comprises, for example, a fabric mat from which free wire or thread ends extend perpendicularly away in both directions on the flat sides, so that in each case a brush-like structure is formed on both sides of the flow plate.
  • a brush-like structure of support elements can be placed directly each a membrane composite or a water exchange membrane.
  • a flow plate may also have an at least two-part shape, wherein a rigid frame is provided with or without a bottom, in which a corresponding mat of the type described above can be inserted with freely extending therefrom threads or wires.
  • a mat of the type described for example, a fabric can be used, as it is used in the context of a connection partner of a known Velcro fastening system.
  • the individual support elements it is also possible, for example, for the individual support elements to have the form of an elongated or round closed loop.
  • Figure 8 shows schematically in a perspective view a portion of a flow plate 39a, from which a support member 40a is cut or punched and bent.
  • the support member 40a has a straight portion 40b extending perpendicularly away from the planar surface of the flow plate 39a.
  • it is cut or split into two free ends 40c, 40d, which are bent in opposite directions perpendicularly away from the straight section 40b.
  • the bent free ends 40c, 40d form a contact surface for an adjacent water exchange membrane or a membrane composite.
  • Figure 9 shows a flow plate 39b, from which a support member 41 is cut out and bent.
  • the support member 41 has a thickening 42 at its free end.
  • Figure 10 shows a flow plate 39c, on which a plurality of rows of similar support members 43, 44, 45, 46 are arranged, wherein the support elements are arranged in groups in different rows and the rows are not parallel to each other, but at an angle between 0 and 90 degrees.
  • the orientation of the bends 45a at the ends of the support elements is different. In this way, irregularities are created which at least partially avoid the formation of stationary flows over the flow plate.
  • FIG. 11 shows a flow plate 39d from which support elements 47, 48 have been produced, for example, by deep-drawing, with the individual support elements 47, 48 each being cylindrically symmetrical and having a crater-like opening.
  • the individual support elements 47, 48 initially taper off from the planar surface of the flow plate 39d, in order then to extend at a further distance from a thinnest point to expand again. This results in a longitudinal section of an hourglass-shaped contour.
  • FIG. 12 shows a flow plate 39e, from the planar surface of which support elements 49, 50 rise, which in principle have a similar shape to the support elements 40a known from FIG. 8, but are not obtained by cutting out of the flow plate 39e but onto them additively placed, for example by spraying. It is also possible to injection-mold the flow plate 39e together with the support elements 40.
  • FIG. 13 shows a flow plate 39f, from the planar surface of which support elements 51, 52 with button-like thickenings rise at their free ends, which are designed similarly to the support elements 41 from FIG. 9, which, however, likewise are not cut out of the flow plate and bent up, but the flow plate are added, for example by a joining process or by injection molding. It is also possible to injection-mold the flow plate 39f together with the support elements 41.
  • FIG. 12 While the embodiments of Figures 4 to 6 and 8 to 11 have openings such as the openings 27c, the embodiments of Figures 12 and 13 are formed without openings.
  • the embodiments of Figures 12 and 13 are therefore particularly suitable for a bipolar structure of a humidifier, in which on both surfaces, i. flow on both flow fields of the flow plate different gases. However, they can also be used for monopolar constructions of humidifiers. If openings are present, however, no separation of the gases on both surfaces of the flow plate is possible, so that these flow plates can only be used for a monopolar structure of a humidifier in which only the same gases are present on both surfaces of a flow plate.
  • FIG. 14 shows the flow plate 39f according to FIG. 13 in a side view.
  • Recognizable in turn is a plurality of support members 51, 52 which are arranged on a first flat side 53 of the flow plate 39f at regular intervals and project perpendicularly from the plane plane of the flow plate 39f.
  • the flow plate 39f On the first flat side 53, the flow plate 39f further has, in a cantilevered region, a groove 55 which encloses the flow field comprising the support elements 51, 52, e.g. B. can completely circulate.
  • the flow plate 39 f On the second flat side 54, the flow plate 39 f has a bead 56.
  • the bead 56 and the groove 55 are arranged such that a vertical projection of the groove 55 on the planar surface plane of the flow plate 39 f comprises a vertical projection of the bead 56 onto the planar surface plane of the flow plate 39 f.
  • the groove 55 and the sipe 56 are arranged so complementary to each other that a plurality of identical flow plates of the type of the flow plate 39f are stackable such that the beads 56 of the plates 39f are received in the grooves 55 of the respective adjacent flow plate at least partially accepted.
  • Figure 15 shows a side view of a flow plate 32 comparable to the flow plate of Figure 7 with the hook-like support elements 33 on the top of the flow plate 32 and with the hook-like support elements 38 on the underside of the flow plate 32.
  • the flow plate 32 is formed without openings, so that it a bipolar system can be used in which different gases flow on both flow fields.
  • the flow plate 32 has a substantially smaller number of support elements 33 than support elements 38 within the section shown. The flow plate 32 is thus particularly suitable for a
  • the embodiment of Figure 15 as a sealing element on a double bead, in which the two beads 56a, 56b point in different directions, thus allowing a seal in both directions.
  • the illustration has a square 56a and a rounded 56b bead, To illustrate that different bead shapes are possible, but usually only comparable bead shapes are combined within a component.
  • the flow plate 32 is formed as a metallic embossing member
  • the support members 33, 38 are formed by means of cutting and bending from the plate, but they are not in the display plane, but behind this.
  • the beads 56a, 56b are imprinted directly into the metallic flow plate 32, they have a greater height than the support members 33, 38, since the humidifier membrane in the region lying on the sealing elements usually has a smaller thickness than in the area in which they rests on the support elements.
  • FIG. 16A shows a bipolar structure of a humidifier module or of a section of a humidifier.
  • flow plates 13 and water exchange membranes 15 alternate, to one surface of a flow plate is a drier gas to be humidified (“D"), to the other surface of a flow plate is a wetter gas (“W”) passing moisture via the water exchange membrane to the beyond Water exchange membrane emits flowing dry gas (“D").
  • D drier gas to be humidified
  • W wetter gas
  • FIG. 16B illustrates a monopolar structure of a humidifier module or a section of a humidifier having two different flow plates 13, 14.
  • the flow plates 13 are arranged between two flow spaces of moist gas ("W"), the flow plates 14 between two flow spaces of drier gas (“D").
  • the flow plates 13, 14 each have passages, so that the two adjacent flow spaces are not completely separated from each other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) für einen Befeuchter und einen solchen Befeuchter, der eine Vielzahl von Strömungsplatten (22, 32, 39a-39f) und Wasseraustauschmembranen (15) aufweist. Derartige Befeuchter werden unter anderem in elektrochemischen Systemen eingesetzt. Herkömmliche Befeuchter weisen eine geringe Leistung auf, da ein Feuchtigkeitsaustausch üblicherweise nur zwischen den den Wasseraustauschmembranen unmittelbar benachbarten Schichten stattfindet. Die Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) weist ein Strömungsfeld mit einer Vielzahl von freistehenden Stützelementen (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) auf, wobei sich die Stützelemente wenigstens abschnittweise senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte erstrecken. Auf dem Strömungsfeld strömt zu befeuchtendes oder Feuchtigkeit abgebendes Gas. In dem Befeuchter (1) sind die Strömungsplatten (22, 32, 39a-39f) in einem Stapel angeordnet, wobei zwischen zwei benachbarten Strömungsplatten des Stapels jeweils ein Membranverbund (15, 16, 17) mit mindestens einer Wasseraustauschmembran (15) angeordnet ist. Die Stützelemente verbessern die Leistung der Befeuchter, so dass eine geringere Anzahl an Strömungsplatten und damit eine gewichts- und bauraumreduziertes Design ermöglicht wird.

Description

Strömungsplatte für einen Befeuchter
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Strömungsplatte für einen Befeuchter, der vorzugsweise zur Befeuchtung von Prozessgas dient, sowie auf einen Befeuchter mit einer solchen Strömungsplatte, beispielsweise in elektrochemischen Systemen. Bei den genannten elektrochemischen Systemen kann es sich beispielsweise um ein Brennstoffzellensystem, einen elektrochemischen Kompressor, einen Elektrolyseur oder Ähnliches handeln. Neben Anwendungen im Bereich elektrochemischer Systeme sind Befeuchter einsetzbar für die Aufbereitung von Luft im Bereich der Gebäudetechnik und des Luftmanagements in Fahrzeugen, d. h. in einem Bereich, der unter dem englischen Begriff "heating, Ventilation and air conditioning" (HVAC), also Heizung, Belüftung und Klimatisierung, zusammengefasst wird.
Derartige Befeuchter werden beispielsweise für das Befeuchten von Prozessgas für Brennstoffzellen eingesetzt, die mit molekularem Wasserstoff und/ oder Sauerstoff bzw. Luft zur Stromerzeugung betrieben werden. Die für den Betrieb solcher Brennstoffzellen üblicherweise verwendeten Protonenaus- tauschmembranen benötigen zur Steigerung der Haltbarkeit und zur Verbesserung des Wirkungsgrades möglichst stabile Verhältnisse in Bezug auf die Temperatur und die Feuchtigkeit. Die der Brennstoffzelle zugeführten Pro- zessgase werden aus diesem Grund üblicherweise in einem Befeuchter auf einen gewünschten stabilen Befeuchtungsgrad eingestellt. Ein solcher Befeuchter weist Strömungsplatten auf, die üblicherweise mit Kanalstrukturen versehen sind, wobei die Kanäle an ein Wassertransfermedium, typischerweise in Form einer wasserdurchlässigen Membran, angrenzen.
Eine derartige Anordnung sieht üblicherweise mehrere Strömungsplatten vor, zwischen denen jeweils Wassertransfermembranen angeordnet sind. Eine wichtige Eigenschaft der Membranen besteht darin, dass sie gasundurchlässig sind, jedoch den Austausch von Feuchtigkeit zwischen der Wassertransfer- membran und dem sie umgebenden Gas erlauben.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jeweils auf einer Seite einer Wassertransfermembran ein feuchteres Gas durch die Kanäle einer benachbarten Strömungsplatte geführt wird und auf der gegenüberliegenden Seite der Wassertransfermembran Kanäle einer zweiten Strömungsplatte von einem trockeneren Gas durchströmt werden. In diesem Fall gibt das feuchtere Gas auf der einen Seite der Wassertransfermembran Feuchtigkeit an die Membran ab, während auf der gegenüberliegenden Seite die Membran Feuchtigkeit an das trockenere Gas abgibt.
Die Wassertransfermembran verursacht bei der Herstellung der beschriebenen Befeuchter einen wesentlichen Teil der Kosten, so dass üblicherweise angestrebt wird, die Fläche der Wassertransfermembranen und damit jedenfalls auch die Fläche der Strömungsplatten zu minimieren. Der effizienten Führung des Gases durch die Kanäle der Strömungsplatten kommt deshalb eine entscheidende Bedeutung zu, weil auf einer möglichst minimierten Austauschfläche zuverlässig ein vorgegebener Feuchtigkeitsgrad des Gases durch Transfer von Feuchtigkeit über die Membran eingestellt werden soll.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2014 006 480 Ul ist in diesem Zusammenhang eine Gestaltung der Kanäle innerhalb von Strömungsplatten eines Befeuchters bekannt, die einen günstigen Einfluss auf die Strömung des Gases ausübt und damit einen umfangreichen Feuchtigkeitsaustausch mit der Wassertransfermembran erlaubt.
Der vorliegenden Neuerung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, Strömungsplatten für einen Befeuchter zu schaffen, die in noch effizienterer Weise den Austausch von Feuchtigkeit mit einer Wassertransfermembran ermöglichen. Insbesondere soll vermieden werden, dass der Wasseraustausch nur zwischen den membrannahen Ebenen stattfindet.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Strömungsplatte mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Die Ansprüche 2 bis 26 beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen einer derartigen Strömungsplatte und die Ansprüche 27 bis
29 auf einen Befeuchter mit solchen Strömungsplatten.
Demgemäß bezieht sich die Neuerung auf eine Strömungsplatte für einen Befeuchter, die ein Strömungsfeld mit einer Vielzahl von freistehenden Stütz- elementen aufweist, wobei sich die Stützelemente wenigstens abschnittweise senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte erstrecken.
Mit einem Strömungsfeld ist in diesem Zusammenhang ein Bereich der Strömungsplatte gemeint, der dazu eingerichtet ist, dass in diesem Bereich im Betrieb ein Gas entlang der Oberfläche der Strömungsplatte entlangströmt.
Dieses Strömungsfeld ist nicht, wie beim Stand der Technik, in voneinander abgegrenzte Kanäle eingeteilt, sondern es bietet dem Gas die Möglichkeit, auf verschiedenen Wegen entlang der Oberfläche der Strömungsplatte zu strömen, wobei der Raum, der beim Stand der Technik wenigstens teilweise durch Kanalwände eingeteilt ist, eine Mehrzahl von freistehenden Stützelementen aufweist. Diese können sich beispielsweise säulenartig oder stabartig aus der Planflächenebene der Strömungsplatte heraus in den Raum erstrecken, der sich entlang der Strömungsplatte, beispielsweise zwischen dieser und einer benachbarten Wasseraustauschmembran erstreckt. Die Strömungsplatte ist üblicherweise plan gestaltet, so dass die Planflächenebene der Strömungsplatte als eine Ebene definiert ist, die parallel zu den beiden aufeinander senkrecht stehenden Haupterstreckungsrichtungen der Strömungsplatte ist, die üblicherweise bei rechteckig gestalteten Strömungsplatten zu den Plattenkanten parallel sind. Das Strömungsfeld kann somit einen zu der Strömungsplatte parallelen, wenige Millimeter hohen Raum mit umfassen, dessen einhüllende Kontur von den Stützelementen gebildet ist.
Die Stützelemente können beispielsweise derart gestaltet sein, dass sie bei Verwendung der Strömungsplatte in einem Stapel eines Befeuchters an eine benachbarte Wasseraustauschmembran anstoßen. Dadurch, dass die Stütz- elemente freistehend ausgebildet sind, kann ein Teilgasstrom entlang der
Strömungsplatte jeweils ein Stützelement auf beiden Seiten passieren. Es bilden sich damit an der Strömungsplatte insgesamt Gasströmungsverhältnisse aus, die eine optimierte Verteilung der Gasströmung in Bezug auf einen maximalen Durchsatz ermöglichen, wobei durch die Mehrzahl von Stützele- menten die Ausbildung einer laminaren Strömung wenigstens zum Teil behindert oder ganz vermieden wird. Damit ergibt sich ein guter Austausch desjenigen Gases, das jeweils in Teilbereichen unmittelbar entlang der Oberfläche der Strömungsplatte strömt, mit dem Gas, das in Teilbereichen weiter von der Strömungsplatte entfernt parallel zu dieser strömt, beispielsweise entlang einer Wassertransfermembran. Hierdurch wird ein besserer Feuchtigkeitstransport von der Wassertransfermembran weg in das strömende Gas oder, im Falle einer Entfeuchtung des Gases in umgekehrter Richtung ermöglicht.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Stützelemente senkrecht zur Plan- flächenebene elastisch sind. Damit können infolge der elastischen Nachgiebigkeit der Stützelemente Fertigungstoleranzen gut ausgeglichen werden, so dass beispielsweise alle oder die meisten Stützelemente an eine benachbarte Wasseraustauschmembran elastisch anstoßen können und beispielsweise ein geringes Übermaß keine Beschädigung der Wasseraustauschmembran zur Folge hat. Weiterhin erlaubt es die Elastizität der Stützelemente, Druckstöße während des Betriebs abzufangen, so dass auch hier keine Beschädigung der Wasseraustauschmembran eintritt. Die Elastizität der Stützelemente in Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte kann durch Materialelastizität und/oder durch Formelastizität erreicht werden, indem also die Stützelemente entweder in sich kompressibel oder insgesamt verformbar sind. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Stützelemente jeweils eine parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte bestimmte Breite B und eine ebenfalls parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte bestimmte Länge L aufweisen, wobei gilt: L < 10-B, vorzugsweise L < 3-B, besonders vorzugsweise L < B, und wobei die Breite B und die Länge L vorzugsweise jeweils am der Strömungsplatte zugewandten Ende der Stützelemente bestimmt werden, also beispielsweise jeweils an dem Ende der Stützelemente, das mit der planen Oberfläche der Stützplatte verbunden ist. Damit ergibt sich, dass die Neuerung gut beispielsweise durch säulenartige oder stabartige Stützelemente zu verwirklichen ist, die beispielsweise eine runde, elliptische, quadratische oder rechteckige Ouerschnittsform aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Stützelemente die Form eines Stegabschnitts mit mehr oder weniger großer Länge bei entsprechend kleiner Breite aufwei- sen. Über solche Stützelemente, deren Länge beispielsweise in der Größenordnung eines Zehnfachen ihrer Breite ist, kann ein Gasstrom zumindest ansatzweise auch in bestimmten Bahnen über die Strömungsplatte bzw. an der Strömungsplatte entlang gelenkt werden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Stützelemente jeweils eine senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte bestimmte Höhe H aufweisen, wobei gilt: H < 6-L, vorzugsweise H < 3-L, besonders vorzugsweise H < L. Mit dieser Parameterwahl können sich beispielsweise relativ schlanke säulenartige Formen von Stützelementen ergeben. Entspre- chend lassen sich sehr viele Stützelemente pro Flächeneinheit auf einer
Strömungsplatte anordnen, so dass eine stark durchmischte Strömung des Gases über die Strömungsplatte hinweg mit entsprechend gutem Feuchtigkeitsaustausch mit einer Wasseraustauschmembran ermöglicht wird. Dabei ist üblicherweise bei der Verwendung in einem Befeuchter der Raum zwischen der Strömungsplatte und einer benachbarten Wasseraustauschmembran relativ schmal, dadurch, dass der Abstand zwischen der Strömungsplatte und der benachbarten Wasseraustauschmembran gering gewählt wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Stützelemente jeweils eine senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte bestimmte Höhe H aufweisen, wobei gilt: H < 3,0 mm, vorzugsweise H < 1,0 mm, besonders vorzugsweise H < 0,5 mm.
Im zusammengebauten Zustand eines Befeuchters können die Stützelemente ganz oder teilweise, d. h. alle Stützelemente oder ein Teil von ihnen, an eine benachbarte Wasseraustauschmembran oder ein diese haltendes Stützmedium stoßen. Der durch die Enden der Stützelemente, die an der Wasseraustauschmembran unmittelbar anliegen, abgedeckte Bereich der Membran bedarf besonderer Aufmerksamkeit, da in diesem Bereich das durchströmende Gas nur bedingt mit der Wasseraustauschmembran in Kontakt treten kann.
Oft sind im Bereich der Abdeckung Auflagen auf der Wasseraustauschmembran vorgesehen, die auch Teil des Stützmediums oder mit diesem identisch sein können und die dadurch, dass sie zwischen der Wasseraustauschmembran und den Stützelementen angeordnet sind, auch in diesem Bereich einen Feuchtigkeitsaustausch mit der Wasseraustauschmembran ermöglichen. Ein derartiges Stützmedium kann beispielsweise ein (Graphit-)Faserpapier, ein (Graphit-)Fasergelege, ein Vlies oder ein sonstiges Gewebe oder Gelege aus Natur- und/oder Kunstfasern sein. Das Stützmedium für die Wasseraustauschmembran ist gewöhnlich gasdurchlässig.
Das Wassertransfermedium, das auch Wassertransfermembran oder Wasseraustauschmembran genannt werden kann, kann z. B. ein poröses Medium, ein beschichtetes oder imprägniertes Gewebe (Texapor®, Venturi®), ein
Membranlaminat (Goretex®), eine ionengetränkte Membran, eine
lonomermembran (Nafion®) oder ein Diaphragma sein.
Die Länge der Stützelemente kann vorteilhaft kleiner als 5 mm, weiter vorzugsweise kleiner als 2 mm und besonders vorzugsweise kleiner als 1 mm sein. Je kürzer die Stützelemente in Längsrichtung parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte ausgebildet sind, umso weniger können sich feste Kanäle für das entlangströmende Gas ausbilden, wodurch die Gasströmung sich freier ausbreiten und vermischen kann. Dadurch, dass die Dimensionen der Stützelemente in den Richtungen parallel zur Planflächenebene gering gehalten werden, werden auch die durch die Stützelemente an einer parallel angeordneten Wasseraustauschmembran abgedeckten Flächen verringert, die nur in verringertem Maße zum Austausch von Feuchtigkeit mit dem Gas zur Verfügung stehen. Indem die Länge und Breite der Stützelemente möglichst gering gehalten wird, wird somit bei Verwendung in einem Befeuchter die Leistungsfähigkeit des Feuchteaustauschs pro Flächeneinheit der Strömungs- platte vergrößert.
In diesem Zusammenhang kann es auch vorgesehen sein, dass für einen parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte bestimmten maximalen Abstand dmax benachbarter Stützelemente gilt: dmax < 6-L, vorzugsweise dmax < 3-L, besonders vorzugsweise dmax < L. Die auf diese Weise definierten Höchstabstände zwischen benachbarten Stützelemente gewährleisten eine ausreichende Anzahl von Hindernissen im Weg der Gasströmung, so dass zumindest teilweise eine Auflösung der laminaren Strömung erreicht wird und zumindest teilweise Verwirbelungen erzeugt werden und gleichzeitig der Strömungswi- derstand durch die möglichst geringen Abmessungen der Stützelemente ausreichend klein gehalten wird.
Die einzelnen Stützelemente können dabei wenigstens abschnittsweise stabförmig oder säulenförmig ausgebildet sein.
Dabei kann zudem vorgesehen sein, dass ein von der Strömungsplatte, das heißt, von der planen Oberfläche der Strömungsplatte abgewandtes Ende der Stützelemente hakenartig ausgebildet ist. Durch die hakenartige Ausbildung des freien Endes der Stützelemente entsteht an diesem freien Ende ein Bereich der Stützelemente, der an einer benachbarten Wasseraustauschmembran bzw. dem Stützmedium elastisch anliegen kann und gleichzeitig zumindest im Kontaktbereich mit der Wasseraustauschmembran bzw. dem Stützmedium nicht spitz oder kantig ausgebildet ist, so dass die Wasseraustauschmembran bzw. das Stützmedium nicht verletzt wird bzw. ein Stützele- ment in diese nicht eindringen kann. Wenn die Stützelemente aus einem verformbaren Kunststoff bestehen, können die hakenartigen Abbiegungen besonders elastisch ausgebildet sein.
Es kann dabei zudem vorgesehen sein, dass das hakenartige Ende der Stützelemente gegenüber einer senkrecht zur Planflächenebene ausgerichteten Lotrichtung/Vertikalrichtung um mehr als 90 Grad, vorzugsweise um mehr als 105 Grad, besonders vorzugsweise um mehr als 120 Grad zur Strömungsplatte hin abgebogen ist. Eine Abbiegung um wenigstens 90 Grad erzeugt einen rechtwinklig abgebogenen Teil am Ende der Stützelemente, der an der Wasseraustauschmembran flach anliegen kann. Eine weitere Umbiegung der freien Enden der Stützelemente führt dazu, dass die Enden der Stützelemente zurück zur planen Oberfläche der Strömungsplatte gerichtet sind, wodurch die Gefahr eines Einhakens in die Wasseraustauschmembran bzw. das Stützmedium und eine Verletzung der Membran bzw. des Stützmediums weiter reduziert ist.
Die einzelnen Stützelemente können entlang ihrer Höhe auch profiliert sein und beispielsweise bezüglich des Querschnitts von der planen Oberfläche der Strömungsplatte ausgehend mit zunehmender Entfernung von dieser konisch oder pyramidenförmig zulaufen. Damit ergibt sich entlang der Höhe der Stützelemente ein veränderlicher Strömungsquerschnitt, der zwischen den Stützelementen für das vorbeiströmende Gas zur Verfügung steht. Die Gasströmung wird somit in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Strömungsplatte stärker abgebremst als weiter entfernt von der Oberfläche der Strömungsplatte, wo die Stützelemente nur einen geringen Querschnitt aufweisen und an eine gegebenenfalls vorhandene Wasseraustauschmembran anstoßen. Dadurch kann ein Impuls an das vorbeiströmende Gas gegeben werden, sich auch senkrecht zur Planflächenebene zu bewegen und zu vermischen.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die Dichte der Stützelemente pro Flächen- einheit der Strömungsplatte entlang der Planflächenebene der Strömungsplatte veränderlich ist. Die Dichte kann sich beispielsweise in der Hauptströmungsrichtung des Gases in einem Befeuchter periodisch verändern. Dadurch wird der Strömungswiderstand für das vorbeiströmende Gas moduliert, wodurch Dichteschwankungen erreicht werden, die zu einer verstärkten Vermischung des Gases führen können. Die Dichte kann auch quer zu der
Hauptströmungsrichtung des Gases variieren, insbesondere auch dort periodisch.
Es kann zudem vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Stützelemente aus Kunststoff, insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff, gefertigt sind und vorzugsweise eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: Polyamid, Polypropylen, Polyethylen, Vinyl, Polyester, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyvinylsulfon, Polyamidimid, Polyoxymethylen,
Polyphthalamid. Diese Materialien stellen Kunststoffmaterialien dar, mit denen sich stabile und relativ dünne Stützelemente in Stab- oder Strangform besonders einfach herstellen lassen.
Es kann ebenfalls vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Stützelemente aus Metall, insbesondere aus Stahl, beispielsweise aus Edelstahl hergestellt sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die gesamte Strömungsplatte aus demselben Metall besteht und die Stützelemente einteilig mit der Strömungsplatte hergestellt sind. Zur Mikroabdichtung oder zum Korrosionsschutz kann die Strömungsplatte darüber hinaus vollständig oder wenigstens teilweise beschichtet sein, z. B. durch eine hydrophile oder eine hydrophobe Beschich- tung.
Dabei kann außerdem vorgesehen sein, dass die Anzahl der Stützelemente pro Flächeneinheit in zumindest einem Strömungsfeld einer Strömungsplatte wenigstens 20 cm"2 beträgt, vorzugsweise wenigstens 80 cm"2, besonders vorzugsweise wenigstens 150 cm"2. Die einzelnen Stützelemente sind dabei relativ dünn und drahtartig sowie insgesamt biegsam ausgebildet, jedoch so steif, dass sie bürstenartig von der planen Oberfläche der Strömungsplatte abstehen und einander nicht umschlingen.
Hierzu kann weiter vorgesehen sein, dass die Stützelemente auf einer Matte angeordnet sind, die parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte angeordnet ist. Die Stützelemente und die Matte können dabei aus demselben Material gefertigt sein.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Stützelemente und die Matte ein- teilig ausgebildet sind.
Beispielsweise kann die Matte ein Geflecht von strangförmigen Elementen enthalten, deren freie Enden von der Matte im Wesentlichen rechtwinklig abstehen und die Stützelemente bilden. Die Matte kann auch insgesamt aus einem Geflecht von strangförmigen Elementen bestehen, die die Stützelemente im Bereich ihrer freien Enden bilden. Die Strömungsplatte mit ihren Stützelementen kann so gefertigt sein, dass sich im Bereich der Strömungsfelder keine Öffnungen ergeben. Derartige Strömungsplatten sind sowohl zum Einsatz in bipolaren Aufbauten, in denen auf beiden Oberflächen der Strömungsplatte unterschiedliche Gase strömen als auch zum Einsatz in monopolaren Aufbauten, in denen auf beiden Oberflächen der Strömungsplatte identische oder vergleichbare Gase Strömen geeignet. Werden hingegen die Stützelemente so aus der Strömungsplatte geformt, dass sich dadurch Öffnungen im Bereich der Strömungsfelder ergeben, sind die Strömungsplatten nur zum Einsatz in monopolaren Aufbauten geeignet.
Hier werden dann vorzugsweise zwei verschieden ausgeführte Typen von Strömungsplatten alternierend eingesetzt.
Die Strömungsplatte kann zudem weiterhin mit Durchgangsöffnungen zum Durchleiten eines Gases durch die Strömungsplatte senkrecht zu ihrer Planflächenebene versehen sein, wobei das Strömungsfeld mit den Durchgangsöffnungen in Fluidverbindung ist. Unter dem Strömungsfeld wird in diesem Zusammenhang der für das durchströmende Gas entlang der Strömungsplatte zur Verfügung stehende und mit Stützelementen besetzte Raum verstanden, der bei Verwendung der Strömungsplatte in einem Befeuchter zwischen der
Strömungsplatte und einer parallel zu dieser angeordneten Wasseraustauschmembran zur Verfügung steht.
Die Durchgangsöffnungen verlaufen vorzugsweise derart, dass sie die Strö- mungsplatte durchsetzen und beispielsweise bei einer Verwendung im Stapel eines Befeuchters mit entsprechenden Durchgangsöffnungen benachbarter Strömungsplatten fluchten können. Werden somit verschiedene
Strömungsplatten gestapelt, so steht eine durch die fluchtenden Durchgangsöffnungen gebildete Leitung mit vielen Strömungsfeldern der einzelnen Strömungsplatten, im Falle von vier Leitungen üblicherweise jeweils mit der
Hälfte der Strömungsfelder der einzelnen Strömungsplatten in Verbindung, so dass durch die so gebildete Leitung sämtliche Strömungsfelder entweder mit einströmendem Gas beschickt werden können oder durch eine gemeinsame Austrittsleitung das aus den einzelnen Strömungsfeldern ausströmende Gas gesammelt und gemeinsam aus dem Befeuchter ausgeleitet werden kann. Jede einzelne Strömungsplatte kann einstückig ausgebildet sein, sie kann jedoch auch aus mindestens zwei miteinander verbundenen Elementen bestehen, wobei ein Element rahmenförmig die Strömungsplatte nach außen an ihren Schmalseiten abschließt und das andere Element in das rahmenför- mige Element eingelegt ist. Das rahmenförmige Element kann dabei eine oder beide Flachseiten des mattenartigen einlegbaren Elementes freilassen und lediglich die Schmalseiten abdecken und einfassen. In diesem Fall kann das mattenartige Element auf einer seiner beiden Flachseiten oder auf beiden Flachseiten abstehende Stützelemente aufweisen.
Das rahmenartige Element kann jedoch auch kastenförmig ausgebildet und mit einem Boden versehen sein, so dass das mattenartige Element in den Kasten eingelegt werden kann und nur eine Flachseite des mattenförmigen Elementes freiliegt und mit Stützelementen versehen ist.
Dabei kann zudem vorgesehen sein, dass die miteinander verbundenen Elemente sämtlich aus Kunststoff gefertigt sind, wobei die miteinander verbundenen Elemente vorzugsweise aus demselben Kunststoff gefertigt sind. Auch das rahmenförmige Element kann somit in einem solchen Fall aus Kunststoff bestehen.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest zwei miteinander verbundene Elemente aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei das rahmenförmige Element vorzugsweise aus Metall besteht oder Metall enthält. In diesem Fall erhält das rahmenförmige Element durch die Herstellung aus
Metall oder mit Metall eine erhöhte mechanische Stabilität. Das andere, mattenartige Element kann dann auch eher mechanisch schwach ausgebildet sein, beispielsweise als biegeschlaffe Matte. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Strömungsplatte zum Einsatz in einem elektrochemischen System oder in einem HVAC-System.
Die Neuerung bezieht sich außer auf eine Strömungsplatte der oben erläuterten Art auch auf einen Befeuchter mit einer oder mehreren Strömungsplatten der oben genannten Art, wobei die Strömungsplatten in einem Stapel angeordnet sind und wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Strömungsplatten des Stapels jeweils ein Membranverbund mit mindestens einer Wasseraustauschmembran angeordnet ist.
Ist die Strömungsplatte für den Verbau in einem Befeuchter mit bipolarem Aufbau vorgesehen, so dass auf beiden Seiten der Strömungsplatte unterschiedliche Gase, d.h. ein zu be- und ein zu entfeuchtendes Gas, strömen, können auf beiden Strömungsfeldern der Strömungsplatte Stützelemente vorgesehen sein, wobei es vorteilhaft ist, im Strömungsfeld des zu entfeuchtenden Gases eine größere Anzahl an Stützelementen pro Flächeneinheit vorzusehen als im Strömungsfeld des zu befeuchtenden Gases. Prinzipiell ist es auch möglich, nur auf dem Strömungsfeld des zu entfeuchtenden Gases Stützelemente vorzusehen.
Bei einem Befeuchter mit monopolarem Aufbau, bei dem auf beiden Seiten einer Strömungsplatte das gleiche Gas strömt, werden vorteilhafterweise zwei verschiedene Typen von Strömungsplatten alternierend angeordnet. Hier kann es nun vorteilhaft sein, zumindest die Strömungsplatte für das zu entfeuchtende Gas mit der vorgenannten Anzahl an Stützelementen pro Flächeneinheit zu versehen, insbesondere auf beiden Strömungsfeldern. Für die Strömungsplatte, auf deren beiden Strömungsfeldern zu befeuchtendes Gas strömt, kann hingegen eine geringere Anzahl an Stützelementen pro Flächeneinheit vorteilhaft sein. In einzelnen Anwendungsfällen können die Strömungsplatten für zu befeuchtendes Gas auch ohne Stützelemente ausgeführt sein.
Die Wasseraustauschmembranen sind derart ausgebildet, dass sie vorzugsweise gasdicht sind, so dass kein Gasaustausch zwischen den Strömungsfeldern verschiedener Strömungsplatten ermöglicht ist. Beispielsweise können die auf verschiedenen Seiten einer Wasseraustauschmembran angeordneten Strömungsfelder benachbarter Strömungsplatten mit unterschiedlich feuchten Gasen beschickt werden, derart, dass auf der einen Seite ein feuchteres Gas Feuchtigkeit an die Wasseraustauschmembran abgibt und das auf der gegenüberliegenden Seite derselben Wasseraustauschmembran strömende trockenere Gas von der Wasseraustauschmembran Wasser aufnimmt.
Es findet somit ein geordneter Übergang von Feuchtigkeit von dem feuch- teren Gas zu dem trockeneren Gas innerhalb eines Paares benachbarter Strömungsplatten statt.
Der Membranverbund kann dabei auch ausschließlich aus einer Wasser- austauschmembran bestehen und durch die auf beiden Seiten von den
Strömungsplatten abstehenden Stützelemente gestützt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Wasseraustauschmembran im Rahmen des Membranverbundes auf einer oder beiden Seiten von einem Stützmedium in Form eines gasdurchlässigen Materials wenigstens teilweise bedeckt und gestützt ist. Eine derartiges Stützmedium ist vorzugsweise so gestaltet, dass es einen möglichst geringen Teil der Oberfläche der Wasseraustauschmembran abdeckt und den Zugang von Gas zur Oberfläche der Wasseraustauschmembran möglichst wenig behindert, dabei jedoch eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist, um die Wasseraustauschmembran zu halten. Ein derartiges Stützmedium kann beispielsweise ein (Graphit-)Faserpapier, ein
(Graphit-)Fasergelege, ein Vlies oder ein sonstiges Gewebe oder Gelege aus Natur- und/oder Kunstfasern sein. Das Stützmedium für die Wasseraustauschmembran ist gewöhnlich gasdurchlässig. Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Membranverbund mit den Stützelementen der Strömungsplatten, zwischen denen der Membranverbund angeordnet ist, unmittelbar in Kontakt ist. Die einzelnen Stützelemente können somit mit der Wasseraustauschmembran oder einem Stützmedium direkt in Verbindung stehen und einerseits den Membranverbund oder die Wasseraustauschmembran halten und stützen, andererseits auch die Anordnung der Strömungsplatten fixieren, beispielsweise wenn die Stützelemente einen Teil einer in ein rahmenförmiges Element eingelegten Matte der Strömungsplatte darstellen. Es bedarf dann beispielsweise nicht notwendigerweise einer weiteren Fixierung der Matten in den rahmenförmigen Elementen der Strömungsplatten.
Es kann zudem bei einem erfindungsgemäßen Befeuchter vorgesehen sein, dass die Durchgangsöffnungen der Strömungsplatten des Stapels fluchtend angeordnet sind, so dass die Durchgangsöffnungen der Strömungsplatten wenigstens vier Leitungen bilden, über die zu entfeuchtendes Gas in den
Stapel einleitbar, entfeuchtetes Gas aus dem Stapel abführbar, zu befeuch- tendes Gas in den Stapel einleitbar und befeuchtetes Gas aus dem Stapel abführbar ist.
Sind die Strömungsplatten einteilig ausgebildet, so durchsetzen die Durch- gangsöffnungen ohne Weiteres die Strömungsplatten. Sind die Strömungsplatten mehrteilig, beispielsweise mit einem rahmenförmigen Element und einer eingelegten Matte, ausgebildet, so können die Durchgangsöffnungen entweder die Matten durchsetzen oder auch die rahmenförmigen Elemente in einem Bereich, in den hinein sich die Matten nicht erstrecken. Beispielsweise können die Durchgangsöffnungen im Bereich des Rahmens derart vorgesehen sein, dass das Gas vom Rahmen aus in die Schmalseiten der Matten hinein strömen kann. Die rahmenförmigen Elemente der Strömungsplatten können in Stapelungsrichtung so dick ausgebildet sein, dass sie in dem gebildeten Stapel unmittelbar aneinander anliegen, so dass die Durchgangsöffnungen fluchten und eine nach außen abgeschlossene, den Stapel durchsetzende
Leitung bilden. Im Inneren der rahmenförmigen Elemente sind dann die mattenartigen Elemente und die Wasseraustauschmembranen angeordnet und fixiert. Die durch die Durchgangsöffnungen gebildeten Leitungen weisen dann laterale Öffnungen auf, die jeweils in ein einzelnes Strömungsfeld münden.
Auf der Ebene eines Strömungsfelds, zu dem von der betreffenden Durchgangsöffnung keine Verbindung ausgebildet sein soll, ebenso wie auf der Ebene eines Strömungsfeldes, zu dem von der betreffenden Durchgangsöff- nung eine Verbindung hergestellt werden soll, in der von dem betreffenden
Strömungsfeld abgewandten Richtung kann in der betreffenden Strömungsplatte eine Abdichtung vorgesehen sein, die unmittelbar in die Strömungsplatte eingeformt sein kann, beispielsweise in Form von geprägten Sicken bei metallischen Strömungsplatten oder in Form von Sicken-Nut-Kombinationen bei zumindest abschnittsweise aus Kunststoffen hergestellten Strömungsplatten. Ebenso ist es möglich, die Abdichtung mittels auf die Strömungsplatte aufgebrachten Elastomerraupen zu gewährleisten.
Die Neuerung wird im Folgenden anhand von Figuren einer Zeichnung gezeigt und weiter unten erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen Befeuchter mit einer Vielzahl von Strömungsplatten;
Fig. 2 schematisch ein elektrochemisches System mit einem Kom- pressor, einem Befeuchter und einem Brennstoffzellenstapel;
Fig. 3 ein Modul mit zwei Strömungsplatten;
Fig. 4 eine Ansicht einer einzelnen Strömungsplatte;
Fig. 5 in vergrößerter Form die Struktur von Stützelementen einer
Strömungsplatte;
Fig. 6 in perspektivischer Darstellung vergrößert einen Abschnitt einer Strömungsplatte mit Stützelementen;
Fig. 7 eine Seitenansicht einer Strömungsplatte mit Stützelementen, die sich auf beiden Flachseiten der Strömungsplatte erstrecken; Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer Strömungsplatte mit einem Stützelement, das sich zu seinem freien Ende hin spaltet und zwei hakenförmige, in unterschiedliche Richtungen abgebogene freie Enden aufweist; Fig. 9 einen Ausschnitt aus einer Stützplatte mit einem Stützelement, das an seinem freien Ende eine Verdickung aufweist;
Fig. 10 einen Ausschnitt aus einer Strömungsplatte mit verschiedenen
Gruppen von Stützelementen, die unterschiedlich ausgerichtet und in unterschiedlich orientierten Reihen angeordnet sind;
Fig. 11 einen Ausschnitt aus einer Strömungsplatte mit Stützelementen, die hohl ausgebildet und aus dem Grundmaterial der Platte ausgeformt sind; Fig. 12 einen Ausschnitt aus einer Strömungsplatte mit mehreren gespaltenen Stützelementen mit hakenartigen Enden;
Fig. 13 einen Ausschnitt aus einer Strömungsplatte mit zwei benachbarten säulenartigen Stützelementen mit verdickten Enden;
Fig. 14 die Strömungsplatte aus Fig. 13 in einer Seitenansicht, wobei an einander gegenüberliegenden Flachseiten der Strömungsplatte eine Nut und eine Sicke angeordnet sind;
Fig. 15 einen Ausschnitt einer Schnittansicht einer Strömungsplatte mit
Stützelementen in beiden Strömungsfeldern; sowie
Fig. 16 in zwei Teilbildern schematische Darstellungen des monopolaren und des bipolaren Aufbaus von Befeuchtermodulen bzw. Befeuchtern.
Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen blockförmigen Befeuchter 1 mit in der Stapelungsrichtung 2 gestapelten Befeuchtermodulen
3, die jeweils wenigstens eine Strömungsplatte und eine Wasseraustauschmembran enthalten, wobei die Befeuchtermodule durch in Stapelungsrichtung 2 fluchtende Durchgangsöffnungen miteinander verbunden sind, die in nach außen führenden Gasanschlüssen 4, 5, 6, 7 münden. Die Gasanschlüsse
4, 5, 6, 7 durchsetzen eine der Endplatten 8, 9 des Befeuchters 1. Die Gaseingänge sind dabei mit den Bezugszeichen 4 und 5 und die Gasausgänge mit den Bezugszeichen 6 und 7 versehen. Die entsprechenden Gasströmungsrichtungen sind mit A, B, C, D bezeichnet.
Die einzelnen, in dem Befeuchter 1 gestapelten Befeuchtermodule 3 weisen jeweils gleiche äußere Abmessungen auf, so dass durch das Stapeln ein Quader mit flachen Seitenflächen entsteht.
Figur 2 zeigt schematisch ein elektrochemisches System 10 mit einem Kompressor 11, einem Befeuchter 1 und einem Brennstoffzellenstapel 12, der beispielsweise eine Vielzahl von Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffzellen aufweist. Vom Kompressor 11 wird dem Befeuchter 1 über einen ersten Eingang 5 des Befeuchters 1 ein trockenes, zu befeuchtendes Prozessgas zugeführt, z. B. molekularer Wasserstoff oder molekularer Sauerstoff bzw. Luft. Das im Befeuchter 1 befeuchtete Prozessgas wird dann über einen ersten Ausgang 6 des Befeuchters 1 an den Brennstoffzellenstapel 12 abgegeben. Dort wird die chemische Energie unterschiedlicher Prozessgase mittels einer Vielzahl von Membranelektrodeneinheiten in elektrische Energie umgewandelt. Das bei der Reaktion der Prozessgase in dem Brennstoffzellenstapel 12 entstehende Wasser wird dem Befeuchter 1 über einen zweiten Eingang 4 zugeführt und dient dort dem Befeuchten des trockenen Prozessgases, das dem Befeuchter 1 über den ersten Eingang 5 zugeführt wird, durch eine Wasseraustauschmembran hindurch. Das entfeuchtete Gas wird über einen zweiten Ausgang 7 des Befeuchters 1 beispielsweise an die Umgebung abgegeben.
Die Großbuchstaben aus Figur 2 entsprechen den Gasströmungsrichtungen, die in Figur 1 ebenso bezeichnet und im Text hierzu im Zusammenhang mit den Gasanschlüssen erläutert sind.
Figur 3 zeigt in perspektivischer Darstellung ein aus dem Stand der Technik bekanntes Befeuchtermodul 3, zu dem in dem beschriebenen Fall zwei Strömungsplatten 13, 14 sowie eine zwischen diesen angeordnete Wasseraustauschmembran 15 und zwei die Wasseraustauschmembran 15 auf beiden Seiten stützende Stützmedien 16, 17 in Form von Faservliesen gehören.
Die Strömungsplatten 13, 14 weisen jeweils an wenigstens einer ihrer Seiten Kanäle auf, die durch Stege 14a, 14b voneinander getrennt sind. Die jeweils benachbarte Kanäle voneinander trennenden Stege 14a, 14b können an die Stützmedien 16, 17 stoßen, so dass jeweils allseitig umschlossene Kanäle für die Strömung eines Gases an der Strömungsplatte innerhalb des
Befeuchtermoduls 3 entstehen. Den einzelnen Strömungsplatten wird über die Durchgangsöffnungen 18, 19 Gas zugeführt, das über weitere Durchgangsöffnungen 20 nach dem Durchlaufen der jeweiligen Strömungsplatte wieder abgeführt werden kann. Jede Strömungsplatte 13, 14 weist hierzu im gezeigten Beispiel vier Durchgangsöffnungen auf, von denen jeweils zwei einander gegenüberliegende jeder Flachseite der Strömungsplatte zugeordnet sind. Die beiden anderen Durchgangsöffnungen sind jeweils der gegenüberlie- genden Flachseite und den dort verlaufenden Kanälen zugeordnet, die in Figur 3 nicht zu sehen sind. Die Strömungsplatten werden beim Zusammenbau eines Befeuchters derart gestapelt, dass die Durchgangsöffnungen 18, 19 miteinander fluchten und eine Leitung zur Zuführung von Gas zu sämtlichen Strömungsplatten bilden. Auf der jeweils gegenüberliegenden Seite wird durch die fluchtenden Durchgangsöffnungen eine weitere Leitung zur Ableitung von Gas aus den Strömungsplatten gebildet.
Dort, wo die Stege 14a, 14b an die Stützmedien 16, 17 stoßen, ist der Feuch- tigkeitsaustausch zwischen dem Membranverbund, der aus der Wasseraustauschmembran 15 und den Stützmedien 16, 17 besteht, und den Kanälen auf den Strömungsplatten beschränkt. Diese in Figur 3 dargestellte Lösung aus dem Stand der Technik stellt deshalb eine nichtoptimierte Ausführungsform dar, die durch die vorliegende Neuerung verbessert werden soll.
Figur 4 zeigt in einer Ansicht eine Flachseite 21 einer Strömungsplatte 22 mit Durchgangsöffnungen 23, 24, 25, 26. Zwischen den Durchgangsöffnungen 23 und 25 auf der gezeigten Flachseite 21 bzw. den Durchgangsöffnungen 24 und 26 auf der vom Betrachter abgewandten Flachseite der Strömungsplatte sind keine durchgehenden Kanäle gebildet, wie dies etwa bei entsprechend durchgehend verlaufenden Stegen der Fall wäre, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Stattdessen sind auf der Flachseite 21 der Strömungsplatte 22 Stützelemente 27, 28, 29 ausgebildet, wobei jeweils zwischen zwei Stützelementen ein Freiraum gebildet ist, durch den Gas strömen kann. Die Stützele- mente 27, 28, 29 sind regelmäßig in Reihen angeordnet, wobei entlang einer ersten Richtung 30 zwischen den Stützelementen 27, 28 jeweils erste, gleiche Abstände eingerichtet sind, während in der zweiten Richtung 31 zwischen benachbarten Stützelementen 27, 29 zweite, ebenfalls jeweils gleiche Abstände eingerichtet sind. Das Gas, das die Strömungsplatte 22 durchströmt oder das genauer gesagt an der Strömungsplatte 22 im Bereich der Stützelemente
27, 28, 29 entlangströmt, findet seinen Strömungsweg zwischen der Durchgangsöffnung 23 und der Durchgangsöffnung 25 und kann dabei jeweils zwischen benachbarten Stützelementen in jeder Richtung durchströmen.
Es handelt sich bei der Strömungsplatte 22 um eine Strömungsplatte zum Einsatz in einem Befeuchter bzw. einem Befeuchtermodul 3 für ein elektro- chemisches System, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem oder für ein HVAC-System.
Die erfindungsgemäßen Strömungsplatten 22 werden wie die Strömungsplat- ten 13, 14 des Stands der Technik mit Membranverbunden, die jeweils aus der
Wasseraustauschmembran 15 und gegebenenfalls Stützmedien 16, 17 bestehen, zu Befeuchtermodulen zusammengefügt.
Die einzelnen Stützelemente sind beispielhaft in Figur 5 näher dargestellt. Jedes einzelne Stützelement 27 weist einen dreieckig von einer Basis 27a aus spitz zulaufenden streifenförmigen Teil 27b auf, der sich von der Strömungsplatte 22 ausgehend im Wesentlichen senkrecht weg erstreckt. Die dreieck- förmige Spitze des Streifens 27b ist dabei um etwa 135 Grad abgebogen. Die dreieckförmigen Streifen 27b sind aus der Grundfläche der Strömungsplatte 22 ausgeschnitten oder ausgestanzt, so dass dort entsprechend dreieckige
Öffnungen 27c frei bleiben. Die Herstellung der Stützelemente 27 mittels Schneidens oder Stanzens kann sowohl für metallische Strömungsplatten als auch für Strömungsplatten aus Kunststoffmaterial zum Einsatz kommen. Entsprechende Formen können jedoch auch durch Spritzgießen erzeugt werden, insbesondere bei Strömungsplatten aus Kunststoffmaterial. Durch die
Abmessungen der einzelnen Stützelemente 27 und die Dichte der Stützelemente auf der Strömungsplatte 22 wird eine Struktur erzeugt, die zwischen den Durchgangsöffnungen 23, 25 praktisch eine durchgehend laminare Strömung behindert oder verhindert. Es stellen sich bei einer Gasbewegung Strömungen und Wirbel ein, die einen Austausch des Gases zumindest teilweise auch senkrecht zu der Strömungsplatte 22 und damit einen starken Austausch von Feuchtigkeit zwischen der Wasseraustauschmembran und dem gesamten zwischen dieser und der Strömungsplatte 22 liegenden Raum ermöglichen.
Figur 6 zeigt eine andere Gestaltung einer Strömungsplatte 32, aus der recht- eckförmige Streifen 33 ausgestanzt oder ausgeschnitten und aufgebogen sind, wobei die freien Enden 33b sich um etwa 135 Grad gegenüber einem sich senkrecht von der Strömungsplatte 32 weg erstreckenden geraden Teil 33a von einer Basis 33c aus erstrecken. In dem in Figur 6 dargestellten Beispiel sind die Stützelemente 33, 34 äquidistant angeordnet, wobei sie in einer ersten Richtung 35 dichter angeordnet sind als in einer zweiten Richtung 36. Auch diese Anordnung kann beispielsweise durch Spritzgießen erzeugt werden. Es ist auch möglich, in einer solchen Konfiguration die Strömungsplatte 32 als flexible Matte aus einem Gewebe auszubilden, aus dem einzelne Fäden oder Drähte ebenso wie die dargestellten Stützelemente 33, 34 senkrecht abstehen, wobei die einzelnen Fäden oder Drähte ebenfalls abgebogene Endbereiche aufweisen können. Es entsteht dadurch eine näherungsweise bürstenartige Struktur, wobei die Enden der jeweils die Bürstenborsten darstellenden Stützelemente jeweils hakenförmig abgebogen sein können. Es ist jedoch auch eine einfache bürstenartige Struktur der Stützelemente ohne ein Umbiegen der freien Enden zur Ausbildung einer entsprechenden
Strömungsplatte denkbar.
Figur 7 zeigt in einer Seitenansicht die Anordnung der Stützelemente 33, wobei deutlich wird, dass von der Strömungsplatte 32 zu beiden Flachseiten
Stützelemente 33, 38 abstehen. Es kann dann zu beiden Seiten der Strömungsplatte 32 jeweils ein Membranverbund mit einer Wasseraustauschmembran angeordnet werden, so dass an beiden Seiten der Strömungsplatte 32 Gas zur Be- und/oder Entfeuchtung entlangströmen kann.
Die Strömungsrichtungen des jeweils auf den beiden Seiten einer Strömungsplatte 32 entlangströmenden Gases können gleich oder auch unterschiedlich, insbesondere genau entgegensetzt, gerichtet sein. Eine Strömungsplatte 32 kann auch derart ausgebildet sein, dass sie beispielsweise eine Gewebematte umfasst, von der aus sich in beiden Richtungen auf den Flachseiten freie Draht- oder Fadenenden senkrecht weg erstrecken, so dass auf beiden Seiten der Strömungsplatte jeweils eine bürstenartige Struktur entsteht. Auf diese bürstenartige Struktur von Stützelementen kann jeweils direkt ein Membranverbund oder eine Wasseraustauschmembran aufgelegt werden.
Eine Strömungsplatte kann jedoch auch eine mindestens zweiteilige Form aufweisen, wobei ein steifer Rahmen mit oder ohne einen Boden vorgesehen ist, in den eine entsprechende Matte der oben beschriebenen Art mit frei sich von dieser weg erstreckenden Fäden oder Drähten eingelegt werden kann. Als Matte der beschriebenen Art kann beispielsweise ein Gewebe benutzt werden, wie es im Rahmen eines Verbindungspartners eines bekannten Klettverschlusssystems verwendet wird. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, dass die einzelnen Stützelemente die Form einer länglichen oder runden geschlossenen Schlaufe aufweisen.
Figur 8 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht einen Abschnitt einer Strömungsplatte 39a, aus der ein Stützelement 40a ausgeschnitten oder ausgestanzt und aufgebogen ist. Das Stützelement 40a weist einen geraden Abschnitt 40b auf, der sich senkrecht von der planen Oberfläche der Strömungsplatte 39a weg erstreckt. Am Ende des Abschnitts 40b ist dieser eingeschnitten bzw. in zwei frei Enden 40c, 40d gespalten, die in einander entgegengesetzten Richtungen senkrecht von dem geraden Abschnitt 40b abgebogen sind. Die abgebogenen freien Enden 40c, 40d bilden eine Anlagefläche für eine benachbarte Wasseraustauschmembran oder einen Membranverbund.
Figur 9 zeigt eine Strömungsplatte 39b, aus der ein Stützelement 41 ausgeschnitten und aufgebogen ist. Das Stützelement 41 weist an seinem freien Ende eine Verdickung 42 auf.
Figur 10 zeigt eine Strömungsplatte 39c, auf der mehrere Reihen gleichartiger Stützelemente 43, 44, 45, 46 angeordnet sind, wobei die Stützelemente gruppenweise in verschiedenen Reihen angeordnet sind und die Reihen zueinander nicht parallel, sondern in einem Winkel zwischen 0 und 90 Grad verlaufen. Auch die Orientierung der Umbiegungen 45a an den Enden der Stützelemente ist unterschiedlich. Auf diese Weise werden Unregelmäßigkeiten geschaffen, die die Ausbildung von stationären Strömungen über der Strömungsplatte wenigstens teilweise vermeiden.
Figur 11 zeigt eine Strömungsplatte 39d, aus der Stützelemente 47, 48 beispielsweise durch Tiefziehen herausgearbeitet sind, wobei die einzelnen Stützelemente 47, 48 jeweils zylindersymmetrisch ausgebildet sind und eine kraterartige Öffnung aufweisen. Auf ihrer Außenseite verjüngen die einzelnen Stützelemente 47, 48 sich zunächst von der planen Oberfläche der Strömungsplatte 39d ausgehend, um sich dann in einem weiteren Abstand von einer dünnsten Stelle wieder zu erweitern. Es ergibt sich somit im Längsschnitt eine sanduhrförmige Kontur.
In Figur 12 ist eine Strömungsplatte 39e dargestellt, von deren planer Oberflä- che sich Stützelemente 49, 50 erheben, die grundsätzlich eine ähnliche Gestalt wie die aus Figur 8 bekannten Stützelemente 40a aufweisen, jedoch nicht durch Ausschneiden aus der Strömungsplatte 39e gewonnen, sondern auf diese additiv aufgesetzt sind, beispielsweise durch Anspritzen. Ebenso ist es möglich, die Strömungsplatte 39e zusammen mit den Stützelementen 40 im Spritzguss zu spritzen.
Analog zeigt Figur 13 eine Strömungsplatte 39f, von deren planer Oberfläche aus sich Stützelemente 51, 52 mit knopfartigen Verdickungen an ihren freien Enden erheben, die ähnlich gestaltet sind wie die Stützelemente 41 aus Figur 9, die jedoch ebenfalls nicht aus der Strömungsplatte ausgeschnitten und hochgebogen, sondern der Strömungsplatte hinzugefügt sind, beispielsweise durch einen Fügeprozess oder durch Anspritzen. Ebenso ist es möglich, die Strömungsplatte 39f zusammen mit den Stützelementen 41 im Spritzguss zu spritzen.
Während die Ausführungsbeispiele der Figuren 4 bis 6 und 8 bis 11 Öffnungen wie beispielsweise die Öffnungen 27c aufweisen, sind die Ausführungsbeispiele der Figuren 12 und 13 ohne Öffnungen ausgebildet. Die Ausführungsbeispiele der Figuren 12 und 13 sind deshalb besonders geeignet für einen bipolaren Aufbau eines Befeuchters, bei dem auf beiden Oberflächen, d.h. auf beiden Strömungsfeldern der Strömungsplatte unterschiedliche Gase strömen. Sie können jedoch auch für monopolare Aufbauten von Befeuchtern verwendet werden. Sind Öffnungen vorhanden, ist hingegen keine Trennung der Gase auf beiden Oberflächen der Strömungsplatte möglich, so dass diese Strömungsplatten nur für einen monopolaren Aufbau eines Befeuchters, bei dem auf beiden Oberflächen einer Strömungsplatte nur gleiche Gase vorhanden sind, eingesetzt werden können.
Gegenüber dem Stand der Technik erlauben eine neuerungsgemäße
Strömungsplatte und ein aus einer Mehrzahl solcher Strömungsplatten zu- sammengesetzter Befeuchter eine effizientere Befeuchtung von Gas mit einem geringen Platzbedarf.
Figur 14 zeigt die Strömungsplatte 39f gemäß Figur 13 in einer Seitenansicht. Erkennbar ist wiederum eine Vielzahl von Stützelementen 51, 52, die an einer ersten Flachseite 53 der Strömungsplatte 39f in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und senkrecht von der Planflächenebene der Strömungsplatte 39f abstehen. An der ersten Flachseite 53 weist die Strömungsplatte 39f ferner in einem auskragenden Bereich eine Nut 55 auf, die das die Stützele- mente 51, 52 umfassende Strömungsfeld z. B. vollständig umlaufen kann. An der zweiten Flachseite 54 weist die Strömungsplatte 39f eine Sicke 56 auf. Die Sicke 56 und die Nut 55 sind derart angeordnet, dass eine senkrechte Projektion der Nut 55 auf die Planflächenebene der Strömungsplatte 39f eine senkrechte Projektion der Sicke 56 auf die Planflächenebene der Strömungs- platte 39f umfasst. Mit anderen Worten sind die Nut 55 und die Sicke 56 derart komplementär zueinander angeordnet, dass eine Vielzahl von baugleichen Strömungsplatten von der Art der Strömungsplatte 39f derart stapelbar sind, dass die Sicken 56 der Platten 39f in den Nuten 55 der jeweils benachbarten Strömungsplatte aufgenommen sind oder wenigstens teilweise aufge- nommen sind.
Figur 15 zeigt eine Seitenansicht einer Strömungsplatte 32 vergleichbar der Strömungsplatte aus Figur 7 mit den hakenartigen Stützelementen 33 auf der Oberseite der Strömungsplatte 32 und mit den hakenartigen Stützelementen 38 auf der Unterseite der Strömungsplatte 32. Die Strömungsplatte 32 ist ohne Öffnungen ausgebildet, so dass sie für ein bipolares System eingesetzt werden kann, bei dem unterschiedliche Gase auf beiden Strömungsfeldern strömen. Die Strömungsplatte 32 weist eine wesentlich geringere Anzahl an Stützelementen 33 als an Stützelementen 38 innerhalb des gezeigten Ab- Schnitts auf. Die Strömungsplatte 32 ist somit besonders geeignet für einen
Befeuchter, bei dem auf der Oberseite der Strömungsplatte zu befeuchtendes und auf der Unterseite der Strömungsplatte zu entfeuchtendes Gas geführt wird. Weiter weist das Ausführungsbeispiel der Figur 15 als Abdichtelement eine Doppelsicke auf, bei der die beiden Sicken 56a, 56b in unterschiedliche Richtungen weisen und somit eine Abdichtung in beide Richtungen ermöglichen. Die Darstellung weist eine eckige 56a und eine gerundete 56b Sicke auf, um zu illustrieren, dass verschiedene Sickenformen möglich sind, meist werden aber nur vergleichbare Sickenformen innerhalb eines Bauteils kombiniert. Hier ist die Strömungsplatte 32 als metallisches Prägeteil ausgebildet, die Stützelemente 33, 38 sind mittels Schneidens und Umbiegens aus der Platte geformt, sie liegen aber nicht in der Darstellungsebene, sondern hinter dieser. Die Sicken 56a, 56b sind unmittelbar in die metallische Strömungsplatte 32 eingeprägt, sie weisen eine größere Höhe als die Stützelemente 33, 38 auf, da die Befeuchtermembran im auf den Dichtelementen zu liegenden Bereich üblicherweise eine geringere Dicke aufweist als in dem Bereich, in dem sie auf den Stützelementen aufliegt.
In Figur 16A ist ein bipolarer Aufbau eines Befeuchtermoduls bzw. eines Ausschnitts eines Befeuchters dargestellt. Hier alternieren Strömungsplatten 13 und Wasseraustauschmembranen 15, zu einer Oberfläche einer Strömungsplatte verläuft ein trockeneres, zu befeuchtendes Gas („D"), zur anderen Oberfläche einer Strömungsplatte verläuft ein feuchteres Gas („W"), das über die Wasseraustauschmembran Feuchtigkeit an das jenseits der Wasseraustauschmembran strömende trockenere Gas („D") abgibt.
Figur 16B stellt hingegen einen monopolaren Aufbau eines Befeuchtermoduls bzw. eines Ausschnitts eines Befeuchters dar, der zwei unterschiedliche Strömungsplatten 13, 14 aufweist. Die Strömungsplatten 13 sind zwischen zwei Strömungsräumen von feuchtem Gas („W") angeordnet, die Strömungsplatten 14 zwischen zwei Strömungsräumen von trockenerem Gas („D"). Die Strömungsplatten 13, 14 weisen jeweils Durchgänge auf, so dass die beiden angrenzenden Strömungsräume nicht vollständig voneinander getrennt sind.
Bezugszeichenliste
1 Befeuchter
2 Stapelungsrichtung
3 Befeuchtermodul
4, 5, 6, 7 Gasanschlüsse
8, 9 Endplatten
10 elektrochemisches System
11 Kompressor
12 Brennstoffzellenstapel
13, 14 Strömungsplatten
14a, 14b Stege
15 Wasseraustauschmembran
16, 17 Stützmedium
18, 19, 20 Durchgangsöffnungen
21 Flachseite von 22
22 Strömungsplatte
23, 24, 25, 26 Durchgangsöffnungen
27, 28, 29 Stützelemente
27a Basis von 27
27b dreieckförmiger Streifen
27c Öffnung
30, 31 Richtungspfeil
32 Strömungsplatte
33 Stützelement
33a gerader Streifen von 33
33b hakenförmig abgebogenes Ende
33c Basis von 33
34 Stützelement
35, 36 Richtungspfeil
38 Stützelement
39a-f Strömungsplatte
40a-d Stützelement
41 Stützelement
42 Verdickung
43-52 Stützelement , 54 Flachseiten von 39f Nut
, 56a, 56b Sicke
, 58 Flachseiten von 32, 60 Sicke

Claims

Patentansprüche
1. Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) für einen Befeuchter (1), die ein Strömungsfeld mit einer Vielzahl von freistehenden Stützelementen (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) aufweist, wobei sich die Stützelemente wenigstens abschnittweise senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte erstrecken.
2. Strömungsplatte nach Anspruch 1, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) senkrecht zur Planflächenebene elastisch sind.
3. Strömungsplatte nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche , wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) jeweils eine parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) bestimmte Breite B und eine parallel zur Planflächenflächenebene der Strömungsplatte bestimmte Länge L aufweisen, wobei gilt: L < 10-B, vorzugsweise L < 3-B, besonders vorzugsweise L < B, und wobei die Breite B und die Länge L vorzugsweise jeweils am der Strömungsplatte zugewandten Ende der Stützelemente bestimmt werden.
4. Strömungsplatte nach Anspruch 3, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) jeweils eine senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) bestimmte Höhe H aufweisen, wobei gilt: H < 6-L, vorzugsweise H < 3-L, besonders vorzugsweise H < L.
5. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) jeweils eine senkrecht zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) bestimmte Höhe H aufweisen, wobei gilt: H < 3,0 mm, vorzugsweise H < 1,0 mm, besonders vorzugsweise H < 0,5 mm.
6. Strömungsplatte nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei gilt: L < 5,0 mm, vorzugsweise L < 2,0 mm, besonders vorzugsweise L < 1,0 mm.
7. Strömungsplatte nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei für einen parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) bestimmten maximalen Abstand dmax benachbarter Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) gilt: dmax < 6-L, vorzugsweise dmax < 3-L, besonders vorzugsweise dmax ^ L.
8. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) wenigstens abschnittweise stabförmig ausgebildet sind.
9. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein von der Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) abgewandtes Ende der Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) hakenartig ausgebildet ist.
10. Strömungsplatte nach Anspruch 9, wobei das hakenartige Ende der Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) gegenüber einer senkrecht zur Planflächenebene ausgerichteten Lotrichtung um mehr als 90 Grad, vorzugsweise um mehr als 105 Grad, besonders vorzugsweise um mehr als 120 Grad zur Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) hin verbogen ist.
11. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) in periodischen Abständen zueinander angeordnet sind.
12. Strömungsplatte nach Anspruch 11, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) entlang einer ersten Richtung (30, 35) und entlang einer zweiten Richtung (31, 36) in periodischen Abständen zueinander angeordnet sind.
13. Strömungsplatte nach Anspruch 12, wobei ein entlang der ersten Richtung (30, 35) bestimmter erster Abstand benachbarter Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) von einem entlang der zweiten Richtung (31, 36) bestimmten zweiten Abstand benachbarter Stützelemente verschieden ist.
14. Strömungsplatte nach Anspruch 12 oder 13, wobei die erste Richtung (30, 35) und die zweite Richtung (31, 36) senkrecht aufeinander stehen.
15. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strömungsfeld eine Vielzahl von freistehenden Stützelementen (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) aufweist, wobei sich die Stützelemente zu beiden Oberflächen der Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) erstrecken.
16. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischem Kunststoff gefertigt sind und vorzugsweise eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: Polyamid,
Polypropylen, Polyethylen, Vinyl, Polyester, Polyetheretherketon,
Polyethersulfon, Polyvinylsulfon, Polyamidimid, Polyoxymethylen,
Polyphthalamid.
17. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) aus Metall gefertigt sind, insbesondere aus Stahl, vorzugsweise aus Edelstahl.
18. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) pro Flächeneinheit in mindestens einem Strömungsfeld der Strömungsplatte wenigstens 20 cm"2 beträgt, vorzugsweise wenigstens 80 cm"2, besonders vorzugsweise wenigstens 150 cm"2.
19. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) auf einer Matte angeordnet sind, die parallel zur Planflächenebene der Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) angeordnet ist.
20. Strömungsplatte nach Anspruch 19, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) und die Matte aus demselben Material gefertigt sind.
21. Strömungsplatte nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Stützelemente (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) und die Matte einteilig ausgebildet sind.
22. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Durchgangsöffnungen (23, 24, 25, 26) zum Durchleiten eines Gases durch die
Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f), wobei das Strömungsfeld mit den Durchgangsöffnungen (23, 24, 25, 26) in Fluidverbindung ist.
23. Strömungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) einstückig ist.
24. Strömungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) mindestens aus zwei miteinander verbundenen Elementen besteht, wobei ein Element rahmenförmig die Strömungsplatte (22, 32, 39a-39f) nach außen abschließt.
25. Strömungsplatte nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die mit- einander verbundenen Elemente sämtlich aus Kunststoff gefertigt sind, wobei die miteinander verbundenen Elemente vorzugsweise aus demselben Kunststoff gefertigt sind.
26. Strömungsplatte nach Anspruch 24, wobei zumindest zwei miteinander verbundene Elemente aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei das rahmenförmige Element vorzugsweise aus Metall besteht oder Metall enthält.
27. Befeuchter (1) mit Strömungsplatten (22, 32, 39a-39f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungsplatten (22, 32, 39a-39f) in einem Stapel angeordnet sind und wobei zwischen zwei benachbarten Strö- mungsplatten des Stapels jeweils ein Membranverbund (15, 16, 17) mit mindestens einer Wasseraustauschmembran (15) angeordnet ist.
28. Befeuchter nach Anspruch 27, wobei der Membranverbund mit den Stützelementen (27, 28, 29, 33, 34, 38, 40a-40d, 41, 43-52) der Strömungsplatten (22, 32, 39a-39f), zwischen denen der Membranverbund (15, 16, 17) angeordnet ist, unmittelbar in Kontakt ist.
29. Befeuchter nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei die Durchgangsöffnungen (23, 24, 25, 26) der Strömungsplatten (22, 32, 39a-39f) des Stapels fluchtend angeordnet sind, so dass die Durchgangsöffnungen der Strömungsplatten (22, 32, 39a-39f) wenigstens vier Leitungen (4, 5, 6, 7) bil- den, über die zu entfeuchtendes Gas in den Stapel einleitbar, entfeuchtetes
Gas aus dem Stapel abführbar, zu befeuchtendes Gas in den Stapel einleitbar und befeuchtetes Gas aus dem Stapel abführbar ist.
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