WO2022106265A1 - Stapeleinheit für eine befeuchtungseinrichtung und befeuchtungseinrichtung - Google Patents

Stapeleinheit für eine befeuchtungseinrichtung und befeuchtungseinrichtung Download PDF

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WO2022106265A1
WO2022106265A1 PCT/EP2021/081119 EP2021081119W WO2022106265A1 WO 2022106265 A1 WO2022106265 A1 WO 2022106265A1 EP 2021081119 W EP2021081119 W EP 2021081119W WO 2022106265 A1 WO2022106265 A1 WO 2022106265A1
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WO
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membranes
stacking direction
spacers
spacer
another
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PCT/EP2021/081119
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Inventor
Michael Baumann
Sven Alexander Kaiser
Aleksandar Radlovic
Beata Scheinoch
Martin Wabschke
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14—Specific spacers
    • B01D2313/143—Specific spacers on the feed side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D2313/14—Specific spacers
    • B01D2313/146—Specific spacers on the permeate side
    • 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 invention relates to a stacking unit for a moistening device having a plurality of membranes arranged one after the other in a stacking direction, for moistening a first fluid by means of a second fluid.
  • the invention also relates to such a moistening device
  • a first fluid is moistened by a second fluid in a moistening device.
  • Such humidification devices are used, for example, in fuel cell systems in order to transfer the moisture present in the exhaust gas produced during operation of an associated fuel cell to the air to be supplied to the fuel cell and thus to humidify the air.
  • such humidification devices usually have membranes that follow one another.
  • One of the fluids flows along opposite sides of the membranes, so that the membranes allow an exchange of moisture between the fluids.
  • the membranes are spaced apart in their spacing direction.
  • the structure of such a humidification device can be realized by arranging several units in succession, each of which comprises at least one membrane. These units, each of which is also referred to below as a stacking unit, are usually stacked on top of one another.
  • the membranes are usually spaced apart from one another by means of a multi-part arrangement that can be flowed through.
  • DE 10 2012 014 723 A1 shows a corresponding stacking unit and the associated moistening device.
  • the stacking unit comprises a membrane with two sides facing away from one another, via which moisture is exchanged during operation.
  • a flow-through first arrangement is arranged on a first of the sides and a flow-through second arrangement is arranged on a second of the sides in order to space the successive membranes of the humidification device from one another.
  • the first arrangement includes a flow layer.
  • the second arrangement comprises, in addition to a flow layer, a support structure with a multiplicity of through-openings on both sides of the flow layer. This leads to a complex design and manufacture of the stacking unit and the moistening device of complex design.
  • the present invention is therefore concerned with the task of specifying improved or at least different embodiments for a stacking unit and a moistening device of the type described above, which are characterized in particular by a simple and inexpensive construction and/or increased efficiency.
  • the present invention is based on the general idea of making the distance between successive membranes alternately smaller and larger in a humidification device by means of a spacer, so that the distance alternately has a first size and a second size that is larger than the first size.
  • the successive spaces between the membranes are alternately large and small.
  • the knowledge is used here that the larger space is only required on one side of the respective membrane in order to transport excess moisture and/or condensate and/or water vapor away from this side, whereas this enlarged space is not needed on the other side of the membrane .
  • the moistening device thus has membranes that follow one another in one direction, this direction also being referred to below as the stacking direction.
  • the respective membrane has sides facing away from one another in the stacking direction, via which one of the fluids transfers moisture to the other fluid.
  • one of the sides of one of the membranes and one side of the next adjacent membrane face each other.
  • Membranes that follow one another in the stacking direction are alternately spaced from one another in the stacking direction by a first spacer and a second spacer.
  • the respective spacer preferably rests on both adjacent sides of the associated membranes.
  • the first spacers have a height which is also referred to below as the first height.
  • the second spacers have a height which is also referred to below as the second height. The first height is smaller than the second height.
  • the respective membrane is expediently moisture-permeable in order to allow an exchange of moisture between the fluids.
  • a flow path of a first fluid hereinafter also referred to as the first flow path, runs between the sides of the membranes which are spaced apart from one another by means of the first spacers and which face one another.
  • a flow path of the second fluid also referred to below as the second flow path, separates from the first flow path, runs between the sides of the membranes that are spaced apart from one another by means of the second spacers and that face one another.
  • the second flow path thus runs between the sides of the membranes that follow one another, which are further spaced apart from one another.
  • the second fluid is particularly preferably the fluid which transfers moisture to the first fluid in the humidifying device via the sides of the membrane.
  • the first flow path and the second flow pad can run transversely through the humidifying device relative to one another. This can be realized, for example, by an appropriate arrangement of the adhesive tapes.
  • the respective spacer can preferably be flowed through.
  • a simplified flow along the associated sides of the membranes is achieved.
  • the respective spacer as a to form a lattice structure through which flow can take place, in which lattice bars run transversely to the stacking direction and transversely to one another.
  • At least one of the spacers is in one piece, has in particular a symmetrical structure and/or is continuous and/or made of the same material and/or material.
  • the membranes can be identical.
  • the sides of the membranes are preferably large sides and/or flat sides of the membranes.
  • the membranes are therefore flat and thus have large outer sides facing away from one another, these large outer sides being the sides of the membrane facing one another in the stacking direction, which are spaced apart from one another by means of the spacers.
  • a larger surface area is thus made available for the transfer of moisture from the second to the first fluid, and at the same time a compact design of the moistening device is achieved.
  • the idea according to the invention can be implemented by stacking stacking units on top of one another.
  • the respective stack unit can have two membranes.
  • the stacking unit further includes a first spacer and a second spacer.
  • One of the spacers for example the first spacer, is arranged between two sides of the membranes facing one another and thus spaces the membranes from one another.
  • the other spacer for example the second spacer, is arranged on the side of one of the membranes facing away from the first-mentioned spacer, ie for example the first spacer, and serves to space the stacking unit apart from one another Membrane of an adjacent stack unit in the stacking direction.
  • the first spacer has a first height running in the stacking direction, which is smaller than a second height of the second spacer running in the stacking direction.
  • the idea according to the invention can alternatively be realized by the alternating stacking of first stacking units and second stacking units.
  • the first stack includes a membrane and a first spacer disposed on one side of the membrane for spacing the membrane from the membrane of the adjacent second stack.
  • the second stack includes a membrane and a second spacer disposed on one side of the membrane for spacing the membrane from the membrane of the adjacent first stack.
  • the first spacer has a first height running in the stacking direction, which is smaller than a second height of the second spacer running in the stacking direction.
  • the ratio of the second height to the first height is preferably at least 1.2.
  • the second height is therefore preferably at least 20% greater than the first height.
  • the ratio of the second height to the first height is advantageously between 1.2 and 3.0.
  • the second height is therefore advantageously at least 20% and 300% greater than the first height.
  • adhesive tapes are advantageously provided, which glue the successive membranes together.
  • the respective adhesive tape is advantageously arranged adjacent to an associated one of the spacers in an edge region of the associated membranes. This can be achieved in that at least one of the spacers extends transversely to the stacking direction over a, preferably central, partial section of one of the at least one immediately adjacent membranes, so that transversely to the stacking direction on at least one edge region of the side of the membrane a partial surface remains free.
  • an adhesive tape is attached to the edge area, which adhesive tape extends along the edge area and glues the membranes that follow one another in the stacking direction to one another.
  • the adhesive tapes adjacent to the first spacers transversely to the stacking direction preferably have a first thickness which is smaller than a second thickness running in the stacking direction of the adhesive tapes adjacent to the second spacers transversely to the stacking direction.
  • the first thickness corresponds to the first height and/or the second thickness corresponds to the second height.
  • the respective adhesive tape fluidly seals the associated spacer along its extension transversely to the stacking direction and thus to the outside.
  • the moistening device can be used in any application for moistening a corresponding fluid.
  • the spacers of the same type are advantageously of identical design. This means that the first spacers are of identical design and/or that the second spacers are of identical design.
  • the humidification device is used in a fuel cell system which has at least one fuel cell.
  • the fuel cell is operated with an oxygen-containing Reactants, for example air, and a hydrogen-containing reactant supplies and produces a moist exhaust gas, in particular one containing water vapor.
  • the humidification device is preferably used in order to transfer the moisture contained in the exhaust gas to the oxygen-containing reactant.
  • the exhaust gas is the second fluid here and the oxygen-containing reactant, for example air, is the first fluid.
  • 1 is an isometric view of a humidifier
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the area marked II in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the area marked III in FIG. 2, 4 an isometric view of a first stacking unit of the moistening device,
  • FIG. 5 shows an isometric view of a second stacking unit of the moistening device
  • FIG. 10 shows a highly simplified representation of a fuel cell system with the humidification device in the manner of a circuit diagram.
  • a humidification device 1 as shown in FIGS. 1 to 3 and 10, is used, for example, in a fuel cell system 2, as shown in FIG. 10 in a highly simplified manner and in the form of a circuit diagram.
  • the moistening device 1 has a plurality of membranes 4 which follow one another in a stacking direction 3 .
  • a first fluid and a second fluid can exchange moisture via the membranes 4, so that one of the fluids is moistened.
  • the respective membrane 4 has two sides 5 facing away from one another in the stacking direction 3, via which the exchange of moisture takes place.
  • the membranes 4 have a flat shape on, the sides 5 form large outer surfaces of the flat membranes 4.
  • one side 5 of a membrane 4 is arranged opposite one side 5 of the next neighboring membranes 4 in each case.
  • the opposite sides 5 and thus the membranes 4 are spaced apart from one another by spacers 6, 7.
  • a first spacer 6 and a second spacer 7 are arranged alternately in the stacking direction 3 .
  • the first spacers 6 have a height 8 running in the stacking direction 3, also referred to as the first height 8 below.
  • the second spacers 7 have a height 9 running in the stacking direction 3 , also referred to below as the second height 9 .
  • the first height 8 is smaller than the second height 9.
  • the membranes 4 or their mutually facing sides 5 are alternately closer and further apart from one another in the stacking direction 3.
  • the humidification device 1 is designed in such a way that the flow path 10 of the first fluid indicated in Figures 3 and 10, also referred to below as the first flow path 10, runs between the sides 5 of the membranes 4 which are spaced apart from one another by means of the first spacers 6 and which face one another.
  • the humidifying device 1 is designed in such a way that a flow path 11 of the second fluid, also referred to below as the second flow path 11, runs separately from the first flow path 10, between the sides 5 of the membranes 4 that are spaced apart from one another by means of the second spacers 7 and that face one another.
  • the second fluid is preferably that fluid which transfers moisture to the first fluid during operation of the humidifying device 1 .
  • the reduced distance between the sides 5 of membranes 4 delimiting the first flow path 10 results in a more compact design of the humidifying device 1, which also allows more membranes 4 to be arranged in the humidifying device 1 in the same volume, thus further increasing the efficiency of the humidifying device 1 raise.
  • the humidification device 1 expediently comprises a housing (not shown) in which the membranes 4 and the spacers 6, 7 are accommodated.
  • the membranes 4 are identical in the exemplary embodiments shown.
  • a thickness 12 of the membranes 4 running in the stacking direction 3 is considerably smaller than the heights 8, 9.
  • the ratio of the second height 9 to the first height 8 is at least 1.2. This means that the respective second height 9 is at least 20% greater than the respective first height 8. In particular, the ratio of the second height 9 to the first height 8 is between 1.2 and 3. This means that the respective second height 9 is preferred is between 20% and 300% greater than the respective first height 8. In this way, a particularly effective removal of excess moisture is achieved with a compact design of the humidifying device 1 at the same time.
  • the spacers 6, 7 each lie on the sides 5 which space them apart from one another, also referred to below as associated sides 5. The spacers 6, 7 can be flowed through here, so that the respective fluid can flow through them.
  • the spacers 6, 7 can have, for example, a lattice structure that is not shown.
  • the spacers 6, 7 are each shown as a block in the figures in order to show their different heights 8, 9 better. However, as mentioned above, they can each be flowed through.
  • the respective spacer 6, 7 extends over a section of the associated pages 5, so that the spacer 6, 7 leaves at least one edge area 15 of the associated pages 5 transverse to the stacking direction 3.
  • the respective spacer 6, 7 is arranged in the center of the associated pages 5, so that it releases two edge regions 15 that are spaced apart from one another transversely to the stacking direction 3, whereas it extends along the edge regions 15 transversely to the stacking direction 3 along the entire extent of the associated sides 5 extends.
  • the membranes 4 are glued to one another via the edge regions 15 by means of adhesive tapes 13 , 14 .
  • an adhesive tape 13, 14 is attached to at least one of the edge regions 15 of at least one of the sides 5 of the membranes 4 facing one another.
  • the respective adhesive tape 13 , 14 is a double-sided adhesive tape 13 , 14 , so that the membranes 4 are bonded to one another by means of the adhesive tapes 13 , 14 .
  • an adhesive tape 13 , 14 is attached to each of the two edge regions 15 .
  • first adhesive tapes 13 are first adhesive tapes 13 are glued together, whereas the sides 5 of the membranes 4 spaced apart from one another by means of the second spacers 7 are glued to one another by means of second adhesive tapes 14 .
  • a thickness 16 of the first adhesive tapes 13 running in the stacking direction 3, also referred to below as the first tape thickness 16 is smaller than a thickness 17 of the second adhesive tapes 14 running in the stacking direction 3, also referred to below as second strip thickness 17 designated.
  • first strip thickness 16 essentially corresponds to the first height 8.
  • second strip thickness 17 essentially corresponds to the second height 9.
  • the adhesive tapes 13, 14 are in the exemplary embodiments shown and are also preferably fluidly sealed.
  • the adhesive tapes 13, 14 thus seal the spacers 6, 7 outwards transversely to the stacking direction 3 along their extension. This is done by arranging the first adhesive tapes 13 and the second adhesive tapes 14 opposite one another in the transverse direction, ie transversely to the stacking direction 3 on both sides outwards.
  • the first spacers 6 and the first adhesive tapes 13 as well as the second spacers 7 and the second adhesive tapes 14 are alternately rotated relative to one another in the stacking direction 3, rotated by 90° in the exemplary embodiments shown or across, arranged.
  • the moistening device 1 is produced by stacking first stacking units 18 and second stacking units 19 alternately in stacking direction 3.
  • Figures 4 and 7 show the first stacking unit 18 and Figures 5 and 6 the second Stacking unit 19.
  • the first stacking unit 18 therefore includes a membrane 4 and a first spacer 6, in the exemplary embodiment shown also two first adhesive tapes 13.
  • the second stacking unit 19 comprises a membrane 4 and a second spacer 7, in the exemplary embodiment shown also two second adhesive tapes 14.
  • the respective stacking unit 18, 19 can be produced from rolls 20 of the membrane 4, the spacers 6, 7 and the adhesive tapes 13, 14.
  • the first stacking units 18 are produced from rolls 20 of the membrane 4, the first spacers 6 and the first adhesive tapes 13 and are cut to the desired size by means of a cutting tool 21 indicated.
  • the second stacking units 19 are produced from rolls 20 of the membrane 4, the second spacer 7 and the second adhesive tapes 14, with a cutting tool 21 once again cutting to the desired size.
  • the moistening device 1 by stacking the same stacking unit 22 on top of one another according to one of Figures 8 or 9, with Figures 8, 9 each showing a section through the stacking unit 22, in which the respective adhesive tape 13, 14 is not visible.
  • These stacking units 22 comprise two membranes 4, one of the spacers 6, 7 being arranged between the membranes 4 and the other spacer 6, 7 being arranged on the side of one of the membranes 4 facing away from the first-mentioned spacer 6, 7.
  • the first spacer 6 is arranged between the membranes 4 and the second spacer 7 is arranged on the side 5 of one of the membranes 4 facing away from the first spacer 6 .
  • the second spacer 7 between the Membranes 4 and the first spacer 6 are arranged on the side 5 of one of the membranes 4 facing away from the second spacer 7 .
  • the humidification device 1 can be used in a fuel cell system 2 that is only indicated in FIG.
  • the fuel cell system 2 includes at least one fuel cell 23, preferably a plurality of fuel cells 23 combined in a fuel cell stack 24.
  • an oxygen-containing reactant in particular air
  • the at least one fuel cell 23 is supplied with a hydrogen-containing reactant (not shown).
  • exhaust gas is produced which contains moisture, in particular water vapor.
  • the exhaust gas is discharged from the at least one fuel cell 23 along the second flow path 11 .
  • the two flow paths 10, 11 in this case lead through the humidification device 1, with the exhaust gas as the second fluid transferring moisture to the oxygen-containing reactants as the first fluid.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befeuchtungseinrichtung (1), in welcher ein erstes Fluid und ein zweites Fluid Feuchtigkeit austauschen. Die Befeuchtungseinrichtung (1) weist zum Feuchtigkeitsaustausch in einer Stapelrichtung (3) aufeinanderfolgende Membranen (4) auf, wobei die Membranen (4) in Stapelrichtung (3) mittels Abstandshaltern (6, 7) zueinander beabstandet sind. Eine erhöhte Effizienz bei zugleich kompakter Ausbildung der Befeuchtungseinrichtung (1) wird dadurch erreicht, dass in Stapelrichtung (3) abwechselnd erste Abstandshalter (6) und zweite Abstandshalter (7) angeordnet sind, wobei die ersten Abstandshalter (6) eine in Stapelrichtung (3) verlaufende erste Höhe (8) aufweisen, welche kleiner ist als eine in Stapelrichtung (3) verlaufende zweite Höhe (9) der zweiten Abstandshalter (7). Die Erfindung betrifft des Weiteren Stapeleinheiten (18, 19, 22) für eine solche Befeuchtungseinrichtung (1).

Description

Stapeleinheit für eine Befeuchtungseinrichtung und Befeuchtungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stapeleinheit für eine mehrere in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnete Membranen aufweisende Befeuchtungseinrichtung zum Befeuchten eines ersten Fluids mittels eines zweiten Fluids. Die Erfindung betrifft zudem eine solche Befeuchtungseinrichtung
In einer Befeuchtungseinrichtung wird im Betrieb ein erstes Fluid mittels eines zweiten Fluids befeuchtet. Derartige Befeuchtungseinrichtungen kommen beispielsweise in Brennstoffzellensystemen zum Einsatz, um die im Betrieb einer zugehörigen Brennstoffzelle entstehende Abgas vorhandene Feuchtigkeit auf die der Brennstoffzelle zuzuführenden Luft zu übertragen und die Luft somit zu befeuchten.
Derartige Befeuchtungseinrichtungen weisen zu diesem Zweck üblicherweise aufeinander folgende Membranen auf. Entlang von voneinander abgewandten Seiten der Membranen strömt jeweils eines der Fluide, sodass die Membranen einen Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Fluiden zulassen. Um ein Strömen der Fluide entlang der Seiten der Membranen zu erreichen, sind die Membranen in ihrer Abstandsrichtung zueinander beabstandet. Grundsätzlich lässt sich der Aufbau einer solchen Befeuchtungseinrichtung im aufeinanderfolgenden Anordnen mehrerer Einheiten, welche jeweils zumindest eine Membran umfassen, realisieren. Diese Einheiten, die nachfolgend jeweils auch als Stapeleinheit bezeichnet werden, werden üblicherweise aufeinander gestapelt.
Das Beabstanden der Membranen zueinander erfolgt gewöhnlich über jeweils eine mehrteilige Anordnung, die durchströmbar ist. Die DE 10 2012 014 723 A1 zeigt eine entsprechende Stapeleinheit und die zugehörige Befeuchtungseinrichtung. Die Stapeleinheit umfasst eine Membran mit zwei voneinander abgewandten Seiten, über welche im Betrieb Feuchtigkeit ausgetauscht wird. An einer ersten der Seiten ist eine durchströmbare erste Anordnung und an einer zweiten der Seiten eine durchströmbare zweite Anordnung angeordnet, um die aufeinanderfolgenden Membrane der Befeuchtungseinrichtung zueinander zu beabstanden. Die erste Anordnung umfasst eine Strömungsschicht. Demgegenüber umfasst die zweite Anordnung neben einer Strömungsschicht beidseitig der Strömungsschicht jeweils eine Stützstruktur mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen. Dies führt zu einer komplexen Ausbildung und Herstellung der Stapeleinheit und der Befeuchtungseinrichtung komplex ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für eine Stapeleinheit und eine Befeuchtungseinrichtung der vorstehend beschriebenen Art verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich insbesondere durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau und/oder eine erhöhte Effizienz auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einer Befeuchtungseinrichtung den Abstand zwischen aufeinander folgenden Membranen mittels jeweils eines Abstandshalters abwechselnd kleiner und größer auszugestalten, sodass der Abstand abwechselnd eine ersten Größe und eine im Vergleich zur ersten Größe größere zweiten Größe aufweist. Auf diese Weise sind die aufeinander folgenden Räume zwischen den Membranen abwechselnd Groß und Klein. Hierbei wird insbesondere die Kenntnis genutzt, dass der größere Raum lediglich auf einer Seite der jeweiligen Membran benötigt wird, um von dieser Seite überschüssige Feuchtigkeit und/oder Kondensat und/oder Wasserdampf abzutransportieren, wogegen auf der anderen Seite der Membran dieser vergrößerte Raum nicht gebraucht wird. Mit dem Abtransportieren der Feuchtigkeit und/oder des Kondensats und/oder des Wasserdampfs aus den zugehörigen Räumen wird ein entsprechendes Belegen dieser Räume mit Kondensat bzw. Wasser und/oder ein erhöhter Strömungswiderstand in diesen Räumen und/oder ein Verkleben der Membranen aneinander verhindert oder zumindest reduziert. In der Folge sind die Effizienz der Befeuchtungseinrichtung erhöht und/oder der Druckverlust reduziert. Zugleich wird durch die kleinere Ausbildung der anderen Räume der Bauraumbedarf verkleinert. Daraus resultiert, dass die Befeuchtungseinrichtung kompakter ausgebildet ist. Zudem kann somit im selben Volumen eine erhöhte Anzahl von Membranen angeordnet sein, sodass die Effizienz der Befeuchtungseinrichtung erhöht wird. Die Verwendung jeweils eines Abstandshalters zum Beabstanden der Membranen zueinander führt zudem zu einem Vereinfachten Aufbau und einer kostengünstigen Herstellung der Befeuchtungseinrichtung.
Die Befeuchtungseinrichtung weist also in einer Richtung aufeinanderfolgende Membranen auf, wobei diese Richtung nachfolgend auch als Stapelrichtung bezeichnet wird. Die jeweilige Membran weist in Stapelrichtung voneinander abgewandte Seiten auf, über welche eines der Fluide Feuchtigkeit auf das andere Fluid überträgt. In der Befeuchtungseinrichtung sind jeweils eine der Seiten einer der Membrane und eine Seite der nächstbenachbarten Membran einander zugewandt. In Stapelrichtung aufeinanderfolgende Membranen sind dabei in Stapelrichtung abwechselnd durch einen ersten Abstandshalter und einen zweiten Abstandshalter zueinander beabstandet. Bevorzugt liegt der jeweilige Abstandshalter auf beiden benachbarten Seiten der zugehörigen Membranen auf. Die ersten Abstandshalter weisen in Stapelrichtung eine Höhe auf, die nachfolgend auch als erste Höhe bezeichnet wird. Die zweiten Abstandshalter weisen in Stapelrichtung eine Höhe auf, die nachfolgend auch als zweite Höhe bezeichnet wird. Dabei ist die erste Höhe kleiner als die zweite Höhe.
Die jeweilige Membran ist zweckmäßig feuchtigkeitsdurchlässig, um einen Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Fluiden zu erlauben.
Bevorzugt ist es, wenn in der Befeuchtungseinrichtung ein Strömungspfad eines ersten Fluids, nachfolgend auch als erster Strömungspfad bezeichnet, zwischen den mittels der ersten Abstandshaltem zueinander beabstandeten und einander zugewandten Seiten der Membranen verläuft. Bevorzugt ist es ferner, wenn ein Strömungspfad des zweiten Fluids, nachfolgend auch als zweiter Strömungspfad bezeichnet, vom ersten Strömungspfad getrennt, zwischen den mittels der zweiten Abstandshaltem zueinander beabstandeten und einander zugewandten Seiten der Membranen verläuft. Der zweite Strömungspfad verläuft also zwischen den weiter zueinander beabstandeten Seiten der aufeinander folgenden Membranen. Besonders bevorzugt ist das zweite Fluid das Fluid ist, welches in der Befeuchtungseinrichtung über die Seiten der Membrane Feuchtigkeit auf das erste Fluid überträgt.
Dabei können der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspad relativ zueinander quer durch die Befeuchtungseinrichtung verlaufen. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Anordnung der Klebebänder realisiert sein.
Der jeweilige Abstandshalter ist vorzugsweise durchströmbar. Somit wird eine vereinfachte Strömung entlang der jeweils zugehörigen Seiten der Membranen erreicht. Insbesondere ist es vorstellbar, den jeweiligen Abstandshalter als eine durchströmbare Gitterstruktur auszubilden, bei welcher Gitterstäbe quer zur Stapelrichtung und quer zueinander verlaufen.
Zumindest einer der Abstandshalter, vorteilhaft der jeweilige Abstandshalter, ist einteilig, weist insbesondere eine symmetrische Struktur auf und/oder ist zusammenhängend und/oder aus demselben Werkstoff und/oder Material ausgebildet.
Die Membranen können identisch sein.
Die Seiten der Membranen sind bevorzugt große Seiten und/oder flache Seiten der Membranen. Die Membranen sind also flach ausgebildet und weisen somit voneinander abgewandte große Außenseiten auf, wobei diese großen Außenseiten die in Stapelrichtung einander zugewandten Seiten der Membrane sind, welche mittels der Abstandshalter zueinander beabstandet sind. Somit wird für die Feuchtigkeitsübertragung vom zweiten auf das erste Fluid eine vergrößere Fläche zur Verfügung gestellt und zugleich ein kompakter Aufbau der Befeuchtungseinrichtung erreicht.
Der erfindungsgemäße Gedanke kann durch das Aufeinanderstapeln von Stapeleinheiten realisiert sein.
Die jeweilige Stapeleinheit kann zwei Membranen aufweisen. Die Stapeleinheit umfasst ferner einen ersten Abstandshalter und einen zweiten Abstandshalter. Einer der Abstandshalter, beispielsweise der erste Abstandshalter, ist zwischen zwei einander zugewandten Seiten der Membranen angeordnet und beabstandet die Membranen somit zueinander. Der andere Abstandshalter, beispielsweise der zweite Abstandshalter, ist auf der vom erstgenannten Abstandshalter, also beispielweise dem ersten Abstandshalter, abgewandten Seite einer der Membranen angeordnet und dient dem Beabstanden der Stapeleinheit zu einer Membran einer in Stapelrichtung benachbarten Stapeleinheit. Hierbei weist der erste Abstandshalter eine in Stapelrichtung verlaufende erste Höhe auf, welche kleiner ist als eine in Stapelrichtung verlaufende zweite Höhe des zweiten Abstandshalters.
Der erfindungsgemäße Gedanke kann alternativ durch das abwechselnde Aufeinanderstapeln von ersten Stapeleinheiten und zweiten Stapeleinheiten realisiert sein. Die erste Stapeleinheit weist eine Membran und einen ersten Abstandshalter auf, der auf einer Seite der Membran angeordnet ist und dem Beabstanden der Membran zur Membran der benachbarten zweiten Stapeleinheit dient. Die zweite Stapeleinheit weist eine Membran und einen zweiten Abstandshalter auf, der auf einer Seite der Membran angeordnet ist und dem Beabstanden der Membran zur Membran der benachbarten ersten Stapeleinheit dient. Hierbei weist der erste Abstandshalter eine in Stapelrichtung verlaufende erste Höhe auf, welche kleiner ist als eine in Stapelrichtung verlaufende zweite Höhe des zweiten Abstandshalters.
Bevorzugt beträgt das Verhältnis der zweiten Höhe zur ersten Höhe zumindest 1 ,2. Die zweite Höhe ist also bevorzugt zumindest 20% größer als die erste Höhe.
Vorteilhaft beträgt das Verhältnis der zweiten Höhe zur ersten Höhe zwischen 1 ,2 und 3,0. Die zweite Höhe ist also vorteilhaft zumindest 20% und 300% größer als die erste Höhe.
In der Befeuchtungseinrichtung, insbesondere in der jeweiligen Stapeleinheit, sind vorteilhaft Klebebänder vorgesehen, welche die aufeinanderfolgenden Membranen miteinander verkleben.
Das jeweilige Klebeband ist vorteilhaft einem zugehörigen der Abstandshalter benachbart in einem Randbereich der zugehörigen Membranen angeordnet. Dies kann dadurch erreicht sein, dass zumindest einer der Abstandshalter sich quer zur Stapelrichtung über einen, vorzugsweise mittigen, Teilabschnitt einer der zumindest einen nächstbenachbarten Membrane erstreckt, sodass quer zur Stapelrichtung an wenigstens einem Randbereich der Seite der Membran eine Teilfläche frei bleibt. Dabei ist am Randbereich ein Klebeband angebracht, das sich entlang des Randbereichs erstreckt und die in Stapelrichtung aufeinanderfolgenden Membranen miteinander verklebt.
Bevorzugt weisen die quer zur Stapelrichtung den ersten Abstandshaltem benachbarten Klebebänder eine erste Dicke auf, die kleiner ist als eine in Stapelrichtung verlaufende zweite Dicke der quer zur Stapelrichtung den zweiten Abstandshaltem benachbarten Klebebänder.
Besonders bevorzugt entsprechen die erste Dicke der ersten Höhe und/oder die zweite Dicke der zweiten Höhe.
Vorteilhaft dichtet das jeweilige Klebeband entlang seiner Erstreckung den zugehörigen Abstandshalter fluidisch quer zur Stapelrichtung und somit nach außen ab.
Die Befeuchtungseinrichtung kann prinzipiell in einer beliebigen Anwendung zum Befeuchten eines entsprechenden Fluids zum Einsatz kommen.
Vorteilhaft sind die Abstandshalter gleicher Art identisch ausgebildet. Das heißt dass die ersten Abstandshalter identische ausgebildet sind, und/oder dass die zweiten Abstandshalter identische ausgebildet sind.
Insbesondere kommt die Befeuchtungseinrichtung in einem Brennstoffzellensystem zum Einsatz, welches zumindest eine Brennstoffzelle aufweist. Die Brennstoffzelle wird im Betrieb mit einem sauerstoffhaltigen Reaktanten, beispielsweise Luft, und einem wasserstoffhaltigen Reaktanten versorgt und erzeugt ein feuchtes, insbesondere wasserdampfhaltiges, Abgas. Bevorzugt kommt die Befeuchtungseinrichtung zum Einsatz, um die im Abgas enthaltene Feuchtigkeit auf den sauerstoffhaltigen Reaktanten zu übertragen. Das Abgas ist also hier das zweite Fluid und der sauerstoffhaltige Reaktant, beispielsweise Luft, das erste Fluid.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Befeuchtungseinrichtung,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 1 mit II bezeichneten Bereichs,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 2 mit III bezeichneten Bereichs, Fig. 4 eine isometrische Ansicht einer ersten Stapeleinheit der Befeuchtungseinrichtung,
Fig. 5 eine isometrische Ansicht einer zweiten Stapeleinheit der Befeuchtungseinrichtung,
Fig. 6 eine Seitenansicht der zweiten Stapeleinheit,
Fig. 7 eine Seitenansicht der ersten Stapeleinheit,
Fig. 8 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Stapeleinheit,
Fig. 9 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stapeleinheit,
Fig. 10 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit der Befeuchtungseinrichtung.
Eine Befeuchtungseinrichtung 1 , wie sie in den Figuren 1 bis 3 sowie 10 gezeigt ist, kommt beispielsweise in einem Brennstoffzellensystem 2, wie es in Figur 10 stark vereinfacht und schaltplanartig dargestellt ist, zum Einsatz.
Wie insbesondere den Figuren 1 bis 3 entnommen werden kann, weist die Befeuchtungseinrichtung 1 mehrere in einer Stapelrichtung 3 aufeinanderfolgende Membranen 4 auf. Über die Membranen 4 können ein erstes Fluid und ein zweites Fluid Feuchtigkeit austauschen, sodass eines der Fluide befeuchtet wird. Die jeweilige Membran 4 weist zwei in Stapelrichtung 3 voneinander abgewandte Seiten 5 auf, über welche der Feuchtigkeitsaustausch erfolgt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen und bevorzugt weisen die Membranen 4 eine flache Form auf, wobei die Seiten 5 große Außenflächen der flachen Membranen 4 bilden. In Stapelrichtung 3 ist also jeweils eine Seite 5 einer Membran 4 einer Seite 5 der nächstbenachbarten Membranen 4 gegenüberliegend angeordnet. Die einander gegenüberliegenden Seiten 5 und somit die Membranen 4 sind über Abstandshalter 6, 7 zueinander beabstandet. Dabei sind, wie insbesondere Figur 3 entnommen werden kann, in Stapelrichtung 3 abwechselnd ein erster Abstandshalter 6 und ein zweiter Abstandshalter 7 angeordnet. Wie ferner insbesondere Figur 3 entnommen werden kann, weisen die ersten Abstandshalter 6 eine in Stapelrichtung 3 verlaufende Höhe 8, nachfolgend auch als erste Höhe 8 bezeichnet, auf. Die zweiten Abstandshalter 7 weisen eine in Stapelrichtung 3 verlaufende Höhe 9, nachfolgend auch als zweite Höhe 9 bezeichnet, auf. Wie beispielsweise Figur 3 entnommen werden kann, ist dabei die erste Höhe 8 kleiner als die zweite Höhe 9. Dies hat zur Folge, dass die Membranen 4 bzw. deren einander zugewandten Seiten 5 in Stapelrichtung 3 abwechselnd näher und weiter zueinander beabstandet sind. Die Befeuchtungseinrichtung 1 ist dabei derart ausgestaltet, dass der in den Figuren 3 und 10 angedeutete Strömungspfad 10 des ersten Fluids, nachfolgend auch als erster Strömungspfad 10 bezeichnet, zwischen den mittels den ersten Abstandshaltem 6 zueinander beabstandeten und einander zugewandten Seiten 5 der Membranen 4 verläuft. Zudem ist die Befeuchtungseinrichtung 1 derart ausgestaltet, dass ein Strömungspfad 11 des zweiten Fluids, nachfolgend auch als zweiter Strömungspfad 11 bezeichnet, vom ersten Strömungspfad 10 getrennt, zwischen den mittels den zweiten Abstandshaltern 7 zueinander beabstandeten und einander zugewandten Seiten 5 der Membranen 4 verläuft. Dabei handelt es sich bei dem zweiten Fluid vorzugsweise um dasjenige Fluid, welches im Betrieb der Befeuchtungseinrichtung 1 Feuchtigkeit auf das erste Fluid überträgt. Auf diese Weise wird eine kompakte Ausbildung der Befeuchtungseinrichtung 1 bei zugleich vereinfachtem Abführen von überschüssiger Feuchtigkeit bzw. Kondensat und/oder Wasserdampf aus der Befeuchtungseinrichtung 1 erreicht. Hierbei wird die Kenntnis genutzt, dass zwischen den Membranen 4 entlang des zweiten Strömungspfads 11 und somit des Strömungspfads 11 des Fluids, welches bereits Feuchtigkeit enthält, überschüssige Feuchtigkeit bzw. Kondensat und/oder Wasser, nachfolgend gemeinsam als Feuchtigkeit bezeichnet, anfallen und somit zu einer Reduzierung der Effizienz der Befeuchtungseinrichtung 1 führen können. Durch den vergrößerten Abstands der den zweiten Strömungspfad begrenzenden Seiten 5 der Membranen 4 erfolgt ein verbessertes Abführen dieser überschüssigen Feuchtigkeit und somit eine erhöhte Effizienz und ein reduzierter Druckverlust. Zugleich wird durch den reduzierten Abstand der den ersten Strömungspfad 10 begrenzenden Seiten 5 Membranen 4 ein kompakterer Aufbau der Befeuchtungseinrichtung 1 erreicht, der es ebenso erlaubt, in der Befeuchtungseinrichtung 1 im selben Volumen insgesamt mehr Membranen 4 anzuordnen und somit die Effizienz der Befeuchtungseinrichtung 1 weiter zu erhöhen.
Die Befeuchtungseinrichtung 1 umfasst zweckmäßig ein nicht gezeigtes Gehäuse, in welchem die Membranen 4 und die Abstandshalter 6, 7 aufgenommen sind.
Wie den Figuren entnommen werden kann, sind die Membranen 4 in den gezeigten Ausführungsbeispielen identisch ausgebildet. Dabei ist eine in Stapelrichtung 3 verlaufende Dicke 12 der Membranen 4 erheblich kleiner als die Höhen 8, 9.
Das Verhältnis der zweiten Höhe 9 zur ersten Höhe 8 beträgt zumindest 1 ,2. Das heißt, dass die jeweilige zweite Höhe 9 zumindest 20 % größer ist als die jeweilige erste Höhe 8. Insbesondere beträgt das Verhältnis der zweiten Höhe 9 zur ersten Höhe 8 zwischen 1 ,2 und 3. Das heißt, dass die jeweilige zweite Höhe 9 bevorzugt zwischen 20 % und 300 % größer ist als die jeweilige erste Höhe 8. Auf diese Weise wird ein besonders effektives Abführen von überschüssiger Feuchtigkeit bei zugleich kompakter Ausbildung der Befeuchtungseinrichtung 1 erreicht. Wie insbesondere den Figuren 1 bis 7 entnommen werden kann, liegen in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Abstandshalter 6, 7 jeweils auf den Seiten 5, welche sie zueinander beabstanden, nachfolgend auch zugehörige Seiten 5 genannt, auf. Die Abstandshalter 6, 7 sind hierbei durchströmbar, sodass das jeweilige Fluid durch sie strömen kann. Zu diesem Zweck können die Abstandshalter 6, 7 beispielsweise eine nicht gezeigte Gitterstruktur aufweisen. Die Abstandshalter 6, 7 sind in den Figuren jeweils als Block dargestellt, um deren unterschiedlichen Höhen 8, 9 besser darzustellen. Sie sind aber, wie vorstehend erwähnt, jeweils durchströmbar.
Wie insbesondere den Figuren 1 bis 7 entnommen werden kann, erstreckt sich der jeweilige Abstandshalter 6, 7 über einen Teilabschnitt der zugehörigen Seiten 5, sodass der Abstandshalter 6, 7 quer zur Stapelrichtung 3 wenigstens einen Randbereich 15 der zugehörigen Seiten 5 freilässt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der jeweilige Abstandshalter 6, 7 mittig der zugehörigen Seiten 5 angeordnet, sodass er zwei quer zur Stapelrichtung 3 zueinander beabstandete Randbereiche 15 freigibt, wohingegen er sich entlang der Randbereiche 15 quer zur Stapelrichtung 3 entlang der gesamten Erstreckung der zugehörigen Seiten 5 erstreckt. Die Membranen 4 werden dabei über die Randbereiche 15 mittels Klebebändern 13, 14 miteinander verklebt. Zu diesem Zweck ist zumindest an einem der Randbereiche 15 zumindest einer der einander zugewandten Seiten 5 der Membranen 4 ein Klebeband 13, 14 angebracht. In den gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem jeweiligen Klebeband 13, 14 dabei um ein doppelseitig klebendes Klebeband 13, 14, sodass die Membranen 4 mittels der Klebebänder 13, 14 miteinander verklebt werden. In den gezeigten Beispielen ist dabei an beiden Randbereichen 15 jeweils ein Klebeband 13, 14 angebracht.
Wie beispielsweise den Figuren 3 bis 7 entnommen werden kann, sind dabei die mittels den ersten Abstandshaltem 3 zueinander beabstandeten Seiten 5 mittels ersten Klebebändern 13 miteinander verklebt, wohingegen die mittels der zweiten Abstandshalter 7 zueinander beabstandeten Seiten 5 der Membranen 4 mittels zweiten Klebebändern 14 miteinander verklebt sind. Wie beispielsweise den Figuren 6 und 7 entnommen werden kann, ist dabei eine in Stapelrichtung 3 verlaufende Dicke 16 der ersten Klebebänder 13, nachfolgend auch als erste Banddicke 16 bezeichnet, kleiner als eine in Stapelrichtung 3 verlaufende Dicke 17 der zweiten Klebebänder 14, nachfolgend auch als zweite Banddicke 17 bezeichnet. Wie den Figuren 6 und 7 ferner entnommen werden kann, entspricht hierbei die erste Banddicke 16 im Wesentlichen der ersten Höhe 8. Zudem entspricht die zweite Banddicke 17 im Wesentlichen der zweiten Höhe 9.
Die Klebebänder 13, 14 sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen und bevorzugt zudem fluidisch dichtend. Somit dichten die Klebebänder 13, 14 entlang ihrer Erstreckung die Abstandshalter 6, 7 quer zur Stapelrichtung 3 nach außen ab. Dies erfolgt durch die in Querrichtung gegenüberliegende Anordnung der ersten Klebebänder 13 und der zweiten Klebebänder 14, also quer zur Stapelrichtung 3 beidseitig nach außen. Wie insbesondere den Figuren 1 bis 3 entnommen werden kann, sind hierbei die ersten Abstandshalter 6 und die ersten Klebebänder 13 sowie die zweiten Abstandshalter 7 und die zweiten Klebebänder 14 in Stapelrichtung 3 abwechselnd jeweils zueinander verdreht, in den gezeigten Ausführungsbeispielen um 90° verdreht bzw. quer, angeordnet.
Hierdurch ergibt sich, wie in Figur 3 angedeutet, eine Querströmung der Befeuchtungseinrichtung 1. Das heißt, dass der erste Strömungspfad 10 durch die Befeuchtungseinrichtung 1 quer zum zweiten Strömungspfad 11 verläuft.
Beim in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Herstellung der Befeuchtungseinrichtung 1 durch das in Stapelrichtung 3 abwechselnde Aufeinanderstapeln von ersten Stapeleinheiten 18 und zweiten Stapeleinheiten 19. Hierbei zeigen die Figuren 4 und 7 die erste Stapeleinheit 18 und die Figuren 5 und 6 die zweite Stapeleinheit 19. Die erste Stapeleinheit 18 umfasst demnach eine Membran 4 sowie einen ersten Abstandshalter 6, im gezeigten Ausführungsbeispiel zudem zwei erste Klebebänder 13. Die zweite Stapeleinheit 19 umfasst eine Membran 4 sowie einen zweiten Abstandshalter 7, im gezeigten Ausführungsbeispiel zudem zwei zweite Klebebänder 14.
Wie insbesondere Figur 1 entnommen werden kann, kann die jeweilige Stapeleinheit 18, 19 aus Rollen 20 der Membran 4, der Abstandshalter 6, 7 sowie der Klebebänder 13, 14 hergestellt werden. Dabei werden die ersten Stapeleinheiten 18 aus Rollen 20 der Membran 4, der ersten Abstandshalter 6 sowie der ersten Klebebänder 13 hergestellt und mittels eines angedeuteten Schneidwerkzeugs 21 auf die gewünschte Größe geschnitten. Analog werden die zweiten Stapeleinheiten 19 aus Rollen 20 der Membran 4, des zweiten Abstandshalters 7 sowie der zweiten Klebebänder 14 hergestellt, wobei wiederum ein Schneiden auf die gewünschte Größe mittels eines Schneidwerkzeugs 21 erfolgt. Durch eine entsprechende Anordnung der Rollen 20 bzw. der hergestellten Stapeleinheiten 18, 19 können diese dabei aufeinandergestapelt werden, ohne dass es eine relative Drehung der Stapeleinheiten 18, 19 zueinander braucht.
Alternativ zu den Stapeleinheiten 18, 19 ist es auch vorstellbar, die Befeuchtungseinrichtung 1 durch das Aufeinanderstapeln derselben Stapeleinheit 22 gemäß einer der Figuren 8 oder 9 herzustellen, wobei die Figuren 8, 9 jeweils einen Schnitt durch die Stapeleinheit 22 zeigen, in welcher das jeweilige Klebeband 13, 14 nicht sichtbar ist. Diese Stapeleinheiten 22 umfassen zwei Membranen 4, wobei einer der Abstandshalter 6, 7 zwischen den Membranen 4 angeordnet und der andere Abstandshalter 6, 7 auf der vom erstgenannten Abstandshalter 6, 7 abgewandten Seite einer der Membranen 4 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel der Figur 8 ist der erste Abstandshalter 6 zwischen den Membranen 4 und der zweite Abstandshalter 7 auf der vom ersten Abstandshalter 6 abgewandten Seite 5 einer der Membranen 4 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 9 ist der zweite Abstandshalter 7 zwischen den Membranen 4 und der erste Abstandshalter 6 auf der vom zweiten Abstandshalter 7 abgewandten Seite 5 einer der Membranen 4 angeordnet.
Die Befeuchtungseinrichtung 1 kann, wie erwähnt, in einem in Figur 10 lediglich angedeuteten Brennstoffzellensystem 2 zum Einsatz kommen. Das Brennstoffzellensystem 2 umfasst hierbei neben der Befeuchtungseinrichtung 1 zumindest eine Brennstoffzelle 23, vorzugsweise mehrere in einem Brennstoffzellen-Stack 24 zusammengefasste Brennstoffzellen 23. Der zumindest einen Brennstoffzelle 23 wird im Betrieb entlang des ersten Strömungspfads 10 ein sauerstoffhaltiger Reaktant, insbesondere Luft, zugeführt. Zudem wird der zumindest einen Brennstoffzelle 23 ein wasserstoffhaltiger Reaktant zugeführt (nicht gezeigt). Im Betrieb der zumindest einen Brennstoffzelle 23 entsteht dabei Abgas, welches Feuchtigkeit, insbesondere Wasserdampf, enthält. Das Abgas wird entlang des zweiten Strömungspfads 11 von der zumindest einen Brennstoffzelle 23 abgeführt. Die beiden Strömungspfade 10, 11 führen hierbei durch die Befeuchtungseinrichtung 1 , wobei das Abgas als zweites Fluid Feuchtigkeit auf den sauerstoffhaltigen Reaktanten als erstes Fluid überträgt.

Claims

Ansprüche Stapeleinheit (18, 19) für eine Befeuchtungseinrichtung (1 ) zum Befeuchten eines ersten Fluids mittels eines zweiten Fluids, wobei in der Befeuchtungseinrichtung (18, 19) mehrere in einer Stapelrichtung (3) aufeinanderfolgende Membranen (4) angeordnet sind, wobei zwischen den Membranen (4) in Stapelrichtung (3) abwechselnd erste Abstandshalter (6) und zweite Abstandshalter (7) zum Beabstanden der Membrane (4) angeordnet sind, und wobei der erste Abstandshalter (6) eine in Stapelrichtung (3) verlaufende erste Höhe (8) aufweist, welche kleiner ist als eine in Stapelrichtung (3) verlaufende zweite Höhe (9) des jeweiligen zweiten Abstandshalters (7),
- wobei die Stapeleinheit (18) eine Membran (4) mit zwei in Stapelrichtung (3) voneinander abgewandte Seiten (5), über welche die Fluide im Betrieb Feuchtigkeit austauschen, und einen ersten Abstandshalter (6) an einer der Seiten (5) aufweist, oder
- wobei die Stapeleinheit (19) eine Membran (4) mit zwei in Stapelrichtung (3) voneinander abgewandte Seiten (5), über welche die Fluide im Betrieb Feuchtigkeit austauschen, und einen zweiten Abstandshalter (7) an einer der Seiten (5) aufweist, Stapeleinheit (22) für eine Befeuchtungseinrichtung (1) zum Befeuchten eines ersten Fluids mittels eines zweiten Fluids, wobei in der Befeuchtungseinrichtung (1) mehren in einer Stapelrichtung (3) aufeinanderfolgende Membranen (4) angeordnet sind, wobei zwischen den Membranen (22) in Stapelrichtung (3) abwechselnd erste Abstandshalter (6) und zweite Abstandshalter (7) zum Beabstanden der Membranen (4) angeordnet sind, - mit zwei Membranen (4), wobei die jeweilige Membran (4) zwei in Stapelrichtung (3) voneinander abgewandte Seiten (5) aufweist, über welche die Fluide im Betrieb Feuchtigkeit austauschen,
- mit einem zwischen zwei einander zugewandten Seiten (5) der Membranen (4) angeordneten ersten Abstandshalter (6) zum Beabstanden der Membranen (4) in Stapelrichtung (3),
- mit einem auf der vom ersten Abstandshalter (6) abgewandten Seite (5) einer der Membranen (4) angeordneten zweiten Abstandshalter (7) zum Beabstanden der Stapeleinheit (22) zu einer Membran (4) einer in Stapelrichtung (3) benachbarten Stapeleinheit (22),
- wobei der erste Abstandshalter (6) eine in Stapelrichtung (3) verlaufende erste Höhe (8) aufweist, welche kleiner ist als eine in Stapelrichtung (3) verlaufende zweite Höhe (9) des zweiten Abstandshalters (7). Stapeleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von zweiter Höhe (9) zur ersten Höhe (8) zumindest 1 ,2 beträgt. Stapeleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von zweiter Höhe (9) zur ersten Höhe (8) zwischen 1 ,2 und 3,0 beträgt. Stapeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Abstandshalter (6, 7) auf wenigstens einer der Seiten (5) aufliegt. 18 Stapeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Abstandshalter (6, 7) einteilig ausgebildet ist. Stapeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest einer der Abstandshalter (6, 7) sich quer zur Stapelrichtung (3) über einen, vorzugsweise mittigen, Teilabschnitt einer der zumindest einen nächstbenachbarten Membranen (4) erstreckt, so dass quer zur Stapelrichtung (3) an wenigstens einem Randbereich (15) der Seite (5) der Membran (4) eine Teilfläche frei bleibt,
- dass an zumindest einem Randbereich (15) ein Klebeband (13, 14) angebracht ist, das sich entlang des Randbereichs (15) erstreckt und die in Stapelrichtung (3) aufeinanderfolgenden Membranen (4) miteinander verklebt. Stapeleinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebeband (13, 14) entlang der Erstreckung den zugehörigen Abstandshalter (6, 7) fluidisch nach außen abdichtet. Befeuchtungseinrichtung (1) zum Befeuchten eines ersten Fluids mittels eines zweiten Fluids, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem (2),
- mit mehren in einer Stapelrichtung (3) aufeinanderfolgenden Membranen (4),
- wobei zwischen den Membranen (4) in Stapelrichtung (3) abwechselnd erste Abstandshalter (6) und zweite Abstandshalter (7) angeordnet sind, welche die Membranen (4) zueinander beabstanden, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Stapelrichtung (3) verlaufende erste Höhe (8) der ersten 19
Abstandshalter (6) kleiner ist als eine in Stapelrichtung (3) verlaufende zweite Höhe (9) der zweiten Abstandshalter (7). Befeuchtungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
- dass ein erster Strömungspfad (10) des ersten Fluids zwischen den mittels den ersten Abstandshaltem (6) zueinander beabstandeten und einander zugewandten Seiten (5) der Membranen (4) verläuft,
- dass ein zweiter Strömungspfad (11 ) des zweiten Fluids vom ersten Strömungspfad (10) getrennt zwischen den mittels den zweiten Abstandshaltem (7) zueinander beabstandeten und einander zugewandten Seiten (5) der Membranen (4) verläuft. Befeuchtungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungspfad (10) und der zweite Strömungspad (11 ) relativ zueinander quer durch die Befeuchtungseinrichtung (1) verlaufen.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022214348A1 (de) 2022-12-22 2024-06-27 Mahle International Gmbh Mehrlagige Membran, Membranstapel, Befeuchter
WO2024133540A1 (de) * 2022-12-22 2024-06-27 Mahle International Gmbh Mehrlagige membran, membranstapel, befeuchter
DE102022214349A1 (de) 2022-12-22 2024-06-27 Mahle International Gmbh Mehrlagige Membran, Membranstapel, Befeuchter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012218303A1 (de) * 2011-10-08 2013-04-11 Volkswagen Ag Verfahren zur Herstellung einer Befeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung von Prozessgasen sowie Befeuchtungseinrichtung
DE102012014723A1 (de) 2012-07-25 2014-05-15 Volkswagen Aktiengesellschaft Befeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung von Prozessgasen sowie Brennstoffzellenanordnung umfassend eine solche

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3045495C2 (de) 1980-12-03 1984-10-18 SECON Gesellschaft für Separations- und Concentrationstechnik mbH, 3400 Göttingen Dialysator aus aufeinandergestapelten semipermeablen Schlauchabschnitten
US5681438A (en) 1996-05-31 1997-10-28 Millipore Corporation Membrane module assembly
SG11202105318XA (en) 2018-11-30 2021-06-29 Repligen Corp Single use aseptic tangential flow filtration systems and methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012218303A1 (de) * 2011-10-08 2013-04-11 Volkswagen Ag Verfahren zur Herstellung einer Befeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung von Prozessgasen sowie Befeuchtungseinrichtung
DE102012014723A1 (de) 2012-07-25 2014-05-15 Volkswagen Aktiengesellschaft Befeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung von Prozessgasen sowie Brennstoffzellenanordnung umfassend eine solche

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022214348A1 (de) 2022-12-22 2024-06-27 Mahle International Gmbh Mehrlagige Membran, Membranstapel, Befeuchter
WO2024133540A1 (de) * 2022-12-22 2024-06-27 Mahle International Gmbh Mehrlagige membran, membranstapel, befeuchter
DE102022214349A1 (de) 2022-12-22 2024-06-27 Mahle International Gmbh Mehrlagige Membran, Membranstapel, Befeuchter

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