WO2021121464A1

WO2021121464A1 - Feuchtetauscher, insbesondere befeuchter für eine brennstoffzelle, und brennstoffzellensystem

Info

Publication number: WO2021121464A1
Application number: PCT/DE2020/100815
Authority: WO
Inventors: Jochen LUDESCHER; Anna Schreiber; Tomas Cahalan; Marcus Lauber
Original assignee: Valmet Automotive Engineering GmbH
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2021-06-24
Also published as: DE102020134182A1; DE112020006156A5; DE202020106248U1

Abstract

Es wird ein Feuchtetauscher (1) für Medienströme, insbesondere Befeuchter (1) für eine Brennstoffzelle (20), beschrieben - mit einer ersten Zuleitung (3) für ein erstes, zu entfeuchtendes Fluid (FL1), - mit einer zweiten Zuleitung (4) für ein zweites, zu befeuchtendes Fluid (FL2), - mit einer ersten Ableitung (5) für das bei Austritt aus dem Feuchtetauscher (1) angefeuchtete zweite Fluid (FL2), - mit einer zweiten Ableitung (6) für das bei Austritt aus dem Feuchtetauscher (1) feuchtereduzierte erste Fluid (FL1), und - mit einem Stapel (7) aus feuchtigkeitsdurchlässigen Membranen (8) und zwischen den Membranen angeordneten Verteilerplatten (9) zur Führung der Fluide (FL1, FL2) an die Membranen, wobei die Verteilerplatten an ihrer Oberfläche (9A, 9B) Strömungskanäle für die Fluide (FL1, FL2) aufweisen und über Sammelleitungen (15, 16, 17, 18) miteinander strömungsverbunden sind. Die Verteilerplatten weisen jeweils an gegenüberliegenden Endbereichen (9D, 9E) ihrer planaren Erstreckung Durchbrüche (12A, 12B, 12C, 12D) auf. Die Durchbrüche der gestapelten Verteilerplatten überdecken sich zur Ausbildung der sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Flächenebene der Verteilerplatten erstreckenden Sammelleitungen. Weiterhin wird Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, beschrieben, welches wenigstens eine Brennstoffzelle (20) und einen derartigen Feuchtetauscher (1) umfasst.

Description

FEUCHTETAUSCHER, INSBESONDERE BEFEUCHTER FÜR EINE BRENNSTOFFZELLE, UND BRENNSTOFFZELLENSYSTEM

Die Erfindung betrifft einen Feuchtetauscher, insbesondere einen Befeuchter für eine Brennstoffzelle, nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art sowie ein Brennstoffzellensystem mit einem derartigen Feuchtetauscher.

Feuchtetauscher zur Feuchtigkeitsübertragung zwischen zwei Gasen mittels feuchtigkeitsdurchlässiger Membranen finden in unterschiedlichen Bereichen wie z. B. Brennstoffzellen-Systemen, in der Gebäudetechnik zur Rückgewinnung von Feuchte bei Raumklimatisierungen oder in der Medizintechnik Anwendung.

In einer Brennstoffzelle wird die Energie einer elektrochemischen Reaktion eines Brennstoffs mit einen Oxidationsmittel in elektrische Energie umgewandelt. Im mobilen Sektor, also beispielsweise bei Kraftfahrzeugen und Schiffen, kommen vorrangig sogenannte Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen, kurz PEM-Brennstoff- zellen, zum Einsatz. Namensgebend ist eine Polymermembran, meist auf Perfluorsulfonsäure-Funktionen (PFSA) basierend, welche die chemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser kontrolliert ablaufen lässt. Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen weisen eine kontinuierliche Betriebstemperatur von ca. 60 °C bis 95 °C auf. Die Membran kann beidseitig mit einer katalytischen Elektrode beschichtet sein. Der Sauerstoff wird aus der Umgebungsluft zugeführt und der Wasserstoff beispielsweise in einem Drucktank im Kraftfahrzeug mitgeführt.

Zur Erhöhung des dynamischen Wirkungsgrads wird in der Praxis ein Luft eingangsstrom der Brennstoffzelle insbesondere mit einem mit Wasserdampf angereicherten Luftausgangsstrom der Brennstoffzelle befeuchtet. Hierzu dient ein separater Befeuchter, um den Lufteingangsstrom und und/oder den zugeführten Wasserstoff zu befeuchten. Solche Befeuchter sind in unterschiedlicher Ausgestaltung beispielsweise in der DE 10393213 T5, der WO 2016/188851 A1, der DE 102014201 248 A1 und der DE 102016224478 A1 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feuchtetauscher, insbesondere einen Befeuchter für eine Brennstoffzelle, und ein Brennstoffzeliensystem zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad bei gleichzeitig einfachem konstruktiven Aufbau verbessert ist.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch einen Feuchtetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Brennstoffzellensystem gemäß Patentanspruch 14 gelöst.

Es wird mithin ein Feuchtetauscher für Medienströme, insbesondere ein Befeuchter für eine Brennstoffzelle, vorgeschlagen, welcher aufweist:

- Eine erste Zuleitung für ein erstes, zu entfeuchtendes Fluid,

- eine zweite Zuleitung für ein zweites, zu befeuchtendes Fluid, welches bei Eintritt in den Feuchtetauscher einen geringeren Feuchtegehalt als das erste Fluid aufweist,

- eine erste Ableitung für das bei Austritt aus dem Befeuchter angefeuchtete zweite Fluid,

- eine zweite Ableitung für das bei Austritt aus dem Befeuchter feuchtereduzierte erste Fluid, und

- einen Stapel aus feuchtigkeitsdurchlässigen Membranen, insbesondere Perfluorsulfonsäure-Flachmembranen, und zwischen den Membranen angeordneten Verteilerplatten zur Führung der Fluide an die Membranen, wobei die Verteilerplatten an ihrer Oberfläche Strömungskanäle für die Fluide aufweisen und über Sammelleitungen miteinander strömungsverbunden sind.

Erfindungsgemäß weisen die Verteilerplatten innerhalb eines äußeren Randes jeweils an gegenüberliegenden Endbereichen ihrer planaren Erstreckung Durchbrüche auf, welche auch als Manifolds bezeichnet werden, wobei sich die Durchbrüche der gestapelten Verteilerplatten zur Ausbildung der sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Flächenebene der Verteilerplatten erstreckenden Sammelleitung überdecken.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass der Feuchtetauscher mit Verteilerplatten bestückt ist, die in wechselseitiger Anordnung mit einer Membran die jeweiligen Fluidströme trennt, wobei mittels integrierter, das Strömungsfeld versorgender Manifolds eine einfache Konstruktion für einen effektiven Feuchteaustausch zwischen den in dem Feuchtetauscher aneinander vorbeiströmenden Fluiden mittels der jeweils zwischen den Verteilerplatten angeordneten Membranen bereitgestellt wird.

Eine Anpassung an die Durchsatzmenge des zu befeuchtenden Fluids, an die benötigten Betriebsdrücke sowie einen vorhandenen Einbauraum, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, kann durch die Auswahl der Form der Membranen und der zugehörigen Verteilerplatten sowie der Höhe des Stapels, die durch die Anzahl an vorhandenen Membranen und Verteilerplatten bestimmt ist, vorgenommen werden.

Die Durchbrüche, welche einen Fluidstrom durch den Stapel ermöglichen, um beispielsweise das feuchte und das anzufeuchtende Fluid von einer zur nächsten Membran durchtreten zu lassen, können in ihrer Form, Anzahl und Größe jeweils in Abhängigkeit der Menge an durchgesetztem Fluid und der Stapelgröße gewählt werden. Insbesondere können diese Durchbrüche auch unmittelbar mit Fluidleitungen im Inneren des Gehäuses mit den jeweiligen Zu- und Ableitungen für die verschiedenen Fluide am Gehäuse verbunden sein, um einen unmittelbaren Fluidstrom durch den Stapel zu erhalten.

Die Verteilerplatten können grundsätzlich jede geometrische Form haben und beispielsweise rechteckige, runde, ovale oder gewinkelte Oberfläche aufweisen. ln einer vorteilhaften Ausführung sind die Verteilerplatten in ihrer Flächenebene im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sein, wobei jeweils in einem Eckbereich ein Durchbruch angeordnet ist.

Ein solcher Durchbruch kann ebenfalls prinzipiell jede beliebige Geometrie aufweisen. Bei einer rechteckigen Verteilerplatte ist es im Hinblick auf die Strömungsführung vorteilhaft, wenn er eine wenigstens annähernd dreiecke Kontur aufweist, welche mit zwei Seiten der Außenkontur der Verteilerplatte folgt.

Für einen besonders effizienten und kompakten Aufbau des Stapels aus Verteiler platten und Membranen ist es vorteilhaft, wenn auf jeder Oberflächenseite der Verteilerplatten offene Strömungskanäle für jeweils eines der Fluide angeordnet sind.

Auf diese Weise kann der Feuchtetauscher im Gegenstrom betrieben werden. Beispielsweise fließt das feuchte Fluid in Längsrichtung durch eine säulenförmige Sammelleitung, und in Gegenrichtung fließt das trockene Fluid durch eine säulenförmige Sammelleitung in dem Stapel. Hiervon kann durch die Durchbrüche bzw. Manifolds beidseits auf die Verteilerplatte ein zu befeuchtendes bzw. ein zu entfeuchtendes Fluid geführt werden, so dass beidseits einer zwischen zwei Verteilerplatten angeordneten Membran die jeweiligen Fluide im Gegenstrom aneinander vorbeigezwungen werden und durch die Membranen des Stapels ein Austausch von Wassermolekülen stattfindet, so dass das trockene Fluid angefeuchtet wird.

Grundsätzlich kann bei entsprechender Anordnung der Strömungskanäle auch ein Betrieb im Kreuzstrom bzw. Querstrom oder im Gleichstrom vorgesehen sein, wenn dies für die geforderte Leistungsfähigkeit ausreichend ist. Bei erhöhten Leistungsanforderungen ist der Gegenstrombetrieb wegen seiner gesteigerten Feuchtigkeitsübertragungsrate vorzuziehen. Als Material für die Membranen wird Perfluorsulfonsäure vorgeschlagen. Daraus können Membranen insbesondere als Flachmembranen ausgebildet sein, die einen guten Austausch des Wasserdampfs vom feuchten zum trockenen Fluid ermöglichen. Der Fachmann kann jedoch je nach Anwendungsfall und Leistungsfähigkeitsanforderungen auch eine andere angepasste Membranart wählen.

Bei einer vorteilhaften Ausführung mit einer optimalen Versorgung der aktiven Fläche der jeweiligen Membran wird das jeweilige Fluid an einer oberen oder unteren Oberflächenseite der Verteilerplatten jeweils zwischen diagonal gegenüberliegenden Durchbrüchen über eine die Fluide gleichmäßig verteilende Kanalgeometrie der Strömungskanäle geführt, wobei es bei wenigstens annähernd rechteckigen Verteilerplatten zweckmäßig ist, vier Durchbrüche jeweils in den Eckbereichen der Verteilerplatten vorzusehen.

Die Geometrie der Strömungskanäle an einer Oberflächenseite der Verteilerplatten kann derart gestaltet sein, dass an einen Durchbruch bzw. Manifold, an dem das an der jeweiligen Oberflächenseite zu führende Fluid aus der entsprechenden in dem Stapel ausgeformten Sammelleitung zugeführt wird, ein eintrittseitiger Verteilerbereich grenzt, in dem das Fluid wenigstens über eine überwiegende Breitenerstreckung der Verteilerplatte verteilt wird. Mit anderen Worten wird das aus der Sammelleitung und dem entsprechenden Durchbruch in das Strömungsfeld auf der jeweiligen Oberflächenseite der Verteilerplatte strömende Fluid über die Breite der Verteilerplatte und mithin auch der angrenzenden Membran gezielt verteilt.

Analog kann an einen Durchbruch, an dem dieses Fluid abgeführt wird, ein austrittseitiger Verteilerbereich grenzen, in dem das über die Breite der Verteilerplatte verteilte Fluid in Richtung dieses Durchbruchs gesammelt wird. Das Strömungsfeld kann entgegen diesem Endbereich der Verteilerplatte quasi als planarer Trichter gestaltet sein. Zwischen den Verteilerbereichen wird das jeweilige Fluid vorzugsweise in einem mittleren Strömungskanalabschnitt über eine Längserstreckung der Verteilerplatte geführt.

Die eintrittsseitigen wie auch die austrittsseitigen Verteilerbereiche können wenigstens annähernd dreieckförmig oder trapezförmig ausgebildet sein und sich ausgehend von einem Rand zwischen den beispielsweise in Ecken platzierten Durchbrüchen zum mittleren Strömungskanalabschnitt hin verbreitern. Die in dem jeweiligen Verteilerbereich ausgebildeten Strömungskanäle können diagonal zu einer Längserstreckung der Verteilerplatte verlaufen und somit Fluid von einem Durchbruch in einer Ecke über die gesamte Breite der Verteilerplatte führen oder umgekehrt.

Die Strömungskanäle im mittleren Strömungskanalabschnitt können z. B. je nach Anforderungen seitens der angrenzenden Membran gerade, mäandernd oder gewellt verlaufen.

Die Verteilerplatten können aus einem Metall, z. B. aus Edelstahl, Aluminium, Titan, etc, aus Kunststoff oder aus einem Verbundwerkstoff mit Kunststoff, wie z. B. einem Metall-Kunststoff-Komposit, gefertigt sein.

Zur Ausbildung der Sammelleitungen, welche die Strömungsfelder mit Fluid versorgen oder das Fluid wieder abführen, können nicht nur die Verteilerplatten Durchbrüche aufweisen, sondern auch die Membranen Ausnehmungen aufweisen, die sich wenigstens mit einem Teil der Durchbrüche der Verteilerplatten überdecken und somit einen ungehinderten Fluidstrom flächenvertikal zu den Verteilerplatten und Membranen in den Sammelleitungen ermöglichen.

Zweckmäßigerweise ist bei einer bevorzugten Ausführung an den Verteilerplatten im Bereich der Durchbrüche eine Dichtungseinrichtung angeordnet. Hierzu kann z. B. eine Flachgummidichtung zwischen der Verteilerplatte und der Membran liegen, die derart geformt ist, dass sie eine Strömung des jeweiligen Fluids nur in die zugeordneten Strömungskanäle oder Sammelleitungen zulässt.

Eine solche Dichtungseinrichtung kann nicht nur zwischen eine Verteilerplatte und eine angrenzende Membran eingelegt sein, sondern in einfacherWeise an die Verteilerplatte oder die Membran angespritzt sein.

Bei einer Ausbildung eines erfindungsgemäßen Feuchtetauschers kann der Stapel aus Membranen und zwischen den Membranen angeordneten Verteilerplatten auf jeder Seite von einer Endplatte begrenzt sein, welche mit den Durchbrüchen der Verteilerplatten überlappende, die Sammelleitungen mitbildende Durchbrüche aufweist.

Vorzugsweise sind die Endplatten und/oder die Verteilerplatten jeweils gas undurchlässig.

Der Stapel aus Membranen und Verteilerplatten ist vorzugsweise von einem Gehäuse umgeben. Dieses Gehäuse ist zweckmäßigerweise korrespondierend zur Form des Stapels ausgebildet und kann mithin beliebige Formen beziehungsweise Querschnitte aufweisen, beispielsweise rechteckig, rund oder oval.

Über zwei Zuleitungen werden ein trockenes Fluid, wie z. B. bei einer Anwendung im Zusammenwirken mit einer Brennstoffzelle Wasserstoff, reiner Sauerstoff oder Umgebungsluft, sowie ein feuchtes oder nasses Fluid in das Gehäuse eingeleitet, und über zwei Ableitungen werden das angefeuchtete Fluid sowie das feuchtereduzierte Fluid aus dem Gehäuse abgeleitet.

Zweckmäßigerweise weist der Feuchtetauscher insbesondere an den Zu- und Ableitungen Anschlüsse zur Verbindung mit Pumpen oder dergleichen auf, um beispielsweise das feuchte Fluid mit einem gewünschten Überdruck in das Gehäuse einzublasen, so dass es durch den Stapel fließt. Im Weiteren kann das angefeuchtete Fluid zum Beispiel mittels Unterdrück aus dem Gehäuse abgesaugt werden.

Der Stapel aus Membranen und Verteilerplatten kann durch eine Spanneinrichtung komprimiert beziehungsweise in gewünschtem Maß zusammengedrückt sein.

Bei einer vorteilhaften Ausführung ist eine solche Spanneinrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet. Bei einer Anordnung der Spanneinrichtung mit zugehörigen Spannelementen im Inneren des Gehäuses wird eine definierte Spannung beziehungsweise Kompression auf den Stapel ausgeübt. Diese wird insbesondere nicht durch temperaturbedingte Ausdehnungen des Gehäuses im Betrieb verändert. Auch die Fertigungstoleranzen des Gehäuses beeinflussen die Spanneinrichtung nicht.

Prinzipiell kann die im Inneren des Gehäuses angeordnete Spanneinrichtung zum Zusammendrücken des Stapels in an sich beliebiger Weise ausgebildet sein.

Bei einer vorteilhaften Ausführung kann die Spanneinrichtung durch Vorsprünge, auskragende Schultern oder dergleichen im Inneren des Gehäuses ausgebildet sein, zwischen denen der Stapel aus Membranen und Verteilerplatten sozusagen eingeklemmt wird.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, den Stapel mittels Spannbändern zusammenzudrücken.

In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Spanneinrichtung durch Spannstangen und Endplatten gebildet sein. Wenn der Stapel aus beispielsweise rechteckigen Membranen und Verteilerplatten zwischen zwei Endplatten eingelegt ist, kann der Stapel dann mit Spannstangen, die zum Beispiel an den vier Ecken des Stapels angeordnet sind und die Endplatten jeweils durchgreifen, gespannt oder in gewünschtem Maß komprimiert werden. Hierzu können die Spannstangen endseitig jeweils mit Gewinden ausgestattet sein. Mit diesen sowie durch Muttern und Spannfedern, die in Richtung auf die Endplatten aufgeschraubt werden, wird der Stapel zusammengedrückt. Dies erlaubt eine festgelegte mechanische Struktur, die sich auch im Betrieb des Feuchtetauschers praktisch nicht verändert, so dass permanent ein konstanter Anpressdruck gewährleistet ist.

Das Gehäuse mit den Zu- und Ableitungen kann vorzugsweise aus Metall und/oder Kunststoff bestehen. Bevorzugt ist das Gehäuse durch zwei Kunststoff halbschalen gebildet, die beispielsweise als Kunststoff-Spritzgussteile jeweils mit den entsprechenden Stutzen für die Zu- und Ableitungen vorzugsweise einstückig ausgebildet sind.

An der Verbindung der Halbschalen und/oder an den Zu- und Ableitungen, beziehungsweise den dafür am Gehäuse ausgebildeten Stutzen, können auch Dichtungen, beispielsweise aus Silikon oder aus einem Elastomer, vorgesehen sein. Dabei ist das Gehäuse ausreichend für die herrschenden Drücke der Fluide im Betrieb des Feuchtetauschers dimensioniert.

Weiterhin ist der Feuchtetauscher vorzugsweise mit Druck- und/oder Temperatur sensoren ausgestattet, um einen korrekten Betrieb des Feuchtetauschers überwachen zu können.

Das Gehäuse kann auch derart ausgebildet sein, dass zwischen dem Gehäuse und dem darin angeordneten Stapel seitlich davon Strömungskanäle ausgebildet sind.

Um einen gewünschten Feuchtegrad des angefeuchteten Mediums einstellen zu können, kann im Inneren des Gehäuses auch ein Bypass mit einem Ventil für ein Fluid, insbesondere das feuchte Fluid, vorgesehen sein. Wenn das feuchte Medium beispielsweise einen zu hohen Feuchtegrad aufweist, kann an der entsprechenden Zuleitung im Gehäuse ein solches Ventil vorzugsweise selbsttätig über eine entsprechende Steuerung mit Sensoren geöffnet werden, um einen Teil dieses Mediums über den Bypass im Inneren des Gehäuses am eigentlichen Stapel vorbeizuleiten. Erst an der entsprechenden Ableitung auf der anderen Seite des Gehäuses vermischt sich dieser Teilstrom des feuchten Fluids wieder mit dem durch den Stapel geströmten Fluid, dessen Feuchtigkeitsgrad entsprechend reduziert ist. Somit ist die Gesamtmenge des Wassers, das auf das trockene Fluid übertragen wird, reduziert.

Der Bypass kann dabei durch eine Rohrleitung gebildet sein und/oder durch einen Zwischenraum, der zwischen dem eigentlichen Stapel und dem Gehäuse vorliegt.

Insbesondere wenn in einem Gesamtsystem aus einem Feuchtetauscher und einer Brennstoffzelle eine Fördereinrichtung für ein Medium, wie eine Pumpe oder Turbine, vorhanden ist, kann dem Feuchtetauscher ein Wasserabscheider zugeordnet sein. Mit diesem Wasserabscheider kann beispielsweise an der Ableitung des Feuchtetauschers, an der das angefeuchtete Medium aus dem Gehäuse abgeleitet wird, dem angefeuchteten Medium mit einem eventuell zu hohen Feuchtegrad Wasser entzogen werden. Ein solcher Wasserabscheider kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein.

Weiterhin ist vorgeschlagen, dass dem Feuchtetauscher ein Wärmetauscher zugeordnet ist. Mit dem Wärmetauscher können heiße Fluide abgekühlt und/oder kalte Fluide aufgewärmt werden, um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten. Prinzipiell können auch mehrere Wärmetauscher für die verschiedenen Fluide vorgesehen sein.

Der Feuchtetauscher gemäß der Erfindung kann grundsätzlich in verschiedenen technischen Gebieten Anwendung finden, so z. B. in den eingangs erwähnten Bereichen der Brennstoffzellensysteme, der Gebäudetechnik, der Medizintechnik oder der Lebensmitteltechnik. Besondere Vorteile entfaltet der Feuchtetauscher gemäß der Erfindung bei einem Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, welches wenigstens eine Brennstoffzelle und wenigstens einen vorgeschlagenen Feuchtetauscher aufweist.

In einem solchen Brennstoffzellensystem kann die erste Zuleitung des Feuchte- tauschers für das erste, zu entfeuchtende Fluid mit einem Kathodenausgang der wenigstens einen Brennstoffzelle und die erste Ableitung für das bei Austritt aus dem Feuchtetauscher angefeuchtete zweite Fluid mit einem Kathodeneingang der wenigstens einen Brennstoffzelle verbunden sein.

Vorzugsweise wird dem Feuchtetauscher, der hier als Befeuchter für die Brennstoffzelle dient, als feuchtes Fluid die wasserdampfgesättigte Abluft der eigentlichen Brennstoffzelle zugeführt. Diese Abluft ist durch den in der Brennstoffzelle ablaufenden Reaktionsprozess zum einen erwärmt und zum anderen durch das bei dem Reaktionsprozess entstehende Wasser mit Feuchtigkeit beziehungsweise Wasserdampf angereichert.

Der Befeuchter kann zum Befeuchten unterschiedlicher Fluide wie Umgebungsluft, die der Brennstoffzelle als Sauerstoffquelle zugeführt wird, oder reinem Sauerstoff, der beispielsweise einem Drucktank entnommen wird, ausgelegt sein.

Die Konstruktion der Verteilerplatten mit integrierten Durchbrüchen bzw. Manifolds lässt eine direkte Anbindung des Feuchtetauschers an die Brennstoffzelle ohne externe Verrohrung zu.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.

Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Feuchtetauschers und einer Brennstoffzelle;

Fig. 2 eine Darstellung des Feuchtetauschers in einer ersten Ausführungs form mit einem geöffneten Gehäuse;

Fig. 3 eine Darstellung des Feuchtetauschers gemäß Fig. 2 mit geschlossenem Gehäuse;

Fig. 4 eine schematisierte Draufsicht auf eine erste Oberflächenseite einer Verteilerplatte des Feuchtetauschers gemäß Fig. 1 bis Fig. 3;

Fig. 5 eine schematisierte Draufsicht auf eine zweite Oberflächenseite einer Verteilerplatte gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine schematisierte Draufsicht auf eine erste Oberflächenseite einer Verteilerplatte, welche eine alternative Strömungsfeldgeometrie gegenüber der Verteilerplatte der Fig. 4 und Fig. 5 aufweist;

Fig. 7 eine schematisierte Draufsicht auf eine erste Oberflächenseite einer weiteren Verteilerplatte, welche eine alternative Strömungsfeldgeometrie gegenüber den Verteilerplatten der Fig. 4 bis Fig. 6 aufweist; und

Fig. 8 einen bereichsweisen Querschnitt durch die Verteilerplatte der Fig. 4 und Fig. 5 entlang der Linie V-V in Fig. 5. ln den rein schematischen und nicht maßstäblichen Fig. 1 bis Fig. 8 sind mit den gleichen Bezugszeichen jeweils die gleichen Komponenten bezeichnet.

In Fig. 1 ist vereinfacht ein Brennstoffzellensystem eines nicht näher ersichtlichen Kraftfahrzeuges gezeigt, wobei das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelle 20 und einen Feuchtetauscher 1 , welcher als Befeuchter für die Brennstoffzelle dient, umfasst.

Ein erstes Fluid FL1 und ein zweites Fluid FL2, welche in Fig. 1 zusätzlich durch unterschiedliche Schraffuren kenntlich gemacht sind, durchströmen in der gezeigten Ausführung den Feuchtetauscher 1 in einem Gegenstrom-Betrieb, wobei die Fluide FL1 , FL2 durch einen hier nur angedeuteten Stapel 7 aus feuchtigkeitsdurchlässigen Membranen 8 mit Dichtung und Verteilerplatten 9 im Inneren eines Gehäuses 2 hindurchströmen.

Der Feuchtetauscher 1 ist mit einer nur symbolisch angedeuteten Brennstoffzelle 20, welche als PEM-Brennstoffzelle ausgebildet ist, verbunden, aus der das erste Fluid FL1 als Abluft, die durch die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle mit Wasser angefeuchtet ist, austritt.

Das zweite Fluid FL2, welches einen geringeren Feuchtegehalt als das erste Fluid FL1 aufweist, ist beispielsweise Umgebungsluft, die der Brennstoffzelle 20 zugeführt wird und zuvor zur Erhöhung des Wirkungsgrads der Brennstoffzelle 20 in gewünschtem Maß im Feuchtetauscher 1 durch das feuchte, aus der Brennstoffzelle 20 abgeführte Fluid FL1 angefeuchtet wird.

Das erste, zu entfeuchtende Fluid F1 tritt in Richtung des Pfeils F1 durch eine erste Zuleitung 3, welche mit einem Kathodenausgang 21 der Brennstoffzelle 20 verbunden ist, in den Feuchtetauscher 1 ein und durchströmt diesen, während das zweite, zu befeuchtende Fluid FL2 über ein zweite Zuleitung 4 in das Innere des Gehäuses 2 geleitet und in einer Strömungsrichtung gemäß dem Pfeil F2 durch den Stapel 7 strömt. Durch das Fließen des ersten Fluids F1 im Gegenstrom zu dem zweiten Fluid F2 wird dieses in seiner Feuchtigkeit reduziert, indem es einen Teil seiner Feuchtigkeit über die Membranen 8 an das zweite Fluid F2 abgibt, und fließt aus einer zugeordneten Ableitung 6 wieder aus dem Gehäuse 2 in Strömungsrichtung gemäß dem Pfeil F3 aus.

Das zweite Fluid FL2, das durch das Fließen durch den Stapel 7 im Gegenstrom gegen das erste Fluid F1 in seiner Feuchtigkeit erhöht wird, fließt in Strömungsrichtung gemäß dem Pfeil F4 wieder aus dem Stapel 7 beziehungsweise durch eine zugeordnete Ableitung 5, welche mit einem Kathodeneingang 22 der Brennstoffzelle 20 verbunden ist, aus dem Gehäuse 2 heraus.

Der Kathodeneingang 22 und der Kathodenausgang 21 der Brennstoffzelle 20 sind mit einem hierin angeordneten Kathodensubsystem herkömmlicher Bauart verbunden.

Der Stapel 7 umfasst eine Vielzahl an aufeinander gestapelten Verteilerplatten 9, wobei zwischen zwei unmittelbar benachbarten und übereinander angeordneten Verteilerplatten 9 jeweils eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran 8 angeordnet ist. Die Membranen 8 sind hier als Perfluorsulfonsäure-Flachmembranen ausgebildet.

Zur Führung der Fluide FL1, FL2 an die Membranen 8 weisen die Verteilerplatten 9 vorliegend an beiden ihrer Oberflächen 9A, 9B Strömungskanäle 19 für die Fluide FL1, FL2 auf, welche über säulenartige Sammelleitungen 15, 16, 17, 18 innerhalb des Stapels 7 mit den Zuleitungen 3, 4 und Ableitungen 5, 6 für die Fluide FL1, FL2 strömungsverbunden sind.

Zur Ausbildung der Sammelleitungen 15, 16, 17, 18 weisen die im Wesentlichen rechteckigen Verteilerplatten 9 jeweils an gegenüberliegenden Endbereichen 9D, 9E ihrer Längserstreckung, d. h. angrenzend an ihre Schmalseiten, insgesamt vier auch als Manifolds bezeichnete Durchbrüche 12A, 12B, 12C, 12D auf. Die Verteilerplatten weisen hier eine identische Geometrie auf, so dass sich die Durchbrüche 12A, 12B, 12C, 12D der gestapelten Verteilerplatten 9 überlappen und senkrecht zu einer Flächenebene der Verteilerplatten 9 die säulenartigen Sammelleitungen 15, 16, 17, 18 bilden.

Die Flachmembranen 8 sind bei der gezeigten Ausführung zur Ausbildung der Sammelleitungen 15, 16, 17, 18 ebenfalls mit Ausnehmungen 8A ausgebildet, welche die Geometrie der Durchbrüche 12A, 12D; 12B, 12C der Verteilerplatten 9 aufweisen und sich mit diesen überdecken.

Die vier in die jeweilige Verteilerplatte 9 integrierten Durchbrüche bzw. Manifolds 12A, 12B, 12C, 12D liegen innerhalb eines äußeren Randes 9C der Verteilerplatten 9 vorliegend jeweils in einem Eckbereich 9F, 9G, 9H, 9J der Verteilerplatte 9 und weisen dabei eine dreiecke Kontur auf, so dass zwei Seitenränder der Durchbrüche 12A, 12B, 12C, 12D parallel zu dem äußeren Rand 9C der Verteilerplatte 9 verlaufen. Anstatt der dreieckigen Kontur wäre selbstverständlich auch eine runde, quadratische, langlochartige oder sonstige strömungstechnisch geeignete Form denkbar.

Die Strömungskanäle 19 zur Strömungsführung über die Membranen 8 sind in den Fig. 4 bis Fig. 7 nur symbolisch mit einigen Linien angedeutet, welche nicht deren Anzahl und konkrete Ausformung widerspiegeln. Eine solche Ausformung ist ausschnittsweise in Fig. 8 näher ersichtlich.

Die Fig. 4 bis Fig. 7 verdeutlichen die Strömungspfade der Fluide FL1 , FL2, welche auf jeder Oberflächenseite 9A, 9B der Verteilerplatten 9 in den zur angrenzenden Membran 8 hin offenen Strömungskanäle 19 zwischen den zugeordneten Durchbrüchen 12A, 12B, 12C, 12D und Sammelleitungen 15, 16,

17, 18 im Gegenstrom geführt sind.

Die Fluide FL1 , FL2 weisen zur Ausbildung einer Gegenströmung beidseits einer Membran 8 an den Oberflächen 9A, 9B zweier übereinander angeordneter Verteilerplatten 9 die gleiche Strömungsrichtung auf, wie aus einem Vergleich der Fig. 4 und Fig. 5 ersichtlich wird.

Die Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Strömungspfad des zweiten, zu befeuchtenden und der Brennstoffzelle 20 zuzuführenden Fluids FL2, welches trockene Zuluft aus einem Frischluftstrom in der ersten Sammelleitung 15 ist, auf einer ersten „trockenen“ Seite 9A der Verteilerplatte 9.

Das trockene Fluid FL2 tritt aus der Sammelleitung 15 durch den zugeordneten ersten Durchbruch 12A in das Strömungsfeld der Verteilerplatte 12 ein, worin es über die gesamte Oberfläche 9A der Verteilerplatte zu dem diagonal gegenüberliegenden Durchbruch 12D mit der abführenden Sammelleitung 18 geführt wird. Beim aneinander Vorbeiströmen der Fluide FL1 , FL2 durch die Membranen 8 des Stapels 7 findet ein Austausch von Wassermolekülen statt, so dass das trockene Fluid FL2 angefeuchtet wird. Das angefeuchtete Fluid FL2 wird anhand der abführenden Sammelleitung 18 und eine daran angeschlossene externe Verrohrung der Brennstoffzelle 20 zugeführt.

Analog ist das Strömungsfeld für das feuchte erste Fluid FL1 auf der anderen Oberflächenseite 9B der Verteilerplatte 9, welche insbesondere in Fig. 5 ersichtlich ist, aufgebaut.

Aus einer Sammelleitung 17, in der die feuchte Abluft FL1 der Brennstoffzelle 20 gesammelt ist, wird durch den zugeordneten Durchbruch 12C das feuchte Fluid FL2 auf die Verteilbereiche der Verteilerplatte 9 verteilt und an den diagonal gegenüberliegenden Durchbruch 16 geführt, von dem eine Sammelleitung 16, welche als Abgasleitung dient, die verbrauchte Luft FL1 mit Restfeuchte ableitet.

Die geometrische Anordnung der Strömungskanäle 19 an der jeweiligen Oberflächenseite 9A, 9B ist derart gestaltet, dass an einen Durchbruch 12A, 12D; 12B, 12C, an dem das an der jeweiligen Oberflächenseite 9A, 9B zu führende Fluid FL1 bzw. FL2 zugeführt wird, ein eintrittseitiger Verteilerbereich 19A grenzt, in dem das Fluid FL1 bzw. FL2 über die Breite der Verteilerplatte 9 verteilt wird.

Gegenüberliegend im Bereich des Durchbruchs, an dem das betreffende Fluid FL1 bzw. FL2 abgeführt wird, ist ein austrittseitiger Verteilerbereich 19C vorgesehen, in dem das über die Breite der Verteilerplatte 9 verteilte Fluid in Richtung dieses abführenden Durchbruchs 12A, 12D; 12B, 12C gesammelt wird.

Zwischen den Verteilerbereichen 19A, 19C liegt ein mittlerer Strömungskanalabschnitt 19B, in dem das betreffende Fluid FL1 , FL2 über eine Längserstreckung der Verteilerplatte 9 geführt wird.

Die Verteilerbereiche 19A, 19C sind hier annähernd dreieckförmig oder bzw. trapezförmig zwischen den Durchbrüchen 12A, 12D; 12B, 12C eines Endbereichs 9D, 9E der Verteilerplatte 9 mit diagonal zu einer Längserstreckung der Verteiler platte 9 verlaufenden Strömungskanälen 19 ausgebildet.

Die Konstruktion der Verteilerplatten 9 mit den Durchbrüchen bzw. Manifolds 12A, 12D; 12B, 12C lässt eine Z- sowie eine U-Strömung zu.

Die aktiven Fläche mit den Strömungskanälen 19 kann grundsätzlich mit sämtlichen Verlaufsgeometrien versehen sein. Beispielsweise sind die Strömungs kanäle 19 im mittleren Strömungskanalabschnitt 19B der Fig. 4 und Fig. 5 gerade ausgebildet, während sie in der in Fig. 6 ersichtlichen Alternative eckig mäandernd und in der in Fig. 7 ersichtlichen Alternative gewellt verlaufend ausgebildet sind.

Ebenso kann der Querschnitt der Einzelkanalgeometrie der Strömungskanäle 19 in jeder geometrischen Form dargestellt werden. In der Fig. 8 ist ein Beispiel mit einem trapezförmigen Querschnitt ersichtlich, wobei die Strömungskanäle einen Abstand a von 1 mm, eine Höhe b von 0,5 mm und einen Radienübergang R von 0,1 mm aufweisen. Gleichwohl ist jedoch auch eine Rechteck-, Quadrat-, Halbkreis-, Dreieck- oder Ellipsenform denkbar. An den Verteilerplatten 9, welche vorliegend aus Kunststoff gefertigt sind, ist zumindest im Bereich der Durchbrüche 12A, 12D; 12B, 12C eine in Fig. 1 nur symbolisch angedeutete Dichtungseinrichtung 23 angeordnet. Diese stellt hier eine Flachgummidichtung dar, welche derart geformt ist, dass sie eine Strömung des jeweiligen Fluids FL1 , FL2 nur in die zugeordneten Strömungskanäle 19 oder Sammelleitungen 15, 16, 17, 18 zulässt.

Die Flachgummidichtung 23 ist vorliegend direkt an die Verteilerplatten 9 angespritzt, jedoch kann diese auch ein separat eingelegtes Bauteil darstellen. Auch kann sich die Dichtungseinrichtung über die gesamte Verteilerplatte und insbesondere entlang des äußeren Randes 9C der Verteilerplatten 9 erstrecken.

Das Gehäuse 2 des Feuchtetauschers 1 , welches in Fig. 2 geöffnet und in Fig. 3 geschlossen dargestellt ist, kann aus Metall und/oder Kunststoff gefertigt sein, wobei das gezeigte Gehäuse 2 aus Kunststoff mit zwei Flalbschalen 2A, 2B gefertigt ist. Bei einer Ausführung aus Kunststoff können die stutzenartigen Zu- und Ableitungen 3, 4, 5, 6 als Kunststoff-Spritzgussteil gefertigt und vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse 2 bzw. einer Halbschale 2A, 2B ausgebildet sein.

Die zwei Halbschalen 2A, 2B des Gehäuses 2 sind hier mit Schrauben 13 miteinander verschraubbar, wobei eine zusätzliche Fluiddichtung, beispielsweise aus Silikon, vorgesehen sein kann.

Um den Stapel 7 aus Membranen 8 und Verteilerplatten 9 in gewünschtem Maß zu komprimieren beziehungsweise zusammenzuspannen, ist eine Spanneinrichtung 11 mit zwei Endplatten 11 A, 11 B, beispielsweise aus Metall, und mehreren die Endplatten 11 A, 11 B verbindenden Spannstangen 10, die mittels Spannmuttern 14 festgelegt werden, vorgesehen.

Werden die Spannmuttern 14 und zugeordnete Spannfedern auf einem Gewinde der Spannstange 10 auf der einen Endplatte 11 A bzw. 11 B aufliegend in Richtung der gegenüberliegenden Endplatte 11B bzw 11A hin geschraubt, dann wird der Stapel 7 in gewünschter Weise zusammengepresst.

Um das Hindurchtreten der Fluide FL1 , FL2 durch den Stapel 7 zu ermöglichen, können in den Endplatten 11 A, 11 B ebenfalls Durchbrüche 12, wie in den Verteilerplatten 9, ausgebildet sein.

Die Spanneinrichtung ist hier im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet. Das bietet zum einen den Vorteil, dass an sich beliebige Formgebungen und Größen des Stapels 7 realisierbar sind, unabhängig von der Form und Größe des Gehäuses 2, und zum anderen tritt durch das unmittelbare Spannen des Stapels 7 im Gehäuse 2 durch die Spanneinrichtung im Betrieb, insbesondere bei sich ändernden Temperaturen, praktisch keine Verformung des Stapels 7 auf, so dass auch im Dauerbetrieb ein gleichbleibendes Resultat vorliegt.

Insbesondere bleibt eine geringfügige Verformung des Gehäuses 2 ohne Einfluss auf die Spannung des Stapels 7. Auch lässt sich das Gehäuse 2 einfach öffnen und schließen, und ein Stapel 7 kann schnell ausgetauscht werden.

Es versteht sich, dass der Feuchtetauscher 1 sowie die Brennstoffzelle 20 mit entsprechenden Sensoren für Druck, Temperatur und Feuchtigkeit der einzelnen Fluide ausgestattet sein können und dass Pumpen und/oder Absaugein richtungen, Wasserabscheider, Wärmetauscher und dergleichen dem gesamten System zugeordnet sein können, um insbesondere den Feuchtetauscher 1 über eine entsprechende Steuerung mit den gewünschten Parametern betreiben zu können.

Beispielsweise kann derart ein Mengendurchsatz der Fluide FL1 , FL2 sowie deren Feuchtigkeitsgehalt bei Austritt aus dem Befeuchter 1 eingestellt werden. Bezugszeichenliste

1 Befeuchter

2 Gehäuse 2A Halbschale 2B Halbschale

3 erste Zuleitung

4 zweite Zuleitung

5 erste Ableitung

6 zweite Ableitung

7 Stapel

8 Membran 8A Ausnehmung

9 Verteilerplatte

9A Oberfläche Verteilerplatte 9B Oberfläche Verteilerplatte 9C äußerer Rand Verteilerplatte 9D Endbereich Verteilerplatte 9E Endbereich Verteilerplatte 9F Eckbereich Verteilerplatte 9G Eckbereich Verteilerplatte 9H Eckbereich Verteilerplatte 9J Eckbereich Verteilerplatte

10 Spannstange

11 Spanneinrichtung 11A Endplatte

11 B Endplatte 12A Durchbruch 12B Durchbruch 12C Durchbruch 12D Durchbruch 13 Schraube 14 Spannmutter mit Spannfeder

15 Sammelleitung

16 Sammelleitung

17 Sammelleitung

18 Sammelleitung

19 Strömungskanäle

19A eintrittseitiger Verteilerbereich 19B mittlerer Strömungskanalabschnitt 19C austrittseitiger Verteilerbereich

20 Brennstoffzelle

21 Kathodenausgang

22 Kathodeneingang

23 Dichteinrichtung, Flachgummidichtung F1 Strömungsrichtung

F2 Strömungsrichtung F3 Strömungsrichtung F4 Strömungsrichtung FL1 erstes, zu entfeuchtendes Fluid FL2 zweites, zu befeuchtendes Fluid

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Feuchtetauscher (1) für Medienströme, insbesondere Befeuchter (1) für eine Brennstoffzelle (20),

- mit einer ersten Zuleitung (3) für ein erstes, zu entfeuchtendes Fluid (FL1),

- mit einer zweiten Zuleitung (4) für ein zweites, zu befeuchtendes Fluid (FL2),

- mit einer ersten Ableitung (5) für das bei Austritt aus dem Feuchtetauscher (1) angefeuchtete zweite Fluid (FL2),

- mit einer zweiten Ableitung (6) für das bei Austritt aus dem Feuchtetauscher (1) feuchtereduzierte erste Fluid (FL1), und

- mit einem Stapel (7) aus feuchtigkeitsdurchlässigen Membranen (8) und zwischen den Membranen (8) angeordneten Verteilerplatten (9) zur Führung der Fluide (FL1, FL2) an die Membranen (8), wobei die Verteilerplatten (9) an ihrer Oberfläche (9A, 9B) Strömungskanäle (19) für die Fluide (FL1 , FL2) aufweisen und über Sammelleitungen (15, 16, 17, 18) miteinander strömungsverbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatten (9) jeweils an gegenüberliegenden Endbereichen (9D, 9E) ihrer planaren Erstreckung Durchbrüche (12A, 12B, 12C, 12D) aufweisen und sich die Durchbrüche (12A, 12B, 12C, 12D) der gestapelten Verteilerplatten (9) zur Ausbildung der sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Flächenebene der Verteilerplatten (9) erstreckenden Sammelleitungen (15, 16, 17, 18) überdecken.

2. Feuchtetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatten (9) in ihrer Flächenebene im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sind, wobei jeweils in einem Eckbereich (9F, 9G, 9H, 9J) ein Durchbruch (12A, 12B, 12C, 12D), angeordnet ist.

3. Feuchtetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Oberflächenseite (9A, 9B) der Verteilerplatten (9) offene Strömungskanäle (19) für jeweils eines der Fluide (FL1, FL2) angeordnet sind, wobei die jeweiligen Fluide (FL1, FL2) hierin zwischen den zugeordneten Durchbrüchen (12A, 12B, 12C, 12D) und Sammelleitungen (15, 16, 17, 18) vorzugsweise im Gegenstrom geführt sind.

4. Feuchtetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluide (FL1, FL2) an den Oberflächen (9A, 9B) zweier übereinander angeordneter Verteilerplatten (9) die gleiche Strömungsrichtung aufweisen, so dass beidseits einer Membran (8) eine Gegenströmung zwischen dem ersten, zu entfeuchtenden Fluid (FL1) und dem zweiten, zu befeuchtenden Fluid (FL2) stattfindet.

5. Feuchtetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Fluid (FL1, FL2) an einer Oberflächenseite (9A, 9B) der Verteilerplatten (9) jeweils zwischen diagonal gegenüberliegenden Durchbrüchen (12A, 12D; 12B, 12C) geführt ist.

6. Feuchtetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Strömungskanäle (19) an einer Oberflächenseite (9A, 9B) derart gestaltet ist, dass an einen Durchbruch (12A, 12D; 12B, 12C), an dem das an der jeweiligen Oberflächenseite (9A, 9B) zu führende Fluid (FL1, FL2) zugeführt wird, ein eintrittseitiger Verteilerbereich (19A) grenzt, in dem das Fluid (FL1, FL2) wenigstens über eine überwiegende Breitenerstreckung der Verteilerplatte (9) verteilt wird, dass an einen Durchbruch (12A, 12D; 12B, 12C), an dem dieses Fluid (FL1, FL2) abgeführt wird, ein austrittseitiger Verteilerbereich (19C) grenzt, in dem das über die Breite der Verteilerplatte (9) verteilte Fluid (FL1, FL2) in Richtung dieses Durchbruchs (12A, 12D; 12B, 12C) strömt, und dass zwischen den Verteilerbereichen (19A, 19C) ein mittlerer Strömungskanalabschnitt (19B) liegt, in dem das Fluid (FL1, FL2) über eine Längserstreckung der Verteilerplatte (9) geführt wird.

7. Feuchtetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerbereiche (19A, 19C) insbesondere wenigstens annähernd dreieckförmig oder trapezförmig zwischen den Durchbrüchen (12A, 12D; 12B, 12C) eines Endbereichs (9D, 9E) der Verteilerplatte (9) mit diagonal zu einer Längserstreckung der Verteilerplatte (9) verlaufenden Strömungskanälen (19) ausgebildet sind.

8. Feuchtetauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (19) im mittleren Strömungskanalabschnitt (19B) gerade, mäandernd oder gewellt verlaufen.

9. Feuchtetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatten (9) aus einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff mit Kunststoff ausgebildet sind.

10. Feuchtetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (8) zur Ausbildung der Sammelleitungen (15, 16, 17, 18) sich wenigstens mit einem Teil der Durchbrüche (12A, 12D; 12B, 12C) der Verteilerplatten (9) überlappende Ausnehmungen (8A) aufweisen.

11. Feuchtetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verteilerplatten (9) wenigstens im Bereich der Durchbrüche (12A, 12D; 12B, 12C) eine Dichtungseinrichtung (23), insbesondere eine Flachgummidichtung, angeordnet ist, welche derart geformt ist, dass sie eine Strömung des jeweiligen Fluids (FL1 , FL2) nur in die zugeordneten Strömungskanäle (19) oder Sammelleitungen (15, 16, 17, 18) zulässt.

12. Feuchtetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel aus Membranen (8) und zwischen den Membranen (8) angeordneten Verteilerplatten (9) auf jeder Seite von einer Endplatte (11 A, 11 B) begrenzt wird, welche vorzugsweise mit den Durchbrüchen (12A, 12D; 12B, 12C) der Verteilerplatten (9) überlappende, die Sammelleitungen (15, 16, 17, 18) mitbildende Durchbrüche aufweisen.

13. Feuchtetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel aus Membranen (8) und zwischen den Membranen (8) angeordneten Verteilerplatten (9) von einem Gehäuse (2) umgeben ist und mittels einer innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Spanneinrichtung (11) komprimiert ist, wobei die Spanneinrichtung (11) vorzugsweise durch die Endplatten (11 A, 11 B) und diese verbindende Spannstangen (10) gebildet ist.

14. Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, umfassend wenigstens eine Brennstoffzelle (20) und einen Feuchtetauscher (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13.

15. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (3) des Feuchtetauschers (1) für das erste, zu entfeuchtende Fluid (FL1) mit einem Kathodenausgang (21) der wenigstens einen Brennstoffzelle (20) und die erste Ableitung (5) für das bei Austritt aus dem Feuchtetauscher (1) angefeuchtete zweite Fluid (FL2) mit einem Kathodeneingang (22) der wenigstens einen Brennstoffzelle (20) verbunden ist.