DE102014006394A1

DE102014006394A1 - Humidifier for a fuel cell

Info

Publication number: DE102014006394A1
Application number: DE102014006394.1A
Authority: DE
Inventors: Marcel Mayer
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-11-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Befeuchter für eine Brennstoffzelle. Der Befeuchter weist einen Stapel (24) aus mehreren Schichten auf. Die Schichten umfassen zumindest eine erste offenporige Schaumstruktur (34, 36, 38), eine zweite offenporige Schaumstruktur (40, 42, 44) und eine zwischen den Schaumstrukturen (34, 36, 40, 42, 44) angeordnete Membran (46, 48, 50). Die Schaumstrukturen (34, 36, 40, 42, 44) sind jeweils in Form eines starren aufgeschäumten Schwammes ausgebildet. Die Schaumstrukturen (34, 36, 40, 42, 44) stützen die Membran (46, 48, 50). Sie sind vorzugsweise im Wesentlichen plattenförmig und zwischen zwei sich gegenüberliegenden Stirnseiten (52, 54, 56, 58) fluidisch durchlässig ausgebildet. Erste und zweite Schaumstrukturen (34, 36, 40, 42, 44) sind vorzugsweise an zwei Stirnseiten (52, 54, 56, 58) geschlossen, an zwei anderen Stirnseiten (52, 54, 56, 58) geöffnet und jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet, so dass die Schaumstrukturen (34, 36, 40, 42, 44) quer zueinander durchströmbar sind.The invention relates to a humidifier for a fuel cell. The humidifier has a stack (24) of several layers. The layers comprise at least a first open-pore foam structure (34, 36, 38), a second open-pore foam structure (40, 42, 44) and a membrane (46, 48, 40, 42, 44) arranged between the foam structures (34, 36, 40, 42, 44). 50). The foam structures (34, 36, 40, 42, 44) are each in the form of a rigid foamed sponge. The foam structures (34, 36, 40, 42, 44) support the membrane (46, 48, 50). They are preferably substantially plate-shaped and between two opposite end faces (52, 54, 56, 58) formed fluidly permeable. First and second foam structures (34, 36, 40, 42, 44) are preferably closed at two end faces (52, 54, 56, 58), open at two other end faces (52, 54, 56, 58) and in each case at 90 ° arranged offset to one another, so that the foam structures (34, 36, 40, 42, 44) can be traversed transversely to each other.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf einen Befeuchter für eine Brennstoffzelle, mit einem ersten Kanal zur Zuleitung von zu befeuchtender Luft an die Brennstoffzelle und einem zweiten Kanal zur Ableitung von feuchten Abgasen der Brennstoffzelle, wobei zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal eine im Wesentlichen gasundurchlässige, aber wasserdurchlässige Membran zum Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Gasströmen in den Kanälen angeordnet ist.The invention relates to a humidifier for a fuel cell, having a first channel for supplying air to be humidified to the fuel cell and a second channel for discharging moist exhaust gases of the fuel cell, wherein between the first channel and the second channel a substantially gas-impermeable, but permeable membrane for moisture exchange between the gas streams is disposed in the channels.

In Brennstoffzellen erfolgt zur Stromerzeugung eine chemische Reaktion zwischen einem Reduktionsmittel und Sauerstoff als Oxidationsmittel. Der Sauerstoff wird dabei typischerweise der Umgebungsluft entnommen. In den Brennstoffzellen wird eine Protonenaustauschmembran (PEM) eingesetzt. Im Betrieb der Brennstoffzelle erhitzt sich die PEM auf ca. 90°C. Für den Wirkungsgrad und die Haltbarkeit der PEM ist es wichtig, dass die PEM nicht austrocknet. Der Brennstoffzelle wird daher typischerweise ein Befeuchter fluidisch vorgeschaltet, um die Zuluft der Brennstoffzelle zu befeuchten. Da das bei der zuvor erwähnten chemischen Reaktion entstehende Reaktionsprodukt in der Regel Wasser aufweist, kann dieses Wasser des Abgases der Brennstoffzelle zur Befeuchtung der Zuluft eingesetzt werden. Der Feuchtigkeitsaustausch erfolgt dabei über zumindest eine Membran des Befeuchters. Die Membran muss über eine Trägerstruktur im Befeuchter befestigt werden.In fuel cells to generate electricity is a chemical reaction between a reducing agent and oxygen as the oxidant. The oxygen is typically taken from the ambient air. In the fuel cells, a proton exchange membrane (PEM) is used. During operation of the fuel cell, the PEM heats up to approx. 90 ° C. For the efficiency and durability of the PEM, it is important that the PEM does not dry out. The fuel cell is therefore typically fluidly connected upstream of a humidifier to humidify the supply air of the fuel cell. Since the reaction product formed in the aforementioned chemical reaction usually has water, this water of the exhaust gas of the fuel cell can be used to humidify the supply air. The moisture exchange takes place via at least one membrane of the humidifier. The membrane must be fastened in the humidifier via a support structure.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 20 2011 109 654 U1 ist ein Befeuchter bekannt, der zwei Strömungsplatten mit einer zwischen den Strömungsplatten angeordneten Membran aufweist. Die Strömungsplatten dienen als Träger der Membran. Die erste und zweite Strömungsplatte weisen an ihren Oberflächen wellenförmige Kanäle auf, wobei die Kanäle der ersten Strömungsplatte nicht formschlüssig in die Kanäle der zweiten Strömungsplatte greifen, um eine Blockade der Kanäle zu vermeiden.From the DE 20 2011 109 654 U1 For example, a humidifier is known which has two flow plates with a membrane disposed between the flow plates. The flow plates serve as carriers of the membrane. The first and second flow plates have wave-shaped channels on their surfaces, wherein the channels of the first flow plate do not engage positively in the channels of the second flow plate in order to avoid blockage of the channels.

Der aus dem Stand der Technik bekannte Befeuchter hat den Nachteil, dass die Kanäle an den Oberflächen der Strömungsplatten aufwändig gefertigt werden müssen. Weiterhin werden die Gase lediglich über die Kanäle an der Oberfläche geleitet, so dass nur verhältnismäßig wenig Gas durch den Befeuchter geleitet werden kann.The known from the prior art humidifier has the disadvantage that the channels on the surfaces of the flow plates must be made consuming. Furthermore, the gases are only passed through the channels on the surface, so that only relatively little gas can be passed through the humidifier.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen Befeuchter zu schaffen, der einen hohen Gasdurchsatz erlaubt.The invention is therefore based on the object to provide a structurally simple humidifier, which allows a high gas flow rate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Befeuchter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved by a humidifier with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.

Der Befeuchter weist einen ersten Kanal zur Zuleitung von zu befeuchtender Luft an die Brennstoffzelle und einen zweiten Kanal zur Ableitung von feuchten Abgasen der Brennstoffzelle auf, wobei zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal eine im Wesentlichen gasundurchlässige, aber wasserdurchlässige Membran zum Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Gasströmen in den Kanälen angeordnet ist, wobei der Befeuchter einen Stapel mit der Membran aufweist, die zwischen einer ersten offenporigen Schaumstruktur und einer zweiten offenporigen Schaumstruktur des Stapels angeordnet ist, wobei die erste Schaumstruktur zumindest einen Teil des ersten Kanals und die zweite Schaumstruktur zumindest einen Teil des zweiten Kanals ausbildet.The humidifier has a first channel for supplying air to be humidified to the fuel cell and a second channel for draining wet exhaust gases of the fuel cell, wherein between the first channel and the second channel a substantially gas-impermeable, but water-permeable membrane for moisture exchange between the gas streams is arranged in the channels, wherein the humidifier comprises a stack with the membrane, which is arranged between a first open-pore foam structure and a second open-pore foam structure of the stack, wherein the first foam structure at least a portion of the first channel and the second foam structure at least a portion of second channel forms.

Die Leitung der Gase zur Brennstoffzelle erfolgt somit in dem Befeuchter in zumindest einer ersten offenporigen Schaumstruktur. Die Ableitung der Gase von der Brennstoffzelle erfolgt in dem Befeuchter in zumindest einer zweiten offenporigen Schaumstruktur. Die Schaumstrukturen ermöglichen einen denkbar einfachen Aufbau des Befeuchters, da die fragile Membran zwischen die Schaumstrukturen gelegt und/oder gespannt werden kann. Die Schaumstrukturen sind somit sowohl Trägerstrukturen für die Membran als auch Gasleitungen. Da die Schaumstrukturen vollständig der Gasleitung dienen, stehen große Gesamtquerschnitte zur Gasleitung zur Verfügung.The conduction of the gases to the fuel cell thus takes place in the humidifier in at least one first open-pore foam structure. The discharge of the gases from the fuel cell takes place in the humidifier in at least one second open-pore foam structure. The foam structures allow a very simple structure of the humidifier, since the fragile membrane can be placed and / or stretched between the foam structures. The foam structures are thus both support structures for the membrane and gas lines. Since the foam structures completely serve the gas line, large overall cross-sections are available to the gas line.

Vorzugsweise sind die erste Schaumstruktur und/oder die zweite Schaumstruktur aus einem Metall ausgebildet. Im Vergleich zu Kunststoffen können aus Metallschaumstrukturen keine organischen Verbindungen ausgetragen werden, die der chemischen Reaktion in der Brennstoffzelle schaden. Weiterhin sind Metallschäume kostengünstig herstellbar und weisen eine höhere Duktilität auf als Keramikwerkstoffe, so dass Temperatur- und Feuchtigkeitsgradienten im Befeuchter nicht zu Verspannungen und Brüchen im Befeuchter führen.Preferably, the first foam structure and / or the second foam structure are formed of a metal. Compared to plastics, metal foam structures can not remove organic compounds that damage the chemical reaction in the fuel cell. Furthermore, metal foams are inexpensive to produce and have a higher ductility than ceramic materials, so that temperature and humidity gradients in the humidifier do not lead to tension and fractures in the humidifier.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weisen die erste und/oder zweite Schaumstruktur Poren mit einer Porengröße zwischen 1 μm und 10 mm, insbesondere zwischen 1 μm und 1 mm auf.In a particularly preferred embodiment of the invention, the first and / or second foam structure have pores with a pore size between 1 .mu.m and 10 mm, in particular between 1 .mu.m and 1 mm.

Eine besonders kompakte Ausbildung des Befeuchters kann erzielt werden, wenn die erste Schaumstruktur und/oder die zweite Schaumstruktur plattenförmig ausgebildet ist/sind. A particularly compact design of the humidifier can be achieved if the first foam structure and / or the second foam structure is / are formed plate-shaped.

Vorzugsweise sind die erste Schaumstruktur und die zweite Schaumstruktur aus demselben Material ausgebildet und weisen insbesondere die gleichen Abmessungen auf. Hierdurch kann der Befeuchter besonders einfach und kostengünstig gefertigt werden. Weiterhin können Lagerkosten bei der Fertigung des Befeuchters minimiert werden, die durch das Vorhalten vieler verschiedener Bauteile entstehen.Preferably, the first foam structure and the second foam structure are formed of the same material and in particular have the same dimensions. As a result, the humidifier can be made particularly simple and inexpensive. Furthermore, storage costs can be minimized in the manufacture of the humidifier, which arise from the provision of many different components.

Der Befeuchter weist eine besonders hohe Befeuchtungseffizienz auf, wenn der Stapel mehrere im Wesentlichen gasundurchlässige, aber wasserdurchlässige Membranen zum Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Gasströmen in den Kanälen aufweist, wobei die Membranen zwischen abwechselnd geschichteten ersten und zweiten Schaumstrukturen angeordnet sind, wobei die ersten Schaumstrukturen zumindest einen Teil des ersten Kanals und die zweiten Schaumstrukturen zumindest einen Teil des zweiten Kanals ausbilden. Vorzugsweise weist der Stapel des Befeuchters 20 bis 50 Lagen auf, wobei die meisten Lagen aus einem Schichtverbund mit folgender Abfolge besteht: erste Schaumstruktur, Membran, zweite Schaumstruktur.The humidifier has a particularly high humidification efficiency when the stack has a plurality of substantially gas-impermeable, but water-permeable membranes for moisture exchange between the gas streams in the channels, the membranes being disposed between alternately layered first and second foam structures, the first foam structures at least a portion of the first channel and the second foam structures form at least a part of the second channel. Preferably, the stack of the humidifier 20 to 50 layers, wherein most layers consists of a layer composite with the following sequence: first foam structure, membrane, second foam structure.

In bevorzugter Ausgestaltung des Stapels sind dessen Membranen identisch ausgebildet. Der Befeuchter kann so besonders einfach montiert werden.In a preferred embodiment of the stack whose membranes are identical. The humidifier can be mounted very easily.

Ein konstruktiv besonders einfacher Aufbau des Befeuchters wird erzielt, wenn die erste(n) Schaumstruktur(en), die zweiten Schaumstruktur(en) und die Membran(en) einen im Wesentlichen quaderförmigen Stapel ausbilden, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal zumindest teilweise zwischen sich jeweils gegenüberliegenden Stirnseiten des Stapels verlaufen.A structurally particularly simple construction of the humidifier is achieved if the first foam structure (s), the second foam structure (s) and the membrane (s) form a substantially parallelepipedic stack, wherein the first channel and the second channel are at least partially run between each opposite end faces of the stack.

Ist der Stapel an vier parallel zueinander verlaufenden Kanten zu einem Gehäuse des Befeuchters hin abgedichtet, weisen die Stirnseiten eine besonders große, frei von Trägerstrukturen und dergleichen bleibende Angriffsfläche auf. Der effektive Strömungsquerschnitt des Stapels wird besonders groß.If the stack is sealed at four edges running parallel to one another to form a housing of the humidifier, the end faces have a particularly large engagement surface which remains free of carrier structures and the like. The effective flow cross section of the stack becomes particularly large.

Der Befeuchter kann im Gegenstromprinzip betrieben werden. Alternativ dazu kann der Befeuchter im ”Quer bzw. Kreuzstromprinzip” betrieben werden, wobei im Stapel der erste Kanal quer zum zweiten Kanal verläuft. Hierdurch können alle Stirnseiten des Befeuchters für Anschlüsse genutzt werden. Der Befeuchter wird in diesem Fall besonders platzsparend ausgebildet. Besonders bevorzugt verläuft der erste Kanal dabei im Stapel senkrecht zum zweiten Kanal. Eine besonders einfache Fertigung eines Befeuchters im Querstromprinzip wird erzielt, wenn die erste(n) Schaumstruktur(en) an einer ersten Stirnseite des Stapels und an einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite geschlossen ausgebildet sind, wobei die zweite(n) Schaumstruktur(en) an einer dritten Stirnseite des Stapels und an einer der dritten Stirnseite gegenüberliegenden vierten Stirnseite geschlossen ausgebildet sind, wobei der erste Kanal zumindest teilweise zwischen der ersten und zweiten Stirnseite und der zweite Kanal zumindest teilweise zwischen der dritten und der vierten Stirnseite ausgebildet ist und quer, insbesondere senkrecht, zum ersten Kanal verläuft.The humidifier can be operated countercurrently. Alternatively, the humidifier can be operated in the "cross-flow principle", wherein in the stack, the first channel extends transversely to the second channel. This allows all end faces of the humidifier to be used for connections. The humidifier is designed to save space in this case. Particularly preferably, the first channel runs in the stack perpendicular to the second channel. A particularly simple manufacture of a humidifier in the cross-flow principle is achieved if the first (s) foam structure (s) are formed closed on a first end side of the stack and on a second end face opposite the first end side, wherein the second (s) foam structure (s) are formed closed at a third end face of the stack and at a fourth end face opposite the third end face, wherein the first channel is at least partially formed between the first and second end side and the second channel at least partially between the third and the fourth end side and transversely, in particular perpendicular, runs to the first channel.

Zumindest eine Stirnseite kann durch eine stirnseitige Verschmelzung der ersten bzw. zweiten Schaumstruktur geschlossen ausgebildet sein. Eine solche Verschmelzung ist insbesondere bei der Ausbildung der ersten bzw. zweiten Schaumstruktur aus Metall möglich. Alle geschlossenen Stirnseiten der ersten und zweiten Schaumstruktur(en) können durch eine Verschmelzung geschlossen sein.At least one end face may be formed closed by an end-side fusion of the first and second foam structure. Such a fusion is possible in particular in the formation of the first or second foam structure made of metal. All closed end faces of the first and second foam structures (s) may be closed by a fusion.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann zumindest eine Stirnseite durch Heißkleber geschlossen sein. Vorzugsweise sind alle geschlossen ausgebildeten Stirnseiten durch Heißkleber geschlossen.Alternatively or additionally, at least one end face may be closed by hot glue. Preferably, all closed end faces are closed by hot glue.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt sowie aus den Ansprüchen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description of an embodiment of the invention, with reference to the figures of the drawing, which shows essential to the invention and from the claims.

Die in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.The features shown in the drawing are shown such that the features of the invention can be made clearly visible. The various features may be implemented individually for themselves or for a plurality of combinations in variants of the invention.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Brennstoffzelle und eine schematische, geschnittene Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Befeuchter für die Brennstoffzelle mit einem Stapel; und 1 a schematic view of a fuel cell and a schematic, sectional plan view of a humidifier according to the invention for the fuel cell with a stack; and

2 eine schematische, perspektivische Ansicht des Stapels aus 1. 2 a schematic, perspective view of the stack 1 ,

Ausführungsform der Erfindung Embodiment of the invention

1 zeigt einen Befeuchter 10 für eine Brennstoffzelle 12. Der Befeuchter 10 weist ein Gehäuse 14 auf. In dem Befeuchter 10 verläuft ein erster Kanal 16 und ein zweiter Kanal 18. Die Kanäle 16, 18 sind jeweils durch gestrichelte bzw. strichpunktierte Linien angedeutet. Der erste Kanal 16 dient der Zuleitung von Luft an die Brennstoffzelle 12. Die Luftzuleitung ist mit einem Pfeil 20 gekennzeichnet. Der zweite Kanal 18 dient der Ableitung von Abgasen von der Brennstoffzelle 12. Die Abgase sind mit einem Pfeil 22 symbolisiert. Um einen hohen Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 12 zu erzielen, wird die der Brennstoffzelle 12 zugeleitete Luft in dem Befeuchter 10 befeuchtet. Die hierzu nötige Feuchtigkeit wird dem Abgas entzogen. Der Feuchtigkeitsaustausch erfolgt in einem Stapel 24 des Befeuchters 10. Der Stapel 24 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Der Stapel 24 ist gegenüber dem Gehäuse 14 durch Dichtungen 26, 28, 30, 32 an den Kanten des Stapels 24 gehalten und abgedichtet. 1 shows a humidifier 10 for a fuel cell 12 , The humidifier 10 has a housing 14 on. In the humidifier 10 runs a first channel 16 and a second channel 18 , The channels 16 . 18 are each indicated by dashed or dash-dotted lines. The first channel 16 serves to supply air to the fuel cell 12 , The air supply is with an arrow 20 characterized. The second channel 18 serves to dissipate exhaust gases from the fuel cell 12 , The exhaust gases are with an arrow 22 symbolizes. To a high efficiency of the fuel cell 12 to achieve that of the fuel cell 12 supplied air in the humidifier 10 moistened. The necessary moisture is removed from the exhaust gas. The moisture exchange takes place in a stack 24 of the humidifier 10 , The stack 24 is formed essentially cuboid. The stack 24 is opposite the case 14 through seals 26 . 28 . 30 . 32 at the edges of the stack 24 kept and sealed.

2 zeigt den Aufbau des Stapels 24. Der Stapel 24 umfasst mehrere erste offenporige Schaumstrukturen 34, 36, 38 sowie mehrere zweite offenporige Schaumstrukturen 40, 42, 44. Die ersten Schaumstrukturen 34, 36, 38 sind identisch ausgebildet. 2 shows the structure of the stack 24 , The stack 24 comprises several first open-pore foam structures 34 . 36 . 38 as well as several second open-pore foam structures 40 . 42 . 44 , The first foam structures 34 . 36 . 38 are identical.

Weiterhin sind die zweiten Schaumstrukturen 40, 42, 44 identisch ausgebildet. Alle Schaumstrukturen 34, 36, 38, 40, 42, 44 sind plattenförmig ausgebildet.Furthermore, the second foam structures 40 . 42 . 44 identically formed. All foam structures 34 . 36 . 38 . 40 . 42 . 44 are plate-shaped.

Zwischen den ersten Schaumstrukturen 34, 36, 38 und den zweiten Schaumstrukturen 40, 42, 44 sind Membranen 46, 48, 50 angeordnet. Die Membranen 46, 48, 50 sind identisch ausgebildet. Die Membranen 46, 48, 50 sind im Wesentlichen gasundurchlässig. Es kommt somit zu praktisch keinem Austausch der sauerstoffreichen Zuluft zur Brennstoffzelle 12 (siehe 1) mit der sauerstoffarmen Abluft von der Brennstoffzelle 12 (siehe 1). Allerdings sind die Membranen 46, 48, 50 im Wesentlichen wasserdurchlässig. Somit kann über die Membranen 46, 48, 50 Feuchtigkeit bzw. Wasserdampf von der in den ersten Schaumstrukturen 34, 36, 38 auf die zweiten Schaumstrukturen 40, 42, 44 übertreten, um die Zuluft zur Brennstoffzelle 12 (siehe 1) zu befeuchten. Derartige Membranen 46, 48, 50 werden bezüglich ihrer Wasserpermeabilität im Allgemeinen als diffusionsoffene Membranen 46, 48, 50 bezeichnet.Between the first foam structures 34 . 36 . 38 and the second foam structures 40 . 42 . 44 are membranes 46 . 48 . 50 arranged. The membranes 46 . 48 . 50 are identical. The membranes 46 . 48 . 50 are essentially gas impermeable. There is thus virtually no replacement of the oxygen-rich supply air to the fuel cell 12 (please refer 1 ) with the oxygen-poor exhaust air from the fuel cell 12 (please refer 1 ). However, the membranes are 46 . 48 . 50 essentially permeable to water. Thus, over the membranes 46 . 48 . 50 Moisture or water vapor from that in the first foam structures 34 . 36 . 38 on the second foam structures 40 . 42 . 44 transgress to the supply air to the fuel cell 12 (please refer 1 ) to moisten. Such membranes 46 . 48 . 50 With regard to their water permeability they are generally considered to be permeable membranes 46 . 48 . 50 designated.

Der erste Kanal 16 (siehe 1) wird zumindest teilweise durch die ersten Schaumstrukturen 34, 36, 38 ausgebildet. Hierzu sind die ersten Schaumstrukturen 34, 36, 38 jeweils an einer ersten Stirnseite 52 und einer zweiten Stirnseite 54 jeweils geschlossen ausgebildet. Demgegenüber sind die ersten Schaumstrukturen 34, 36, 38 an einer dritten Stirnseite 56 und einer vierten Stirnseite 58 jeweils geöffnet ausgebildet. Die geschlossenen Stirnflächen der ersten Schaumstrukturen 34, 36, 38 sind in 2 durch schwarze Flächen dargestellt.The first channel 16 (please refer 1 ) is at least partially through the first foam structures 34 . 36 . 38 educated. These are the first foam structures 34 . 36 . 38 each at a first end face 52 and a second end face 54 each formed closed. In contrast, the first foam structures 34 . 36 . 38 on a third end face 56 and a fourth end face 58 each formed open. The closed end faces of the first foam structures 34 . 36 . 38 are in 2 represented by black areas.

Der zweite Kanal 18 (siehe 1) wird zumindest teilweise durch die zweiten Schaumstrukturen 40, 42, 44 ausgebildet. Hierzu sind die zweiten Schaumstrukturen 40, 42, 44 an der dritten Stirnseite 56 und der vierten Stirnseite 58 jeweils geschlossen ausgebildet. Demgegenüber sind die zweiten Schaumstrukturen 40, 42, 44 an der ersten Stirnseite 52 und der zweiten Stirnseite 54 jeweils geöffnet ausgebildet. Die geschlossenen Stirnflächen der zweiten Schaumstrukturen 40, 42, 44 sind in 2 durch schwarze Flächen dargestellt.The second channel 18 (please refer 1 ) is at least partially through the second foam structures 40 . 42 . 44 educated. These are the second foam structures 40 . 42 . 44 at the third end 56 and the fourth end face 58 each formed closed. In contrast, the second foam structures 40 . 42 . 44 at the first end 52 and the second end face 54 each formed open. The closed end faces of the second foam structures 40 . 42 . 44 are in 2 represented by black areas.

Der zweite Kanal 18 (siehe 1) verläuft somit senkrecht zum ersten Kanal 16 (siehe 1). Dies ermöglicht eine kompakte und raumsparende Anordnung der Anschlüsse des Befeuchters 10 (siehe 1) bei gleichzeitig effizientem Feuchtigkeitsaustausch.The second channel 18 (please refer 1 ) thus runs perpendicular to the first channel 16 (please refer 1 ). This allows a compact and space-saving arrangement of the connections of the humidifier 10 (please refer 1 ) with simultaneous efficient moisture exchange.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Befeuchter für eine Brennstoffzelle. Der Befeuchter weist einen Stapel aus mehreren Schichten auf. Die Schichten umfassen zumindest eine erste offenporige Schaumstruktur, eine zweite offenporige Schaumstruktur und eine zwischen den Schaumstrukturen angeordnete Membran. Die Schaumstrukturen sind jeweils in Form eines starren aufgeschäumten Schwamms ausgebildet. Die Schaumstrukturen stützen die Membran. Sie sind vorzugsweise im Wesentlichen plattenförmig und zwischen zwei sich gegenüberliegenden Stirnseiten fluidisch durchlässig ausgebildet. Erste und zweite Schaumstrukturen sind vorzugsweise an zwei Stirnseiten geschlossen, an zwei anderen Stirnseiten geöffnet und jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet, so dass die Schaumstrukturen quer zueinander durchströmbar sind.In summary, the invention relates to a humidifier for a fuel cell. The humidifier has a stack of several layers. The layers comprise at least a first open-pored foam structure, a second open-pore foam structure and a membrane arranged between the foam structures. The foam structures are each in the form of a rigid foamed sponge. The foam structures support the membrane. They are preferably substantially plate-shaped and formed fluidically permeable between two opposite end faces. First and second foam structures are preferably closed at two end sides, opened at two other end sides and arranged offset in each case by 90 ° to each other, so that the foam structures can be traversed transversely to each other.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202011109654 U1 [0003]

Claims

Humidifier ( 10 ) for a fuel cell ( 12 ), with a first channel ( 16 ) for supplying air to be humidified to the fuel cell ( 12 ) and a second channel ( 18 ) for the discharge of moist exhaust gases of the fuel cell ( 12 ), between the first channel ( 16 ) and the second channel ( 18 ) a substantially gas-impermeable, but water-permeable membrane ( 46 . 48 . 50 ) for moisture exchange between the gas streams in the channels ( 16 . 18 ), wherein the humidifier ( 10 ) a stack ( 24 ) with the membrane ( 46 . 48 . 50 ) between a first open-pored foam structure ( 34 . 36 . 38 ) and a second open-pore foam structure ( 40 . 42 . 44 ) of the stack ( 24 ), wherein the first foam structure ( 34 . 36 . 38 ) at least a part of the first channel ( 16 ) and the second foam structure ( 40 . 42 . 44 ) at least a part of the second channel ( 18 ) trains.

A humidifier according to claim 1, wherein the first foam structure ( 34 . 36 . 38 ) and / or the second foam structure ( 40 . 42 . 44 ) are formed of a metal.

A humidifier according to claim 1 or 2, wherein the first foam structure ( 34 . 36 . 38 ) and / or second foam structure ( 40 . 42 . 44 ) Have pores with a pore size between 1 .mu.m and 10 mm, in particular between 1 .mu.m and 1 mm.

A humidifier according to any one of the preceding claims, wherein the first foam structure ( 34 . 36 . 38 ) and / or the second foam structure ( 40 . 42 . 44 ) are plate-shaped.

A humidifier according to any one of the preceding claims, wherein the first foam structure ( 34 . 36 . 38 ) and the second foam structure ( 40 . 42 . 44 ) are formed of the same material and in particular have the same dimensions.

A humidifier according to any one of the preceding claims, wherein the stack ( 24 ) a plurality of substantially gas-impermeable, but water-permeable membranes ( 46 . 48 . 50 ) for moisture exchange between the gas streams in the channels ( 16 . 18 ), wherein the membranes ( 46 . 48 . 50 ) between alternately layered first foam structures ( 34 . 36 . 38 ) and second foam structures ( 40 . 42 . 44 ), wherein the first foam structures ( 34 . 36 . 38 ) at least a part of the first channel ( 16 ) and the second foam structures ( 40 . 42 . 44 ) at least a part of the second channel ( 18 ) train.

A humidifier according to claim 6, wherein the membranes ( 46 . 48 . 50 ) are formed identically.

Humidifier according to one of the preceding claims, in which the first foam structure (s) ( 34 . 36 . 38 ), the second foam structures ( 40 . 42 . 44 ) and the membrane (s) ( 46 . 48 . 50 ) a substantially cuboid stack ( 24 ), the first channel ( 16 ) and the second channel ( 18 ) at least partially between each opposite end faces ( 52 . 54 . 56 . 58 ) of the stack ( 24 ).

A humidifier according to claim 8, wherein the stack ( 24 ) at four mutually parallel edges to a housing ( 14 ) of the humidifier ( 10 ) is sealed off.

A humidifier according to one of claims 8 or 9, in which the first (s) foam structure (s) ( 34 . 36 . 38 ) at a first end face ( 52 ) of the stack ( 24 ) and at one of the first end face ( 52 ) opposite second end face ( 54 ) are formed closed, wherein the second (s) foam structure (s) ( 40 . 42 . 44 ) on a third end face ( 56 ) of the stack ( 24 ) and at one of the third end face ( 56 ) opposite fourth end face ( 58 ) are formed closed, wherein the first channel ( 16 ) at least partially between the first end face ( 52 ) and the second end face ( 54 ) and the second channel ( 18 ) at least partially between the third end face ( 56 ) and the fourth end face ( 58 ) is formed and transversely, in particular perpendicular, to the first channel ( 16 ) runs.